机械原理总结

一、平面机构

1.什么是机构、运动副、运动链、机构自由度？

机构：能实现预期的机械运动的各构件（包括机架）的基本组合

运动副：由两构件直接接触形成的可运动联接

运动链：两个以上以运动副联接而成的系统

机构自由度：机构中各构件相对于机架的所能有的独立运动的数目

2.组成机构的基本要素，构件和运动副主要特征，如何判断实际机械的构件及运动副类别？

机构基本要素：原动件，从动件，机架构件特征：运动单元体

3.何谓机构简图，机构示意图；机构运动简图，机构运动示意图与实际机构有什么异同？

机构简图：能准确表达机构运动特性的简单图形，仅用简单的线条和规定符号来代表构件和运动副，按比例表达各运动副相对位置关系

机构示意图：仅用符号表示，不按比例

4.机构可运动的基本条件：F>0，机构具有确定运动的条件：F>0 原动件数等于机构自由度

5.计算平面机构自由度的运动副数目时要注意什么：复合铰链，局部自由度和虚约束

a.复合铰链

b.局部自由度

c.两构件间构成多个运动副

d.对运动不起作用的对称部分

e.轨迹重合

f.两构件上某两点距离不变

6.何谓局部自由度，局部自由度常见哪些，作用是什么？

局部自由度：与输出件运动无关的自由度

7.为什么机构中常有虚约束，不起实际约束作用？

省事省力，完全是靠人们的自觉性去维系的，如果真的换成实约束的话，那样会使人消极抵制的那样反而没有采取虚约束的效果好！

8.如何处理虚约束，常见的虚约束有哪些？

机构中的虚约束常发生在下列情况:

1)在机构中如果两构件用转动副联接其联接点的运动轨迹重合,则该联接将带入1个虚约束.

2) 如果两构件在多处接触而构成移动副,且移动方向彼此平行,则只能算一个移动副.

如果两构件在多处相配合而构成转动副,且转动轴线重合,则只能算一个转动副.

如果两构件在多处相接触而构成平面高副,且各接触点处的公法线彼此重合,则只能一个平面高副

3)在机构运动的过程中,若两构件上某两点之间的距离始终保持不变,则如用双转动副杆将此两点相联,也将带入1个虚约束,

9.运动链，杆组和机构概念上有什么异同？

杆组：从动件系统中分解为若干不可再分，自由度为0的运动链

10.杆组有什么特点，如何确定杆组级别和机构级别，选择不同原动件对杆组级别有无影响？

机构级别：最高的杆组级别

杆组特点：3n= 2L p 杆组级别：由杆组中包含的最高级别封闭多边行确定

11平面运动副最大约束 3 ，最小约束是 0 ，空间运动副最大约束 6 ，最小约束是 0

12.平面机构中高副有2个自由度，低副有1个自由度，约束数和自由度数关系：和等于3n

13.面约束为低副常见的有移动副和转动副，点线接触的为高副常见的有齿轮和凸轮

14.在平面运动副中，两构件在多处接触而构成一个运动副的条件为：若构成转动副 若为高副则 若为移动副则

15.两构件在多处接触而构成复合平面高副的条件是 ，算 高副，又相当于一个平面 副

注：1 自由度计算也可以用这个公式 ..)2(3F p p p n F h l --+-= .p 为虚约束数 .F

为局部自由度数

2 高副低代时，齿轮副是将所引入的两个转动副分别位于相接触的两齿廓的曲率中心处，对于一对渐开线齿廓的齿轮副，曲率中心分别位于两齿轮的啮合极限点

3 如果一对齿轮副（包括内外啮合和齿轮齿条啮合）的两轮中心相对位置已被约束，则这对齿轮副仅提供一个约束，即一个高副；如果两轮中心相对位置没有被约束，则提供两个高副相当于一个转动副

二、平面机构运动分析

1.速度瞬心定义，相对瞬心与绝对瞬心的区别

速度瞬心：两构件上相对速度为零的重合点

相对瞬心：两构件是运动的 绝对瞬心：两构件有一个是静止的

2.三心定理表述

作平面平行运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于一条直线上。三心定理可以确定不直接以运动副连接的两构件相瞬心的位置

3.用速度瞬心法和矢量方程图解法作机构速度分析有什么优缺点

速度瞬心法对简单的平面机构，特别是平面高副机构进行速度分析比较简单，如：曲柄滑块，凸轮，构件数多时瞬心太多麻烦，当只需速度分析时最好采用速度瞬心法 矢量方程图解法画图确定不是很准确

4.速度多边形和加速度多边行的特征

速度多边形：由各速度矢量构成的多边形

加速度多边形：由各加速度矢量构成的多边形

5.什么是加速度影像和速度影像，应有时要具备什么条件，要注意什么问题

加速度和速度多边形中同一构件上对应相似的图形，必须用于求同一构件上量

6.组成移动副的两构件的角加速度和角速度之间，各自有什么样是关系，两构件任何重合点之间的相对速度，相对加速度和哥氏加速度之间有什么关系

l v l a n 2

2

==ω l a t α= θωs i n 2r e c v a = dt d ω=∂ l v ω= 7.机构什么时候有哥氏加速度，大小方向如何确定

绝对运动：动点相对于定参考系的运动 相对运动：动点相对于动参考系的运动 牵连运动：动参考系相对于定参考系的运动

相对运动为转动，牵连运动为平动时两构件重合点有哥氏加速度，它是由于相对速度方向变化产生的加速度

大小为θωsin 2r e c v a = e ω为重合点角速度，r v 为相对速度，θ为r v 和e ω矢量夹角 方向为e ω和r v 用右手法则确定（平面运动中θ等于︒90）

8.如何用矢量表示构件，用解析法分析机构运动的关键是什么

建立合适的坐标系，找到一个封闭矢量多边形，列出封闭矢量方程即为位置方程，再用复数表示ϕi le l =→

，ϕ为矢量与X 轴正向的夹角（逆时针，可能大于180°），用欧拉公式展开)sin (cos ϕϕϕi l le i +=，实部虚部分别相等可以求出位置的ϕ得到角位移，求一次导数可以得到角速度关系，求二次导数可以得到角加速度关系

9.有人认为，既然每一个构件与其速度图之间都存在影像关系，那么整个机构也存在影像关系。这种说法对不对，机构中机架是影像在图中何处

错，速度影像只能用于同一构件上，对于整个机构包含了不同的构件不能用

10.由N 个构件组成的机构中，有2N C 个相对瞬心，有 N-1 个绝对瞬心

11.当两构件组成转动副，移动副，纯滚动高副，滑动兼滚动高副时其瞬心在什么位置 转动副：转动副中心 移动副：导路的垂直方向无穷远处

纯滚动高副：接触点处 滑动兼滚动高副：过接触点的公法线上

12.速度影像的相似原理只能应用于 同一构件上 的各点，不能应用于不同构件上的各点

13.组成移动副的两构件任何重合点之间的相对速度 ，相对加速度 ，哥氏加速度 注：1 三心定理运用时可以依据瞬心代号下角标同号消去法，如已知两个求第三个，可以将已知的两个角标去掉相同的号剩下的即第三个瞬心

2 平面机构运动分析思路

三、平面四杆机构运动分析和设计

1.平面四杆机构基本型式是什么，有哪些演化型式，研究其演化有什么意义

基本形式：平面铰链四杆机构， 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构

演化方法：改变构件形状及运动尺寸 曲柄滑块机构，正弦机构，双滑块机构（将摇杆变为滑块，摇杆长度增至无穷大得曲柄滑块机构）；取不同构件为机架和运动副逆换，转动导杆，曲柄摇块，移动导杆，双摇块，十字滑块机构