机械设计基础机构的结构分析
机械设计基础(陈立德第三版)课后答案(1-18章全)
当 、 、 时的位移 、 、 分别为
（1）用极标法求理论轮廊上对应点的坐标值。
选取凸轮转轴中心为坐标原点，OX通过从动件的运动起始点，则理论轮廊上某点的极坐标方程为
因该凸轮机构为对心直动从动件，故 、 、 、
可求得
当 时：
当 时：
当 时：
（2）用极坐标方法出实际轮廓上对应点的坐标值。
紧螺栓连接中，螺纹部分受轴向力作用产生拉伸正应力σ，因螺纹摩擦力矩的作用产生扭转剪应力τ，螺栓螺纹部分产生拉伸与扭转的组合变形，根据强度理论建立强度条件进行强度计算。
7.10铰制孔用螺栓连接有何特点？用于承受何种载荷？
答：铰制孔用螺栓连接在装配时螺栓杆与孔壁间采用过渡配合，没有间隙，螺母不必拧得很紧。工作时螺栓连接承受横向载荷，螺栓在连接结合面处受剪切作用，螺栓杆与被连接件孔壁相互挤压。
5.7用作图法求出下列各凸轮从如题5.7所示位置转到B点而与从动件接触时凸轮的转角 。（可在题5.7图上标出来）。
题5.7图
答：
如题5.7答案图
5.8用作图法求出下列各凸轮从如题5.8图所示位置转过 后机构的压力角 。（可在题5.8图上标出来）
题5.8图
答：
如题5.8答案图
题5.9答案图
5.10一对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮顺时针匀速转动，基圆半径 ，行程 ，滚子半径 ，推程运动角 ，从动件按正弦加速度规律运动，试用极坐标法求出凸轮转角 、 、 时凸轮理论轮廊与实际轮廓上对应点的坐标。
11.12 试分析如题11.12图所示的蜗杆传动中，蜗杆、蜗轮的转动方向及所受各分力的方向。
题11.12
答：蜗杆、蜗轮的转动方向及所受各分力的方向如题11.12答案图所示。
机械设计基础机械结构的刚度与强度分析
机械设计基础机械结构的刚度与强度分析在机械设计的过程中，结构的刚度和强度是两个非常重要的参数。
刚度是指结构对外界力的抵抗能力，而强度则是指结构在受到力的作用下是否会发生破坏。
本文将对机械结构的刚度与强度进行详细的分析。
一、刚度分析机械结构的刚度是指结构在受力作用下的变形能力。
刚度越高，结构的变形越小，反之则变形越大。
在机械设计中，刚度的计算和分析是非常重要的，它直接关系到结构的稳定性和工作性能。
1.1 弹性变形结构在受到力的作用下，会发生弹性变形。
弹性变形是结构的一种可逆变形，当外力消失时，结构会恢复原始形状。
刚度的计算就是通过分析结构在弹性变形过程中的力学特性来完成的。
1.2 刚度的计算方法常见的刚度计算方法有等效刚度法和有限元分析法。
等效刚度法是一种简化的计算方法，适用于结构较为简单的情况。
有限元分析法则较为精确，可以考虑结构的复杂性。
1.3 刚度与结构设计在机械结构设计中，刚度的要求会根据具体应用来确定。
一般来说，对于需要保持形状和位置不变的结构，刚度要求较高；而对于需要发生变形的结构，刚度要求可以适度降低。
二、强度分析机械结构的强度是指结构在受到力作用下不会发生破坏的能力。
强度分析是机械设计中必不可少的一步，它可以保证结构在正常工作条件下的安全性。
2.1 强度与材料特性结构的强度与所采用的材料有直接关系。
不同类型的材料具有不同的强度特性，例如金属材料的强度主要依赖于其抗拉强度和屈服强度。
在强度分析中，需要考虑结构所受到的最大力和所能承受的最大应力之间的关系。
2.2 强度计算方法常用的强度计算方法有等效应力法和有限元分析法。
等效应力法通过将结构的应力状态转化为等效应力的形式，然后与材料的强度特性进行比较来判断结构的安全性。
有限元分析法则可以更加精确地分析结构的应力和变形情况。
2.3 安全系数在强度分析中，通常会引入安全系数来保证结构的可靠性和安全性。
安全系数是指结构所能承受的最大力与实际所受力之间的比值。
石油大学 机械设计基础 第1章 机构结构分析
§1-5 计算自由度时的注意事项
(1)复合铰链
F 3n 2P l P h
3 5 2 6 1 0
3
复合铰链问题分析：
F 3n 2P l P h
3 5 2 7 1 0
1
(2)局部自由度
[1] 问题描述
尖顶推杆凸轮机构
F 3n 2P l P h
二、运动副约束
constraint
运动副自由度:确定组成运动副中的一个构件 相对另一个构件的位置所需的独立参变量的数目.
1、低副
转动副、
移动副
低副---2 个约束 低副个数： Pl 所有低副约束总数：2 Pl
2、高副
凸轮副
齿轮副
平面高副 ---1 个约束
高副个数：Ph
所有高副约束总数： Ph
三、机构自由度
1原动件
机架 平面铰链四杆机构
原动件
2 3
从动件
平面机构/空间机构
1
机架
4
空间铰链四杆机构
§1-2 机构运动简图
一、机构运动简图 kinematic scheme
简单线条与符号按比例表示各构件相对运动关系。
机构示意图--不严格按比例绘制
(1)构件表示
(2)运动副表示
(3)常用机构表示
(3)常用机构表示
运动副--两构件直接接触而构成的可动连接。 1、平面运动副 2、空间运动副
planar pair spatial pair
1、平面运动副 planar pair
按接触形式分
点、线接触 高副： 转动副 低副： 面接触 移动副
2、空间运动副 spatial pair 点高副 球面副 螺旋副 圆柱副 等
机械设计基础-平面机构分析
平面机构分析
图2-10 闭式运动链及开式运动链
平面机构分析
4.一般机构中的构件的分类 一般机构中的构件可分为三类: (1)固定件(机架):用来支 承活动构件的构件。例如图1-1中的气缸体就是固定件, 用以支承活塞和曲轴等。在研究机构中活动构件的运动 时,常以固定件作为参考坐标系。 (2)原动件:运动规律已知的活动构件,它的运动规律是由 外界给定的。比如内燃机 中的活塞就是原动件。
平面机构分析
这样,该机构共有活动构件数n=5,低副数pL =7(其中滑块 5与机架构成移 动副,其余均为回转副),高副数pH =0。所以, 由式(2-1)得该机构自由度为
平面机构分析
图2-17 钢板剪切机构及其复合铰链
平面机构分析
2.局部自由度 机构中某些构件所具有的自由度仅与其自身的局部运动 有关,并不影响其他构件的运 动。计算自由度时,应除去局部 自由度,即设想把滚子与安装滚子的构件固结在一起视为 一 个构件。
平面机构分析 对于图2-16所示的构件组合,其自由度为
平面机构分析
三、 计算平面机构自由度时应注意的一些问题 1.复合铰链 复合铰链是由两个以上的构件通过回转副并联在一起所
构成的铰链。图2-17(a)为一 钢板剪切机的机构运动简图,B 处是由2、3和4三个构件通过两个轴线相重合的回转副并 联 在一起的复合铰链,其具体结构如图2-17(b)所示。因此,在统 计回转副数目时应根据 运动副的定义按两个回转副计算。 同理,当用 K 个构件组成复合铰链时,其回转副数应为 (K-1) 个。
平面机构分析
图2-1 平面机构
平面机构分析
任务实施 一、 平面机构的组成
平面机构是所有构件都在同一平面或相互平行的平面内 运动的机构。机构中的构件只 有通过一定的方式相互联接 起来,并且满足一定的条件才能传递确定的运动和动力,如图 2-1所示。
机械设计基础学习如何进行机械结构的强度分析
机械设计基础学习如何进行机械结构的强度分析在机械设计中，强度分析是一个基础而关键的环节。
机械结构的强度分析可以帮助工程师评估和验证设计方案的可靠性，从而确保机械设备在正常工作时不会发生失效和损坏。
下面将介绍机械设计基础学习中如何进行机械结构的强度分析。
1. 强度分析的基本概念和原理在进行机械结构的强度分析之前，首先需要了解一些基本概念和原理。
强度分析是指通过计算和仿真等方法，对机械结构在受力情况下的应力和变形进行评估。
常用的强度分析方法有静力学分析、模态分析、疲劳分析等。
其中，静力学分析是最为基础的方法，主要用于计算机械结构在受力作用下的应力分布和变形情况。
而模态分析则用于评估结构在振动和共振等情况下的应力情况。
疲劳分析则是用于评估机械结构在长期受力作用下的可靠性和寿命。
2. 强度分析的步骤进行机械结构的强度分析时，一般需要经过以下步骤：（1）确定工作状态和受力情况：在进行强度分析之前，需要明确机械结构所处的工作状态和受力情况。
这包括机械结构所受到的外部载荷（如重力、惯性力等）以及接触面的约束条件等。
（2）建立数学模型：根据机械结构的实际情况，建立相应的数学模型。
这个模型一般包括结构的几何形状、材料性能以及约束和载荷等信息。
（3）应力计算：通过应力计算公式或者有限元分析等方法，计算机械结构在受力情况下的应力分布。
应力计算是强度分析的关键步骤，能够帮助工程师了解机械结构的强度状态。
（4）变形分析：在应力计算的基础上，还需要对机械结构的变形情况进行分析。
变形分析可以帮助工程师了解机械结构在受力情况下的位移和形状变化等信息。
（5）评估和优化设计：根据强度分析的结果，评估机械结构的可靠性和安全性，并进行必要的优化设计。
优化设计旨在提高机械结构的强度和性能，确保其能够满足设计要求和使用条件。
3. 强度分析工具和软件在机械设计基础学习中，掌握一些强度分析工具和软件非常有帮助。
这些工具和软件可以帮助工程师更快速和准确地进行强度分析，提高工作效率和设计质量。
《机械设计基础》复习重点、要点总结
第1章 机械设计概论
复习重点
1.机械零件常见的失效形式
2.机械设计中，主要的设计准则
习题
1-1机械零件常见的失效形式有哪些？
1—2在机械设计中，主要的设计准则有哪些？
1-3在机械设计中，选用材料的依据是什么？
第2章 润滑与密封概述
复习重点
1。摩擦的四种状态
2。常用润滑剂的性能
习题
2—1摩擦可分哪几类？各有何特点?
松边拉力=F3+F2（F2--—离心拉力F2=qv2；F3-—-张紧力或悬垂拉力）
紧边拉力=F3+F2+F1（F1--—有效工作拉力，F1=1000P/V KW)
注意与带的区别：⑴初拉力F3没有再变大或变小，∵链板之间可以相对转动，∴不像带有伸长收缩的明显改变.
⑵没有弯曲应力σb∵链包在链轮上,链板可以自由转动,∴不受弯曲应力.
销轴与外链板、套筒与内链板为过盈配合。
另外：内、外链板之间留有一定间隙,以便润滑油渗入到铰链的摩擦面间.
内、外链板均制成“∞”型。（从减轻重量和等强度两方面考虑）
链的排数：一般不超过4排.
连结数通常取偶数(∵接头方便,无过渡链节)
②链条的参数与标记：参数已标准化，分A、B系列。表11—1给出了A系列的一些参数。
3、标准渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算
4。齿轮传动的失效形式
5.齿轮传动中的受力分析（齿轮的转向及轮齿旋向分析）
11.1齿轮机构的类型
齿轮机构的类型很多，按两齿轮轴线间的相互位置、齿向和啮合情况不同，齿轮机构可分为以下几种基本类型，如表11—1所示。
表11-1齿轮机构的类型
齿轮机构
平行轴传动
外啮合齿轮
机械设计基础课件02-2平面机构运动简图
2.2平面机构运动简图 运动副的表示方法：
平面机构的结构分析
2.2平面机构运动简图 构件的表示方法：
平面机构的结构分析
2.2平面机构运动简图 构件的表示方法：两个转动副
平面机构的结构分析
2.2平面机构运动简图 构件的表示方法：三个转动副
平面机构的结构分析2.Fra bibliotek平面机构运动简图 构件的表示方法：一转动一移动
平面机构的结构分析
2.2平面机构运动简图
平面机构的结构分析
平面机构运动简图的绘制（例：单缸内燃机的机构简图绘制）
2.2平面机构运动简图
平面机构的结构分析
平面机构运动简图的绘制（例：单缸内燃机的机构简图绘制）
观察结构
2.2平面机构运动简图 平面机构运动简图的绘制（例：牛头刨床主运动机构）
平面机构的结构分析
2.2平面机构运动简图 平面机构运动简图的绘制（例：牛头刨床主运动机构）
平面机构的结构分析
2.2平面机构运动简图
平面机构的结构分析
机构简图是用特定的构件和运动副符号表示机构的一种简化示意图，仅表示机构运动传递 情况和结构特征。由于机构的实际运动不仅与机构中运动副的性质(低副或高副等)、运动副的 数目及相对位置（转动副中心、移动副的中心线、高副接触点的位置等）、构件的数目等有关。 因此，按一定的长度比例尺用规定的简化画法表示构件和运动副的图形称为机构运动简图。
机械原理之平面机构的结构分析
机械原理之平面机构的结构分析1. 引言平面机构是机械系统中广泛应用的一种结构类型，用于实现转动或传递运动的目的。
它由多个构件组成，通过铰链连接，并具有特定的运动机构。
本文将对平面机构的结构进行分析，包括构件、铰链以及运动机构的特点等。
2. 平面机构的构件平面机构的构件指的是组成机构的各个零件，包括连杆、链条、轴等。
这些构件不仅决定了机构的结构形式，还直接影响着机构的运动性能。
以下是平面机构常见的构件类型：连杆是平面机构中最常见的构件之一，通常由刚性材料制成。
根据连接方式的不同，连杆可以分为刚性连杆和柔性连杆。
刚性连杆由铰链连接，具有一定的长度和刚性，可以实现平面内的转动。
柔性连杆则由柔性材料制成，如弹簧钢，可以在一定程度上变形，用于实现特定的运动要求。
2.2 链条链条是平面机构中连接连杆的重要构件，其作用是通过链节的连接形成平面机构的运动链。
链条通常由多个链节组成，每个链节可以进行相对运动，从而实现机构的运动。
常见的链条类型有平面链条、滚子链条等。
轴是平面机构中支撑和固定构件的一种。
轴的材质可以是金属、合金等刚性材料，具有一定的强度和刚度，用于支撑和固定机构中的其他构件。
轴可以是定轴和动轴，定轴通常起到固定作用，动轴则能够实现旋转运动。
3. 平面机构的铰链连接平面机构中的铰链连接是实现构件之间相对运动的关键。
铰链连接是指通过固定在构件上的铰链来连接构件，使其可以相对旋转。
常见的铰链连接有以下几种形式：3.1 旋转铰链旋转铰链是最基本的铰链连接方式，它通过轴上的固定连接来实现构件的相对旋转。
旋转铰链具有结构简单、工作可靠的特点，广泛应用于机械系统中。
3.2 滑动铰链滑动铰链是一种通过滑动副实现构件间相对运动的铰链连接。
它通常由导向副和滑块副组成，通过滑块在导向副上的滑动来实现构件的相对运动。
3.3 规则铰链规则铰链是一种特殊的铰链连接方式，它通过杆与杆的端部连接来实现构件的相对运动。
规则铰链具有结构简单、工作平稳的特点，在机械系统中广泛应用。
机械设计基础学习如何进行机械结构的可靠性分析
机械设计基础学习如何进行机械结构的可靠性分析在机械设计领域，可靠性分析是一个至关重要的环节。
通过对机械结构进行可靠性分析，可以评估其在设计寿命内的可靠性水平，为设计优化提供依据，确保机械产品的安全可靠性。
本文将介绍机械设计基础学习中如何进行机械结构的可靠性分析，并探讨相关的分析方法和步骤。
一、可靠性的定义和指标可靠性是指在规定的时间内正常工作的能力，是衡量产品或系统性能稳定性和安全性的重要指标。
常用的可靠性指标包括失效率、可靠度和平均寿命等。
1. 失效率（Failure Rate）：指在规定的时间内产生失效的概率，通常以每小时失效次数（Failures in Time，FIT）来表示。
2. 可靠度（Reliability）：指在规定的时间内无失效的概率，常用百分比或小数形式表示。
可靠度与失效率存在以下关系：可靠度 = 1 - 失效率。
3. 平均寿命（Mean Time Between Failures，MTBF）：指连续正常运行的平均时间，它是失效率的倒数，即MTBF = 1 / 失效率。
二、机械结构的可靠性分析方法机械结构的可靠性分析可以分为定量分析和定性分析两种方法，下面将针对这两种方法进行详细介绍。
1. 定量分析定量分析是通过数学模型和统计方法分析机械结构的可靠性，主要包括以下几个步骤：（1）建立数学模型：根据机械结构的特点和工作原理，建立适当的数学模型，例如可靠性块图（Reliability Block Diagram，RBD）、故障树分析（Fault Tree Analysis，FTA）等，用于描述结构的组成和故障传播关系。
（2）收集可靠性数据：获取机械结构的故障数据、失效模式和失效率等信息，可通过实验测试、历史数据等方式进行。
（3）参数估计：根据已有的可靠性数据，采用参数估计方法计算出失效率、可靠度等参数。
（4）可靠性计算：利用得到的参数，通过可靠性理论和统计方法计算机械结构的失效率、可靠度等指标。
机械设计基础--第二章(平面机构的结构分析)
图2-6 1-中心轮 1 2-行星轮 3-中心轮2 4-转臂
二、学习指导
d) 在平行四边形机构中加入一 个与某边平行且相等的构件，造成轨 迹重合而产生的虚约束，见图2-7构 件5引入的运动副为虚约束，计算机 构的自由度时要将构件5及运动副都 除去不计。此时 n=3，PL =4，PH =0， 故机构的自由度数为
三、典型实例分析
例题2-4 已知一机构如图2-12所示，求其自由度。 解：n=4
PL= 6 PH=0
1 3
2 4
F=3n-2PL-PH=34-26-0=0
即该机构自由度为0，它的各 构件之间不能产生相对运动。
5
图2-12
三、典型实例分析
例2-5 计算图2-13所示大筛机构的自由度。
解：E′或 E 为虚约束 C为复合铰链 F为局部自由度
（3）机构中存在着与整个机构运动无关的自由度称为
在计算机构自由度时应
。
个构件作为机架。
（4）在任何一个机构中，只能有
四、复习题
⒉ 选择题
（1）一个作平面运动的自由构件具有
(A) 一个； (B) 二个；
自由度。
(D) 四个。 。 (D) 四个。 。
(C) 三个；
（2）平面机构中的高副所引入的约束数目为 (A) 一个； (B) 二个； (C) 三个；
三、典型实例分析
a）
b）
c）
图2-9
d）
三、典型实例分析
例2-2 计算图2-10中牛头刨床传动机构的自由度。
解：n=6，PL= 8，PH=1。
F=3n-2PL-PH=36-28-1=1
即该机构只有一个自由度， 与原动件数相同（齿轮 3 为原动 件）。所以,满足机构具有确定运 动的条件。 图2-10
机械设计基础-第二章测验题 参考答案
《机械设计基础》第二章平面机构的结构分析测验题班级：姓名：学号：成绩：一、填空题（每空2分，共16分）1. 机构具有确定运动的条件：机构的原动件数目=机构的自由度数。
2. 计算平面机构自由度的公式为 F=3n-(2PL +PH)，应用此公式时应注意判断是否有复合铰链、局部自由度及虚约束。
3. 某平面机构有5个低副，1个高副，机构自由度为1，则该机构具有5个构件。
4. 在平面机构中，具有2个约束的运动副是低副，具有1个约束的运动副是高副。
二、单选题（每题2分，共20分）1.以下不属于机器的执行部分的是（）。
A 数控机床的刀架B 工业机器人手臂C 汽车的车轮D 空气压缩机2．（）保留了2个自由度，带进了一个约束。
A 高副B 移动副C 转动副D 低副3. 若复合铰链处有5个构件汇集在一起，应有（）个转动副。
A 4B 3C 2D 54．在比例尺μl=20 mm/mm 的机构运动简图中，量得一构件的长度是10mm，则该构件的实际长度为（）mm。
A 20B 50C 200D 5005．两个以上的构件共用同一转动轴线，所构成的转动副称为（）。
A 复合铰链B 局部自由度C 虚约束D 单一铰链6．计算机构自由度时，对于局部自由度应（）。
A 除去不计B 考虑C 部分考虑D 转化成虚约束7．火车车轮在轨道上转动，车轮与轨道构成（）副。
A 移动B 高C 低D 转动8．在机构中采用虚约束的目的是为了改善机构的运动状况和（）。
A 美观B 对称C 受力情况D 增加重量9. 为使机构运动简图能够完全反映机构的运动特性,则运动简图相对于与实际机构的（）应相同。
A 构件数、运动副的类型及数目B 构件的运动尺寸C 机架和原动件D 以上都是10.计算机构自由度时，若计入虚约束，则机构的自由度就会（）A 增多B 减少C 不变三、判断题（每题2分，共20分）1．一个作平面运动的构件有2个独立运动的自由度。
（×）2．平面低副机构中，每个转动副和移动副所引入的约束条件是相同的。
陈立德第五版-机械设计基础 第3章 平面机构结构分析
注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的 ! 虚约束的作用： ①改善构件的受力情况，如多个行星轮。 ②增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。 ③使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。
第三章
平面机构结构分析
上节课重点内容回顾
机械：是机器和机构的总称
机器：根据使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，可用 来变换或传递能量、物料和信息。包含另一个或多个机构。 机器的特征：
1. 人为装配组合而成的实物体； 2. 各实物体之间具有确定的相对运动； 3. 能完成有用的机械功或转化机械能。
a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动 三个条件，缺一不可
运动副元素——两构件上直接接触而构成运动副的表面。 (构成运动副的点、线、面)。
运动副元素不外乎
为点、线、面。
自由度——构件所具有的独立运动个数 。
空间构件：——6个
移动：X、Y、Z；转动：X、Y、Z
平面构件：——3个
在XOY平面，移动X、Y；转动Z
=0
2 3
1
4
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0
=1
3 2
1
4
5
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－0
=2
F =3n－2pl－ph = 3 2－2 2－1
=1
B
C A
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 = 1
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－ 1 = 1
3. 虚约束
是重复约束或对机构运动不起限制作用的约束， 又叫消极约束。
意义：
增加构件的刚度、使构件受力均衡； 要求制造精度高，加工误差大可能会将虚约束变成 实际约束。
机构的结构分析与运动分析总复习题及解答
第一章 机构的结构分析与运动分析一、 考点提要（一）机构的结构分析1.机器与机构机器具有以下三大本质属性：（1）人为实物的组合体、（2）各实物（称为构件）间具有确定的相对运动，能够传递和变换运动。
（3）能对外完成有用的机械功或实现能量转换。
机器是由机构组成的，机构是具有各自特点的，能传递和变换运动的基本组合体。
机构只具有机器的前两个属性。
（1）从结构、运动方面看，机器、机构无区别,机构是机器的组成单元；机器可以有一个或多个机构组成。
（2）从功能方面看，机器、机构有区别。
机器实现能量转换或作机械功而机构是实现运动、动力的传递。
2.机械从结构和运动的角度看，机构和机器是相同的，一般统称为机械。
3.构件与零件构件是机构中的组成元件也是运动单元，零件是机械中的制造单元；构件是由一个或若干个零件固定连接组合而成的，各个零件间不能再有相对运动。
构件在图形表达上是用规定的最简单的线条或几何图形来表示的．但从运动学的角度看，构件又可视为任意大的平面刚体。
机构中的构件可分为三类：(1) 机架。
用来支承活动构件(运动构件)的构件，作为研宪机构运动时的参考坐标系。
每个机构都必须有机架，但尽管机构中的活动构件可以在多处和机架组成运动副，但每个机构仅有一个机架。
机架并不一定是固定不动的构件，而是我们选做静参考系的构件，在分析机构时看作是不动的。
(2) 原动件(主动件)。
输入运动的构件，也是运动规律已知的活动构件，即作用有驱动力的构件。
每个机构至少有一个原动件。
(3) 从动件。
其余随主动件的运动而运动的活动构件，其中至少有一个是运动输出的构件。
4.运动副运动副是两个构件组成的可动联接。
两构件上能够参加接触而构成运动副的表面称为运动副元素。
运动副是约束运动的，因而一个运动副至少引入一个约束，也至少保留一个自由度。
至于两构件组成运动副后还能产生哪些相对运动，则与运动别的类型有关。
运动副按其接触方式分为高副(点线接触)和低副(面接触)，低副又可按相对运动形式分为转动副和移动副，判断依据是看两构件的相对运动轨迹是直线还是圆弧。
机械设计基础项目一任务二、内燃机机构运动简图的绘制及其结构分析
齿轮6′ 槽凸轮6 杆件3
滑块7 杆件4 压杆8
滚子5
杆件2
移动副
1′—— 6′ 平面高副 5 —— 6
偏心轮1 齿轮1′ 机座9
3.选择适当的视图平面及原动件的静态位置
选择原则
1)清楚表达机构的主体部分；
滑块7 齿轮6′ 槽凸轮6 杆件3 滚子5 杆件2
2)尽可能反映机构的全面运动；
3)可以选择其他视图平面
▲以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？
这对于设计新的机构显得尤其重要。
2.绘制机构运动简图
目的是为运动分析和动力分析作准备。
3.按结构特点对机构进行分类 不同的机构都有各自的特点，把各种机构按 结构加以分类，其目的是按其分类建立运动分析
和动力分析的一般方法。
4.研究机构的组成原理 目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足 运动确定性的要求。
高副产生的约束数： 1 Ph
计算公式:
例三: 计算平面运动链自由度
2 3
4 1
5
n = 4 PH = 1
P L= 5
F = 3 × 4 – 2× 5 – 1 = 1
知识点5 机构机构具有确定运动的条件
机构自由度F≤0
1
2
机构自由度F > 0
运动链成为机构的条件
3
1
机构自由度F≤0
机构的自由度数目和机构原动件的数目与 机构的运动有着密切的关系： 若机构自由度F≤0，则机构不能运动（桁架）。
B 1 2
D
4
5 6
F C
E
3 8
7
A
可以证明：F点的轨迹为一直线。
圆盘锯机构
2
局部自由度
例五:
机械设计基础考试重点整理
第2章平面机构的结构分析1、运动副：使两个构件直接接触仍能产生一定相对运动的连接2、低副：两个构件为面接触的运动副3、移动副：组成运动副的两个构件通过面接触只能做相对移动的低副4、高副：两个构件通过点或线接触组成的运动副5、运动链：由两个以上运动副连接而成的系统6、运动链分为闭链和开链两种。
闭链：若组成运动链的各构件首尾相连，则所构成的系统成为封闭式运动链，简称闭链；开链：若组成运动链的各构件未构成首尾相连的封闭系统，则成为开式运动链，简称开链。
7、若运动链中其余各构件都有确定的相对运动，这种运动链便构成了机构8、机架：机构中固定不动的构件。
按照给定的运动规律相对于该固定构件运动的构件成为原动件或主动件，其余各活动构件成为从动件。
9、移动副的导路必须与相对移动方向一致10、F = 3n - 2P L - P H （F表示平面机构的自由度数）11、复合铰链：两个或两个以上的构件公用同一转动轴线相连接所构成的运动副12、局部自由度：机构中出现的不影响其他构件运动的构件的自由度13、虚约束：机构中对传递运动不起独立作用的对称部分引入的约束14、机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数与机构的自由度数相等第3章挠性传动设计1、带传动的优点：①带具有良好的挠性，可缓和冲击、吸收振动②过载时带会在带轮上打滑，避免了其他零件的损坏③适用于中心距较大的传动④结构简单、制造安装方便、成本低廉带传动的缺点：①带与带轮直接存在滑动，不能保持准确的传动比②需要张紧装置③传动效率较低，带的寿命较短，不宜在易燃、易爆场合下工作2、通常情况下，带速V > 5 m/s，对于普通V带应使Vmax = 25~30 m/s第4章齿轮传动设计3、根据不同的分类方法，齿轮传动可分为以下几种类型：直齿轮传动平行轴齿轮传动斜齿轮传动人字齿轮传动直齿圆锥齿轮传动齿轮传动相交轴齿轮传动斜齿圆锥齿轮传动曲齿圆锥齿轮传动交错轴斜齿圆柱齿轮传动交错轴齿轮传动蜗杆蜗轮传动4、齿顶圆：各齿轮顶部所连成的圆称为齿顶圆，其直径用d a表示，其半径用r a表示5、齿根圆：各齿槽底部所连成的圆称为齿根圆，其直径用d f表示，其半径用r f 表示6、分度圆：为了设计、制造的方便，在齿顶圆与齿根圆之间规定了一个圆，作为计算齿轮各部分尺寸的基准，该圆称为分度圆，其直径用d表示，其半径用r 表示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
B 4
1
§1.2 平面机构运动简图
基本步骤： 1、清楚真实机械的运动，确定构件数目。 2、确定运动副的种类和数目。 3、选择恰当的视图方向和原动件位置。 4、选择合适的比例尺，定出各运动副的相对位置， 绘出机构运动简图。
实际长度(m) l 图上长度(mm)
5、不动构件画上阴影线，已知运动构件画上箭头。
§1.1运动副
未组成高副之前，自由度为3 组成高副之后，自由度为2 高副提供了1个约束，保留2个自由度。
§1.1运动副
Question：高副提供了哪个方向的约束？ 两构件一旦接触，沿接触处公法线方向动的自由度 即被约束。
§1.1运动副
Tip：平面运动副提供约束的情况
§1.1运动副
移动副：活塞与气缸体
转动副：曲轴与连杆； 连杆与活塞； 轴与壳体。
高副：齿轮与齿轮； 凸轮与顶杆
§1.1运动副
转动副：连杆与游梁； 游梁与支架； 曲柄与连杆； 支架与曲柄。
§1.1运动副
空间运动副 构件1自由度为6 球面副提供3个约束 剩下3个自由度
提供了3个约束， Ⅲ级副
球面副spherical joint
§1.1运动副
原动件数目大于机构自由度时，从动件无法运动。
§1.3 平面机构的自由度 DOF of planar mechanism
Question： 原动件数目与机构自由度相等，机构就具有确定的运动 呢？
n=4
PL =6 PH =0
F=3n—2 PL—PH =3*4—2 *6—0 =0 自由度为0时，机构无法运动。
PL =4 PH =0
F=3n—2 PL—PH =3*3—2 *4—0 =1 自由度与原动件数目相等，具有确定的运动。
§ 1.4 计算自由度时的注意事项
多了一个构件CD，带入了3个自由度， 带入了两个转动副，带入了4个约束。 虚约束：重复而对机构的运动不起限制作用的约束。
§ 1.4 计算自由度时的注意事项
平面
3个自由度：x轴移动 y轴移动
平面内转动
空间
6个自由度：x轴移动、转动
y轴移动、转动
z轴移动、转动
§1.1运动副
§1.1 运动副 运动副kinematic pairs： 两个构件直接接触，并产生一定相对运动的联接。 运动副元素：参加接触而构成运动副的表面， 面、线、点 1、低副lower pairs： 两构件通过面接触组成的运动副。 A、转动副revolving joint 、铰链： 组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动。 B、移动副translating joint ： 组成运动副的两构件只能在一个平面内相对移动。
第1章平面机构的结构分析 structural analysis of mechanism
第1章平面机构的结构分析 structural analysis of mechanism
主要内容：平面机构
1、掌握机构运动简图的画法。 2、掌握机构具有确定运动的条件。
构件的自由度degree of freedom of link： 相对于参考系，构件所具有的独立运动的数目。
必定与原机械具有完全相同的运动特性。
机构示意图schematic diagram of mechanism
怎么画？ 构件的表达方式、运动副的表达方式。
§1.2 平面机构运动简图
一、部分运动副和构件的表示方法
binary link
两副元素构件
ternary link
§1.2 平面机构运动简图
§1.2 平面机构运动简图
1、轨迹重合问题
§ 1.4 计算自由度时的注意事项
2、轴线重合或导路平行 两构件 移动副 导路平行 一个移动副
§ 1.4 计算自由度时的注意事项
两构件 转动副 轴线重合 一个转动副1
§ 1.4 计算自由度时的注意事项
两构件 高副
接触点公法线重合
一个高副
§ 1.4 计算自由度时的注意事项
注意： 两构件 高副
二、机构运动简图的绘制方法 游梁 3 D C
B
A
2 连杆
4
抽油机
机架
1 曲柄
§1.2 平面机构运动简图
3 D C
1和 4 1和 2 2和 3 3和 4
A B C D
转动副 转动副 转动副 转动副
B
A
2
4
抽油机
1
§1.2 平面机构运动简图
基本步骤： 1、清楚真实机械的运动，确定构件数目。
§1.2 平面机构运动简图
F=3n—2 PL—PH—F′ =3*3—2 *3—1 — 1 =1
§ 1.4 计算自由度时的注意事项
2、将滚子与构件焊成一体
n=2
PL =2 PH =1
F=3n—2 PL—PH =3*2—2 *2—1 =1
§ 1.4 计算自由度时的注意事项
三、虚约束redundant constraint n=3
构件1自由度为6 螺旋副提供了5个约束 剩下1个自由度 提供了5个约束，Ⅴ级副
螺旋副helical joint
§1.1运动副
肘关节 elbow joint
§1.2 平面机构运动简图 为什么？ 机构结构学、运动学、动力学的分析和设计的需要。 什么是？ 抛开构件外形和运动副结构，一定比例确定运动副位 置，简单线条和符号表示构件间相对运动关系的简化 图形。
§1.2 平面机构运动简图
二、机构运动简图的绘制方法 课堂练习：活塞泵1 5个构件 1绕A转动 2平面运动 3绕D转动 4往复移动 5固定不动
§1.2 平面机构运动简图
1和 5 1和 2 2和 3 3和 5 3和 4 4和 5
A B C D E EF
转动副 转动副 转动副 转动副 高副 移动副
§1.2 平面机构运动简图
第1章平面机构的结构分析 structural analysis of mechanism
结构分析目的：
1、研究机构具有确定运动的条件。 2、根据结构特点对机构进行结构分类。
平面机构planar mechanism：所有构件都在相互平行 的平面内运动的机构。 空间机构spatial mechanism：至少一个构件不在相互 平行的平面内运动的机构。
抽油机自由度 n=3
PL =4
PH =0
F=3n—2 PL—PH =3*3—2 *4—0 =1
机构自由度与原动件数目相等。
§1.3 平面机构的自由度 DOF of planar mechanism
活塞泵自由度 n=4
PL =5
PH =1
F=3n—2 PL—PH =3*4—2 *5—1 =1
机构自由度与原动件数目相等。
Question： 如果不相等，会怎样呢？1 n=4 PL =5 PH =0
F=3n—2 PL—PH =3*4—2 *5—0 =2 原动件数目小于机构自由度时，
从动件运动的不确定性。
§1.3 平面机构的自由度 DOF of planar mechanism
n=3
PL =4 PH =0
F=3n—2 PL—PH =3*3—2 *4—0 =1
§1.3 平面机构的自由度 DOF of planar mechanism
机构具有确定运动的条件：
1、F＞0，表示机构可以运动； 2、F等于原动件数目，机构具有确定的运动。
n=4
PL =6 PH =0 F=3n—2 PL—PH =3*4—2 *6—0 =0 理论计算：自由度为0，机构不能运动。 工程实际：可以运动。
§ 1.4 计算自由度时的注意事项
n=3
PL =3 PH =1 F=3n—2 PL—PH =3*3—2 *3—1 =2
理论计算：两个原动件。 工程实际：一个原动件。
§ 1.4 计算自由度时的注意事项
二、局部自由度 local ( redundant ） degree of freedom 与输出构件运动无关的自由度。 1、减去局部自由度 n=3 PL =3 PH =1 F′=1
第1章 平面机构的结构分析 structural analysis of mechanism
第1章平面机构的结构分析 structural analysis of mechanism
Question1：什么是机构运动简图？怎样画出与实际 机械一致的机构运动简图？ 即机构运动简图的画法。
Question2:在什么条件下，机构的各构件间具有确定的 相对运动？ 即机构具有确定运动的条件。
机构中共有k个构件 活动构件数目n=k-1，自由度数目3n 低副数目PL个，约束数目2 PL个 高副数目PH个，约束数目1 PH个 机构自由度等于活动构件的总自由度减去运动副 带来的总约束。 F=3n—2 PL—PH 公式表明：机构自由度与活动构件数目以及运动副 性质和数量有关。
§1.3 平面机构的自由度 DOF of planar mechanism
活塞泵的机构运动简图
§1.2 平面机构运动简图
三、机构的组成 1、固定构件：机架 fixed link 2、原动件 driving link 输入构件 input link
从动件 原动件
3、从动件 driven link： 输出构件 output link
机架
§1.3 平面机构的自由度 DOF of planar mechanism 什么是？ 相对于机架，机构所具有的独立运动的数目。 构件： 提供自由度 1个 1个低副 1个高副 3个自由度 2个约束 1个约束
3 局部自由度
复合铰链2
§ 1.4 计算自由度时的注意束 1 6
虚约束
n=6 PL =7 PH =2 F=3n—2 PL—PH =3*6—2 *7—2 =2
第一章需掌握内容： 1、运动副概念，工程实例。 2、看懂并正确绘制实际机械的机构运动简图。 3、正确进行机构自由度计算，并清楚指出 复合铰链、局部自由度和虚约束。 4、清楚机构具有确定运动的条件。 作业： 1.1 1.3 （a）（b） 1.4 （a）（c）