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机械设计基础1练习题--平面机构的结构分析
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机械设计基础 第02章 平面机构的组成与结构分析
第二章平面机构的结构分析第一节 基本概念 第二节 机构运动简图 第三节 平面机构自由度的计算第一节 基本概念一、自由度 二、构件 三、运动副 四、运动链 五、机构第一节 基本概念 一、刚体的自由度θyy空间：一个完全独立的刚体 在空间直角坐标系下的自由 度 (Degree of freedom) 为 sx ，sy ，sz ， θx ， θ y ， θ z ，即 自由度数 f =6。 平面：平面运动刚体的自 由度为sx ，sy ， θ z ，即自由 度数 f =3。syθx θzz O sz y x sxsyθz(x , y)Osxx第一节 基本概念 二、构 件定义―― 组成机械系统的最小运动单元 link组成―― 可由一个零件构成，也可由若干零件刚性联接而成。 内 燃 机 连 杆 零件加工制造的最小单元第一节 基本概念 三、运动副 kinematic pair定义――两构件间的可动联接。 运动副元素――连接构件上能够参与接触而构成运动副的点、线、面部分 称为运动副元素。 pairing element按两构件的接触方式分类分类按两构件之间的相对运动方式分类 按运动副的自由度进行分类第一节 基本概念按两构件的接触方式分类 低副――面面而形成接触的运动副 lower pair高副――点接触或线接触而形成的运动副 higher pair面接触线接触点接触第一节 基本概念按两构件之间的相对运动方式分类转动副――两构件之间的相对运动为转动 移动副――两构件之间的相对运动为移动 revolute pair sliding pair 低副移动副一 定是低副 吗？第一节 基本概念 按运动副的自由度进行分类运动副的自由度：运动副中具有的独立运动的数目。用f表示。 运动副的约束：运动副中对运动的限制数目。用C表示。 空间中，f=6-C，Cmax=5，Cmin=1第一节 基本概念 按运动副的自由度进行分类I类运动副： 自由度为1的运动副 II类运动副： 自由度为2的运动副 III类运动副：自由度为3的运动副 IV类运动副： 自由度为4的运动副 V类运动副： 自由度为5的运动副第一节 基本概念运动副的代表符号1 移 动 副 转 动 副 平 面 高 副平面运动副自由度为1自由度为1自由度为2第一节 基本概念运动副的代表符号2 圆 柱 副 螺 旋 副空间运动副自由度为2球 面 副自由度为3自由度为1注意：圆柱副和转动副的区别第一节 基本概念四、运动链 kinematic chain定义――若干个构件通过运动副联接构成的可动构件系统。分 类闭式运动链简称闭链：运动链的各构件首尾封闭 开式运动链简称开链：未构成首尾封闭的系统 ――构成一个闭链至少需要几个构件？思考闭 链第一节 基本概念开链3 2 3 2 4 1 1 4第一节 基本概念思考它们是运动链吗？第一节 基本概念 运动链还分为平面运动链和空间运动链平面闭链平面开链空间闭链空间开链第一节 基本概念 五、机构 mechanism定义――在运动链中，如果将某一构件加以固定而成为机架， 则该运动链转化为机构。（注意：教材定义有误）机架:固定不动的构件 (1) 连架杆:与机架相连接的构件(2、4） 连杆:不与机架相连接的构件（3）第一节 基本概念 机构的分类： 1、按空间位置关系分平面机构：机构中各构件的运动平面互相平行 空间机构：机构中至少有一构件不在相互平行的平面上 运动，或至少有一构件能在三维空间中运动C B A C BDA D平面机构空间机构第一节 基本概念 机构的分类： 2、按运动副的性质分低副机构：完全由低副连接而成的机构 高副机构：只要含有一个高副的机构B A C原动件――在机构中，提供动力并按已知运动规律独立运动的 构件。driving link driven link从动件――在机构中，除原动件以外的活动构件第一节 基本概念 典型机构举例平面低副 闭链机构平面低副开链机构高副机构第二节 机构运动简图一、定义―― 表示机构运动传递和变换的示意图，而不关心零件的外形和尺寸、构件的零件数目及其具体固接形式。根据机构的运动尺寸，按一定比例 尺画出各运动副的位置。 用运动副代表符号和简单线条来反映机构中各构件之间运动关系的简图。比例尺运动尺寸的实际长度 (m 或 mm) μl = 图上所画长度（ mm )二、画法常用机构运动简图符号－带传动、齿轮传动、凸轮传动 一般构件的表示方法－固定构件、两副构件、三副构件第二节 机构运动简图画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。第二节 机构运动简图具体绘制步骤 1.确定原动件和从动件； 2.使机构缓缓运动或通过观察机构运动情况，明确运动传递路线； 3.按照运动传递路线找出构件数目及运动副的种类、数目； 4.选择大多数构件所在平面为投影面； 5.测量各运动副之间的尺寸，用运动副表示各构件的连接，选择适当的比例尺画出各构件。第二节 机构运动简图例题2－1：画出简易冲床机构的机构运动简图1-偏心轮（主动件、原动件）； 2-连杆； 3-摇杆； 4-长度可调连杆；5-滑块（装有冲头）； 6-机架第二节 机构运动简图例题2－2：画出颚式破碎机机构运动简图6 F A1 B2 E 3 C D 6 54第二节 机构运动简图例题2－3：画出活塞泵的机构运动简图1A4 2B3C4活塞泵原理第二节 机构运动简图例题2－4：画出偏心泵的机构运动简图3 2 1 4 偏心泵原理 偏心泵第三节 平面机构的自由度计算一、平面机构和构件的自由度 二、机构具有确定性运动的条件 三、平面机构自由度计算公式 四、计算机构自由度的注意事项第三节 平面机构的自由度计算一、平面机构和构件的自由度 degree of freedom 构件自由度――构件具有的独立运动数目（独立广义坐标） 无约束条件下构件的自由度yαBA0x平面构件 fmax=3 空间构件 fmax=6第三节 平面机构的自由度计算约束――运动副对构件间相对运动的限制作用，对构件施加 的约束数目等于其自由度减少的数目。 constraint机构自由度――机构具有确定运动时给定的独立运动参数数目。F =1F= 2第三节 平面机构的自由度计算二、机构具有确定性运动的条件 条件 给定原动件数＝机构自由度数目注意：1）给定的原动件数&机构的自由度数目 机构运动将遵循 最小阻力运动规律，机构将沿阻力最小的方向运动。 2）给定的原动件数&机构的自由度数目 机构将在最薄弱 的构件处发生破坏。第三节 平面机构的自由度计算三、平面机构自由度的计算公式 平面运动副对构件的约束――低副带入2个约束，高副带入1个 约束 一个无约束的作平面运动的构件具有3个自由度F = 3n
Ph活动构件数目 低副数目 高副数目第三节 平面机构的自由度计算例1： 计算自由度 双 曲 线 画 规 机 构牛 头 刨 床 机 构F = 3n
Ph = 3× 5
0 =1F = 3n
Ph = 3× 6
1 =1第三节 平面机构的自由度计算四、计算平面机构自由度时应注意事项复合铰链 构件数目问题 局部自由度 虚约束第三节 平面机构的自由度计算复合铰链定义――两个以上构件在同一处以转动副联接，则构成复合铰链。 处理办法――m个构件在同一处构成转动副，实际转动副 数目为（m-1）个。第三节 平面机构的自由度计算几种典型复合铰链注意：在计算复合铰链时，此时构件数目不仅指活动构件数目， 还应把机架考虑在内。第三节 平面机构的自由度计算构件数目问题自由度计算公式中n为活动构件数目，不应把机架包含在内， 活动构件数目 对于一个机构来说，总共有（n+1）个构件所构成，如果将 机架视为活动构件，则自由度计算就会发生错误注意在处理复合铰链的情况时，构件数目不仅仅指活动构件 数目，还应把机架考虑在内。第三节 平面机构的自由度计算局部自由度定义――在某些机构中，不影响其他构件运动的自 由度称为局部自由度。处理办法――把滚子固化在支承滚子的构件上。F = 3n
p h = 3 × 3
1 = 2F = 3 n
p h = 3 × 2
1 = 1 -5W-5T-10H 080926第三节 平面机构的自由度计算 虚约束－难点定义――对机构运动起重复作用的约束。F = 3× 3
2× 4 = 1F = 3× 4
2× 6 = 0处理办法――将机构中构成虚约束的构件连同其所附带的运动副去掉不计 。 作用――将为了改善构件的受力情况，增加机构的刚度或保证机械能够顺利通过某些特殊位置等。第三节 平面机构的自由度计算 几种常见的虚约束情况1.在机构中如果两构件相连接，将两构件在连接处拆开后，两 构件上的连接点的轨迹是互相重合的，则该连接引入一个虚约束。F = 3× 3
2× 4 = 1 F = 3× 4
2× 6 = 0√×第三节 平面机构的自由度计算2.如果两构件在几处接触而构成运动副，且在各接触处两 构件相对运动方向是一致的，则构成虚约束。包含转动副、移动副、高副三种情况第三节 平面机构的自由度计算3.如果两构件上两点之间的距离始终保持不变，那么将此 两点以构件相连接，也将产生一个虚约束。第三节 平面机构的自由度计算4.在机构中，不影响机构运动传递，重复部分所带入的约束为 虚约束。第三节 平面机构的自由度计算例题 2－3a 计算图示机构的自由度局部自由度虚约束F = 3n
Ph = 3× 7
2 = 1第三节 平面机构的自由度计算例题：2－3b 计算图示机构的自由度齿轮3,4系杆1、 机架5复合铰链虚约束虚约束F = 3n
Ph = 3 × 4
2 = 2第三节 平面机构的自由度计算局部自由度 例题：2－4 计算图示机构的自由度虚约束F = 3n
Ph = 3 × 8
1 = 1自测评估题 自测题1：1. 试画出图1所示机构的机构运动示意图 2. 计算图示机构的自由度。若有复合铰链、局部自由度或虚约 束，请明确指出。（已知ABCD和CDEF是平行四边形。)图 1图 2自测评估题 自测题1答案：K为局部自由度， I或J为虚约束，EF、CD、AB其 中之一为虚约束（假定CD为虚约束），E为复合铰。 共有9个活动构件，一个高副，12个低副， F＝3n－2Pl－Ph =3×9－2×12－1＝2图 1图 2第三节 平面机构的自由度计算 自测题2：试计算图示机构的自由度，若含有局部自由度、虚约束和复合铰链请指出，并判断该机构是否具有确定的运动。局部自由度 虚约束复合铰链解：G处为局部自由度；H、I两处移动副其中一处为虚约束; C处为复合铰链。F = 3n
Ph = 3 × 8
1= 3该机构自由度为3，只有1个原动件，该机构不满足具有确定性运动的条件。第三节 平面机构的自由度计算小结：平面机构自由度计算的一般步骤1 判断是否有局部自由度存在 2 判断是否有虚约束存在 3 判断是否有复合铰链 4 确定活动构件数目，低副和高副运动副的数目 5 根据下面公式计算出机构的自由度数目F = 3n
机械设计基础教案_理学_高等教育_教育专区。《机械...掌握机械的基本组成。 2. 掌握机器、机械、机构、...第2章 平面机构的结构分析 学时分配: 教学目的与...机械设计基础重点知识结构图_机械/仪表_工程科技_专业资料。重点知识结构图 第 1 章 平面机构的自由度和速度分析固定构件(机架) 构件 组成 原动件(主动件) 从动...机械设计基础 1 练习题――平面机构的结构分析 一、选择题 1.组成机器的运动...第02章 平面机构的结构分... 28页 1下载券
机械设计基础第01章 机构......平面机构结构分析_工学_高等教育_教育专区。机械设计基础作业 班级 学号 姓名 第1章 1.绘出图示机构的机构运动简图 平面机构自由度作业题 2.计算下列各机构的...沈 阳 大 学 教课程名称:机械设计基础 授课章节 目的要求 重点难点 案编写时间:2011 年 8 月 10 日 第一章 平面机构的结构分析 第一、二节 根据实物绘制机...第一章 平面机构的结构分析(三) 隐藏&& 沈 阳 大 学 教课程名称:机械设计基础 授课章节 目的要求 重点难点 教案内容: 第一章 补充内容:速度瞬心及其应用 利用...第 3 章平面机构的结构分析复习重点 1、机构及运动...习题 2 机械设计基础复习知识点 3-1 一个在平面...第9章复习重点 1. 带传动的组成、工作原理、传动...机械设计基础 习题参考答案 机械设计基础课程组编 武汉科技大学机械自动化学院 第 2 章 平面机构的自由度和速度分析 2-1 画运动简图。 4 3 2 5 1 2-2 图...《机械设计基础》试题库及答案 (1)_从业资格考试_资格考试/认证_教育专区。机械...1.平面连杆机构由一些刚性构件用_转动___副和_移动___副相互联接而组成。 2...02 月一、课程的性质及教学目标课程性质: 《机械设计基础》是机械类、机电相...第 3 章 平面机构的结构分析 1、教学内容 机构的组成;平面机构的运动简图;...
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文档介绍：
薛铜龙主编《机械设计基础》
部分课后习题参考答案
第2章平面机构运动简图及自由度计算
2-1 何谓构件?何谓运动副及运动副元素?平面运动副是如何分类的?
答:构件:组成机械的各个相对运动的单元;运动副:构件之间直接接触的、可以产生相对运动的活动连接;运动副元素:两个构件上直接参与接触构成运动副的部分;平面运动副按照不同的接触情况,一般讲运动副分为低副和高副两大类。
2-2 何谓机构的自由度?机构具有确定运动的条件是什么?若不满足此条件将会产生什么后果?
答:机构具有确定相对运动时所必须给定的独立运动参数的数目;机构具有确定运动的条件是机构原动件的个数应等于该机构的自由度F;如果机构的原动件个数小于机构的自由度,机构的运动将不确定,如果机构的原动件个数大于机构的自由度,机构不能运动甚至在薄弱处发生破坏。
2-3 计算平面机构自由度时应注意哪些事项?通常在哪些情况下存在虚约束?
答:计算平面机构自由度时应注意:复合铰链、局部自由度和虚约束;常见的虚约束情况:1)“轨迹重合”——两构件在未组成运动副前,连接点处的轨迹已重合为一,因此组成后的运动副将不提供独立的约束作用,为虚约束;2)“导路平行”——两构件在多处同时构成若干移动副,且导路相互平行或重合时,事实上只有一个移动副起独立的约束限制作用,其余则为虚约束;3)“轴线重合”——两构件同时在多处构成若干转动副,且轴线相互重合,事实上只有一个转动副起独立的约束限制作用,其余则为虚约束;4)“距离恒定”——两构件两点间未组成运动副前距离保持不变,两点间用另一构件连接后,将产生虚约束;5)“对称结构”——机构中对运动不起独立作用的对称部分,将产生虚约束;6)“公法线重合”——如果两构件在多处构成平面高副,且接触点处的公法线彼此重合,则只能算做一个平面高副;但如果各接触处的公法线彼此不重合,则相当于一个低副。
2-4 试判定图2-27中(a)、(b)的构件组合体能否运动?若使它们成为具有确定运动的机构,在结构上应如何改进?
答:图(a)所示构件组合体的自由度为:
F = 3n – 2Pl – Ph=3×2-2×3-0=0
不能运动,若使它们成为具有确定运动的机构,应改为下图(a);
图(b)所示组合体自由度为:
F = 3n – 2Pl – Ph=3×6-2×9-0=0
不能运动,若使它们成为具有确定运动的机构,应改为下图(b)。
2-5 绘出图2-28所示机构的机构运动简图。
图 2-28 答:
2-6 如图2-29所示油泵机构中,1为曲柄,2为活塞杆,3为缸体,4为机架。试绘制该机构的运动简图,并计算其自由度。
F = 3n – 2Pl – Ph=3×3-2×4-0=1
2-7 计算如图2-30至题图2-35所示各机构的自由度(若有复合铰链、局部自由度或虚约束应明确指出),并判断机构的运动是否确定,图中绘有箭头的构件为原动件。
图 2-30 图 2-31
图 2-32 图 2-33
图 2-34 图 2-35
解:(1)F = 3n – 2Pl – Ph=3×68-2×11-1=1,其中凸轮滚子处为局部自由度,运动确定;
(2)F = 3n – 2Pl – Ph=3×7-2×10-0=1,C处为复合铰链,运动确定;
(3)F = 3n – 2Pl – Ph=3×6-2×7-3=1,构件8两端的F、I两处为虚约束,C、H两处为局部自由度,运动确定;
(4)F = 3n – 2Pl – Ph=3×8-2×11-1=1,两个移动副之一为虚约束,一个复合铰链,运动确定;
(5)F = 3n – 2Pl – Ph=3×5-2×7-0=1,E、F为虚约束,C点为复合铰链,运动确定;
(6)F = 3n – 2Pl – Ph=3×9-2×12-2=1,两个移动副之一为虚约束,一个复合铰链,运动确定。
第3章平面连杆机构
3-1 何谓曲柄?铰链四杆机构具有曲柄的条件是什么,曲柄是否就是最短杆?
答:绕固定轴线作整周回转的构件称为曲柄。铰链四杆机构中曲柄存在的条件为:(1)连架杆或机架是最短杆;(2)最短杆与最长杆的长度之和应≤其他两杆长度之和(杆长条件)。曲柄不一定是最短杆。
3-2 死点在什么情况出现?举例说明死点的危害以及死点在机械工程中的应用。
答:在曲柄摇杆机构中,以摇杆为原动件,曲柄为从动件,当机构的从动件与连杆共线的两个位置时,出现了传动角为零的情况,这时原动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心,不产生转距。因此机构在此位置起动时,不论驱动力多大,即便无摩擦,也不能使从动曲柄转动。机构的这种位置称为死点。当机构运动到死点位置时会产生运动不确定现象。曲柄可能无法运动,甚至是反向运动即顺时针转动。为了使机构能顺利地闯过死点而顺利运行,可以采用将两组以上的相同机构组合使用的方法。如机车联动装置,其两侧的曲柄滑块机构的曲柄位置就相互错开了90°;再如多缸内燃机的各缸曲柄位置同样也错开了一定的角度。还可以采用安装飞轮增大惯性的方法,借惯性作用通过死点,如缝纫机驱动机构的飞轮以及拖拉机单缸引擎上的飞轮等等。在工程实际中,也常利用死点来实现一定的工作要求。如飞机起落架机构、工件夹紧装置。
3-3 试说明平面四杆机构常见的几种演化形式?导杆机构是由何机构演变而来?如何演变?
答:1、转动副演化为移动副(改变构件形状或尺寸);2、运动副尺寸的扩大;3、机构的倒置;
4、运动副包容关系的逆转。 导杆机构可由曲柄滑块机构倒置得到。
3-4 如何判断机构有无急回运动?K=1的铰链四杆机构的结构特征是什么?
答:行程速比系数的大小表明了急回运动的剧烈程度,行程速比系数值越大,机构的急回运动特性越显著,行程速比系数值大小取决于极位夹角的大小。极位夹角越大,行程速比系数值就越大;若K=1,极位夹角为零,机构没有急回运动特性。
3-5 分别分析如图3-29所示两种曲柄滑块机构的最小传动角的位置。
3-6 试根据图3-48中注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构、还是双摇杆机构。
答:(a)双曲柄机构;(b)曲柄摇杆机构;(c)双摇杆机构;(d)双摇杆机构。
3-7 画出图3-49所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。
答:如图所示:
3-8 试判别图3-50中a、b所示机构为何种机构?设构件1为原动件,试确定两机构从动件的摆角ψ和机构的最小传动角γmin。如果分别以构件1、2和3为机架,它们又是什么机构?(各构件长度如图所示,单位mm)
答:1、(a) (b)均为曲柄摇杆机构;2、摆角和最小传动角可按下图方法确定,其中:当∠BCD是锐角时,该角就是传动角;而当∠BCD为钝角时,与之相对应的传动角应为180°-∠BCD。有:(1)若∠B2C2D是锐角,则∠1
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