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1、 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：F0，机构具有确定运动的条件：F0 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= 2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3n13.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 为虚约束数 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2、 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 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 为重合点角速度，为相对速度，为和矢量夹角 方向为和用右手法则确定（平面运动中等于）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，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，实部虚部分别相等可以求出位置的得到角位移，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3、 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2. 何谓曲柄，铰链四杆机构有曲柄的条件是什么，曲柄是否为最短杆连架杆：与机架相连 曲柄：能作整周回转运动的连架杆 摇杆：不能做整周转动的连架杆 周转副：能使两构件作整周相对转动的转动副 摆动副：不能作整周相对转动的转动副 杆长条件：最短杆和最长杆长度之和小于等于其他两杆长度之和有曲柄条件：满足杆长条件且连架杆与机架中必有一最短杆，若连架杆为最短杆则为曲柄摇杆机构，若机架为最短杆则为双曲柄机构，若两杆条件都不满足则为双摇杆机构3. 何谓极位夹角，急回特性，行程比系数，死点，它们有什么关系极位夹角：当机构从动件处于两极限位置时，主动件在两相应位置时所夹角度（拉直共线和重叠共线）急回特性：当连杆机构的主动件为等速回转时，从动件空回行程的平均速度大于从动件工作行程的平均速度行程比系数:死点：当机构出现时，主动件通过连杆作用于从动件上的力通过其回转中心，而不能使从动件转动，出现顶死现象4. 四杆机构什么时候有急回特性 0时有急回特性，越大急回运动越明显5. 何谓压力角和传动角，研究其有什么意义，在连杆设计时对传动角有什么限制，为什么在曲柄摇杆机构中最小传动角出现在曲柄与机架共线的位置之一 压力角：相对于从动件最后一个构件所受力方向与力作用点的线速度方向夹角，反映了力的利用程度 传动角：压力角的余角6. 四杆机构中死点和极位实际上是同一位置，为什么有不同的称呼，有什么不同 机构的极位和死点实际上是机构的同一位置，所不同的仅是机构的原动件不同。当原动件与连杆共线时为极位。在极位附近，由于从动件的速度接近于零，故可获得很大的增力效果(机械利益)当从动件与连杆共线时为死点。机构在死点时本不能运动，但如因冲击、振动等原因使机构离开死点而继续运动时，这时从动件的运动方向是不确定的，既可能正转也可能反转，故机构的死点位置也是机构运动的转折点7. 死点与自锁现象有什么区别 要注意死点自锁与机构自由度小于等于零的区别，自由度小于等于零表明机构中各构件间不可作相对运动，死点是指不计摩擦时机构所处的特殊位置可借助惯性或采用机构错位排列的方法使机构能顺利通过死点位置而正常运转，而自锁是指机构在考虑摩擦的情况下当驱动力的作用方向满足一定的几合条件时虽然机构的自由度大于零但机构仍无法运动的现象8. 一曲柄摇杆机构，若在机构中改变摇杆为滑块，将其演化成曲柄滑块机构；再在曲柄滑块机构中改变曲柄为偏心距为曲柄长的偏心圆盘则将其演化成偏心轮机构9. 一对心曲柄滑块机构，若将曲柄改为机架，则机构将演化成转动导杆机构；若将连杆改为机架，则将为曲柄摇块机构；而若将滑块改为机架，则将为移动导杆机构4、 凸轮机构1. 在凸轮做好后，再改变偏距大小，偏置方向或滚子大小会产生何种影响，偏置方向对凸轮机构压力角有何影响2. 从受力的观点分析，直动推杆的导轨长度和悬臂尺寸是大一些好还是小一些好3. 在什么情况下需要考虑凸轮机构的弹性动力学问题4. 何谓凸轮机构压力角，在凸轮设计中有什么意义，如何处理 压力角：推杆与凸轮接触点处所受正压力方向（凸轮轮廓线接触点法线方向）与推杆上对应点速度方向所夹锐角，影响凸轮机构受力情况，从减小推力和避免自锁压力角越小越好 尺寸关系： 其他条件不变，越大越小凸轮尺寸越小，从凸轮机构尺寸紧凑上看压力角大好；其他条件不变，推杆偏置方向使前为减号，可使压力角减小，改善受力情况（采用负偏置）5. 设计直动推杆盘形凸轮机构时，在推杆运动规律不变的条件下，需要减小推程压力角，可采用哪两种措施:采用正偏置方式和增大基圆半径6. 凸轮的基圆半径为凸轮轮廓曲线最小失径7. 平底垂直于导路的直动推杆盘形凸轮机构的压力角为零 8. 在凸轮机构推杆运动规律的4种常用运动规律中等速运动有刚性冲击；等加速等减速、余弦加速有柔性冲击；正弦加速无冲击9. 凸轮机构推杆运动规律选择原则为：首先须满足机器的工作要求，其次还应凸轮机构具有良好的动力特性；此外，还应使所设计的凸轮便于加工，等等10. 设计滚子推杆盘形凸轮廓线时，若发现工作轮廓线有变尖现象时，尺寸参数应采取什么措施：减小滚子半径11. 在凸轮机构几种常见推杆运动规律中等速宜用于低速，等减速等加速不宜用于高速，而正弦加速度和余弦加速度可在高速下用5、 齿轮机构1. 什么是齿轮啮合基本定律，什么是共轭齿廓，要使齿轮实现定传动比齿廓曲线应满足什么条件齿轮啮合基本定律：互相啮合传动的一对齿轮在任一位置时的传动比，都与其连心线被其啮合齿廓在接触点公法线所分成的两段长反比共轭齿廓：凡满足齿廓啮合基本定律的曲线都可作为共轭齿廓定传动比条件：无论两齿廓在何位置接触，过接触点所作得齿廓公法线与两齿轮连心线都相交与一点2. 什么是渐开线齿廓传动可分性，渐开线齿廓为什么能实现定传动比传动，中心距大于理论中心距能否传动，有什么影响 可分性：即使实际安装中心距与设计中心距略与偏差，不影响两轮的传动比 能传动，齿轮啮合的点不同3. 渐开线直齿圆柱齿轮真确啮合的条件是什么，能否实现连续传动，标准渐开线齿轮能否和正变位齿轮或斜齿轮啮合，要满足什么条件 条件： 可以安装时要调整齿轮位置以满足啮合条件4. 何谓齿轮模数，有什么用，为什么要规定模数标准值，直齿圆柱齿轮，斜齿圆柱齿轮，圆锥齿轮及蜗杆轮上何处模数为标准值 模数决定齿轮及其轮齿大小和承载能力 为了设计制造检验及使用方便 直齿轮只有一种模数，斜齿轮法面参数为标准值，锥齿轮取大端为标准值，蜗杆轴面参数为标准值，涡轮端面参数为标准值5. 什么的齿轮分度圆压力角，为什么要规定分度圆压力角为标准值齿轮分度圆上啮合点公法线方向与啮合点速度方向的夹角因为压力角决定渐开线齿廓形状的基本从参数，为了设计制造检验及使用方便6. 重合度物理意义是什么，影响重合度有哪些参数，增大齿轮模数对提高重合度有没有好处重合度：实际啮合线与法向齿距的比值意义：衡量连续传动的条件，反映了同时参与啮合的齿轮的轮齿对数的平均值7. 什么是根切现象，是否基圆越小越容易发生根切，有什么危害，如何避免根切现象：用范成法加工齿轮时，若齿条型刀具的齿顶线与被切齿轮啮合线的交点超过了被切齿轮的啮合极限点，则刀具的齿顶将把被切齿轮齿根已3切出部分又切取一部分危害：大大降低轮齿曲面强度，当根切侵入渐开线齿廓工作段时将使重合度下降变位加工，限制齿轮齿数8. 什么是标准齿轮，什么的变位齿轮，齿轮变位修正的目的是什么，齿轮变后各尺寸如何变化标准齿轮：各参数都取标准值的齿轮（模数，压力角，齿顶高系数和顶隙系数）和标准轮齿尺寸（即齿槽宽等于齿厚）的齿轮变位齿轮：采用变位加工成的齿轮 目的：避免根切现象变位后模数压力角没有变，齿厚齿顶高齿根高变化9. 与直齿轮相比斜齿轮有什么优缺点，为什么斜齿轮参数有法面和端面之分，为什么取法面值为标准值，螺旋角对传动有什么影响，取值如何限制优点：啮合特性好,传动平稳，冲击、噪音小；重合度大， 承载能力大；不根切最小齿数少 缺点：存在轴向力10. 蜗杆传动有什么优缺点 优点：蜗轮蜗杆传动的两轮啮合齿面间为线接触，能获得比交错轴斜齿轮机构更好的啮合效果，传动比和承载能力也更高。蜗轮蜗杆传动是一种螺旋式传动，传动中主要形式为齿啮合传动，因此传动更为平稳、振动小、噪音低，适合需要稳固状态的机械使用。蜗轮蜗杆传动机构比其他传动机构突出的优点在于其自锁功能，蜗轮蜗杆传动机构的蜗杆导程角小于啮合轮齿间当量摩擦角时，蜗轮蜗杆传动机构就会反向自锁，这时只能是蜗杆带动蜗轮，而蜗轮无法带动蜗杆，即可实现对机械的安全保护。 缺点：蜗轮蜗杆传动的缺点在于其传动效率较低，传动中发生的磨损严重，这是因为蜗轮蜗杆传动是啮合齿轮传动，啮合齿轮间有较大的相对滑动速度，会导致齿面的磨损、发热和能量消耗。另外，为了减少齿面磨损，蜗轮蜗杆机构经常使用昂贵材料和良好的润滑装置，增加了成本。11. 什么是斜齿轮当量齿轮和圆锥齿轮的当量齿轮，意义何在 斜齿轮当量齿轮：在某一点法平面内用该点曲率半径为分度圆，斜齿轮法面模数和压力角分别为模数压力角作为虚拟直齿轮 圆锥齿轮当量齿轮：与圆锥齿轮大端球面上分度圆相切的圆锥称为圆锥齿轮的背锥，圆锥齿轮大端面齿形平行圆锥母线向背锥上投影展开所形成的扇形称之为扇形齿轮。相当于圆锥齿轮大端面齿形的直齿圆柱齿轮称之为圆锥齿轮的当量齿轮， 意义：用当量齿轮的齿形来代替直齿圆锥齿轮大端球面的理论齿形，误差很小，所以通过当量齿轮的概念可以将直齿圆柱齿轮的默写原理直接应用在圆锥齿轮上12. 渐开线齿廓上任一点的法线与基圆相切；渐开线齿廓上任一点的曲率半径等于基圆上被滚过圆弧长；渐开线齿廓上任一点的压力角等于法线与圆心和点连线的夹角；渐开线上的点离基圆越远，则其压力角越大，曲率半径越大，而齿廓形状越平缓 13. 渐开线齿廓的齿轮传动之所以有广泛应用，是因为渐开线齿廓具有定传动比传动，渐开线齿廓间的正压力方向不变，可分性，3个啮合特点14. 一对渐开线标准直圆柱齿轮啮合时，最多有2对齿轮同时啮合，当实际安装的中心距大于标准中心距时，则顶隙大于其标准值；侧隙大于零；啮合角变大；重合度如何变化；传动比不变齿轮分析：1.标准齿轮：渐开线标准直齿轮：基本参数有齿数，模数，压力角，齿顶高系数及顶隙系数（以分度圆为基准）齿轮齿条啮合：外啮合几何尺寸特点，对应齿轮的分度圆齿顶圆齿根圆分别为分度线齿顶线和齿根线，齿廓为直线，齿形角等于压力角，其同侧齿廓平行，齿距相等；内啮合特点：对应外齿轮的齿槽变为内齿轮的轮齿，其齿廓是内凹的，根圆大于顶圆，顶圆大于基圆渐开线标准斜齿轮：基本参数多了螺旋角，法面基本参数为标准值，旋向有左右 法面与端面参数的换算： 涡轮蜗杆：其中间面相当于齿轮齿条，蜗杆相当于螺杆，基本参数：模数，压力角，导程角，蜗杆分度圆直径，蜗杆头数，涡轮齿数，齿顶高系数（取1），顶隙系数（取0.2）；蜗杆轴面模数和压力角及涡轮端面模数和压力角为标准值圆锥齿轮：参数多一个分度圆锥角 2. 渐开线齿轮啮合传动 条件：能正确啮合，能按一定中心距要求安装，能实现连续传动正确啮合条件： 直齿轮，齿轮齿条，变为齿轮： 斜齿轮： 齿向要一致 平行轴斜齿轮： （外负内正） 交错轴斜齿轮： （旋向同取正） 涡轮蜗杆： 若交错角等于90，齿向旋向要一致， 锥齿轮：大端参数 非标准齿轮：满足两齿轮法节相等中心距及啮合角： 标准安装齿轮： 变位齿轮： 斜齿轮：交错轴斜齿轮：涡轮蜗杆：连续传动条件：重合度大于或等于13. 齿轮传动比及方向 渐开线圆柱齿轮：直齿轮，变位齿轮，平行轴斜齿轮 交错轴斜齿轮： （外负内正） 涡轮蜗杆： （左右手法则） 锥齿轮： （同时指向或被向节点）6、 轮系1. 什么是定轴轮系，什么是周转轮系定轴轮系：轮系转动时其各轮轴线的位置固定不动周转轮系：轮系运动时至少有一个齿轮的轴线绕齿轮轴线转动（差动轮系自由度为2太阳轮都转动，行星轮系自由度为1有一个太阳轮固定不动）行星轮：绕动轴线轴系转动的齿轮太阳轮：绕固定轴线转动与行星轮啮合的齿轮行星架：支撑行星轮且绕固定轴线转动的构件太阳轮和行星轮常作为输入和输出构件称为基本构件2. 什么是过轮，起什么作用 过轮：在定轴轮系中，既是主动轮又是从动轮，不影响传动比大小但可以改变传动方向3. 什么是周转轮系的转化机构，为什么可以用转化机构法来计算周转轮系中基本构件间传动比 周转轮系的转化机构：虚拟的给整个周转轮系加上一个公共角速度使之绕行星架的固定轴线回转，此时周转轮系就转化为定轴轮系，这个定轴轮系称为周转轮系的转化机构4. 设计行星轮系时，轮系各轮的齿数和行星轮的个数要满足什么条件满足四个条件：传动比条件 同心条件：行星架回转轴线应与中心轮几何轴线重合（两中心轮齿数同奇同偶）装配条件：行星轮齿数等于两太阳轮齿数和除以行星轮个数邻接条件：相邻的行星轮齿顶圆不能相交轮系分析方法：定轴轮系： m为外啮合次数差动轮系：分析两太阳轮传动比 符号根据实际情况定行星轮系：转动太阳轮与行星架的传动比等于一减去转化机构中转动太阳轮相对固定太阳轮的传动比7、 机械平衡1. 什么是动平衡，静平衡，要满足什么条件 内容静平衡动平衡适用对象轴向尺寸较小，质量分布在垂直轴线的同一平面轴向尺寸较大，质量不分布在垂直轴线的同一平面概念这种转子不平衡是因为其质心不在回转轴线上，且其不平衡现象在转子静止时能够显示出，所以平衡称为静平衡这种转子除静不平衡外还有力偶不平衡，运转时才能显示，所以平衡称为动平衡平衡条件惯性力矢量和等于零或质径积矢量和等于零或惯性力矢量和等于零且惯性力矩矢量和等于零和2. 机械平衡和调速都可以调节机械中动载荷有什么区别 机械平衡是通过计算或实验使回转体上的离心惯性力的矢量和等于零；调速是通过一定手段使机器所收驱动功与阻力保持平衡3. 对平面四杆机构平衡的基本原理及基本方法4. 机械平衡的目的：完全或部分消除惯性力的不良影响8、 速度波动调节1. 波动原因及类型和调节方法 原因：作用在机械上的驱动力与阻抗力通常是变化的，在某一瞬时，驱动功与阻抗功不等，出现盈亏功，从而是机械的速度增加或减小，产生速度波动 类型：周期性与非周期性 调节方法：周期性安装飞轮，非周期性利用电机的自调性或安装调速器2. 机械等效动力学模型中各量得等效条件：等效前后功率不变3. 计算题的解题方法 已知阻动转矩与时间的图和 求或 根据求出，画出图像，再画能量图找出和 ()4. 几个等效公式 等效力： 等效力矩： 为与夹角，与同向取正反向去负 等效质量： 等效转动惯量：第二章 机构的结构分析 2-1 填充题及简答题1）平面运动副的最大约束数为 ，最小约束数为 。2）平面机构中若引入一高副将带入 个约束，而引入一个低副将带入 个约束。3）机构具有确定运动的条件是什么？4）何谓复合铰链、局部自由度和虚约束？ 5）杆组具有什么特点?如何确定机构的级别？选择不同的原动件对机构级别有无影响？答案：1） 平面运动副的最大约束数为2，最小约束数为12） 平面机构中若引入一高副将带入1个约束，而引入一个低副将带入2个约束。3） 机构具有确定运动的条件是：机构的自由度大于零，且自由度数等于原动件数。4） 复合铰链：在同一点形成两个以上的转动副，这一点为复合铰链。局部自由度：某个构件的局部运动对输出构件的运动没有影响，这个局部运动的自由度叫局部自由度。虚约束：起不到真正的约束作用，所引起的约束是虚的、假的。5） 杆组是自由度为零、不可再拆的运动链。机构的级别是所含杆组的最高级别。选择不同的原动件使得机构中所含杆组发生变化，可能会导致机构的级别发生变化。2-2计算下图机构的自由度，若含有复合铰链，局部自由度，虚约束等情况时必须一一指出，图中BC、ED、FG分别平行且相等。要使机构有确定运动，请在图上标出原动件。2-2答案：B点为复合铰链，滚子绕B点的转动为局部自由度，ED及其两个转动副引入虚约束，I、J两个移动副中只能算一个 F=3n-（2Pl+Ph-P）-F=38-（211+1-1）-1=1 根据机构具有确定运动的条件，自由度数等于原动件数，故给凸轮为原动件。 2-3 题图2-3所示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度，以AB为原动件分析组成此机构的基本杆组。又如在该机构中改选EF为原动件，试问组成此机构的基本杆组是否与前有所不同，机构的级别怎样？ 题图2-32-3答案：注意其中的、F、点并不是复合铰链。以为原动件时：此时，机构由三个级基本杆组与原动件、机架构成，机构的级别为二级。以为原动件时：机构由个级基本杆组，个级基本杆组和机架组成。机构的级别为三级。显然，取不同构件为原动件，机构中所含的杆组发生了变化，此题中，机构的级别也发生了变化。图32-4 图示为一机构的初拟设计方案。试分析：（1） 其设计是否合理，为什么？（2） 若此方案不合理，请修改并用简图表示。2-4答案：（1）不合理。因为自由度F=34 -（25+1-0）-1=0，机构不能运动。（2）增加一个构件，使其自由度为1。2-5虚约束对运动不起真正的约束作用，那么机构中为什么要引入虚约束？2-5答案：虚约束对运动虽不起真正的约束作用，但是考虑机构的受力均衡，避免运动不确定，增加传递的功率等设计时要加入虚约束。第三章 平面机构的运动分析31试求题图31所示各机构在图示位置时全部瞬心的位置题图313-1答案：瞬心P12在A点 瞬心P23、 P24均在B点瞬心P34在C点 P14、 P13均在垂直导路的无穷远处瞬心P23、 P13均在B点 瞬心P14、 P24均在D点32在题图32所示的齿轮连杆机构中，三个圆轮互作纯滚，试用相对瞬心13来求轮和轮的速度比图323-2答案：此题关键是找到相对瞬心1333在题图33所示凸轮机构中，已知r mm，lOA=22mm，lAC=0mm，1900，凸轮以角速度1rads逆时针方向转动试用瞬心法求从动件的角速度2图333-3 答案：找到，构件的相对瞬心12即有：12现在的关键是求出的值。设为x，则(222x2)1/2(222x2)1/2，80xP12AOP12BC则有：x(222x2)1/2(222x2)1/2/(80x)求解出x37.4由式可得：214.675rad/s,逆时针34 在题图3所示机构中，已知角速度1，试作出该机构的速度多边形图及加速度多边形图的草图，并指出点的速度和加速度。 图343-4答案：先列出其速度向量方程式。可求解速度及构件的角速度。大小：？1lAB？方向：沿AC AB BC 用影像法根据B、C两点的速度求构件2上D点的速度VD2 ，VD2等于VD4， VD5 = VD4 + VD5D4大小：？ ？方向：DE ED可据影像法由VD5和E求F点的速度F，（也可由D5 求得5，F =5LEF）列出其加速度向量方程式。可求解角加速度、加速度。35判断题1速度瞬心的绝对速度一定为零。2只要两个构件组成移动副，这两个构件间一定存在哥氏加速度。3加速度影像只能用来求得同一构件上某点的加速度。3-5答案：1（错）、2（错）、3（对）3-6 说明进行机构运动的分析有哪些方法，简述各自的特点和应用。3-6 答案：进行机构运动分析有解析法、瞬心法、相对运动图解法等。解析法是借助于解析式求解，（借助计算机）可方便地求解机构一个循环中的运动情况。瞬心法是利用瞬心的含义求解，可方便地进行简单机构的速度分析。相对运动图解法是利用相对运动原理，列出矢量方程式，按各矢量的大小、方向逐个判断，画矢量多边形，量得结果，可对机构进行速度分析及加速度分析，作图繁琐。3-7图示为一导杆机构的机构运动简图，在图上标出全部瞬心，并求出当w1=10rad/s匀速逆时针转动时，导杆3的角速度w3的大小和方向。解：根据P13点的速度方向知w3逆时针第四章 平面机构的力分析41为一偏心盘杠杆机构，机构简图中转动副A和B处较大的小圆为摩擦圆，偏心盘1与杠杆的接触点D处的摩擦角j=30，设重物为Q。试作出各运动副处总反力的方向。41答案提示：构件3受3个力的作用，D处的总反力，Q和B处的总反力，应注意三力汇交。4-2图中滑块为原动件，其上作用有向右的驱动力P，所有转动副处的摩擦圆半径为r（各转动副处的大圆为摩擦圆），滑块与导路之间的摩擦角为j=30。试：在原图上画出各运动副处的总反力。答案：共有4对反力，从受拉二力杆BC入手（二力共线），滑块3为三力构件（三力汇交）。43简答题试推导滑块沿斜面上升时的效率，其与滑块沿斜面下降时的效率相同吗？4-3答案：滑块沿斜面上升时的效率，滑块沿斜面下降时的效率，二者不同。4-4在图示铰链四杆机构中，构件AB在驱动力矩的作用下，克服外载荷Q，使AB杆以等速转动，试在图中标出构件A、B、C转动副处的总反力的方向。（A、B、C处的圆为摩擦圆）4-4 解：提示：转动副处的总反力切于摩擦圆，力对回转中心之矩的方向与相对运动方向相反，考虑力的平衡2杆为二力杆，受压，两个力方向共线。1杆受力偶系作用，两个力的关系为大小相等，方向相反，平行但不共线，A处受力切于摩擦圆，力对回转中心之矩的方向与相对运动方向相反。第五章 机械的效率和自锁5-1什么是自锁，它与死点有什么不同？答案：机构中的自锁是由于摩擦的存在，无论驱动力怎样增加，都不能使机构运动的现象。而死点是机构所处的特殊位置，该位置机构的压力角为90度，机构不能运动。它不考虑摩擦。5-2 题图5-所示为一电动卷扬机，已知每对齿轮的效率12和23均为0.95，鼓轮及滑轮的效率4，5均为0.96设载荷40kN，以vm/s匀速上升，试求电动机的功率题 5-25-2答案：提升载荷均匀上升所需功率P出4015600电出12346000.9520.9627214(KW)5-3求机构的自锁条件有哪些方法？ 5-3答案：求机构的自锁条件可以用下列方法：令机械效率0 机构中的任意一个运动副发生自锁：对于移动副，若力作用在摩擦角之内，就自锁; 对于转动副，若力作用在摩擦圆之内，就自锁; 对于螺旋副，若螺纹升角当量摩擦角，就自锁 直接利用定义：驱动力摩擦力。第六章 机械的平衡6-1什么是刚性转子的静平衡和动平衡？它们在平衡计算时有何不同？只在一个平面内加质量的方法能否达到动平衡？ 6-1答案：刚性转子的静平衡是对刚性转子惯性力的平衡;刚性转子的动平衡是对刚性转子惯性力和惯性力矩的平衡。静平衡时只在一个平面内适当位置加一定的质量或在相反位置去质量; 动平衡时必须选择两个平衡平面，分别对其进行静平衡。只在一个平衡平面内加质量不能达到动平衡，因为只在一个平面内加质量不能平衡惯性力矩。-2下图所示的盘形转子中，有个不平衡质量，它们的大小及其质心到回转轴的距离分别为：m1=10kg，r1=100mm，m2=8kg，r2=150mm，m3=7kg，r3=200mm，m4=5kg，r4=100mm试对该转子进行平衡计算 题6-2解：各质径积的大小分别为：m1r1=1000kgmm m2r2=1200kgmmm3r3=1400kgmm m4r4=500kgmm取一比例尺，准确作出质径积的向量多边形，以平衡质径积mere构成封闭的向量多边形从上面的向量多边形中可知：平衡质径积大小mere4020=800kg.mm，方向与x向成60o角欲平衡有种方法：在mere方向配质量，若在re100mm，则me8kg；可在mere反方向挖去一块，使其质径积为800kgmm6-2题图-2所示为一均匀圆盘转子，工艺要求在圆盘上钻个圆孔，圆孔直径及孔心到转轴的距离分别为：d1=40mm，r1=120mm，d2=60mm，r2=100mm，d3=50mm，r3=110mm，d4=70mm，r4=90mm，方位如图试对该转子进行平衡设计图6-2解：设单位面积的质量为，其个孔的质径比分别为：m1r1=(d1/2) 2120=48000 ； m2r2=(d2/2)2100=90000m3r3=(d3/2)2110=68750 ；m4r4=(d4/2)290=108450现取：作向量多边形：从向量图中可知：mere=43=86000若在半径re=100mm且与x轴正向成46o的位置上所挖圆孔的直径d5=（3440）1/2mm即可平衡第七章 机械的运转及其速度波动的调节7-1题图7-所示为一简易机床的主传动系统，由一级带传动和两级齿轮传动组成已知直流电动机的转速n01500r/min，小带轮直径d=100mm，转动惯量Jd=0.1kgm2，大带轮直径D200mm，转动惯量JD=0.3kgm2各齿轮的齿数和转动惯量分别为：z1=32，J1=0.1kgm2，z2=56，J2=0.2kgm2，z2=32，J2=0.4kgm2，z3=56，J3=0.25kgm2要求在切断电源后秒，利用装在轴上的制动器将整个传动系统制动住求所需的制动力矩M1图7-17-1答案：该轮系为定轴轮系i12=1/2=(-1)1z2/z1 2=1/2=0512=2=-051i23=2/3=(-1)1z3/z2 3=0251根据等效转动惯量公式JV=Jsi(i/1)2+mi(Vsi/1)2JV= Js1(1/1)2Js2(2/1)2Js2(2/1)2Js3(3/1)2 Js1Js2Js2 Js3160.010.044+0.014+0.04160.025( kgm2)根据等效力矩的公式：MV=(Mii/1+Fi Vsi cosi/1)MV=M33/1=400.251/1=10（Nm）7-2如题图7-2所示的六杆机构中，已知滑块的质量为m5=20kg，lAB=lED=100mm，lBC=lCD=lEF=200mm，1=2=3=90o，作用在滑块上的力500N当取曲柄AB为等效构件时，求机构在图示位置的等效转动惯量和力的等效力矩题 7-27-2答案：解此题的思路是：运动分析求出机构处在该位置时，质心点的速度及各构件的角速度根据等效转动惯量，等效力矩的公式求出做出机构的位置图，用图解法进行运动分析VB=1lABVCVB+VCB大小：？ ?方向：CE BC由此可知：VC=VB=1lAB 2=0 VD=VC=1lAB 且3=VC/lCD =1 VF VD+ VFD大小：？方向：水平FD由此可知：VF=VD=1lAB (方向水平向右) 4=0由等效转动惯量的公式：JV=Jsi(i1)2+mi(Vsi1)2JV=ms(VF/1)2=20kg(1lAB1)2=0.2kgm2由等效力矩的定义：MV=(Mii1FiVsicosi1)MV=5001lAB cos180o150Nm（因为F的方向与方向相反，所以180o）7-3某机械转化到主轴上的等效阻力矩在一个工作周期中的变化规律如图示，等效驱动力矩为常数，忽略系统其他构件的转动惯量，要求速度不均匀系数0.01。试求：（）图7（1）等效驱动力矩；（2）最大盈亏功；（3）最大和最小角速度出现的位置；（4）安装在主轴上的飞轮转动惯量（已知主轴的平均转速）。7-3 答案：（1） 求等效驱动力矩在一个周期内，等效驱动力矩作的功等于等效阻力矩作的功 ，画在图上。 p2p3p0（2）.求最大盈亏功，画出能量指示图，=400 （3）最大角速度出现的位置：和2； 能量指示图最小角速度出现的位置：0和3 （4）= 7-4 列出以移动构件作为等效构件时，机器等效动力学模型中等效质量的计算公式，并说明计算公式中各量的物理意义。7-4 答案：me=，公式中，mi,Vsi,wi分别为第i个构件的质量，质心的速度，角速度，v为等效构件的速度。7-5已知某轧钢机上原动机的功率为P=2000KW（常数），其主轴平均转速nm=80转/分，钢坯通过轧辊的时间Tw=5秒，这时消耗的功率为P=3000KW（常数），设许可的不均匀系数d=0.1,试求：1.工作循环周期T2.安装在主轴上的飞轮转动惯量JF（不计其他构件的质量和转动惯量）；3.飞轮的最大转速nmax与最小转速nmin各为多少？7-5 答案： 1.求工作循环周期T在一个周期内，驱动功等于阻抗功，2000T=30005，得T=7.5秒 2最大盈亏功DWmax=10005=5000(KW.S)=5106(J) JF=7.124105(kg.m2) 3. nmax=nm(1+d/2)=80(1+0.1/2)=84(转/分) nmin=nm(1-d/2)=80(1-0.1/2)=76(转/分) 第八章 平面连杆机构及其设计8绘制题图8所示机构的机构运动简图，说明它们各为何种机构题 88-1答案：a) b) 曲柄摇块机构 曲柄滑块机构c)d) 曲柄滑块机构曲柄摇块机构8已知题图8所示铰链四杆机构中，lBC=50mm，lCD=35mm，lAD=30mm，取为机架） 如果该机构能成为曲柄摇杆机构，且是曲柄，求lAB的取值范围；） 如果该机构能成为双曲柄杆构，求lAB的取值范围；） 如果该机构能成为双摇杆机构，求lAB的取值范围题8-28-2答案：1）该机为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，则AB应为最短杆。其中已知BC杆为最长杆50。 lAB+lBClAD+lCD lAB152）该机构欲成为双曲柄机构，同样应满足曲柄存在的条件，且应以最短杆为机架。现AD为机架，则只能最短杆即为AD，则最长杆可能为BC杆，也可能是AB杆。） ）若AB杆为最长杆：lAD+lABlBC+lCDlAB55 即lAB） ） 若杆为最长杆：lAB+lBClAB+lCDlAB45 即lAB若该机构为双曲柄机构，则杆杆长的取值范围为：45lAB50） ） 欲使该机构为双摇杆机构，则最短杆与最长杆之和应大于另外二杆之和。现在的关键是谁是最短、最长杆？1) 1) 若AB杆最短，则最长杆为BC：lAB+lBClCD+lADlAB152）若AD杆最短，BC杆最长：lAD+lABlBC+lCD lAB45 AB杆最长：lAD+lABlBC+lCD lAB55 lABlAD+lCD+lBC lAB115 综上分析：AB杆的取值为：15lAB45 或者 55lAB1158在题图8所示的铰链四杆机构中，各杆件长度分别为：lAB28mm，lBC52mm，lCD=50mm，lAD=72mm。） 若取为机架，求该机构的极位夹角和往复行程时间比系数，杆的最大摆角和最小传动角min；） 若取为机架，该机构将演化为何种类型的机构？为什么？这是、两个转动副是周转副还是摆转副？题 8-38-3答案：由于lABlADlBClCD，且以最短杆的邻边为机