机械原理-第一-二章-机构的结构分析

第一章绪论1何谓机器，何谓机构？它们有什么区别与联系？2参照内燃机的机构分析，试对机械手进行分解，说明它是由哪些机构组成的。3举例说明什么是构件、零件？第二章机构的结构分析1什么是运动副、运动副元素、运动链？运动副是如何分类的？2何谓“高副”和“低副”？在平面机构中高副和低副一般各带入几个约束？3机构具有确定运动的条件是什么？4既然虚约束对于机构的运动实际上不起约束作用，那么在实际机械中为什么又常常存在虚约束？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的级别有无影响？6图所示机构在组成上是否合理？指出其错误所在，并针对错误处更改局部运动副和构件，使之成为合理的机构。解：该机构的自由度F=0，故机构不能运动。改进措施：在E处增加一个自由度。7计算图示平面机构的自由度，指出复合铰链、局部自由度和虚约束，在进行高副低代后，分析机构级别。解：机构具有活动构件数为n=10,低副个数PL=13,高副个数Ph=2，且D处是复合铰链，G处是局部自由度。所以机构的自由度是：F=3n-2PL-Ph-P'=3*10-2*13-2-1=18计算左图所示机构的自由度，若有复合铰链、局部自由度或虚约束，应予以指出，并进行高副低代，确定该机构的级别。解：该机构中有9个活动构件，低副12个，高副1个，其中B处是局部自由度，E处是符合铰链.机构的自由度是：F=3n-2PL-Ph-P'=3*9-（2*12+1）-1=19试计算右图所示凸轮-连杆组合机构的自由度。解：由图可知，B,E两处的滚子转动为局部自由度，即F'=2；而虚约束p'=0。机构中，n=7,PL=8(C、F处虽各有两处接触，但都各算一个移动副），Ph=2,于是由自由度计算公式得F=3n-(2pl+ph-p')-F'=3×7-(2×8+2-0)-2=1。这里应注意：该机构在D处虽存在轨迹重合的问题，但由于D处相铰接的双滑块为一个Ⅱ级杆组，未引入约束，故机构不存在虚约束。如果将相铰接的双滑块改为相固联的十字滑块时，则该机构就存在一个虚约束或变成含一个公共约束m=4的闭环机构了。10在图所示机构中，ABEFCD,试计算其自由度。解：由题意知，此平面机构ABCDEF具有特定的几何条件，故为平行四边形机构，由构件EF及转动副E、F引入的一个约束为虚约束；G处的滚子转动为局部自由度；C处为复合铰链；G及I处均为两构件在两处接触的高副，因过两接触线的公法线重合，故G、I处各只算一个高副。

解法1：如果去掉机构中虚约束和局部自由度，则n=6,Pl=7,pP=2,并由自由度计算公式得

：F=3n-2pl-ph=3×6-2×7-2=2

解法2：由机构简图知，n=8,pl=10,ph=2,p'=1,F'=1,由自由度计算公式得

F=3n-(2pl+ph-p')-F'=3×8-(2×10+2-1)-1=2

11试计算右图所示齿轮-连杆组合机构的自由度。

解：由图知，n=5,pl=6(A,B处为复合铰链），ph=2,则F=3n-2pl-ph=3×5-2×6-2=1。因该机构具有一个原动件，机构具有确定运动，故计算正确12试计算左图所示齿轮-连杆组合机构的自由度。解：如果按上题的方法，则由图知，n=5,pl=5,ph=2,则F=3n-2pl-ph=3×5-2×5-2=3然而该机构实际自由度为1，那么，为什么会出现此计算错误呢？其原因是此机构中的两对齿轮副均提供了两个高副，即ph=4,则F=3n-2pl-ph=3×5-2×5-4=1

13试确定图所示机构的自由度；并将其中的高副换成低副，确定机构所含的杆组合机构的级别（当取凸轮为原动件时）。解：计算机构的自由度。B处有局部自由度，G处为复合铰链，n=8，Pl=10，Ph=2，p'=0，F'=1，机构的自由度是：F=3n-(2pl+ph-p')-F'=3×8-(2×10+2-0)-1=1

高副低代后，机构如(b)所示。确定机构的杆组及机构的级别。该机构是由原动件1、机架9、两个Ⅱ级杆组（2'-3和6-7）和一个Ⅲ级杆组（4-5-6-8）组成的，故该机构为Ⅲ级机构。

14计算图示机构的自由度，并在高副低代后，分析组成这次机构的基本杆组及杆组的级别。解:计算机构的自由度:

F=3*4-2*5-1=12-10-1=1高副低代入图红色所示:F=3*5-2*7=15-14=1杆组分析:15计算图示机构的自由度，并在高副低代后，分析组成这次机构的基本杆组及杆组的级别原图解:计算机构自由度:F=3*5-(2*5+2)-2=15-(10+2)-2=1高副低代后如图所示原图高副低代高副低代后的机构自由度:F=5*3-2*7=1高副低代机构杆组分析16根据图示机构，画出去掉了虚约束和局部自由度的等效机构运动简图，并计算机构的自由度。设标有箭头者为原动件，试判断该机构的运动是否确定，为什么？解：n=7，pl=9，ph=1从图中可以看出该机构有2个原动件，而由于原动件数与机构的自由度数相等，故该机构具有确定的运动。17计算左图示机构的自由度。如有复合铰链、局部自由度、虚约束，请指明所在之处。解：D、E处分别为复合铰链（2个铰链的复合）；B处滚子的运动为局部自由度；构件F、G及其联接用的转动副会带来虚约束。n=8，pl=11，ph=118计算图示各机构的自由度。解：n=6，pl=7，ph=3SHAPE19计算左图示各机构的自由度。解：n=7，pl=10，ph=0220计算机构的自由度，并进行机构的结构分析，将其基本杆组拆分出来，指出各个基本杆组的级别以及机构的级别。解：n=5，pl=7，ph=0因为该机构是由最高级别为Ⅱ级组的基本杆组构成的，所以为Ⅱ级机构。21计算机构的自由度，并进行机构的结构分析，将其基本杆组拆分出来，指出各个基本杆组的级别以及机构的级别。解：n=5，pl=7，ph=0因为该机构是由最高级别为Ⅲ级组的基本杆组构成的，所以为Ⅲ级机构。22计算左图所示机构的自由度，并分析组成此机构的基本杆组。如果在该机构中改选FG为原动件，试问组成此机构的基本杆组是否发生变化。解：n=7，pl=10，ph=0Ⅱ级组Ⅲ级组当以构件AB为原动件时，该机构为Ⅲ级机构。23试验算右图示机构的运动是否确定。如机构运动不确定请提出其具有确定运动的修改方案。解：n=3，pl=4，ph=1因为机构的自由度为0，说明它根本不能运动。而要使机构具有确定的运动，必须使机构有1个自由度（与原动件个数相同）。其修改方案可以有多种，下面仅例举其中的两种方案。n=4，pl=5，ph=1此时机构的自由度数等于原动件数，故机构具有确定的运动。24填充题及简答题：（1）平面运动副的最大约束数为2，最小约束为1。（2）平面机构中若引入一个高副将带入1个约束，而引入一个低副将带入2个约束。约束数与自由度数的关系是增加的约束数目等于减小的自由度数目。（3）构件的自由度为3，运动链的自由度为，机构的自由度为。（4）机构具有确定运动的条件是，自由度数等于原动件数。25在图示机构中试分析计算该机构的自由度数，并判断该机构运动是否确定；若有复合铰链与局部自由度，虚约束则在图上明确指示（打箭头的为原动件）。解：（a），，，，处虚约束，处局部自由度（b），，，，处虚约束，处局部自由度。26在右图示机构中，，试计算其自由度。解：27已知机构的尺寸和位置如图所示，试求：（1）计算机构的自由度F。是否存在复合铰链，局部自由度和虚约束？若存在，指出其位置；（2）画出高副低代的机构运动简图。解：(1)有复合铰链，位置在F处；有局部自由度，位置在A、G处；有虚约束，位置在B或C处。(2)高副低代后的机构运动简图如图解所示。28计算图示机构的自由度，并作出它们仅含低副的替代机构。解：29计算图示机构的自由度，并画出高副低代的机构简图。解：(1)自由度：(2)高副低代后的机构简图如右图示。30分析图示机构的杆组（凡是高副，应先进行高副低代），并确定杆组及机构的级别（图中有箭头的为原动件）。解：（１）高副低代；（２）分拆杆组；（３）机构的级别为Ⅲ级。31试计算图示机构的自由度（若有复合铰链、局