东华大学机械原理 (1)

机构的结构分析1）平面运动副的最大约束数为 5 ，最小约束数为 1 。

2）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.1）机构自由度F ≥12）机构原动件的数目等于机构的自由度数目4）何谓复合铰链、局部自由度和虚约束？在计算机构自由度时应如何处理？相关知识5）杆组具有什么特点?如何确定杆组的级别和机构的级别？选择不同的原动件对机构级别有无影响？4）试计算图4所示凸轮-连杆组合机构的自由度。

图4解：由图4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,P L=8(C、F处虽各有两处接触，但都各算一个移动副），P h=2,于是由自由度计算公式得F=3n-(2p l+p h-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。

5）在图5所示机构中，AB EF CD,试计算其自由度图5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,P l=7,pP=2,并由自由度计算公式得：F=3n-2p l-p h=3×6-2×7-2=2解法2：由机构简图知，n=8,p l=10,p h=2,p'=1,F'=1,由自由度计算公式得：F=3n-(2p l+p h-p')-F'=3×8-(2×10+2-1)-1=2 6)试计算图6所示齿轮-连杆组合机构的自由度。

图6解：（1）由图6(a)知，n=5,p l=6(A,B处为复合铰链），p h=2,则F=3n-2p l-p h=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。

（2）如果按（1）的方法，则由图6（b)知，n=5,p l=5,p h=2,则F=3n-2p l-p h=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p h=4,则F=3n-2p l-p h=3×5-2×5-4=1 参考文献7)试确定图7（a)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）。

图7（a)图7(b)解：（1）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，P l=10，P h=2，p'=0，F'=1，机构的自由度是：F=3n-(2p l+p h-p')-F'=3×8-(2×10+2-0)-1=1（2）高副低代后，机构如图7(b)所示。

（3）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。

8)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:1．计算机构的自由度: F=3*4-2*5-1=12-10-1=12．高副低代入图红色所示:F=3*5-2*7=15-14=13．杆组分析:9)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:1.计算机构自由度:F =3*5-(2*5+2)-2=15-(10+2)-2 =12.高副低代后右图所示3.高副低代后的机构自由度:F=5*3-2*7=14.机构杆组分析机构的运动分析当两构件组成转动副时,其相对速度瞬心在转动副的圆心处;组成移动副时,其瞬心在垂直于移动导路的无穷远处;组成滑动兼滚动的高副时,其瞬心在接触点两轮廓线的公法线上.2.相对瞬心与绝对瞬心相同点是都是两构件上相对速度为零,绝对速度相等的点,而不同点是相对瞬心的绝对速度不为零,而绝对瞬心的绝对速度为零.3.速度影像的相似原理只能用于同一构件上的两点,而不能用于机构不同构件上的各点.4.速度瞬心可以定义为互相作平面相对运动的两构件上,相对速度为零,绝对速度相等的点.5.3个彼此作平面平行运动的构件共有3 个速度瞬心,这几个瞬心必位于同一条直线上.含有6个构件的平面机构,其速度瞬心共有15个,其中5个是绝对瞬心,有9个相对瞬心.平面连杆机构的设计1）一对心曲柄滑块机构，若以滑块为机架，则将演化成直动滑杆机构（定块机构，或移动导杆机构）机构。

2）在图1所示铰链四杆机构中，若机构以AB杆为机架时，则为双曲柄机构；以BC杆为机架时，则为曲柄摇杆机构机构；以CD杆为机架时，则为双摇杆机构；以AD杆为机架时，则为曲柄摇杆机构。

3）在偏距e>0的条件下，曲柄滑块机构具有急回特性。

4）在曲柄摇杆机构中，当曲柄和机架两次共线位置时出现最小传动角。

5）机构的压力角是指作用在从动件上力的作用线方向与作用点速度方向之间的夹角，压力角愈大，则机构的传力效应越差。

6）机构处于死点位置时，其传动角γ为 0度，压力角α为90度。

7) 铰链四杆机构具有两个曲柄的条件是什么？条件1:各杆长度满足杆长条件条件2:最短杆为机架或连架杆。

当最短杆为机架时，该四杆机构有两个曲柄,称为双曲柄机构;当最短杆为连架杆时，该机构有一个曲柄,称为曲柄摇杆机构。

8）何为连杆机构的传动角γ？传动角大小对四杆机构的工作有何影响？9）铰链四杆机构在死点位置时，推动力任意增大也不能使机构产生运动，这与机构的自锁现象是否相同?试加以说明？1、飞机起落架机构2、工件夹紧机构10) 铰链四杆机构中，当最短杆和最长杆长度之和大于其它两杆长度之和时，只能获得双摇杆机构．11)在平面四杆机构中，能实现急回运动的机构有曲柄摇杆机构，偏置曲柄滑块机构，摆动导杆机构．12)在摆动导杆机构中，导杆摆角等于30º，其行程速比系数Ｋ的值为 1.4．13) 在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件时，该机构的压力角为0度，其传动角为90度．14) 一对心曲柄滑块机构中，若改为以曲柄为机架，则将演化为转动导杆机构．2、计算题1）试画出图2所示各机构的传动角γ和压力角α，并判断哪些机构在图示位置正处于死点。

(a)(b)(c) (d)图22)设计一曲柄摇杆机构，要求满足以下条件：（1）当机构处于两极限位置时，连杆平面恰处于两给定位置，如图3所示：（2）机构处于一极限位置时压力角为零。

图33）试设计一个曲柄摇杆机构，要求其连杆通过图4所示两给定位置，并且最好使γmin≥40º,画出机构运动简图，定出l AB,l BC,l CD,l AD的尺寸。

图44)如图5所示，已知四杆机构的3个位置（G是机加上一定点），求连杆上一点E，使其在连杆的3个位置上GE等长。

图55）在图6的连杆机构中，已知各构件的尺寸为：l AB=160mm,l BC=260mm,l CD=200mm,l AD=80mm；构件AB为原动件，沿顺时针方向匀速回转，试确定：图66）图7为一已知的曲柄摇杆机构，现要求用一连杆将摇杆CD和滑块F联接起来，使摇杆的三个已知位置C1D、C2D、C3D和滑块的三个位置F1、F2、F3相对应（图示尺寸按比例绘出）。

试确定此连杆的长度及其与摇杆CD交接点的位置。

凸轮机构及其设计1）凸轮机构从动件按余弦加速度规律运动时，在运动开始和终止的位置，加速度有突变，会产生柔性冲击。

2）根据从动件凸轮廓线保持接触方法的不同，凸轮机构可分为力封闭和几何形状封闭两大类型。

写出两种几何形状封闭的凸轮机构槽道凸轮和等径凸轮。

3）为了使凸轮廓面与从动件底面始终保持接触，可以利用从动件自身的重力，弹簧力，或依靠凸轮上的几何形状来实现。

4）凸轮机构的主要优点为只要适当地设计出凸轮廓线，就可以是从动件可以各种预期的运动规律。

主要缺点为从动件与凸轮之间是高副（点接触、线接触），易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。

5)为减小凸轮机构的推程压力角，可将从动杆由对心改为偏置，正确的偏置方向是将从动杆偏在凸轮转动中心的正偏置侧。

6）凸轮机构的从动件按等加速等减速运动规律运动，在运动过程中，加速度将发生突变，从而引起柔性冲击。

7）当凸轮机构的最大压力角超过许用压力角时，可采取以下措施来减小压力角增大基圆半径、改变偏置方向。

8)凸轮基圆半径是从凸轮转动中心到理论廓线的最短距离。

9）平底垂直于导路的直动杆盘形凸轮机构，其压力角等于 0。

10）在凸轮机构推杆的四种常用运动规律中，等速运动运动规律有刚性冲击；等加速等减速、余弦加速度运动规律有柔性冲击；正弦加速度运动规律无冲击。

11）凸轮机构推杆运动规律的选择原则为首先要满足机器的工作要求，同时还应使机器具有良好的动力特性和使所设计的凸轮便于加工。

12）设计滚子推杆盘形凸轮机构凸轮廓线时，若发现工作廓线有变尖现象时，则尺寸参数上应采取的措施是适当增大基圆半径或适当减小滚子半径。

2、选择题及简答1）滚子从动件盘形凸轮的理论廓线和实际廓线之间的关系为（d）a)两条廓线相似 b)两条廓线相同c)两条廓线之间的径向距离相等 d)两条廓线之间的法向距离相等2）何谓凸轮机构的压力角？其在凸轮机构的设计中有何重要意义？一般是怎样处理的？3）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，要减小推程压力角，可采用哪两种措施？措施1、将对心只动从动件改为偏置只动从动件措施2、增大凸轮基圆半径4）在图1中两图均为工作廓线为圆的偏心凸轮机构，试分别指出它们的理论廓线是圆还是非圆，运动规律是否相同。

左面凸轮的理论廓线是圆,右面凸轮的理论廓线是非圆.它们的运动规律不相同.3、计算题1）如右图2(a)所示为凸轮机构推杆的速度曲线，它有四段直线组成。

要求：在题图上画出推杆的位移曲线、加速度曲线；判断哪几个位置有冲击存在，是刚性冲击还是柔性冲击；在图示的F位置，凸轮与推杆之间有无惯性力作用，有无冲击存在。

解：由图2(a)所示推杆的速度曲线可知：在OA段内（0≤δ≤π/2），因推杆的速度v=0，故此段为推杆的近休段，推杆的位移及加速度均为零，即s=0，a=0，如图2(b)及(c)所示。

在AD段内（π/2≤δ≤3π/2），因v>0,故为推杆的推程段。