机构的结构分析补充例题与习题解答
机构的结构分析与运动分析总复习题及解答
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。
平面机构的结构分析课后答案
第3 章平面机构的结构分析3.1 机构具有确定运动的条件是什么?答：机构的主动件数等于自由度数时,机构就具有确定的相对运动。
3.2在计算机构的自由度时，要注意哪些事项？答：应注意机构中是否包含着复合铰链、局部自由度、虚约束。
3.3 机构运动简图有什么作用？如何绘制机构运动简图？答：（1）能抛开机构的具体结构和构件的真实外形，简明地表达机构的传动原理，并能对机构进行方案讨论和运动、受力分析。
2）绘制机构运动简图的步骤如下所述：①认真研究机构的结构及其动作原理，分清机架，确定主动件。
②循着运动传递的路线，搞清各构件间相对运动的性质，确定运动副的种类。
③测量出运动副间的相对位置。
④选择视图平面和比例尺，用规定的线条和符号表示其构件和运动副，绘制成机构运动简图。
3.4 计算如题 3.4 图所示各机构的自由度，并说明欲使其具有确定运动，需要有几个原动件？F =3n-2P L - P H =3天9-2咒 13-0=1此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。
b ） B 处存在局部自由度，必须取消，即把滚子与杆刚化，则n =3, P L =3, P H =2,代入式（3.1）中可得F =3n-2P L -F H =3咒3-2咒3-2=1此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。
C ）n=5，P L =7，P H =0代入式（3.1）中可得F =3n-2P L-FH =3咒5-2咒7-0=1 此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。
答：a ） n=9, R =13, P H =0代入式（3.1） 中可得fTTTn o fTTTl Er.4题3.4图3.5绘制如题3.5图所示各机构的运动简图，并计算其自由度。
lb)题3.5图答：取P L =0.001m/mm，绘制运动简图如题3.5答案图所示:题3.5答案图图b): n =3, P L =4, P H =0，贝J F =3n-2P L —P H =1。
3.6试计算如题3.6图所示机构的自由度，并判断该机构的运动是否确定（图中绘有箭头的构件为原动件）Hill'hld) n =4, P L =4, F H=2。
机械原理典型例题第二章机构分析
C 复合铰链
B
E' E F
G
A
D
虚约束 局部自由度
F=3×7+2×9-1=2
F=原动件个数 有确定的运动
23
2-18:图示一内燃机的机构运动简图，试计算其自由 度。当分别以构件AB和EG为原动件时，试对该机构 进行结构分析。
D D CC
B
Ⅱ级杆组
A
E
E
Ⅰ级杆组
F
F
G
Ⅱ级杆组
HH Ⅱ级杆组
F=3×7+2×10=1 （1）AB为原动件： 该机构为Ⅱ级机构 。
1.选择题：
6）平面机构中自由度数目最多为 A 个。 A.一个 B.两个 C.三个
7）平面机构中若引入一个高副将带入 A 个约束。 A.一个 B.两个 C.三个
8）平面机构中若引入一个低副将带入 B 个约束。 A.一个 B.两个 C.三个
9) 图 C 所示构件系统是不能运动的。
14
2.判断题：
1） 运动链能够成为机构的条件是，运动链相对于机 架的自由度大于零，且等于原动件的数目。 Y
G H
C D
I
解：
C处为复合铰链， m=3；
E
B G处为局部自由度；有一个
虚约束。
F A
I处有一个高副虚约束。
机构ABCDEF为平行四边形机 构，构件EF及引入的约束为虚 约束。
机构自由度F
n=6, Pl=7, Ph=2
F=3n-2Pl- Ph
=3×6-2×7-2
=2
5
例5：图示凸轮驱动式四缸活塞空气压缩机的机构运动简图， 计算其自由度。凸轮1为原动件，当其转动时，分别推动装于 四个活塞上的ABCD处的滚子，使活塞在相应的汽缸内往复运 动。连杆长度AB=BC=CD=AD。
机械原理典型例题(第二章机构分析)10-13
ω
1 2 3
解： 机构的自由度， 机构的自由度， n = 4, pl = 6, ph = 0 F = 3n - 2 pl - ph = 3×4－2×6－0 × － × － =0 F＜机构原动件数 ＜ 不能运动。 不能运动。 修改： 修改： 增加机构自由度的 方法是： 方法是：在机构的 适当位置添加一个 活动构件和一个低 副或者用一个高副 代替原来机构中的 一个低副。 一个低副。
例9：图示牛头刨机构设计方案图。设计者的意图是动力由曲 ：图示牛头刨机构设计方案图。 输入， 使摆动导杆3做往复摆动 柄1输入，通过滑块 使摆动导杆 做往复摆动，并带动滑枕 输入 通过滑块2使摆动导杆 做往复摆动，并带动滑枕4 往返移动以达到刨削的目的。 往返移动以达到刨削的目的。试分析此方案有无结构组成原理 上的错误，若有，请说明原因并修改。 作业：补充修改方案） 上的错误，若有，请说明原因并修改。（作业：补充修改方案）
计算图示机构的自由度，并进行机构组成分析， 例8: 计算图示机构的自由度，并进行机构组成分析， 确定杆组和机构的级别。 确定杆组和机构的级别。
2
1 1 3 33 4 4
7
4
5 5
6
2 1
不同的原动件， 不同的原动件，组成机构的杆 组与级别不相同。 组与级别不相同。
解： 计算机构的自由度 A处为复合铰链，则 处为复合铰链， 处为复合铰链 n = 6, pl = 8, ph = 0 F = 3n - 2 pl - ph = 3×6－2×8－0 =2 × － × － 机构的组成 ① 以构件1、2为原动件： 以构件 、 为原动件： 为原动件 6-5为Ⅱ级杆组；3-4为Ⅱ级杆组 为 级杆组； 为 机构为Ⅱ级机构。 机构为Ⅱ级机构。 以构件2、 为原动件 为原动件： 以构件 、6为原动件： 1-3-4-5为Ⅲ级杆组，机构为Ⅲ 为 级杆组，机构为Ⅲ 级机构。 级机构。 以构件1、 为原动件 为原动件： 以构件 、6为原动件： 4-5为Ⅱ级杆组；2-3为Ⅱ级杆组 为 级杆组； 为 机构为Ⅱ级机构。 机构为Ⅱ级机构。
机械原理7_机构的结构分析和综合-习题作业答案
第二章 机构的结构分析与综合2-2 验算图2-1所示机构能否运动，如果能运动，看运动是否具有确定性，并给出具有确定运动的修改办法。
解：)(a 计算图2-1)(a 所示机构的自由度机构的构件数目：3=n 机构的低副数目：4=L P 机构的高副数目：1=H P 机构的自由度为11423323=⨯-⨯-⨯=--=H L P P n F 该机构不能运动。
修改后的机构运动简图如图2-2所示。
修改时要注意保证原动件和执行构件的运动特征不改变，不要像图2-3所示的那样进行修改。
修改后图2-2所示机构自由度的计算请注意：不要如此修改)(a )(b 图2-1图 2-2图 2-3机构的构件数目：4=n 机构的低副数目：5=L P 机构的高副数目：1=H P 机构的自由度为111524323=⨯-⨯-⨯=--=H L P P n F 与原动件数相同具有确定运动。
)(b 计算图2-1)(b 所示机构的自由度机构的构件数目：4=n 机构的低副数目：6=L P 机构的高副数目：0=H P 机构的自由度为01624323=⨯-⨯-⨯=--=H L P P n F 该机构不能运动。
修改后的机构运动简图如图2-4所示，注意不要像图2-5所示的那样进行修改。
修改后图2-4所示机构自由度的计算机构的构件数目：5=n 机构的低副数目：7=L P 机构的高副数目：0=H P 机构的自由度为101725323=⨯-⨯-⨯=--=H L P P n F 与原动件数相同具有确定运动。
注：方案修改一般准则为，原动件和执行构件的运动类型不能变。
2-4 计算图2-9所示各机构的自由度，并说明注意事项。
图 2-4图 2-5)(a )(b )(c AB CDEFGHIR)(d ABCDEFGHJKOPSQ解：)(a 计算图2-9)(a 所示机构的自由度机构的构件数目：5=n 机构的低副数目：7=L P 机构的高副数目：0=H P 机构的自由度为101725323=⨯-⨯-⨯=--=H L P P n F 注意事项：BCD 为刚性结构，是一个构件。
平面机构的分析习题与答案
平面机构的分析习题与答案平面机构的分析习题与答案引言：平面机构是机械工程中一个重要的概念，它是由连接在一起的刚性杆件组成的机械系统。
通过研究平面机构的结构和运动，我们能够更好地理解机械系统的工作原理和性能。
本文将介绍一些关于平面机构的分析习题，并给出相应的解答，希望能够帮助读者加深对平面机构的理解。
一、习题：四杆机构的运动分析问题描述：如图1所示，一个四杆机构由四个杆件连接而成，其中AB、BC、CD为等长杆件，AD为活动杆件。
已知杆件AB与水平方向成30度夹角，杆件BC与水平方向成60度夹角，杆件CD与垂直方向成45度夹角。
求活动杆件AD的运动轨迹。
解答：首先，我们需要确定机构的运动副类型。
根据杆件的连接方式，该机构属于转动副。
接下来，我们可以通过几何分析来求解活动杆件AD的运动轨迹。
设杆件AB的长度为l，则杆件BC和CD的长度也均为l。
设活动杆件AD的长度为x。
根据余弦定理，我们可以得到以下关系式：AB^2 + AD^2 - 2 * AB * AD * cos(30°) = l^2BC^2 + AD^2 - 2 * BC * AD * cos(60°) = l^2CD^2 + AD^2 - 2 * CD * AD * cos(45°) = l^2解方程组，我们可以得到x的值。
然后，我们可以通过绘制活动杆件AD的运动轨迹来进一步理解机构的运动特性。
二、习题：连杆机构的运动分析问题描述：如图2所示，一个连杆机构由三个杆件连接而成，其中AB、BC为等长杆件，AC为活动杆件。
已知杆件AB与水平方向成30度夹角，杆件BC与水平方向成60度夹角。
求活动杆件AC的运动轨迹。
解答：同样地，我们首先需要确定机构的运动副类型。
根据杆件的连接方式，该机构属于转动-转动副。
接下来，我们可以通过几何分析来求解活动杆件AC的运动轨迹。
设杆件AB的长度为l，则杆件BC的长度也为l。
设活动杆件AC的长度为x。
第二 机构的结构分析
第二章 机构的结构分析一、 填空题1、所有构件均在 运动的机构称为平面机构。
2、两个构件 接触，并且具有 动的联接，称为运动副。
3、两个构件通过面接触而组成的运动副为 副。
4、两构件以 （①点②线③面）相接触而组成的运动副为高副，它引入了 （④1⑤2⑥3）个约束，还保留了 （⑦1⑧2⑨3）个自由度。
5、由运动副联接组成的构件系统 ，（①一定②不一定③一定不）是机构。
6、绘制机构运动简图的长度比例尺 ，（①)()(mm m 图示长度实际长度②)()(m mm 实际长度图示长度）。
7、一个构件，它的实际长度m l AB 8.0=，在机构运动简图中，图示长度AB=40mm ，试问其长度比例尺μ 。
8、在比例尺mm m /005.0=μ的机构运动简图中，量得构件长度AB=20mm ，试问该构件的实际长度 = 。
9、机构具有确定运动的条件是主动构件数 （①多于②等于③少于）机构的自由度数。
10、一个作独立平面运动的构件具有 个自由度。
二、简答题1、构件与零件有何不同？2、常用的平面运动副有哪几种？各有几个约束？3、从运动的观点来说，构成机构的基本要素是什么？4、试述机构与运动链的关系？5、机器的特征有哪些？6、在计算机构的自由度时，应注意哪些事项?7、“高副低代”应满足的条件是什么？8、何谓基本杆组？它有什么特征？9、机构具有确定运动的条件是什么? 当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况?10、何谓运动副元素? 按运动副元素可将运动副分为哪几类?二、分析计算题1、试绘出图示偏心油泵机构的运动简图（其各部分尺寸由图上量取），并计算自由度。
2、图示为一干草压缩机的运动简图。
（1）计算其自由度并说明图中主动件的数目是否适宜；（2）若图中的中心距CE=0，试画出此时的运动简图（CB不变），并指出此时C处应当算几个转动副。
尺寸在原图上量取。
3、图示凸轮控制的直线往复运动机构。
要求凸轮转动时冲杆上下运动。
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。
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６、计算以下如图所示个机构的自由度，并判断该 机构的运动是否确定。
b) 推土机机构
复合铰链: 无 局部自由度：无 虚约束： 无
活动构件数：n= ５ 低副数：PL = ７ 高副数：PH = ０
F=3n － 2PL－ PH =3×５ －2×７ －０ = 1
机构的自由度数与原动件数目相等，机 构具有确定的运动。
机构的自由度数与原动件数目相等，机 构具有确定的运动。
2020/6/8
差动机构
A
2020/6/8
复合铰链: A处，两个低副 局部自由度：无 虚约束：无
活动构件数：n= 4 低副数：PL = 4 高副数：PH = 2
F=3n － 2PL－ PH =3×4 －2×4 －2 = 2
机构的自由度数与原动件数目相等， 机构具有确定的运动。
AB=BC=BD
F=3n － 2PL － PH =3×３－2×４ －０ = 1
机构的自由度数与原动件数目相等，机 构具有确定的运动。
2020/6/8
f) 筛料机机构 复合铰链 复合铰链: 位置C ，算2个低副 C
局部自由度 1个
B
局部自由度
虚约束 E’
n= 7 PL = 9
E’ E F
G
A
o
D
虚约束
PH = 1
C
F=3N － 2PL － PH B =3×7 －2×9 －1 A
E Fo
G
=2
D
大筛机构需要两个原动件，才能具有确定的运动。 2020/6/8
g) 压床机构
分析：对称部分提供
１１
８
３
１０ ７
２１
实际不起作用的重复
１２
约束，将构件７、８、 ９、１０、１１、１ ２及其运动副提供的
C
９６
４
５
１３
虚约束去掉。
复合铰链: 位置C ，算2个低副
局部自由度：无 虚约束：无
n= 5
PL = 7 PH = ０
F=3n － 2PL － PH =3×5－2×7 －０ = 1
压床机构需要１个原动件，就具有确定的运动。 2020/6/8
二、补充例题 锯木机机构
复合铰链: 无 局部自由度：1个 虚约束：无
凸轮连杆机构
B
C
C’
A
复合铰链: A处，两个低副 局部自由度：1个，B处 虚约束：1个，C或C’处
活动构件数：n= 8 低副数：PL = 11 高副数：PH = 1
F=3n － 2PL－ PH =3×8 －2×11 －1= 1
机构的自由度数与原动件数目相等，机构具有确 定的运动。
2020/6/8
二、补充例题
活动构件数：n= 8
低副数：PL = 11
A
高副数：PH = 1
F=3n － 2PL － PH
=3×8－2×11 －1 = 1
机构的自由度数与原动件数目相等，机构 具有确定的运动。
2020/6/8
加药泵加药机构
复合铰链: 无 局部自由度：无 虚约束：无
活动构件数：n= 8 低副数：PL = 11 高副数：PH = 0
2020/6/8
绘出图示机构的机构运动简图。
1 B2
A
4
O
3 ２-1 唧筒机构
2020/6/8
3 O1 1
A
2
２-2 回转柱塞泵
2020/6/8
２-3 缝纫机下针机构
注：构件1的转 角处无转动副。
2020/6/8
4
2 3
A 1 O
4
２-4 偏心轮机构
B 2A
4
1
C
3
注：构件2的几何中心为B点，转动中心为A点！
F=3n － 2PL － PH =3×8 －2×11 =2
机构的自由度数与原动件数目相等，机构 具有确定的运动。
2020/6/8
测量仪表机构
复合铰链: 无 局部自由度：无 虚约束：无
活动构件数：n= 6 低副数：PL = 8 高副数：PH = 1
F=3n － 案 一、习题答案
５、如图所示为一简易冲床的初拟方案。设计者的思路 是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以 达到冲压的目的。
2020/6/8
画机构运动简图
计算自由度
F=3n－2PL－PH
=3×3－2×4－1
=0
冲头不
B
A
局部自由度：1个
虚约束：1个
活动构件数：n= 9 低副数：PL = 12 高副数：PH = 2
C
C‘
F=3n － 2PL－ PH =3×9 －2×12 －2 = 1
机构的自由度数与原动件数目相等，机 构具有确定的运动。
2020/6/8
e) 平炉渣口堵塞机构
复合铰链: 无 局部自由度：1个 虚约束：无
能运动
此方案能实 现设计意图， 使冲头4上下 运动吗？
2020/6/8
为什么？问题 出在哪里？
问题出在这里！！
2020/6/8
问题出在这里！！
修改方案
6 3
4
1
5
m=3n－2PL－PH =3×4－2×5－1
=1
2020/6/8
6 4 5
3 1
m=3n－2PL－PH =3×4－2×5－1
=1
2020/6/8
2020/6/8
d) 缝纫机送布机构
复合铰链: 无
局部自由度：1个
A
虚约束：无 B
活动构件数：n= 4
低副数：PL = 4 高副数：PH = 2
F=3n － 2PL－ PH =3×4 －2×4 －2 = 2
机构的自由度数与原动件数目相等，机
构具有确定的运动。
2020/6/8
h) 冲压机构
复合铰链: A处，2个低副
活动构件数：n= 6
A
低副数：PL = 8
高副数：PH = 1
F=3n － 2PL － PH =3×6－2×8 －1 = 1 机构的自由度数与原动件数目相等，机
构具有确定的运动。
2020/6/8
i) 椭圆规机构 复合铰链: 无 局部自由度：无 虚约束：1处
C B D
A
活动构件数：n= ３ 低副数：PL = ４ 高副数：PH = ０