机械专业2结构分析
西工大教材-机械原理各章习题及答案
电动机所需的功率为
p = ρ • v /η = 5500 ×1.2 ×10−3 / 0.822 = 8.029(KW )
5-8 在图示斜面机构中，设已知摩擦面间的摩擦系数 f=0.2。求在 G 力作用下（反行程），此斜面 机构的临界自锁条件和在此条件下正行程（在 F 力作用下）的效率。 解 1）反行程的自锁条件 在外行程（图 a），根据滑块的平衡条件：
解 1 ） 取 比 例 尺 μ 1 ＝ 1mm/mm 绘 制 机 构 运 动 简 图 （ 图 b ）
(a)
2 ）计算该机构的自由度
n=7
pι=9
ph=2（算齿轮副，因为凸轮与齿轮为一体） p’=
F’= F=3n-2pe-ph
=3x7-2x8-2 =1
G7
D 64 C
EF
3
9
B
2
8
A
ω1
b)
2-6 试计算如图所示各机构的自由度。图 a、d 为齿轮一连杆组合机构；图 b 为凸轮一连杆组合 机构（图中在 D 处为铰连在一起的两个滑块）；图 c 为一精压机机构。并问在图 d 所示机构中， 齿轮 3 与 5 和齿条 7 与齿轮 5 的啮合高副所提供的约束数目是否相同？为什么？
C3 重合点继续求解。
解 1）速度分析（图 b）取重合点 B2 与 B3，有
方向 大小 ？
v vv vB3 = vB2 + vB3B2 ⊥ BD ⊥ AB // CD ω1lAB ?
D
C
3 d3
ω3
4
ω3 90°
2
B（B1、B2、B3）
ω1
A1 ϕ = 90°
机械结构设计课程教学大纲
机械结构设计课程教学大纲课程简介机械结构设计是机械工程专业的重要课程之一，它主要讲授机械结构设计的基础理论和实际应用技巧。
本课程通过培养学生的机械结构设计能力，旨在使学生能够独立进行机械结构的设计与优化。
本文档旨在提供机械结构设计课程的教学大纲，以便教师和学生对课程内容有清晰的了解。
授课目标1.理解机械结构设计的基本理论框架。
2.掌握机械结构设计的基本步骤和方法。
3.能够运用机械结构设计软件进行实际项目的设计与分析。
4.培养学生的创新能力和团队合作意识。
主要内容第一章：机械结构设计基础•机械结构设计的概念和作用•机械结构设计的基本流程•机械结构设计的基本原则•机械结构的材料选择与应用第二章：机械结构设计工具与软件•AutoCAD在机械结构设计中的应用•SolidWorks在机械结构设计中的应用•ANSYS在机械结构分析中的应用•MATLAB在机械结构优化中的应用第三章：机械结构设计实例分析•基于里兹图的机械结构设计•基于强度计算的机械结构设计•基于有限元分析的机械结构设计•基于性能优化的机械结构设计第四章：机械结构设计项目案例•学生团队拟定机械结构设计项目•设计项目分组和任务分配•机械结构设计项目的实施与成果展示教学方法1.授课：通过讲授基本理论和应用技巧，使学生掌握机械结构设计的基本知识。
2.实践：通过机械结构设计软件的实际操作，让学生掌握实际设计与分析的能力。
3.项目：通过小组合作完成机械结构设计项目，培养学生的团队合作与创新能力。
4.讨论：通过案例分析和课堂讨论，引导学生思考和交流，加深对机械结构设计的理解。
考核方式1.平时成绩：包括课堂出勤、参与讨论和作业完成情况。
占总评成绩的30%。
2.课程设计：根据学生完成的机械结构设计项目进行评分。
占总评成绩的40%。
3.期末考试：对学生对机械结构设计基础理论的理解进行考核。
占总评成绩的30%。
参考书目1.《机械结构设计基础》李明著，机械工业出版社，2015年。
机械结构工程师的岗位职责
机械结构工程师的岗位职责机械结构工程师是负责设计、开发和改进机械和结构的专业人员。
他们在各种领域中工作，包括航空航天、汽车、制造业等。
机械结构工程师的主要职责是设计、分析和测试机械和结构，确保其安全可靠并满足相关规定和标准。
下面是机械结构工程师的一些常见岗位职责。
1.项目计划和管理：机械结构工程师需要负责项目计划和管理，包括确定项目目标、制定时间表和资源需求，以确保项目按时、按预算完成。
2.机械设计：机械结构工程师需要设计新的机械和结构，并进行模型制作和测试。
他们需要使用计算机辅助设计（CAD）软件和其他工具来创建和修改设计图纸和技术规格。
3.结构分析：机械结构工程师需要进行结构分析，以确定机械和结构的强度、刚度和耐久性。
他们使用有限元分析（FEA）软件进行模拟和计算，以评估设计的性能。
4.材料选择：机械结构工程师需要选择适当的材料，以确保机械和结构的性能和寿命。
他们需要考虑材料的力学特性、可加工性和成本等因素。
5.制造过程：机械结构工程师需要了解制造过程，以确保设计的可制造性和可维修性。
他们需要与生产团队合作，解决制造过程中的问题，并提供技术指导和支持。
6.故障分析和问题解决：机械结构工程师需要分析机械和结构的故障，并提供解决方案。
他们需要进行故障调查和测试，以确定问题的根本原因，并提出改进措施。
7.标准和法规遵从：机械结构工程师需要了解和遵守相关的行业和法律法规标准，以确保机械和结构的安全和合规性。
他们需要研究和了解最新的标准要求，并将其应用到设计和开发过程中。
8.文档编写：机械结构工程师需要编写技术文档，包括设计报告、技术规格和操作指南等。
这些文档需要清晰、准确地描述设计和开发过程，并记录相关数据和结果。
9.与客户和供应商合作：机械结构工程师需要与客户和供应商进行合作，以了解和满足他们的需求。
他们需要与客户讨论设计要求和技术问题，并与供应商合作解决材料和零部件采购的问题。
10.继续学习和发展：机械结构工程师需要不断学习和发展自己的技能和知识。
机械工程师如何进行机械结构优化设计
机械工程师如何进行机械结构优化设计在机械工程领域中，机械结构优化设计是非常重要的一个环节。
它可以帮助工程师提升产品的性能和效率，减少材料的使用量，降低成本，并延长产品的使用寿命。
本文将从理论和实践两个方面探讨机械工程师如何进行机械结构优化设计。
首先，理论方面的机械结构优化设计需要工程师具备扎实的知识基础。
工程师需要熟悉材料力学、结构力学、热力学等相关理论知识，并且对于不同材料的性能特点有一定的了解。
只有掌握了这些基础知识，工程师才能够进行有效的结构分析和设计。
其次，对于机械结构的优化设计，工程师需要明确产品的设计目标和要求。
例如，是要提高产品的承载能力，还是要减小产品的重量，亦或是要降低产品的生产成本。
不同的设计目标会对优化设计的方向和方法产生影响，因此必须在设计之初就明确这些目标。
然后，在进行机械结构优化设计时，工程师可以运用计算机辅助设计软件来辅助完成。
这些软件可以帮助工程师建立结构模型，进行强度和刚度分析，并对设计方案进行仿真计算。
通过对不同设计方案进行比较，工程师可以找到最佳的设计方案，从而实现结构的优化。
此外，机械结构优化设计也需要工程师具备一定的创新思维和解决问题的能力。
在设计过程中，可能会面临各种挑战和困难，例如如何解决设计目标的矛盾，如何平衡不同因素之间的关系等等。
在这些问题面前，工程师需要通过灵活的思维和创新的方法来进行解决，并找到最合适的设计方案。
最后，在进行机械结构优化设计时，工程师还需要进行多方位的考虑。
在设计之前，工程师需要对所设计的机械结构的使用环境、工作条件、负载情况等进行充分的了解，并合理地分析和评估。
同时，在设计过程中，还应该考虑到产品的可制造性、可维修性、安全性等因素，以确保设计方案的可行性和实用性。
总结起来，机械结构优化设计是一个综合性较强的工作，需要工程师具备扎实的理论基础、明确的设计目标、运用先进的设计软件、创新的思维和解决问题的能力，并进行多方位的考虑。
机械原理习题册
机械原理复习题1、结构分析（1）试计算下列图示机构的自由度，若有复合铰链、局部自由度或虚约束必须明确指出。
（2）高副低代（3）拆杆组，说明机构级别(a) (b)2、结构分析（1）将图示压缩机构中的所有构件用数字1，2，3，…在图上标注出来，所有运动副用字母A，B，C，…标注出来。
（2）试分析图示结构中有无复合铰链、局部自由度和虚约束。
如有，请明确指出来。
（3）试计算图示机构的自由度。
机构中用圆弧箭头表示的构件为原动件。
（4）图示机构是由哪些杆组构成的？请将那些杆组从机构中一一分离出来，并注明拆组的顺序及其级别。
3、结构分析（1）试计算图示机构的自由度（机构中用圆弧箭头表示的构件为原动件）。
（2）图示机构是由哪些杆组构成的？请将那些杆组从机构中一一分离出来，并注明拆组的顺序及其级别。
（3）若以构件7为原动件，则此机构为几级机构？4、结构分析（1）将图示凸轮拨杆机构中的所有构件用数字1，2，3，…在图上标注出来，所有运动副用字母A，B，C，…标注出来。
（2）试分析图示机构中有无复合铰链、局部自由度和虚约束。
如有，请明确指出来。
（3）请绘制此机构在图示位置时高副低代后的机构简图。
（4）试计算图示机构高副低代前原高副机构的自由度和高副低代后低副机构的自由度。
5、结构分析（1）试分析图示机构中有无复合铰链、局部自由度和虚约束。
如有，请明确指出来。
（2）请绘制此机构在图示位置时高副低代后的机构简图。
（3）试计算图示机构高副低代前原高副机构的自由度和高副低代后低副机构的自由度。
（4）拆杆组，判断机构级别。
6、结构分析（1）、当偏心圆A为原动件时，此机构能否作确定的相对运动？为什么？（2）、将机构中的高副用低副来代替；（3）、此机构为几级机构？为什么？7、运动分析试求出下列各机构在图示位置的全部瞬心。
8、运动分析9、运动分析10、运动分析在图示曲柄摇块机构中，已知l AB=30mm, l AC=100mm, l BD=50mm, l DE=40mm, φ=45 , ω1=10rad/s,用图解法求:1、V E、V D、ω2;2、a E、a D、α211、连杆机构在图示铰链四杆机构中，已知：l BC=50mm，l CD=35mm，l AD=30mm，AD为机架，（1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB杆为曲柄，求l AB的最大值；（2）若此机构为双曲柄机构，求l AB的取值范围；（3）若此机构为双摇杆机构，求l AB的取值范围。
机械原理习题
第二章机构的结构分析机械原理习题卡d)第二章机构的结构分析机械原理习题卡= d)第二章机构的结构分析机械原理习题卡第二章机构的结构分析机械原理习题卡第三章平面机构的运动分析机械原理习题卡①何谓机械效率？效率高低的实际意义是什么？提高机械效率的途径有哪些？②在串联机组中，总效率与各部分效率关系如何？如何才能提高这类机组的效率？第五章机械的效率和自锁机械原理习题卡第五章机械的效率和自锁机械原理习题卡第六章机械的平衡的通孔，位置Ⅱ处是一质量m2=0.5kg 试求此孔的直径与位置。
（钢的密度γ=7.8g/cm3机械原理习题卡第六章机械的平衡机械原理习题卡第七章机械的运转及其速度波动的调节机械原理习题卡①何谓等效构件？何谓等效力和等效力矩？何谓等效质量与等效转动惯量？②为什么要建立机器等效力学模型？建立时应遵循的原则是什么？建立机器等效力学模型的意义何在？对轴C的转动惯量J C=0.016 kg·m2，=10N·m。
若取曲柄1为等效构件，第七章机械的运转及其速度波动的调节机械原理习题卡第八章平面连杆机构及其设计机械原理习题卡第八章平面连杆机构及其设计机械原理习题卡第八章平面连杆机构及其设计机械原理习题卡第九章凸轮机构设计机械原理习题卡第九章凸轮机构设计机械原理习题卡第九章凸轮机构设计机械原理习题卡第十章齿轮机构及其设计机械原理习题卡第十章齿轮机构及其设计=20°，试分别求出其渐开线齿廓在分机械原理习题卡第十章齿轮机构及其设计机械原理习题卡。
机械设计与制造专业就业方向
机械设计与制造专业就业方向
一、设计方面
1、机械设计研究员：主要从事机械产品设计、结构分析等方面的研
究工作，开发推广机械装备制造技术，改进机械产品性能，对机械产品的
质量、性能和经济性进行检验，进行设计方案的审查，报请审批，审核相
关的技术文件。
2、机械设备结构工程师：主要从事机械设备的结构设计，对设备部
件加工工艺进行计算，根据计算结果和设备参数确定材料，焊接结构，安
装部件等。
3、机械维修服务工程师：主要负责机械设备的维护、保养、检修和
维修工作，确保设备的正常工作，同时为用户提供技术支持和服务，及时
发现设备故障，控制机械系统的可靠性。
4、机械工艺设计师：主要负责机械产品的工艺设计，包括工装夹具
设计、加工设备布置、加工工艺设计以及检查检验工艺设计等，以满足产
品技术指标和运行要求，并进行工艺文件的编制，进行工艺设计的审核等。
二、制造方面
1、机械装配工程师：主要负责机械设备的装配工作，根据装配图纸
要求组装设备，同时根据设计要求进行调整，对设备的动态特性进行检查，保证设备质量。
【课程思政优秀案例】《机械原理》：机构自由度的计算
课程思政优秀案例——《机械原理》：机构自由度的计算一、课程和案例的基本情况课程名称：机械原理授课对象：机械类专业大二本科生课程性质：专业核心必修课课程简介：机械原理是机械类专业必修课，以机构设计和分析为主线，培养学生具有一定的机械系统运动方案创新设计能力，教学内容涵盖机构组成理论、运动学、动力学及各种常用机构的设计方法等机构和机器的共性问题，具有较强的综合性和工程实践性，在学生整个学习过程中起着承上启下和培养学生创新思维、综合设计能力及工程实践能力的重要作用。
结合我校人才培养定位及机械类专业特色，机械原理课程不断强化以学生为中心的顶层设计和教学实施，针对课程重点难点，精心设计课堂学习、研究性学习、实验学习和综合性课程实践等教学环节，通过科教融合、资源建设、教学模式改革、课赛结合等，从不同维度提升课程的高阶性、创新性和挑战度，培养学生的创新意识、辩证思维、现代工具应用能力、综合设计能力和解决复杂工程问题能力，并通过学生形成性考核评价和课程质量评价促进课程持续改进。
与此同时，深入挖掘课程育人功能，提出“四融合一示范”课程思政建设思路，将教书育人贯穿于课程教学及实践活动全过程，强化学生在智能制造强国战略中的责任意识和使命担当，实现价值塑造、知识传授和能力培养同向同行。
案例简介：机构结构分析是机构运动分析、力分析和机构设计的基础，是机械系统方案设计和机构创新设计的重要环节。
本案例的教学内容为“机构自由度的计算”，是机构结构分析一章的重点，具体包括“机构具有确定运动的条件、机构自由度的计算和计算平面机构自由度时应注意的事项”，机构自由度计算结果正确与否，直接影响机构运动的可能性和确定性判断，进而影响机构设计方案可行性的评价。
本讲的学习目标：知识传授：①理解平面机构自由度计算公式及其内涵；②准确识别并正确处理机构中的复合铰链、局部自由度和虚约束；③正确运用自由度计算公式计算机构的自由度，并判断其是否具有确定的运动。
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conditions for a mechanism to have a determined motion 2-5 机构自由度的计算
calculation of a mechanism’s degree of freedom 2-6 计算自由度时的注意事项
points for attention during the calculation of DOF 2-8 平面机构的组成原理、结构分类及结构分析 the composition principle, structural classification and structural
analysis of a planar mechanism
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2
第2章的学习要求
掌握机构的组成，能绘制机构运动简图 能熟练计算各种平面机构的自由度 能熟练进行机构的高副低代、拆分机构的
基本杆组 掌握与上述内容相关的基本理论
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3
第2章 机构的结构分析 §2-1 内容及目的
内容：
机构的组成要素及机 构运动简图
机构自由度及机构具 有确定运动的条件
机构的组成原理及结 构分类
目的：
对机构进行分析与综合
判断机构是否可动、是否 作确定的运动
1）提供构思机构的方法 2）对机构按结构归类以便 于进行机构运动和力分析
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4
第2章 机构的结构分析 §2-2 机构的组成
构件 + 运动副
link
Kinematic pair
运动链
Kinematic Chain
指定1个构 件为机架
机构
Me构分析 §2-2 机构的组成
1、构件/link
独立的运动单元。可以是单一的零件（制造单 元），也可以是由多个零件固结而成的刚性结构。
内燃机连杆
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6
第2章 机构的结构分析
用简单线条和规定 符号表示构件和运动副， 并用一定比例表示运动 副位置的图形，称为机 构运动简图。有时可不 按比例绘制，称为机构 示意图。
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第2章 机常构用的运动结副构的符分号析 §2-3 机构运动简图/Kinematic Diagram
在机架上的电动机
第2章 机常构用的运动结副构的符分号析 §2-3 机构运动简图/Kinematic Diagram
运动副按接触情况分类： 面接触的运动副称为低副/lower pair；
点或线接触的运动副称为高副/higher pair
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第2章 机构的结构分析 §2-2 机构的组成
运动副按相对运动不同分类：
只能相对转动的称为转动副/revolute pair； 只能相对直线移动的称为移动副/sliding pair； 螺旋运动的称为螺旋副/helical pair 球面运动的称为球面副/spherical pair；
运动副分类汇总
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13
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第2章 机构的结构分析
§2-2 机构的组成
3、运动链/Kinematic Chain
构件通过运动副相联而构成的相对可动的系统
开链机械
闭链机械
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15
第2章 机构的结构分析 §2-2 机构的组成
4、机构/Mechanism
有1个构件固定为机 架/fixed link
Kinematic Chain
Mechanism
•机架/frame/fix link——相对固定不动的构件
•原动件/driving link—按给定的运动规律独立运动的构件
•从动件/driven link —随动构件
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第2章 机构的结构分析
§2-3 机构运动简图/Kinematic Diagram
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8
第2章 机构的结构分析
§2-2 机构的组成
运动副按约束/constraint数目分类
约束数目 运动副类型
1
I 级副
Class I
2
II 级副
Class II
3
III级副
Class III
4
IV级副
Class IV
5
V级副
Class V
此运动副为Ⅱ级副。
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9
第2章 机构的结构分析 §2-2 机构的组成
§2-2 机构的组成
2、运动副/Kinematic pair
两个构件直接接触并能产生一定的相对运 动的可动的连接称为运动副。
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7
第2章 机构的结构分析 §2-2 机构的组成
每个运动副由两个构件组成。
构件上参与接触而构成运动副的表面称为运 动副元素/pairing element 。
两构件在空间可能具有的独立相对运动数目 称为构件自由度。自由构件之间，自由度=6 ，运动副自由度f＜6， 6- f=运动副约束数s， 即f=6-s。f≠0，故s最多为5，最小为1。图示运 动副s=2，f=4。
内啮合圆柱齿轮传动
机械原理 MECHANISMS AND MACHINE THEORY
第2章 CHAPTER 2
平面机构的结构分析
Structure Analysis of Planar Mechanisms
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1
2-1 机构结构分析的内容及目的 The content and purpose of structural analysis for a mechanisms 2-2 机构的组成
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11
第2章 机构的结构分析
§2-2 机构的组成
运动副按相对运动是否在同平面内分类：
两构件的相对运动均在同一平面内的称为平面 运动副/planar pair 两构件的相对运动不都是在同一平面内的称 为空间运动副/spatial pair
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12
第2章 机构的结构分析 §2-2 机构的组成
带传动
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第2章 机常构用的运动结副构的符分号析 §2-3 机构运动简图/Kinematic Diagram
链传动
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第2章 机常构用的运动结副构的符分号析 §2-3 机构运动简图/Kinematic Diagram
外啮合圆柱齿轮传动
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第2章 机常构用的运动结副构的符分号析 §2-3 机构运动简图/Kinematic Diagram