機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)指導(dǎo)書

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第一章緒論

基本要求

明確機(jī)械原理研究的對(duì)象和內(nèi)容；機(jī)械原理課在教學(xué)方案中的地位；

在開展國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用。了解若何進(jìn)展本課程的學(xué)習(xí)，搞清機(jī)械、機(jī)構(gòu)、

構(gòu)件和零件等概念。

基本概念題與答案

1.什么是機(jī)構(gòu)、機(jī)器和機(jī)械

答：機(jī)構(gòu)：在運(yùn)動(dòng)鏈中，其中一個(gè)件為固定件〔機(jī)架），一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件

為原動(dòng)件，其余構(gòu)件具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈稱為機(jī)構(gòu)。

機(jī)器：能代替或減輕人類的體力勞動(dòng)或轉(zhuǎn)化機(jī)械能的機(jī)構(gòu)。

機(jī)械：機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。

2.機(jī)器有什么特征

答：⑴經(jīng)過人們精心設(shè)計(jì)的實(shí)物組合體。

⑵各局部之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

⑶能代替或減輕人的體力勞動(dòng)，轉(zhuǎn)換機(jī)械能。

3.機(jī)構(gòu)有什么特征

答：⑴經(jīng)過人們精心設(shè)計(jì)的實(shí)物組合體。

⑵各局部之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

4.什么是構(gòu)件和零件

答：構(gòu)件：是運(yùn)動(dòng)的單元，它可以是一個(gè)零件也可以是幾個(gè)零件的剛性組

合。

零件：是制造的單元，加工制造不可再分的個(gè)體。

第二章機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析

基本要求

了解平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析的目的和內(nèi)容。搞清運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)鏈、機(jī)構(gòu)

等概念。掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制；機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件及平面機(jī)構(gòu)

自由度的計(jì)算。

基本概念題與答案

1.什么是平面機(jī)構(gòu)

答：組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面上運(yùn)動(dòng)。

2.什么是運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)副分幾類，各類都有哪些運(yùn)動(dòng)副其約束等于幾個(gè)

答：運(yùn)動(dòng)副：兩個(gè)構(gòu)件直接接觸而又能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接叫運(yùn)動(dòng)副。

平面運(yùn)動(dòng)副分兩類：

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m平面低副（面接觸）包括：轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副，其約束為2。

（2）平面高副（點(diǎn)、線接觸）包括：滾子、凸輪、齒輪副等，約束

為lo

3.什么是運(yùn)動(dòng)鏈，分幾種

答：假設(shè)干個(gè)構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接組成的系統(tǒng)。分開式鏈和閉式鏈。

4.什么是機(jī)架、原動(dòng)件和從動(dòng)件

答：機(jī)架：支承活動(dòng)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的固定構(gòu)件。

原動(dòng)件：運(yùn)動(dòng)規(guī)律給定的構(gòu)件。

從動(dòng)件：隨原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，并且具有確定運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。

5.機(jī)構(gòu)確定運(yùn)動(dòng)的條件是什么什么是機(jī)構(gòu)自由度

答：條件：原動(dòng)件的數(shù)目等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)。

機(jī)構(gòu)自由度：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)所需要的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

6.平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算式是若何表達(dá)的其中符號(hào)代表什么

答：F=3n-2PL-PH其中：

n一一活動(dòng)構(gòu)件的數(shù)目，PL一—低副的數(shù)目，p.1一一高副的數(shù)目。

7.在應(yīng)用平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式時(shí)應(yīng)注意些什么

答：應(yīng)注意復(fù)合校鏈、局部自由度、虛約束。

8.什么是復(fù)合較鏈、局部自由度和虛約束，在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)若何處

理

答：復(fù)合較鏈：多個(gè)構(gòu)件在同一軸線上組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，計(jì)算時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目

為mT個(gè)

局部自由度：與整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的自由度，計(jì)算時(shí)將滾子與其組成轉(zhuǎn)動(dòng)

副的構(gòu)件假想的焊在一起，預(yù)先排除局都自由度。

虛約束：不起獨(dú)立限制作用的約束，計(jì)算時(shí)除去不計(jì)。

9.什么是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，有什么用途

答：拋開構(gòu)件的幾何形狀，用簡(jiǎn)單的線條和運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)，按比例尺畫出

構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，用來表達(dá)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況的圖形。

用途：對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)展構(gòu)造分析、運(yùn)動(dòng)分析和力分析。

典型例題

例2?1試計(jì)算圖示各運(yùn)動(dòng)鏈的自由度數(shù)，并判定他們能否成為機(jī)構(gòu)（標(biāo)有

箭頭的構(gòu)件為原動(dòng)件）。

（a）（b）

（d）（c）

解（a）A處為復(fù)合較鏈（注意小齒輪與機(jī)架構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副易被忽略）。

n=4,PL=5,PH=1

F=3n-2PL-PH=3X4-2X5-1=1

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此運(yùn)動(dòng)鏈有一個(gè)原動(dòng)件，故能成為機(jī)構(gòu)。

(b)D處滾子為局部自由度；E(或F)處為虛約束；D處有一個(gè)

局副為虛約束(注意：此點(diǎn)易被忽略)。

n=4,PL=5,PH=1

F=3n-2PL-PH=3X4—2X5—1=1

此運(yùn)動(dòng)鏈有一個(gè)原動(dòng)件，故能成為機(jī)構(gòu)。

(c)A處為復(fù)合較鏈。

n=10,PL=14

F=3n—2PL=3X10-2X14=2

此運(yùn)動(dòng)鏈有兩個(gè)自由度，但只有一個(gè)原動(dòng)件，運(yùn)動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)不能確定，故

不能成為機(jī)構(gòu)。欲使其成為機(jī)構(gòu)，需再增加一個(gè)原動(dòng)件(如桿AK)。

(d)此輪系有兩行星輪2,其中有一個(gè)為“對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作

用的對(duì)稱局部〃，則此行星輪及與其有關(guān)的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和兩個(gè)高副為虛約

束。另外，輪5(系桿H)與機(jī)架在B和C處均構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，可將B處的轉(zhuǎn)

動(dòng)副視為虛約束；也可將C處的轉(zhuǎn)動(dòng)副視為虛約束，則B處為復(fù)合錢鏈。

n=5,PL=5,PH=4

F=3n—2PL-pH=3X5—2X5—4=1

此輪系有一個(gè)原動(dòng)件，故能成為機(jī)構(gòu)。

第三章平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析

基本要求

了解平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的目的和方法，以及機(jī)構(gòu)位置圖、構(gòu)件上各點(diǎn)的

軌跡和位置的求法。掌握速度瞬心位置確實(shí)定。了解用速度瞬心求解速度

的方法。掌握用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法作機(jī)構(gòu)的速度和加速度的分析。熟練掌握

影像法的應(yīng)用。搞清用解析法中的矩陣法作機(jī)構(gòu)的速度和加速度的分析，

最后要到達(dá)會(huì)編程序上機(jī)作習(xí)題的程度。

基本概念題與答案

L什么是速度瞬心，機(jī)構(gòu)瞬心的數(shù)目若何計(jì)算

答：瞬心：兩個(gè)構(gòu)件相對(duì)速度等于零的重合點(diǎn)。K=N(N-l)/2

2,速度瞬心的判定方法是什么直觀判定有幾種

答：判定方法有兩種：直觀判定和三心定理，直觀判定有四種：

(1)兩構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸心。

(2)兩構(gòu)件組成移動(dòng)副，瞬心在無窮遠(yuǎn)處。

(3)純滾動(dòng)副的按觸點(diǎn)，

(4)高副接融點(diǎn)的公法線上。

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3,速度瞬心的用途是什么

答：用來求解構(gòu)件的角速度和構(gòu)件上點(diǎn)的速度，但絕對(duì)不能求加速度和角

加速度，

在四桿機(jī)構(gòu)中用瞬心法求連桿和從動(dòng)件上任一點(diǎn)的速度和角速度最

方便。

4.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的內(nèi)容、目的和方法是什么

答：內(nèi)容：構(gòu)件的位置、角位移、角速度、角加速度、構(gòu)件上點(diǎn)的軌跡、

位移、

速度、加速度。

目的：改造現(xiàn)有機(jī)械的性能，設(shè)計(jì)新機(jī)械。

方法：圖解法、解析法、實(shí)驗(yàn)法。

5.用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法求構(gòu)件的速度和加速度的基本原理是什么

答：基本原理是理論力學(xué)中的剛體平面運(yùn)動(dòng)和點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。

6.什么是基點(diǎn)法什么樣的條件下用基點(diǎn)法動(dòng)點(diǎn)和基點(diǎn)若何選擇

答：基點(diǎn)法：構(gòu)件上某一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)可以認(rèn)為是隨其上任選某一點(diǎn)的移動(dòng)卻

繞其點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)所合成的方法。

求同一構(gòu)件上兩點(diǎn)間的速度和加速度關(guān)系時(shí)用基點(diǎn)法，動(dòng)點(diǎn)和基點(diǎn)選

在運(yùn)動(dòng)要素己知的較鏈點(diǎn)。

7用基點(diǎn)法進(jìn)展運(yùn)動(dòng)分析的步驟是什么

答：(1)選長(zhǎng)度比例尺畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

(2)選同一構(gòu)件上運(yùn)動(dòng)要素多的較鏈點(diǎn)作動(dòng)點(diǎn)和基點(diǎn)，列矢量方程,

標(biāo)出量的大小和方向。

(3)選速度和加速度比例尺及極點(diǎn)P、P'按條件畫速度和加速度多

邊形，求解未知量的大小和方向。

(4)對(duì)所求的量進(jìn)展計(jì)算和判定方向。

8.什么是運(yùn)動(dòng)分析中的影像原理又稱什么方法注意什么

答：影像原理：同一構(gòu)件上兩點(diǎn)的速度或加速度求另外一點(diǎn)的速度和加速

度，則這三點(diǎn)速度或加速度矢端所圍成的三角形與這三點(diǎn)在構(gòu)件上圍成的

三角形相似，這就稱作運(yùn)動(dòng)分析中的影像法，又稱運(yùn)動(dòng)分析中的相擬性原

理。

注意：三點(diǎn)必須在同一構(gòu)件上，對(duì)應(yīng)點(diǎn)排列的順序同為順時(shí)針或逆時(shí)針方

向。

9.什么是速度和加速度極點(diǎn)

答：在速度和加速度多邊形中絕對(duì)速度為零或絕對(duì)加速度為零的點(diǎn)，并

且是絕對(duì)速度或絕對(duì)加速度的出發(fā)點(diǎn)。

10.速度和加速度矢量式中的等號(hào)，在速度和加速度多邊形中是哪一點(diǎn)

答：箭頭對(duì)頂?shù)狞c(diǎn)。

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11.在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析中應(yīng)用重合點(diǎn)法的基本原理是什么

答：點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。

12.重合點(diǎn)法在什么倩況下應(yīng)用

答：兩個(gè)活動(dòng)構(gòu)件有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，求重合點(diǎn)的速度和加速度。

13,應(yīng)用重合點(diǎn)進(jìn)展運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，什么情況下有哥氏加速度

答：當(dāng)牽連角速度和重會(huì)點(diǎn)間相對(duì)速度不等于零時(shí)，有哥氏加速度，假設(shè)

其中之一等于零，則哥氏加速度等于零。

k=

大小為：aBIB22(O2VBIB2

方向?yàn)椋篤BIB2的矢量按牽連角速度32方向旋轉(zhuǎn)90°o

14.應(yīng)用重合點(diǎn)法進(jìn)展運(yùn)動(dòng)分析時(shí)的步驟是什么

答：(1)選擇比例尺畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。

(2)選運(yùn)動(dòng)要素多的較鏈點(diǎn)為重合點(diǎn)，列速度，加速度矢量方程。

(3)選速度比例尺和速度極點(diǎn)畫速度多邊形。

(4)選加速度比例尺和加速度極點(diǎn)畫加速度多邊形圖。

(5)答復(fù)所提出的問題。

典型例題

例3?1圖(a)和(b)分別為移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和正切機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,

其長(zhǎng)度比例尺口L=2mm/mm0圖中的構(gòu)件1均為原動(dòng)件，且3]=10皿1/

so試分別求出其全部瞬心點(diǎn)，并用瞬心法分別求出：構(gòu)件3的速度V3、

構(gòu)件2上速度為零的點(diǎn)L和構(gòu)件2的角速度32。

解這兩個(gè)機(jī)溝均為含有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)，各有六個(gè)瞬心點(diǎn)。

但因?qū)返男螤畈煌?，故瞬心點(diǎn)的位置不盡一樣。

(1)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

其六個(gè)瞬心點(diǎn)的位置如圖(a)所示。其中：P14在A點(diǎn)，P12在B點(diǎn)；

P23在導(dǎo)路的曲率中心O處(而不是在無窮遠(yuǎn)處！這點(diǎn)應(yīng)該注意)，P-34

在與導(dǎo)路垂直的無窮遠(yuǎn)處；根據(jù)三心定理，P13在P14和P834連線與P12和

P23連線的交點(diǎn)處，P24在P14和P12連線與P23和P834連線的交點(diǎn)處。

例3-1圖uL—2mm/mm,uv=0.04m/s/mm

因?yàn)闃?gòu)件1的角速度而構(gòu)件3為平移運(yùn)動(dòng)，所以可利用巳3求出構(gòu)

件3的速度

W

V3—vpi2=3]LAPI3=iAPi3|iL=10X30X2=600mm/s方

向：向右。

(a)(b)

構(gòu)件2上速度為零的點(diǎn)L，就是構(gòu)件2與機(jī)架4的瞬心點(diǎn)P24(VF24

=0)o

在圖示位置上，構(gòu)件2繞P24(12)點(diǎn)作瞬時(shí)定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其角速度32可

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通過瞬心點(diǎn)P|2的速度VPI2求出，即：

VPI2=VB=3]LAB=3|AB^L—10X22X2=440

mm/s

.?.a?=VP12/L12B=VP12/(LBXJIL)=440/120X2)=11

rad/s

方向：逆時(shí)針。

⑵正切機(jī)構(gòu)

六個(gè)瞬心點(diǎn)的位置如圖(b)所示。請(qǐng)注意利用三心定理求Pi3和P24的

方法。

構(gòu)件3的平移速度V3,可利用瞬心點(diǎn)P|3求出

V3=VP13=3[LAP13=3]AP]3RL=10X38X2=760

mm/s

方向：向下。

構(gòu)件2上速度為零的點(diǎn)b，即為瞬心P24。

山于構(gòu)件2與構(gòu)件1構(gòu)成移動(dòng)副，二者之間沒有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此

(02=%=10rad/s逆時(shí)針方向

例3?2在圖(a)所示的機(jī)構(gòu)中，：LAB=38mm,LCE=20mm,LDE

=5()mm,XD=15()mm,yD=60mm；構(gòu)件1以逆時(shí)針等角速度3?=20rad

/s轉(zhuǎn)動(dòng)。試求出此機(jī)構(gòu)的全部瞬心點(diǎn)，并用向量多邊形法求出構(gòu)件3的角

速度33和角加速度￡3，以及點(diǎn)E的速度VE和加速度aEo

解(1)求速度瞬心

P14在A點(diǎn)，Pi2在B點(diǎn)，P34在D點(diǎn)，p73在與導(dǎo)路CE相垂直的

無窮遠(yuǎn)處，這四個(gè)瞬心容易求出，如圖(a)所示。根據(jù)三心定理，PB既

在P|4和P34的連線上，又在Pi2和-23的連線上，因此，過B(P|2)點(diǎn)作導(dǎo)

路CE的垂線，與AD連線的交點(diǎn)即為％點(diǎn)；同理，過DCP34)點(diǎn)作導(dǎo)路CE

的垂線，與AB連線的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)即為P24點(diǎn)。

(2)速度分析

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取長(zhǎng)度比例尺UL=4mm/mm,按給定條件作出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，如圖

(b)所示。在此機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件2為作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，且運(yùn)動(dòng)副B點(diǎn)

的運(yùn)動(dòng)，因此，應(yīng)選B2為動(dòng)點(diǎn)，動(dòng)系選在構(gòu)件3上。為求得重合點(diǎn)，需將

構(gòu)件3向B點(diǎn)擴(kuò)大，得到與B2點(diǎn)重合的、屬于構(gòu)件3的牽連運(yùn)動(dòng)點(diǎn)Bs。

按“重合點(diǎn)法”列出的速度方程式為:

VB2=VB3+VB2B3

方向±AB±BD//CE

大小LAB①i

其中，VB2=LAB3I=38X2()=760mm/So

取速度比例尺Hv=20mm/s/mmo則VB2的代表線段長(zhǎng)度為

pb?=VB2/內(nèi)=760/20=38mm

取速度極點(diǎn)P作速度多邊形pb2b3如圖(c)所示。

則33=VB3/LBD=pb3gv/BDRL=28.5X20/31X4=

4.6rad/s

方向：順時(shí)針。

由于滑塊2與導(dǎo)桿3之間沒有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此

0)2=33=4.6rad/s

至此，在構(gòu)件3上已經(jīng)有了D和B兩個(gè)點(diǎn)的速度(注意：D為固

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定較鏈，VD=O,aD=0,為運(yùn)動(dòng)點(diǎn)，這一點(diǎn)易被忽略)，所以，可以用影

像法來求構(gòu)件3上E點(diǎn)的速度。為此，在圖(c)中作^ADBE,

得e點(diǎn)，則

VE=pegv=11.5X20=230mm/s

(3)加速度分析

由于動(dòng)系(構(gòu)件3)繞D點(diǎn)作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所以存在哥氏加速度。其加

速度方程為

anB2=anB3+alB3+a*B2B3+akB2B3

方向B-*AB-*D±BD//CEICE

大小LABCO21

22

其中：anB2=LABCO21=38X20=15200mm/s

anB3=LBDC023222

=BDpLco3=31X4X4.6=2620mm/s

k

aB2B3—233VB2B3=233b2b3由=2X4.6X13.5X20=

2484mm/s2

取加速度比例尺口a=500mm/s2/mm,選極點(diǎn)p'在圖(d)中依次作

出上述各向量的代表線段。

,n

p'b2=aB2/ga=15200/500=30.4mm

p'm'=anB3/ga=2620/500=5.24mm

k'b2'=akB2B33/ga=2484/500=4.97mm

在此根基上作出加速度多邊形，如圖Id)所示。則

￡3=alB3/LBD=b3'內(nèi)/BDgL

=39X500/31X4=157.3rad次方向：順時(shí)針。

利用影像原理，在圖(d)中，連p'b3,作Ap'b3'ez-ADBE,

得e'點(diǎn)，則p'e,即為aE的代表線段，其大小為

22

aE=p'e'pa=16X500=8000mm/s=8m/s

例3-3圖(a)所示為一四錢鏈機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖、速度多邊形

和加速度多邊形，作圖的比例尺分別為：Ui.=2mm/mm、—=20

=2

mm/s/mm>ua200mm/s/mmo原動(dòng)件1以勻角速度3]=10rad/s順

時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。要求：

(1)根據(jù)兩個(gè)向量多邊形分別列出相應(yīng)的速度和加速度向量方程，井洛

各個(gè)向量標(biāo)在向量多邊形中相應(yīng)的代表線段旁邊。

(2)求出構(gòu)件2和3的角速度32、33和角加速度￡2、￡3。

(3)在構(gòu)件1、2和3上分別求出速度為vx=300mm/s(方向

為p-X)的點(diǎn)XI、X2和X3o

(4)求出構(gòu)件2上速度為零的點(diǎn)L和加速度為零的點(diǎn)Q2O

(5)求出h點(diǎn)的加速度an和Q2點(diǎn)的速度VQ2o

...wd...

解（1）速度和加速度向量方程分別為

Vc=VB+VCB

nlnnl

ac十a(chǎn)c=aB十a(chǎn)cB十a(chǎn)cB

多邊形中各線段所代表的向量如圖（b）所示。

（2）由圖1a〕中量取有關(guān)線段，即可分別求得

o）2—VCB/LBC=bcgv/BC|1L=18.5x20/58.5x2=3.16rad/s

逆時(shí)針方向

33=vc/LCD=pcj.lv/CDJIL=25.5x20/25x2=10.2rad/s

逆時(shí)針方向

l2

￡2=acB/LBC=n2c同/BC|iL=48.7x200/58.5x2=83.25rad/s

逆時(shí)針方向

￡3—a'c/LcD二O3C|ia/CDRL=13x200/25x2=52rad/s之逆時(shí)針

方向

（3）XI、X2和X3點(diǎn)的位置可用影像法原理求出：

在速度多辿形中連接Xb和XCo在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖上分別作相

似形

△ABXi0°Apbx△CBX2^Acbx△DCX^^Apcx

即可分別求出xi、x2和x3三個(gè)點(diǎn)，如圖（b）所示。

（4）由于12點(diǎn)與極點(diǎn)p相對(duì)應(yīng)，Q2點(diǎn)與極點(diǎn)p相對(duì)應(yīng)，根據(jù)影

像原理，在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖上分別作△BCI2^Abcp△

BCQ20°Abep'

即可求得12點(diǎn)和Q2點(diǎn)的位置，如圖（b）所示。

（5）在圖（b）的加速度多邊形中作△bci2^ABCI2

z

得i2點(diǎn)，連接pi2即為aI2的代表線段，則

ai2=p'i2%=57X200=11400mm/s2=11.4m/s2方

向：p，-i2

在速度多邊形中作△bcq2^ABCQ2

得q2點(diǎn)，連接兇2即為VQ2的代表線段，則

VQ2=pq214V=22X20=440mm/s方向：pfqi

此例需要反過來應(yīng)用向量多邊形法和影像原理，解題過程雖較簡(jiǎn)單但

要求基本概念清楚，解題方法熟練。另外，通過此例也可以看出，在求

某一構(gòu)件上速度為零的點(diǎn)I、加速度為零的點(diǎn)Q、與給定速度或加速度相

對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，以及點(diǎn)I的加速度ai點(diǎn)Q的速度VQ時(shí)，應(yīng)用影像法原理

是一種便捷的解題方法。

...wd...

第四章平面機(jī)構(gòu)的力分析

基本要求

了解平面機(jī)構(gòu)刀分析的目的和方法，熟悉用“一般力學(xué)方法〃確定構(gòu)

件的慣性力以及用圖解法作機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析。了解用解析法作機(jī)構(gòu)的

動(dòng)態(tài)靜力分析。

基本概念題

1.機(jī)械力分析的主要目的是什么

答：(1)確定運(yùn)動(dòng)副中的反力。

(2)確定機(jī)械上的平衡力或平衡力矩。

2.什么是機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析在什么樣的機(jī)構(gòu)中必須考慮慣性力的影響

答：在機(jī)構(gòu)中將慣性力作為靜力學(xué)方法進(jìn)展分析計(jì)算，這種考慮慣性力的

機(jī)構(gòu)受力分析的方法稱為動(dòng)態(tài)靜力分析，在高速重型機(jī)械中必須考慮慣性

力，因?yàn)閼T性力很大。

3.什么是慣性力和總慣性力

答：慣性力：是一種加在變速運(yùn)動(dòng)構(gòu)件質(zhì)心上的虛構(gòu)的外力。Pi=-mas

總慣性力：是質(zhì)心上的慣性力大小方向不變的平移，即使其對(duì)質(zhì)心的力矩

等于慣性力矩。PihRL=-Js￡。這時(shí)的慣性力稱總慣性力。

4.構(gòu)件組的靜定條件是什么

答：3n-2pt=0o

5.機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析的目的是什么、步驟、方法是什么

答：目的：確定各云動(dòng)副中的反力，確定機(jī)械上的平衡力或平衡力矩。

步驟：

(1)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)展運(yùn)動(dòng)分析，求出質(zhì)點(diǎn)s的加速度as和各構(gòu)件的角加速

度。

(2)按R二?mas和M=-Js￡確定慣性力和力矩加在相應(yīng)的構(gòu)件上

作為外力。

(3)確定各個(gè)運(yùn)動(dòng)副中的反力，首先按靜定條件F=3n-2pL=O來拆靜

定的自由度為零的桿組，把桿組的外端副的反力分解為沿桿長(zhǎng)方向的反力

則和沿桿長(zhǎng)垂直方向的反力R',再用桿組的力平衡條件寫出矢量式，按

比例尺畫出力封閉多邊形求出各外端副的法向反力R'1o最后用各構(gòu)件的

力平衡條件求出內(nèi)端副的法向反力。

(4)確定原動(dòng)件上的平衡力和平衡力矩，用靜力學(xué)力和力矩平衡條件進(jìn)展

計(jì)算。

...wd...

第五章機(jī)械中的摩擦和機(jī)械效率

基本要求

清楚研究機(jī)械中的摩擦和機(jī)械效率的目的。熟練掌握以下內(nèi)容：運(yùn)動(dòng)

副中的摩擦(包括平面、槽面、矩形螺旋，三角螺旋和回轉(zhuǎn)副)；有摩擦

時(shí)的機(jī)構(gòu)受力分析；機(jī)械效率和機(jī)械自鎖的分析和計(jì)算。

基本概念題與答案

1.移動(dòng)副中的摩擦分幾種情況寫出其水平驅(qū)動(dòng)力與鉛垂載荷之間的關(guān)系

式。

答：分四種：

(1)平面摩擦P二Qtg6,tg<l>=fo

(2)斜平面摩擦P=Qtg(a+<t))0

(3)平槽面摩擦P=Qtg6”tg4>v=fv=f/sin0,。為槽形半角，4>

V、fv分別為當(dāng)量摩擦角、當(dāng)量摩擦系數(shù)。

(4)斜槽面摩擦P=Qtg(a+4)v)o

2.螺旋副中的摩擦有幾種，水平驅(qū)動(dòng)力和鉛垂載荷關(guān)系若何

答：有兩種：

(1)矩形螺紋P=Qtg(a+6),M=Pd2/2o

(2)三角螺紋P=Qtg(a+小v),M=Pd?/2,v=arctgfv,fv=f/cos

3,B為牙形半角。

3.轉(zhuǎn)動(dòng)副中的摩擦分幾種情況，摩擦力或摩擦力矩公式若何

答：分兩種：

(1)軸頸摩擦

Fv=fvQ式中的％是轉(zhuǎn)動(dòng)副的當(dāng)量摩擦系數(shù)，Mi=pR2i=rfvQ=0

Q,P=rfvo

(2)軸端摩擦(沒講)

4,移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副中總反力確實(shí)定方法是什么

答：移動(dòng)副：R2I與V|2成90°+6o轉(zhuǎn)動(dòng)副：R2I對(duì)摩擦圓中心力矩

方向與312轉(zhuǎn)向相反并切于摩擦圓。摩擦圓半徑P=rfv,fv=(1—

1.5)fo

5.考慮摩擦?xí)r，機(jī)構(gòu)進(jìn)展受力分析的方法是什么

答：(1)根據(jù)給定的軸頸和摩擦系數(shù)畫出各轉(zhuǎn)動(dòng)副的摩擦圓。

(2)確定運(yùn)動(dòng)副中的總反力。首先要確定移動(dòng)副或滑動(dòng)摩擦的平面高

副的總反力，再根據(jù)條件或二力桿及二力桿受力狀態(tài)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)副的總反

力。

...wd...

（3）取原動(dòng)件、桿組為別離體，由力平衡條件求出各運(yùn)動(dòng)副的總反力

的大小和平衡力和平衡力距。

6.什么是機(jī)械效率考慮摩擦?xí)r和理想狀態(tài)機(jī)械效率有何不同

答：機(jī)械穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的一個(gè)能量循環(huán)過程中，輸功出與輸入功的比值稱為

機(jī)械效率?？紤]摩擦?xí)r機(jī)械效率總是小于1,而理想狀態(tài)下的機(jī)械效率等

于1。

7,機(jī)械效率用力和力矩的表達(dá)式是什么

理想驅(qū)動(dòng)力（或力矩）實(shí)際工作阻力（或力矩）

答：q=-----------------------=------------------------

實(shí)際驅(qū)動(dòng)力（或力矩）理想工作阻力（或力矩）

8.串聯(lián)機(jī)組的機(jī)械效率若何計(jì)算

答：等于各個(gè)單機(jī)機(jī)械效率的乘積。

9.什么是機(jī)械的自鎖自鎖與死點(diǎn)位置有什么區(qū)別

答：自鎖：因?yàn)榇嬖谀Σ粒?dāng)驅(qū)動(dòng)力增加到無窮時(shí)，也無法使機(jī)械運(yùn)動(dòng)起

來的這種現(xiàn)象。

區(qū)別；死點(diǎn)位置不是存在摩擦而產(chǎn)生的，而是機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角等于零。自鎖

是在任何位置都不能動(dòng)，死點(diǎn)只是傳動(dòng)角等于零的位置不動(dòng)，其余位置可

動(dòng)。

10.判定機(jī)械自鎖的方法有幾種

答：（1）平面摩擦：驅(qū)動(dòng)力作用在摩擦角內(nèi)。

（2）轉(zhuǎn)動(dòng)副摩擦：驅(qū)動(dòng)力作用在摩擦圓內(nèi)。

（3）機(jī)械效率小于等于零（串聯(lián)機(jī)組中有一個(gè)效率小于等于零就自

鎖）。

（4）生產(chǎn)阻力小于等于零。

試題與答案

一、（共12分）滑塊2在主動(dòng)力P作用下，抑制沿斜面向下的工作

Q,沿斜面向上勻速滑動(dòng)=30°）。如以以下列圖，主動(dòng)力P與水

平方向夾角為B=15°,接觸面之間的摩擦角6=10°o

（1）用多邊形法求出主動(dòng)力P與工作Q之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式；（注

意：必須列出力平衡方程，畫出相應(yīng)的力多邊形求解，否則不給分?jǐn)?shù)?。?/p>

17分）

（2）為防止滑塊2上滑時(shí)發(fā)生自鎖，B所能取得的最大值應(yīng)為多少

90°-a4-8

...wd...

（即滑塊2上滑時(shí)不發(fā)生自鎖條件）。（5分）

解：（1）滑塊2的力平衡方程為：

—?——?

P+Q+Ri2=0（1分）

全反力Ri2的方向如圖（1分）

力三角形如以以下列圖；（3分）

根據(jù)正弦定理：P/sin（90°+<1>）=Q/sin［90°?（a+6+

B）］

P=Qcos6/cos（a+4-3）（2分）

（2）欲使滑塊向上滑時(shí)不自鎖，應(yīng)有工作阻力Q>0

即Q=P=cos（a+<t>+P）/cos>0（2分）

貝cos（a+e+B）>0,a+6+B<90°

p<90°-a-tp=90°-30°-10°=50°

故B角所能取得的最大值應(yīng)為50°。

二、（共12分）在圖示斜塊機(jī)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)力P=3（）N,各接觸面之間

的摩擦角。及斜面與垂直方向的夾角0如以以下列圖。試列出斜塊1、2的

力平衡方程式，并月圖解法求出所能抑制的工作Q的大小。

［規(guī)定］：取力比例尺Up=1N/mmo

解：在機(jī)構(gòu)圖中畫出各全反力如圖

其中R12（R2I）給2分,R31、R32各給1分，（4分）

斜塊1的力平衡方程式：

―?—?-?

P+R21+R31=0（2分）

斜塊2的力平衡方程式：

―?―?—?

Q+R12+R32=0（2分）

按比例尺Up=lN/mmo分別畫出楔快1、2的力多邊形如圖

（3分）

并從圖中量得da=16.5mm,則Q=dapp16.5X1=

...wd...

16.5N（1分）

三、（共14分）在圖示雙滑塊機(jī)構(gòu)中，工作阻

力Q=500N,轉(zhuǎn)動(dòng)副A、B處摩擦圓及移

動(dòng)副中的摩擦角如以以下列圖。試用圖解

法求出所需驅(qū)動(dòng)力Po

［規(guī)定］：取力比例尺uP=10N/mmo

解：在機(jī)構(gòu)圖中畫出各全反力。其中R2I

（R12）、R23、爾32）各給2分，R43、R41各

給1分；

滑快1的力平衡方程：---

P+R21+R41=0

滑快3的力平衡方程：-----

Q+R23+R43=0

桿AB的力平衡方程：ff

R12+R32=0

按Up=10N/mm分別畫出滑快1、3的力多邊形如圖;

考慮到R21=-R12?R|2=-R32?R32=-R23

從力多邊形圖中量得P=10X40=400N

四、圖（a）所示為一凸輪?杠桿機(jī)構(gòu)，原動(dòng)件凸輪1逆時(shí)針方向

轉(zhuǎn)動(dòng)，通過從動(dòng)件杠桿提起重量為Q的重物。此機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖是按長(zhǎng)

度比例尺UL=4mm/mm畫出的，重量Q=30（）N轉(zhuǎn)動(dòng)副A和C處

的摩擦圓半徑P=10mm,高副接觸點(diǎn)B史的摩擦角（p=20°。試用圖

解法求出為提起重量Q，在凸輪1上所需施加的主動(dòng)力偶距Mi的大小

和方向。

解：杠桿2的力平衡方程為：

—?—?—?

Q+R32+R12=0

其中：Q為工作阻力（）；Ri2為主動(dòng)力，根據(jù)杠桿2在B點(diǎn)相

對(duì)于凸輪1的滑動(dòng)方向，可判定RI2從法線方向向上偏轉(zhuǎn)4）角，且與

Q力相交于M點(diǎn)；因?yàn)楦軛U2在凸輪1的推動(dòng)下順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)（如

圖中（力23所示），且C全反力R32的大致方向是從右指向左，所以R32

應(yīng)切于摩擦圓上方且通過匯交點(diǎn)Mo受力圖如圖（b）所示。取力比例尺

UP=20N/mm畫出力三角形如以以下列圖。

從而求得：R12=ca|ip=28x20=560N

R.2的反作用力R2I作用在凸輪1上，根據(jù)凸輪1的力平衡條件,

在轉(zhuǎn)動(dòng)副A處應(yīng)有一與R2I大小相等、方向相反的全反力R3I（與R2i

平行）。因3I為逆時(shí)針方向，故R31應(yīng)切于摩擦圓的上方，如以以下

...wd...

歹1J圖。R2I和R31之間的垂直距離為h,,它們形成一個(gè)順時(shí)針方向的工

作阻力距，則主動(dòng)力偶距Ml應(yīng)與此阻力距大小相等、方向相反?？紤]

到R12=R21=R3=560N

故

Mi=R2IxhixgL=560x11.5x4=25760Nmm=25.76

Nm

Mi的方向?yàn)槟鏁r(shí)針（與3?同向）。

第六章機(jī)械的平衡

基本要求

了解回轉(zhuǎn)件平衡的目的。掌握回轉(zhuǎn)件的平衡計(jì)算，熟悉動(dòng)、靜平衡的實(shí)

驗(yàn)原理和基本操作方法。

基本概念題與答案

L什么是機(jī)械的平衡

答：使機(jī)械中的慣牲力得到平衡，這個(gè)平衡稱為機(jī)械平衡。

目的：是消除或局部的消除慣性力對(duì)機(jī)械的不良作用。

2.機(jī)械中的慣性力對(duì)機(jī)械的不良作用有哪些

答：（1）慣性力在機(jī)械各運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生附加動(dòng)壓力增加運(yùn)動(dòng)副的磨擦磨損

從而降低機(jī)械的效率和壽命。

（2）慣性力的大小方向產(chǎn)生周期性的變化引起機(jī)械及根基發(fā)生振動(dòng)使

機(jī)械工作精度和可靠性下降，也造成零件內(nèi)部的疲勞損壞。當(dāng)振動(dòng)頻率接

近振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振，從而引起其機(jī)器和廠房的破壞甚至

造成人員傷亡。

3.機(jī)械平衡分哪兩類什么是回轉(zhuǎn)件的平衡又分幾種

答：分回轉(zhuǎn)件的平衡和機(jī)構(gòu)在機(jī)座上的平衡兩類：

（1）繞固定軸線回轉(zhuǎn)的構(gòu)件產(chǎn)生的慣性力和力距的平衡，稱為回轉(zhuǎn)件的平

衡。

回轉(zhuǎn)件的平衡又分兩種：

一、是剛性轉(zhuǎn)子的平衡，不產(chǎn)生明顯的彈性變形，可用理論力學(xué)中的力系

平衡原理進(jìn)展計(jì)算。

二、是撓性轉(zhuǎn)子的平衡（不講）。

4.什么是剛性回轉(zhuǎn)件的靜平衡、動(dòng)平衡兩者的關(guān)系和區(qū)別是什么

答：靜平衡：剛性回轉(zhuǎn)件慣性力的平衡

動(dòng)平衡：剛性回轉(zhuǎn)件的慣性力和慣性力偶的平衡。

區(qū)別：B/D<0.2即不平衡質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面上，用靜平衡。

靜平衡可以是靜止軸上的力的平衡。B/D20.2即不均勻質(zhì)量分布在不

...wd...

同的回轉(zhuǎn)面上，用動(dòng)平衡。動(dòng)平衡必須在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)展

平衡。

5.機(jī)械平衡中重徑積作用是什么

答:用重量和半徑的乘積表達(dá)剛性回轉(zhuǎn)件中所產(chǎn)主的慣性力的大小和方向。

6.B/DW0.2的班性回轉(zhuǎn)件只要進(jìn)展靜平衡就可以了，但是在同一個(gè)回

轉(zhuǎn)平而不能加平衡的重徑積假設(shè)到達(dá)機(jī)械平衡，得需要什么樣的平衡

答；在上述情況下，得到在兩個(gè)相互平行的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)加平衡重徑積，使

慣性力平衡，還必須到達(dá)慣性力偶的平衡，因此：得到用動(dòng)平衡的方法來

進(jìn)展了平衡。

典型例題

例1在圖(a)所示的薄型圓盤轉(zhuǎn)子上，鉆有四個(gè)圓孔，其直徑以及孔心

到圓盤轉(zhuǎn)軸O的距離分別為：di=50mm,d：=70mm,ds=90mm,d4=

60mm；ri=250mm,n=200mm,口=200mm,n=260mm。各孔

的方位如以以下列圖，其中：a|2=60。，。23=90°,a34=60。o

圓盤由均質(zhì)材料制成。試求為使圓盤平衡，在孔心位置G=300mm處

應(yīng)鉆平衡孔的直徑db和方位角a4b

解：由于圓盤的材質(zhì)是均勻的，因此，圓盤上各孔的直徑d即可代

表該處所欠缺的質(zhì)量，孔徑d與距離r的乘積dr也就代表了不平衡

質(zhì)徑積mr的大小。由條件算出的din值如下：

diri=50x250=12500mm2

2

d2r2=70x200=14000mm

d?門=90x200=18000mm2

d4「4=60x260=15600mm2

取比例尺|4(ir=1000mm2/mm,

即可求出各不平衡質(zhì)徑積〃的代表線段的長(zhǎng)度

W|=diri/|idr=12500/1000=12.5mm

W2=d2r2/gdr=14000/1000=14mm

W3=ch門/|4<h-=18000/1000=18mm

W4=d4r4/Rdr=15600/1000=15.6mm

根據(jù)向量方程式

—?—?—?-A-A

dbfb+diri+d2r2+d?門+口=0

作向量多邊形如圖(b)所示。其封閉向量Wb即為

dbrb的代表線段，因而

dbrb=Wbxp<]r=16.5x1()()()=16500mm2

所以db=dbrb/rb=16500/300=55mm

...wd...

「b的方位角從圖中量得為：a4b=95.5°o

例2圖(a)所示的剛性轉(zhuǎn)子中，各個(gè)不平衡質(zhì)量、向徑、方位角以及所在

回轉(zhuǎn)平面的位置分別為：mi=12kg,in?=20kg,in?=21kg；ri=20mm,

「2=15mm,門=10mm；a?=60°,a2=90°,a3=30°；Li=50mm,

L2=80mm,L3=160mmo該轉(zhuǎn)子選定的兩個(gè)平衡平面T'和T"之間距

離L=12()mm,應(yīng)加配重的向徑分別為W=30mm和rb"=3()mmo求

應(yīng)加配重的質(zhì)量mN和mb”以及它們的方位角ab'和。

解：根據(jù)條件，計(jì)算出各個(gè)不平衡質(zhì)量的質(zhì)徑積分別為

mi門=12x20=240kgmm

m2「2=20x15=30()kgmm

m3門=21x)0=210kgmm

按照平行力分析的原則，分別求出各不平衡質(zhì)徑積在兩個(gè)平衡平面T*和

T”內(nèi)的分量

=n(L-Li)/L=240x(120-50)/120=140kgmm

m2'F2'=m2rz(L-L2)/L=300x(120-80)/120=100kgmm

,，

m3r3=m3r3(L-L3)/L=210X(120-160)/120=-70kgmm(方向

與「3相反)

mi"ri"=mirixLi/L=240x50/120=100kgmm

m2"r2"=m2r2xL2/L=300x80/120=2(X)kgmm

m3"rs"=m3f3xL3/L=210x160/120=280kgmm

在兩個(gè)平衡平面內(nèi)的質(zhì)徑積向量方程分別為

~?—?—?-?

mb'rb*+mi*ri'+m2'3+m3'r?=0

->—>—>—>

mbfb+m：ri+m2「2+m3門—u

取質(zhì)徑積比例尺Uw二10kgmm/mm,分別按上述兩個(gè)向量方程作向

量多邊形a'b'c'd'aHbnc"d",如圖(b)和(c)所示，從而求得

mb'rb'=Wb'=13.2x1()=132kgmm

n

nV=Wbx|jw=18.8x10=188kgmm

11

貝ijmb'=mbrb/W=132/30=4.4kg

u

mb"=mb"/rb=180/40=4.7kg

...wd...

從圖(b)和(c)中分別量得其方位角為

ab,=6°ab"=81.5°

第七章機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)

基本要求

了解機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)階段以及等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效力矩等概念。掌握周

期性和非周期性兩種速度波動(dòng)的概念及其調(diào)節(jié)方法。熟練掌握平均角速度、

最大盈虧功、不均勻系數(shù)等確實(shí)定方法。最后要能確定飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和

飛輪的構(gòu)造。

基本概念題與答案

1.機(jī)械的開場(chǎng)運(yùn)動(dòng)到終止運(yùn)動(dòng)分哪三個(gè)階段，各是什么特點(diǎn)

...wd...

答：（1）起動(dòng)階段：驅(qū)動(dòng)力功大于阻力功，機(jī)械的動(dòng)能增加，速度加快。

（2）穩(wěn)定運(yùn)行階段：在這個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中驅(qū)動(dòng)力功等于阻力功。動(dòng)能的

總變化等于零。機(jī)械系統(tǒng)的速度在某平均值上作周期性的波動(dòng)。

（3）停車階段：驅(qū)動(dòng)力等于零，驅(qū)動(dòng)力功小于阻力功，起動(dòng)時(shí)積累的

動(dòng)能減少到零，機(jī)械系統(tǒng)速度下降到零。

2.什么是機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程，其用途是什么

答：建設(shè)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的函數(shù)式稱為機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程。用于研究

機(jī)械系統(tǒng)在外力（驅(qū)動(dòng)力和工作阻力）作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其速度調(diào)節(jié)原

理。

3.什么是機(jī)械系統(tǒng)中的等效質(zhì)量（或等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）、等效驅(qū)動(dòng)力（或力

矩）和等效阻力（或阻力矩）

答：在機(jī)械系統(tǒng)中選一個(gè)構(gòu)件，根據(jù)質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)能定理把該機(jī)械系統(tǒng)視為一

個(gè)整體。將作用于該系統(tǒng)的所有外力及所有質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量向所選構(gòu)件轉(zhuǎn)

化，這個(gè)構(gòu)件稱等效構(gòu)件，轉(zhuǎn)化到這個(gè)構(gòu)件上的質(zhì)量或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量稱為等效

質(zhì)量或等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；轉(zhuǎn)化到這個(gè)構(gòu)件上的驅(qū)動(dòng)力（或驅(qū)動(dòng)力矩）和阻力

（或阻力矩）稱為等效驅(qū)動(dòng)力（或等效驅(qū)動(dòng)力矩）和等效阻力（或等效阻

力矩）。

4,建設(shè)等效構(gòu)件時(shí)所遵循的原則是什么

答：遵循該機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化前后動(dòng)力效應(yīng)不變的原則，即：

（1）等效構(gòu)件具有的動(dòng)能應(yīng)等于機(jī)械中各構(gòu)件所具有的動(dòng)能總和。

（2）作用在等效構(gòu)件上等效力和等效力矩所作的功應(yīng)等于作用在各構(gòu)件上

的外力和外力矩所作功之和。

5.什么是等效動(dòng)力學(xué)模型

答：由等效構(gòu)件和機(jī)架組成的，在功和動(dòng)能方面與實(shí)際機(jī)械系統(tǒng)全面等效

的模型。

6.機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分哪三種，其速度波動(dòng)若何調(diào)節(jié)采用飛輪調(diào)速是

否能完全消除速度波動(dòng)

答：（1）等速運(yùn)動(dòng)。（2）周期性速度波動(dòng)。（3）非周期性速度波動(dòng)。

等速運(yùn)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)不存在速度波動(dòng)調(diào)節(jié)問題。周期性速度波動(dòng)的機(jī)械系

統(tǒng)通常采用飛輪調(diào)節(jié)。非周期牲速度波動(dòng)一般采用反響控制（如調(diào)速落：

進(jìn)展調(diào)節(jié)。

采用飛輪不能完全消除機(jī)械系統(tǒng)的周期性速度波動(dòng)。因?yàn)轱w輪是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)

慣量較大的盤形零件，可以起到儲(chǔ)存和釋放能量的作用，可以對(duì)周期性速

度波動(dòng)幅度加以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的能力取決于飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小，而在理

論上當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量無窮大時(shí)，速度波動(dòng)變化才能無限小，所以不能完全消除

只是調(diào)節(jié)。

7.什么是盈功、虧功、最大盈虧功，求最大盈虧功在飛輪設(shè)計(jì)中的用途是

...wd...

什么

答：當(dāng)驅(qū)動(dòng)功大于阻抗功時(shí)，驅(qū)動(dòng)功比阻抗功多余的局部稱為盈功。當(dāng)阻

抗功大于驅(qū)動(dòng)功時(shí)，驅(qū)動(dòng)功比阻抗功少的局部稱為虧功。最大盈虧功是在

整個(gè)周期中最大盈功與最大虧功之差稱為最大盈虧功。

在平均角速度和速度不均勻系數(shù)時(shí)，據(jù)最大盈虧功，可求得等效構(gòu)件上所

需要的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，最后求得飛輪所需的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來設(shè)計(jì)飛輪。

典型例題

例在一臺(tái)用電動(dòng)機(jī)作原動(dòng)機(jī)的剪床機(jī)械系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為nm

=1500r/mino折算到電機(jī)軸上的等效阻力矩Ma.的曲線如以以下列圖，電

動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩為常數(shù)；機(jī)械系統(tǒng)本身各構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量均忽略不計(jì)（認(rèn)

為Jc=0）o當(dāng)要求該系統(tǒng)的速度不均勻系數(shù)6W0.05時(shí)，求安裝在電機(jī)

軸上的飛輪所需的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jfo

解：此題的等效構(gòu)件為電動(dòng)機(jī)的軸。

（1）求等效驅(qū)動(dòng)力矩Med

圖中只給出了等效阻力矩M,的變化曲線，并知道電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩

為常數(shù)，但不知其具體數(shù)值。為求Med以便求盈虧功，可根據(jù)功相等的原

則，即：在一個(gè)周期內(nèi)等效驅(qū)動(dòng)力矩Med所做的功應(yīng)等于等效阻力矩Mcr

所消耗的功（輸入場(chǎng)等于輸出功）。先求出Mer在一個(gè)周期內(nèi)的總消耗功

（輸出功）Ar：

Ar=20()X2JT+(1600-200)Xn/4十1/2

X(1600-200)兀/4=925Nm

一個(gè)周期內(nèi)的輸入功Ad應(yīng)為

Ad=MCdx2兀=9257iNm

則Med=462.5Nm

(2)求最大盈虧功[A]

在圖中畫出等效驅(qū)動(dòng)力矩Med=462.5

Nm的直線，它與Me,曲線之間所夾的各單元面積所

對(duì)應(yīng)的盈功或虧功分別為

Ai=(462.5-200)X冗/2=412.3Nm

A2=-[(1600-462.5)XJT/4+(1600-462.5)/2X(1600-462.5)

/(1600-200)XJ/4=-1256.3Nm

A3=(462.5-200)X().5Xf1-(1600-462.5)/(1600-200)]

XJI/4+(462.5-200)Xn=844Nm

對(duì)應(yīng)于圖中a、b、c、d各點(diǎn)的盈虧功累積變化量分別為

△Aa=0

△Ab=+412.3Nm

...wd...

△Ac=412.3+(-1256.3)=844Nm

△Ad=(-844)+844=0

貝lj△AM=+412.3Nm△Amin=-844Nm

從而求得最大盈虧功為

[A]=412.3-(-844)=1256.3Nm

(3)求飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

電動(dòng)機(jī)軸的平均角速度為3m=2兀所/60=271x1500/60=157

rad/s

2

則Jr=[A]/(a)2m6)-Jc=1256.3/(157X0.05)-0=1.018

kgm2

自我測(cè)驗(yàn)題

1.機(jī)器速度波動(dòng)調(diào)節(jié)目的是什么試舉出幾種因速度波動(dòng)產(chǎn)生不良影

響的實(shí)例。

2.機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的速度波動(dòng)有幾種各用什么方法加以調(diào)節(jié)

3.安裝飛輪后能否實(shí)現(xiàn)絕對(duì)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)為什么

4.什么是平均速度什么是不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)是否選得越小越好

5.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一樣的飛輪安裝在高速軸上好還是低速軸上好

6.某軸所受阻力矩M"如以以下列圖，平均角速3m=10rad/s,6=

0.01,求常數(shù)驅(qū)動(dòng)力矩M*和調(diào)速飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jo

7.某軸所受驅(qū)動(dòng)力矩為常數(shù)，阻力矩M”如以以下列圖，今在其上安

裝飛輪來減小速度波動(dòng)，平均角速度為100rad/s,要求不均勻系數(shù)6不

題6圖

大于0.0125,求飛兔轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jo

8.某軸所受阻力矩M”如以以下列圖,3M=101rad/s,6=0.02,

求常數(shù)驅(qū)動(dòng)力矩M'和調(diào)速飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jo

9.某軸所受驅(qū)動(dòng)力矩M,為常數(shù)，阻力矩M"如以以下列圖，今在其

上安裝飛輪來減小速度波動(dòng)，要求6=().1,3mg=95rad/s,求飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)

...wd...

慣量Jo

第八章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

基本要求

了解平而連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及其演化。掌握有關(guān)四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí),

如：曲柄存在條件、傳動(dòng)角、壓力角、死點(diǎn)、極位夾角、行程速比系數(shù)等。

學(xué)會(huì)用圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。

基本概念題與答案

I.什么是平面連桿機(jī)構(gòu)

答：組成平面連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件多成桿狀，且都在同一平面或相互平行的平

面上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)副全部都是平面低副。

2.平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型有幾種是什么

答：有三種(1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(2〕雙曲柄機(jī)構(gòu)(3)雙搖桿機(jī)構(gòu)。

3.錢鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化方法有幾種是什么

答：有三種(1)使桿件的運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸無限長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)副演化成移動(dòng)副。(2)

擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副，演化成偏心輪機(jī)構(gòu)。(3)選不向的構(gòu)件為機(jī)架并且變換構(gòu)件

長(zhǎng)度。

4.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在演化前，其機(jī)架位置在何處滑塊的運(yùn)動(dòng)學(xué)長(zhǎng)度在哪個(gè)方

向

答：機(jī)架在垂直滑塊移動(dòng)導(dǎo)路且過曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心處，滑塊的運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸在

垂直于移動(dòng)副導(dǎo)路方向，即滑塊是垂直道路無限長(zhǎng)的構(gòu)件。

5.什么是導(dǎo)桿

答：起導(dǎo)路作用的連架桿。(組成移動(dòng)副的連架桿)

6.錢鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件是什么

答：(1)Lmin+LmzxW其它兩桿的長(zhǎng)度之和。

(2)連架桿或機(jī)架中必有一個(gè)為最短桿。

7.滿足桿長(zhǎng)條件的四桿機(jī)構(gòu)，取不同構(gòu)件為機(jī)架可以得到什么樣的機(jī)構(gòu)

答：(1)最短桿的鄰邊為機(jī)架是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

(2)最短桿為機(jī)架是雙曲柄機(jī)構(gòu)。

(3)最短桿的對(duì)邊桿為機(jī)架是雙搖桿機(jī)構(gòu)。

8.不滿足桿長(zhǎng)條件的四桿機(jī)構(gòu)是什么機(jī)構(gòu)

答：無論取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架均是雙搖桿機(jī)構(gòu)。

9.曲柄滑塊、搖塊、定塊導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)是不是四桿機(jī)構(gòu)，為什么

答；是四桿機(jī)構(gòu)，因?yàn)橐苿?dòng)副是由轉(zhuǎn)動(dòng)副演化而來，并且滑塊是垂直于導(dǎo)

路無限長(zhǎng)的桿件。

...wd...

10.什么是極位夾角有什么用處

答；曲柄與連桿兩次共線時(shí)，兩曲柄位置所夾的銳角0是極位夾角。它是

設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)，又是判斷機(jī)構(gòu)有無急回的根據(jù)。0=()則無

急回。

11.什么是從動(dòng)件急回，用什么系數(shù)來衡量其大小

答:從動(dòng)件非工作行程的平均線速度大于工作行