《机械设计》2021年机械设计考研考点归纳

《机械设计》2021年机械设计考研考点归纳

第1章平面机构

1.1 考点归纳

一、运动副及其分类

运动副是指使两个构件直接接触并能产生相对运动的连接。

运动副元素是指构件上参与接触的点、线、面。

按照接触特性，通常把平面运动副分为低副和高副两类。

1．低副

低副是指两构件通过面接触组成的运动副，又可分为转动副和移动副。

（1）转动副是指组成运动副的两构件只能在平面内相对转动的运动副，又称铰链。（2）移动副是指组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动的运动副。

2．高副

高副是指两构件通过点或线接触组成的运动副。

二、平面机构运动简图

仅用简单线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置，来表明机构间相对运动关系的简化图形，称为机构运动简图。

1．机构中运动副表示方法

机构运动简图中的运动副的表示方法如图1-1所示。

图1-1 平面运动副的表示方法

2．构件的表示方法

构件的表示方法如图1-2所示。

图1-2 构件的表示方法

3．机构中构件的分类

（1）机架(固定构件)

机架是用来支承活动构件的构件。

（2）主动件(原动件)

主动件是运动规律已知的活动构件，其运动是由外界输入的，又称输入构件。（3）从动件

从动件是指机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件。其相对于机架有确定的相对运动。

三、平面机构的自由度

活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数称为机构自由度，以F表示。1．平面机构自由度计算公式

式中，n——机构中活动构件数（机架不是活动构件）；——低副的个数；——高副的个数。

机构具有确定运动的条件：机构的自由度，且F等于原动件数。

2．计算平面机构自由度的注意事项

（1）复合铰链

两个以上构件在同一处用转动副相连接构成复合铰链。

在计算时，由K个构件组成的复合铰链，共有（K―1）个转动副。

（2）局部自由度

机构中与输出构件的运动无关的自由度称为局部自由度（或称多余自由度），计算自由度时应减去。

（3）虚约束

对机构起重复约束作用的约束称为虚约束或消极约束，计算自由度时应除去不计。

四、速度瞬心及其在机构速度分析上的应用

1．速度瞬心及其求法

（1）速度瞬心

①定义

两刚体上绝对速度相同的重合点称为瞬心。

若两构件都是运动的，其瞬心称为相对瞬心；

若两构件中有一个是静止的，其瞬心称为绝对瞬心。

②计算

对于由K个构件组成的机构，其瞬心总数：

（2）瞬心位置的确定

①根据定义确定

a．当两构件组成转动副时，转动副的中心是其瞬心；

b．当两构件组成移动副时，所有重合点的相对速度方向都平行于移动方向，其瞬心位于导路垂线的无穷远处；

c．当两构件组成纯滚动高副时，接触点相对速度为零，接触点是其瞬心；

d．当两构件组成滑动兼滚动的高副时，接触点的速度沿切线方向，其瞬心应位于过接触点的公法线上。

②根据三心定理确定

三心定理：作相对平面运动的三个构件共有三个瞬心，这三个瞬心位于同一直线上。2．瞬心在速度分析上的应用

用速度瞬心法进行机构的运动分析时，首先要确定各瞬心的位置，然后根据瞬心的定义进行速度求解。

（1）瞬心法只能对机构进行速度分析，不能用于加速度分析；

（2）适用于构件数目较少的情况。

五、平面四杆机构的基本类型及其应用

1．铰链四杆机构

全部用转动副相连的平面四杆机构称为平面铰链四杆机构，简称铰链四杆机构，如图1-3所示。

图1-3 铰链四杆机构及其组成

铰链四杆机构的三种基本形式：

（1）曲柄摇杆机构；

（2）双曲柄机构；

（3）双摇杆机构。

2．含一个移动副的四杆机构

此类型的四杆机构主要有四种形式：曲柄滑块机构、曲柄导杆机构、曲柄摇块机构和曲柄定块机构，分别如图1-4所示。

曲柄滑块机构曲柄导杆机构曲柄摇块机构曲柄定块机构

图1-4

3．含两个移动副的四杆机构

含有两个移动副的四杆机构称为双滑块机构。

按照两个移动副所处位置的不同，又可分为四种形式：

（1）正切机构：两个移动副不相邻；

（2）正弦机构：两个移动副相邻且其中一个移动副与机架相关联；

（3）两个移动副相邻且均不与机架相关联；

（4）两个移动副都与机架相关联。

4．具有偏心轮的四杆机构

该种机构如图1-5（a）、（b）所示，相对应的机构简图分别如图1-5（c）、（d）所示。

图1-5 具有偏心轮的四杆机构六、平面四杆机构的基本特性

1．铰链四杆机构有整转副的条件

（1）杆长条件

最短杆与最长杆之和不大于其余两杆长度、之和，即

（2）整转副由最短杆与邻边组成。

2．铰链四杆机构成为曲柄摇杆机构的条件

表1-1

3．急回特性

曲柄摇杆机构中，原动件AB以等速转动：

（1）输出件CD的两极限位置

①极位：在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置。

②极位夹角：机构处于极位时，曲柄之间的夹角θ，如图1-6所示。

图1-6

（2）行程速度变化系数K

曲柄等速转动，摇杆往复摆动的平均速度一快一慢，机构的这种运动称为急回运动。用行程速度变化系数K来表示急回程度，即

极位夹角q 越大，K值越大，急回运动的性质越显著，但机构运动的平稳性也越差。（3）平面四杆机构有急回特性的条件

①原动件作等速整周转动；

②输出件作往复运动；

③。

3．压力角和传动角

（1）压力角与传动角

①压力角

作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度v0之间所夹的锐角α称为压力角。

②传动角

压力角α的余角γ（即连杆和从动摇杆之间所夹的锐角）γ称为传动角。

α越小，γ越大，机构传力性能越好；反之，α越大，γ越小，机构传力越费劲，传动效率越低。

图1-7 连杆机构的压力角和传动角

（2）压力角的计算公式

由图1-7a中△ABD和△ABCD可分别写出

由此可得

4．死点位置

（1）死点位置

当机构中，时，主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心，出现不能使从动件转动的“顶死”现象，机构的这种位置称为死点位置。

（2）避免措施

两组机构错开排列（如火车轮机构）；靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。（3）应用

飞机起落架、钻夹具等。

七、平面四杆机构的设计

1．按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构；

2．按给定连杆位置设计四杆机构；

3．按照给定点的运动轨迹设计四杆机构；

4．按照给定两连架杆对应位置设计四杆机构。