知识点一 机械的结构《机械基础》河南省（对口招生）机械类 知识点讲解

河南省（对口招生）机械类《机械基础》 知识点讲解 一、机械的结构 【课程要求】 1. 熟练掌握机构、机器、机械、构件、零件的定义、特征、区别与典型实例。 2. 牢记机器的三大特征，能准确区分原动机与工作机，并举例说明。 3. 理解工作机的四大组成部分及其功能，能对典型机械进行组成分析。 4. 清晰梳理机器与机构、构件与零件的逻辑关系，理解机构是机器的基本组成单元。 5. 掌握运动副、自由度、约束的概念，能对运动副按接触形式、运动范围、约束数进行分类。 6. 熟练运用平面机构自由度计算公式，掌握复合铰链、局部自由度、虚约束的处理方法。 7. 牢记机构具有确定运动的条件，能判断机构运动是否合理。 【知识网络】 【知识要点】 知识点 1 基本概念 1.机构 由多个实物组合而成，能够传递运动和力、改变运动形式的组合体。 常见实例：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、曲柄滑块机构。 2.机器 根据具体使用要求设计，由多个实物组合而成，能实现能量转换或完成有用功的装置。 常见实例：缝纫机、洗衣机、机床、汽车、起重机、内燃机。 3.机械 机器与机构的统称。二者在结构与运动上无本质区别，仅功能作用不同，因此合称为机械。 知识点 2机器的核心内容 1.机器的三大共有特征 1　 是人工制造的实物组合体，非天然形成。 2　 各组成部分之间具有确定的相对运动。 3　 能代替或减轻人类劳动，完成有用功或实现能量转换。（机械的作用） 2.机器的分类 1　 原动机：专门实现能量转换，种类有限。 实例：内燃机（化学能→机械能）、电动机（电能→机械能）、蒸汽机。 2　 工作机：直接完成有用功，种类繁多。 实例：机床、洗衣机、收割机、运输机。 3.工作机的四大组成部分 1　 原动部分：动力来源，常见为电动机、内燃机。 2　 传动部分：连接原动机与工作部分，传递动力与运动。 实例：带传动、齿轮减速器、链条传动。 3　 工作部分：执行最终任务，位于传动路线终点。 实例：洗衣机波轮、机床刀具、汽车车轮。 4　 控制部分：控制启动、停止、运动协调，保证安全运行。 实例：按钮、开关、PLC 控制器、电脑程序。 其关系如下： 【以自动洗衣机为例】 原动：电动机 传动：带传动、减速器 工作：波轮 控制：控制面板、传感器 知识点 3 机构的核心内容 1.机构的三大共有特征 1　 人工制造的实物组合体。 2　 各部分有确定相对运动。 3　 用于传递力或实现运动形式转换。 2.机构的分类 1　 通用机构：应用广泛，可用于多种机器。 实例：齿轮机构、连杆机构、凸轮机构。 2　 专用机构：仅用于特定设备。 实例：钟表擒纵机构、缝纫机挑线机构。 3.机器与机构的关系 任意复杂机器，都由若干机构按规律组合而成。 机器种类极多，但常用机构种类有限。 类比关系：机器≈化合物；机构≈化学元素。 知识点 4 构件与零件 1.构件 机构中独立的运动单元，是运动的基本单位。 实例：内燃机连杆总成（由多个零件组装而成，整体运动）。 2.零件 机械中独立的制造单元，是加工制造的基本单位。 实例：连杆体、螺栓、螺母、垫圈、轴瓦、套筒。 二者关系 一个构件可由一个或多个零件刚性连接而成，零件是构件的组成部分。 知识点 5 运动副、自由度与约束 1. 构件的自由度 定义：构件具有的独立运动的数目。 平面内：1 个自由构件有 3 个自由度（沿 x 移动、沿 y 移动、绕 z 转动）。 空间内：1 个自由构件有 6 个自由度（3 个移动 + 3 个转动）。 2. 约束 定义：两构件通过接触形成联接，限制自由度的作用称为约束。 规律：约束数越多，剩余自由度越少。 3. 运动副 定义：两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。 两个构件、直接接触、具有相对运动的联接，三个条件缺一不可。 运动副元素：直接接触的部分（点、线、面），如齿轮齿面、凸轮轮廓、活塞与缸套。 知识点 6 运动副的分类 1. 按引入的约束数分 Ⅰ 级副、Ⅱ 级副、Ⅲ 级副、Ⅳ 级副、Ⅴ 级副。 平面机构常用：转动副、移动副都是 Ⅴ 级副。 2. 按相对运动范围分 平面运动副：构件仅做平面运动，全部运动在同一平面内。 平面机构：全部由平面运动副组成的机构。 空间运动副：构件做空间运动（球面、螺旋等）。 空间机构：至少含有一个空间运动副。 3. 按运动副元素接触形式分 低副：面接触，接触面积大、应力低、耐磨。 实例：转动副（回转副）：如铰链、轴与轴承。 移动副：如活塞与气缸、滑块与导轨。 高副：点、线接触，接触面积小、应力高。 实例：滚动副、凸轮副、齿轮副等。 知识点 7 平面机构自由度计算 1. 机构自由度定义 若仅给定θ1＝θ1（t）,则θ2 θ3 θ4 均不能唯一确定。若同时给定θ1和θ4 ，则θ3 θ2 能唯一确定，该机构需要两个独立参数 。 给定S3＝S3(t)，一个独立参数 θ1＝θ1（t）唯一确定，该机 构仅需要一个独立参数。 定义：保证机构具有确定运动时，必须给定的独立运动参数。 1 个原动件 = 1 个独立参数。 2. 机构具有确定运动的条件 机构自由度 F = 原动件数目 F > 原动件数：运动不确定。 F < 原动件数：机构卡死、损坏。 F = 原动件数：运动确定，正常工作。 3. 平面机构自由度计算公式 F = 3n − 2PL − PH n：活动构件数（固定机架不计入）。 PL：低副总数（转动副 + 移动副）。 PH：高副总数。 【例题】计算曲柄滑块机构的自由度。 解：活动构件数 n= 3 低副数PL= 4 高副数PH= 0 F=3n − 2PL − PH    =3×3 − 2×4    =1 【练习题】 一、单项选择题 1. 机械是（）的总称。 A. 零件与构件 B. 机器与机构 C. 高副与低副 D. 原动机与工作机 2. 下列属于机构的是（） A. 汽车 B. 齿轮机构 C. 洗衣机 D. 内燃机 3. 机器与机构的主要区别是（） A. 结构不同 B. 运动形式不同 C. 能否完成有用功或能量转换 D. 材料不同 4. 独立的运动单元是（） A. 零件 B. 构件 C. 部件 D. 机构 5. 独立的制造单元是（） A. 零件 B. 构件 C. 机构 D. 机器 6. 活塞与气缸之间组成的运动副是（） A. 转动副 B. 移动副 C. 高副 D. 凸轮副 7. 齿轮啮合、凸轮机构属于（） A. 低副 B. 高副 C. 移动副 D. 转动副 8. 平面内一个自由构件的自由度为（） A. 2 B.3 C. 4 D. 6 9. 平面机构自由度计算公式是（） A. F=2n−3PL−PH B. F=3n−2PL−PH C. F=3n−PL−2PH D. F=2n−PL−3PH 10. 机构具有确定运动的条件是（） A. 自由度 F > 原动件数 B. 自由度 F < 原动件数 C. 自由度 F = 原动件数 D. 自由度 F=0 11. 三个构件在同一处铰接，复合铰链的转动副数为（） A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 12. 凸轮机构中滚子的自转属于（） A. 复合铰链 B. 局部自由度 C. 虚约束 D. 公共约束 13. 洗衣机的波轮属于工作机的（） A. 原动部分 B. 传动部分 C. 工作部分 D. 控制部分 14. 下列属于原动机的是（） A. 机床 B. 电动机 C. 起重机 D. 收割机 15. 对机构运动不起实际作用的约束称为（） A. 局部自由度 B. 虚约束 C. 复合铰链 D. 高副 二、填空题 1. 机器的三大特征：人造实物组合体________、________、________。 2. 机器按功能分为________和________两类。 3. 工作机的四大组成：原动部分、、、控制部分。 4. 低副是________接触，高副是________接触。 5. 平面机构自由度计算公式：________。 6. 机构具有确定运动的条件：________。 7. 运动副三要素：_______、_______、________。 8. 构件是________单元，零件是________单元。 9. 复合铰链中 m 个构件铰接，转动副数 =________。 10. 平面自由构件自由度为______，运动副引入______会减少自由度。 三、判断题 1. 机器与机构在结构和运动上无本质区别，统称机械。（） 2. 一个构件只能由一个零件组成。（） 3. 转动副和移动副都属于低副。（） 4. 齿轮副、凸轮副属于高副。（） 5. 计算自由度时，固定机架不计入活动构件数。（） 6. 局部自由度影响机构整体运动，计算时必须保留。（） 7. 虚约束对运动无实际限制，计算时应去掉。（） 8. 自由度 F=0，机构可以自由运动。（） 9. 内燃机属于原动机，机床属于工作机。（） 10. 复合铰链只出现在两个构件铰接的场合。（） 四、计算题 1.计算五杆铰链机构的自由度 2.计算图示凸轮机构的自由度。 【答案】 一、单项选择题 1.B 2.B 3.C 4.B 5.A 6.B 7.B 8.B 9.B 10.C 11.B 12.B 13.C 14.B 15.B 二、填空题 1. 各部分有确定相对运动；完成有用功或实现能量转换 2. 原动机；工作机 3. 传动部分；工作部分 4. 面；点、线 5. F=3n−2PL−PH 6. 自由度 F = 原动件数 7. 两个构件；直接接触；有相对运动 8. 独立运动；独立制造 9. m−1 10. 3；约束 三、判断题 1.√ 2.× 3.√ 4.√ 5.√ 6.× 7.√ 8.× 9.√ 10.× 四、计算题 1.解：活动构件数n=4 低副数PL=5 高副数PH=0 F=3n − 2PL − PH    =3×4 − 2×5    =2 2.解：活动构件数n=2 低副数PL=2 高副数PH=1 F=3n − 2PL − PH    =3×2 − 2×2-1    =1 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $