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郑文纬《机械原理》（第7版）笔记和课后习题（含考研真题）详解试读：
第0章 绪 论
0.1 复习笔记
一、机械原理的研究对象
１．机械（1）定义
①机械是机器和机构的总称。
②机械原理是一门以机器和机构为研究对象的学科。（2）机器和机构的区别与联系
①区别
a．研究重点不同
第一，机器的研究重点是功能问题；
第二，机构的研究重点是在其结构、运动和力作用等基本方面。
b．概念不同
第一，机器的概念可以扩充为：用来转换或传递能量、物料和信息的、能执行机械运动的装置。
第二，机构不具备上述概念。
②联系
机器是由各种机构所构成的系统。
2．机器
根据功能的不同，机器可分为以下几类：（1）工作机
用来完成有用功的机器。（2）原动机
将其他形式的能量转换为机械能的机器。（3）机组
工程中大多是工作机和原动机互相配合应用，有时再加上独立的传动装置（如齿轮减速器等），则称为机组。（4）构件和零件
①区别与联系
a．机器中的构件可以是单一的零件，也可以是由几个零件装配成的刚性结构。
b．构件是运动单元，而零件是制造单元。
②构件分类
a．驱动力（或力矩）所作用的构件称为原动构件或主动构件；其余随着原动构件的运动而运动的构件称为从动构件。
b．将输入运动或动力的构件称为输入构件；将输出运动或动力的构件称为输出构件。
c．在一般情况下，原动构件即为输入构件；从动构件即为输出构件。
③机架
本身固定不动的构件，或在给定坐标参考系固定不动的构件统称为机架。
二、机械原理课程内容
1．机构的结构和运动学（1）为了研究机构运动的可能性和确定性，并进一步讨论机构的组成原理。（2）不考虑力的作用，而从几何的观点来研究机构各点的轨迹、位移、速度和加速度的求法，以及按已知条件来设计新机构的方法。
2．机构和机器的动力学（1）研究作用在机构各构件上的力分析和惯性力的平衡问题；（2）研究机械的运转和调速问题。
从内容的性质来说，也可以分为两类：一是机构和机器的分析问题；二是机构和机器的设计问题。
0.2 课后习题详解
本章无课后习题。
0.3 名校考研真题详解
本章不是考研复习的重点，暂未编选名校考研真题，若有最新真题会及时更新。
第1章 平面机构的结构分析
1.1 复习笔记
一、运动副、运动链和机构
1．运动副（1）运动副定义
两构件直接接触形成的可动联接称为运动副。（2）运动副元素
构成运动副的点、线、面称为运动副元素。（3）运动副分类
按照接触的特性可分为：
①低副：面接触的运动副；
②高副：点接触或线接触的运动副。
按照运动副相对运动分为平面运动副和空间运动副。（4）平面副的内容
构件作任意复杂平面运动都可分解为三个独立运动，这三个独立运动也可以用图1－1所示的三个独立参变量（任一基点A的坐标x和y，以及任一直线的倾角θ）来描述：
①当x值变化时，构件将沿x轴移动；
②当y值变化时，构件将沿y轴移动；
③当θ值变化时，构件将在平面内转动。图1－1（5）约束
对独立运动所加的限制称为约束。每加上n个约束，构件便失去n个自由度。（6）平面运动副的约束特点
①转动副（回转副或铰链）：具有一个独立相对转动的运动副。
②移动副（棱柱副）：具有沿一个方向独立相对移动的运动副。
③具有一个约束而相对自由度等于2的运动副：图1－2所示，在这种由曲线构成的运动副中，构件2沿公法线n－n方向的移动受到约束，构件2相对于构件1可以沿接触点切线t－t的方向独立移动，还可以同时绕点A独立转动，这种运动副一般型式如图1－2a所示；当构件2接触轮廓的曲率半径趋于零，则演化成图1－2b所示的型式。图1－2
上述平面运动副中，低副（转动副和移动副）具有两个约束；高副（图1－2a、b）具有一个约束。
2．运动链
两个以上构件以运动副联接而成的系统称为运动链。（1）根据构件包含运动副元素的多少，可把运动链分为：
①闭链：组成运动链的每个构件至少包含两个运动副元素，则构件形成封闭系统；
②开链：运动链中有的构件只包含一个运动副元素。（2）根据各构件间的相对运动，可把运动链分为平面运动链和空间运动链。
二、平面机构运动简图
1．机构运动简图的定义（１）机构运动简图
不考虑与运动无关的因素，仅仅用简单的线条和规定的符号来代表构件和运动副，并按一定比例表示各运动副的相对位置。能准确表达机构运动特性的简单图形称为机构运动简图。（２）机构示意图
仅仅以构件和运动副的符号表示机构，其图形不按精确比例绘制，而着重表达机构的结构特征的简图称为机构示意图。
运动副、构件的表示法见表1－1。表1－1 运动副、构件的表示法
2．机构运动简图的绘制（1）绘制机构运动简图的步骤：
①清楚所要绘制机械的结构和动作原理；
②从原动件开始，按照运动传递的顺序，仔细分析各构件相对运动的性质，确定运动副的类型及数目；
③合理选择视图平面，通常选择与大多数构件的运动平面相平行的平面为视图平面；
④选取适当的长度比例尺μ（μ＝实际尺寸（m）／图上长度ll（mm）），按一定的顺序进行绘图，并将比例尺标注图上。（2）绘制机构示意图的方法与上述类似，但不需按比例绘图。
三、平面机构的自由度
1．平面机构的自由度（1）定义
机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目称为机构的自由度。（2）计算公式
设某一平面机构，除机架外共有n个构件（活动构件），又有PL个低副（引入两个约束）和P个高副（引入一个约束），则机构自由H度为（1－1）
2．计算机构自由度时应注意的事项（1）复合铰链
由m个构件汇成的复合铰链应当包含m－1个转动副。（2）局部自由度
与输出件运动无关的自由度称为局部自由度。在计算整个机构的自由度时，局部自由度应当除去不计。
滚子是平面机构中局部自由度最常见的型式。（3）虚约束
在特定的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复的。这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。在计算机构自由度时，虚约束应当除去不计。
平面机构的虚约束常出现于下列四种情况中：
①当不同构件上两点间的距离保持恒定时，若在两点间加上一个构件和两个转动副，虽不改变机构运动，但却引入一个虚约束；与此相仿，当构件上某点的轨迹为一直线时，若在该点铰接一个滑块并使其导路与该直线重合，虽不改变机构运动，也将引入一个虚约束。
②两构件构成多个移动副且其导路互相平行，这时只有一个移动副起约束作用，其余移动副都是虚约束。
③两构件构成多个转动副且其轴线互相重合，这时只有一个转动副起约束作用，其余转动副都是虚约束。
④在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链来传递运动时，只有一组起独立传递运动的作用，其余各组常引入虚约束。
引入虚约束的目的是增加构件的刚性，改善其受力状况。
3．机构具有确定运动的条件
机构的自由度F、原动件的数目与机构运动特性之间的关系如下：（1）F≤0时，机构蜕化成刚性桁架，构件间不可能产生相对运动。（2）F＞0时，存在以下三种情况：
①原动件数大于机构自由度，机构遭到破坏；
②原动件数小于机构自由度，机构运动不确定；
③原动件数等于机构自由度，机构具有确定的运动。
四、平面机构的组成原理和结构分析
1．平面机构的低副代替高副法
在平面机构中用低副（转动副或移动副）代替高副的方法（简称高副低代）。（1）要求
代替机构和原机构的自由度、瞬时速度和瞬时加速度必须完全相同，以使机构的运动保持不变。（2）方法
用两个转动副和一个构件来代替一个高副，这两个转动副分别处在高副两轮廓接触点的曲率中心。
①如果两接触轮廓之一为直线（图1－3a），则该转动副演化成移动副，其代替机构如图1－3b所示（也可以将滑块中心移到点O，1用图1－3c表示）。
②如果两接触轮廓之一为一点（图1－4a），则曲率中心与该点重合，其代替机构如图1－4b所示。图1－3图1－4
由于每个平面高副具有一个约束，而两个平面低副和一个构件也具有一个约束，因此，代替前后由式（1－1）所求得的机构自由度完全不变。
2．平面机构组成原理
任何机构都包含机架、原动件和从动件系统三个部分。（1）杆组的定义
从动件系统分解为若干个不可再分的、自由度为零的运动链——杆组。
设杆组由n个构件和p个平面低副所组成，那么它们之间必满足L下述条件
或 （1－2）（2）杆组的级别及特点
①杆组的级别是由杆组中包含的最高级别封闭多边形来确定的。
②按照杆组的观点，任何机构都可以用零自由度的杆组依次联接到原动件和机架上去的方法来组成。但是，杆组的各个外接运动副不能全部并接在同一构件上（如图1－5），因为这种并接会使杆组与被并接件形成桁架，以致起不到添加杆组的作用。图1－5（3）机构的级别
机构的级别是由杆组的最高级别决定的。不包含杆组、只具有原动件和机架的机构称I级机构。
３．平面机构的结构分析（1）结构分析的定义：
将已知机构分解为原动件、机架、杆组，并确定机构的级别。一般是从远离原动件的构件开始拆组。（2）结构分析的要领：
①除去虚约束和局部自由度，将机构中的高副全部以低副代替，并用箭头标注出机构的原动件。
②先试拆n＝2的杆组，如不可能，再依次试拆n＝4和n＝6的杆组。当分出一个杆组后，第二次拆组时仍须从最简单（n＝2）的杆组开始试拆，直到剩下机架和原动件为止。
③杆组的增减不应改变机构的自由度。因此拆组后，剩余机构不允许残存只属于一个构件的运动副和只有一个运动副的构件（原动件除外），因为前者将导入虚约束，而后者则产生局部自由度。
1.2 课后习题详解
说明：郑文纬《机械原理》（第7版）课后习题分思考题和习题两部分， 遵循教材，思考题图号统一保持跟教材一致，以“思”开头。
一、思考题
思1－1 图示机构为流水线上阻挡工件前进的机构。要求汽缸右端进气时，摆杆从实线摆到虚线所示位置；汽缸左端进气时，摆杆摆回实线所示位置。问该机构运动简图能否实现上述预期运动?为什么?思1－1
答：不能。原因如下：（1）理论上，该机构具有2个活动构件，3个低副，0个高副。该构件自由度F＝3n－2p－p＝3×2－2×3－0＝0，即其自由度为零，LH不能产生相对运动；（2）直观上，摆杆上任一点均做作圆周运动，但是活塞上和活塞相铰接的点在活塞的带动下作直线运动，所以该机构必被卡死而不能运动。
思1－2 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。问该机构运动简图能否实现预期运动?为什么?思1－2
答：不能。原因如下：（1）理论上，该机构有局部约束，具有3个活动构件，4个低副，1个高副。该构件自由度F＝3n－2p－p＝3×3－2×4－1＝0，故不能LH产生相对运动；（2）直观上，冲杆与摆杆以铰链相连，摆杆上任一点要求作圆周运动，而冲杆在机架的约束下进行上下的直线运动，所以机构势必被卡死而不能运动。
思1－3 图示列出了Ⅱ级组的五种型式。请你思考，为什么图中未包括由两个构件和三个移动副组合的型式?思1－3
答：因为此种组合形式的杆组公共约束与一般平面机构的公共约束不同，不能用一般的方法来计算杆组。
思1－4 结合下图试说明平面机构低副代替高副时必须满足的条件是什么?思1－4
答：平面机构低副代替高副时，为了使机构的运动保持不变，代替机构和原机构的自由度、瞬时速度和瞬时加速度必须完全相同。
思1－5 试叙述机构组成原理的内容及结构分析的要领。
答：（1）机构组成原理的内容如下：
任何机构均由机架、原动件和从动件系统三个部分组成。原动件数与机构自由度F相等，且每个原动件具有一个自由度。因此，从动件系统的自由度必为零。从动件系统可分解为若干个不可再分的、自由度为零的运动链—杆组。（2）机构结构分析的要领是：
①除去虚约束和局部自由度，将机构中的高副全部以低副代替，并用箭头标注出机构的原动件。
②先试拆n＝2的杆组，如不可能，再依次试拆n＝4和n＝6的杆组。当分出一个杆组后，第二次拆组时仍须从最简单（n＝2）的杆组开始试拆，直到剩下机架和原动件为止。
③杆组的增减不应改变机构的自由度。
二、习题
题1－1至1－4 试画出图1－1至图1－4中平面机构的运动简图，并计算其自由度。图1－1 唧筒机构图1－2 回转柱塞泵机构图1－3 缝纫机针杆机构
解：（1）题1－1机构为运动导杆机构，其运动简图如图1－5（a）所示。
由得F＝3×3－2×4－0＝1。图1－4 活塞泵机构图1－5（2）题1－2机构为转动导杆机构，其运动简图如图1－5（b）所示。
由，得F＝3×3－2×4－0＝1。（3）题1－3机构运动简图如图1－5（c）所示。
去掉虚约束A或B，则由得F＝3×3－2×4－0＝1。（4）题1－4机构运动简图如图1－5（d）所示。
由得F＝3×4－2×5－1＝1。
题1－5至1－12 计算图1－6至图1－13所示平面机构的自由度。将其中的高副化为低副。确定机构所含杆组的数目和级别，并判定机构的级别。机构中的原动件用箭头表示。图1－6 发动机机构图1－7 压缩机机构图1－8 滚动杠杆机构图1－9凸轮拨杆机构图1－10 电锯机构图1－11 发动机配气机构
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]