（第一章）绪论
一、思考题答案
1.答：本课程研究的内容主要包括以下五个方面的问题：①机构的组成及其自由度计算；②机构的运动分析；③机构的力分析和机器动力学分析；④常用机构的分析与设计；⑤机构的选型与组合。
2.答：机器是根据某种使用要求而设计的机械运动装置，其功用是能完成有益的机械功或转化机械能。
3.答：本课程研究的对象是机械，但由于机构是组成机械和机器的主要和基本部分，所以本课程把机构作为研究的对象。
4.答：在学习过程中应注意以下问题：①应注意掌握基本的概念、原理及机构的分析与综合的方法；②注重理论联系实际；③初步建立工程观点；④认真对待教学的每一个环节。
（第二章）机构的组成及其自由度的计算
一、思考题答案
1.答：从运动学角度来说，构件是机构中独立运动的最小单元体；从加工制造的角度来说，零件是单独加工出来的最小单元体。一个构件可能就是一个零件，也可能是由彼此刚接在一起的若干个零件组成的独立运动的单元体。
2.答：两构件以点或线接触所构成的运动副称为高副。两构件以面接触所构成的运动副称为低副。在平面机构中高副一般引入一个约束，低副一般引入两个约束。齿轮副为高副，故一个齿轮副一般引入一个约束。
3.答：构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统称为运动链。若将运动链中的某一构件作为机架，某几个构件作为原动件，使其余构件具有确定的相对运动，即成为机构。两者的主要区别是运动链中没有机架，而机构必须有固定构件(机架)。
4.答：按机构的运动尺寸以一定的比例尺定出运动副的位置，并用运动副的代表符号、常用机构运动简图符号和简单的线条把机构的运动情况表示出来的图形称为机构运动简图。它与机构示意图的主要区别是机构示意图只是反映机构的组成情况及运动传递方式，故不要求严格按比例绘图，但机构运动简图必须按比例绘制。因机构运动简图是表明机构运动情况的简单图形，它排除了所有与运动无关的因素，因而对机构的运动分析十分有利。绘制机构运动简图的主要步骤是：首先，搞清机械的实际构造和运动情况，查明该机构是由多少构件组成的，各构件之间构成了何种运动副；其次，恰当的选择投影面，即选择最能反映该机械运动特征的运动平面为投影面；最后，选择适当的比例尺进行绘制。
5.答：机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目叫机构的自由度。在计算平面机构的自由度时应注意机构中是否有复合铰链、局部自由度和虚约束。
6.答：在机构中，有些运动副所引入的某些约束，对机构的运动实际上起不到约束作用，我们把这种对机构的运动实际上不产生约束效果的约束称为虚约束。机构中的虚约束都是在一些特定的几何条件下出现的，若这些几何条件不满足，这些虚约束将会变为实际有效的约束，使机构的自由度减小。但在实际机械中，为了改善构件的受力情况，增加机构的刚度，或保证机械运动的顺利等目的，机构中虚约束往往是多处存在的。
7.答：机构具有确定运动的条件是：机构的自由度等于原动件的数目。这个条件是假定机构的原动件与机架相联，且这样的原动件一般只能给定一个独立的运动参数。当机构不满足上述条件时，如果机构的原动件数目小于机构的自由度，机构的运动将不确定；，如果机构的原动件数目大于机构的自由度，则将导致机构中最薄弱环节的损坏。
二、练习题答案
21解：
在绘制机构运动简图时，首先必须搞清机构的组成及运动传递情况。在图示机构中，偏心盘1为原动件，其与机架4构成转动副A；构件1与带环的柱塞2构成转动副B(不管转动副外形尺寸大小如何，均系绕着它的转动中心回转，故均用在转动中心处的小圆圈来表示)；构件2则在摆动盘3的槽中来回移动，构成移动副，其相对移动方向沿BC方向；构件3与机架4组成转动副C，其在摆动盘3的中心处。根据上述分析，再选定一适当的比例尺和视图平面，并依次定出各转动副的位置和移动副导路的方位。就不难画出其机构运动简图，如图解21所示。由于该机构具有三个活动构件、三个转动副和一个移动副，没有高副，没有局部自由度和虚约束，故机构的自由度为F=3n-2Pl-Ph=3×3-2×4-0=1。
22解：
首先弄清图22所示机构的组成及运动传递情况。其中偏心盘1为原动件，与机架4构成转动副A，构件1与月牙块2在以R为半径的圆弧上部分接触，月牙块与偏心盘之间的相对运动为绕着B点的转动，故构件1，2之间组成转动中心在B点的转动副；构件2，3之间有类似情况，它们在C点处构成转动副；构件3与机架4组成移动副。弄清了机构的组成情况及运动传递情况之后，再选定一适当比例尺和视图平面，就不难画出其机构运动简图如图解22所示。此题的关键在于要认识到构件2(月牙块)上的两个运动副为转动副，并能正确找出它们所在的位置。机构的自由度为F=3n-2Pl-Ph=3×3-2×4-0=1机构只有一个原动件(构件1)，其数目与机构的自由度相等，故知机构具有确定的相对运动。
23解：
经分析知该机构共有5个活动构件，6个低副(注意移动副F与F′，E与E′均只算作一个移动副)，2个高副；因有两个滚子2，4，所以有两个局部自由度(去掉)，没有虚约束，故机构的自由度为F=3n-2Pl-Ph=3×5-2×6-2=1如将D处结构改为如图解23所示形式，即仅由两个移动副组成。注意，此时在该处将带来一个虚约束。因为构件3，6和构件5，6均组成移动副，均要限制构件6在图纸平面内转动，这两者是重复的，故其中有一个为虚约束。经分析知这时机构的活动构件数为4，低副数为5，高副数和局部自由度数均为2，虚约束数为1，故机构的自由度为F=3n-2Pl-Ph=3×4-2×5-2+1=1上述两种结构的机构虽然自由度均为一，但在性能上却各有千秋：前者的结构较复杂，但没有虚约束，在运动中不易产生卡涩现象；后者则相反，由于有一个虚约束，假如不能保证在运动过程中构件3、5始终垂直，在运动中就会出现卡涩甚至卡死现象，故其对制造精度要求较高。
24解：
(a)图所示机构共有7个活动构件，9个低副(G是铰链数为2的复合铰链)，2个高副，1个局部自由度(滚子2绕轴线转动)，没有虚约束，故机构的自由度为F=3n-2Pl-Ph=3×7-2×9-2=1(b)图所示的机构为全低副机构，该机构无局部自由度和虚约束。机构共有9个活动构件(三角形EO′G为一个构件)，13个低副(G是铰链数为2的复合铰链)，故机构的自由度为F=3n-2Pl-Ph=3×9-2×13-0=1。
25解：
压力机的机构运动简图如图解25所示。
图解25中活动构件数n=7，低副数Pl=9，高副数Ph=2。故该机构的自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×7-(2×9+2)=1。
26
分析这两个机构中均有复合铰链。图26(a)中H，D，E三处为复合铰链，图中左侧JHID部分可视为与右侧FEGD重复，引入一个虚约束，计算机构自由度时将该部分去掉。图26(b)中K，F，C为复合铰链，图中左侧LKM，IFJ部分可视为与右侧DCE重复，引入两个虚约束，计算机构自由度时将该部分去掉。
解：图26(a)中活动构件数n=7，低副数Pl=10，没有高副和局部自由度。故该机构的自由度为
F=3n-(2Pl+Ph)=3×7-(2×10+0)=1图26(b)中活动构件数n=5，低副数Pl=7，高副数Ph=0，故该机构的自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×5-(2×7+0)=1。
27解：
分析该机构中没有复合铰链，L，D处滚子有局部自由度。图27中活动构件数n=8，低副数Pl=10，Ph=2。故该机构的自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×8-(2×10+2)=2
28
分析图解28(a)中C处滚子有局部自由度，F处移动副只算一个，滑块与杆DE构成移动副，与杆F在E处有一个转动副。图解28(b)中F处滚子有局部自由度。
解：(a)中活动构件数n=4，低副数Pl=5，高副数Ph=1，故该机构的自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×4-(2×5+1)=1。
(b)中活动构件数n=6，低副数Pl=8，高副数Ph=1，故该机构的自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×6-(2×8+1)=1
29解：
分析这三个机构中均有复合铰链。图29(a)中C处两滑块与杆BC构成复合铰链，故C处有两个(3-1=2)转动副和两个移动副，E处只有两滑块构成铰链，不是复合铰链，故E处有一个转动副和两个移动副。图29(b)中A处由机架、小齿轮和AB杆构成复合铰链。
(c)中B，C，D处均为复合铰链，A处由于小齿轮与AB杆为同一构件，故仅与机架之间构成一个转动副。
解：图29(a)中活动构件数n=7，低副数Pl=10，没有高副、虚约束和局部自由度。故该机构的自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×7-(2×10+0)=1。
(b)中活动构件数n=4，低副数Pl=5，高副数Ph=1，没有虚约束和局部自由度。
故该机构的自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×4-(2×5+1)=1图29(c)中活动构件数n=6，低副数Pl=7，高副数Ph=3，没有虚约束和局部自由度。
故该机构的自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×6-(2×7+3)=1评注不能以为若干构件汇交在一起就构成复合铰链，如图29(a)中的E处虽有四个构件汇交，但它们构成两个移动副和一个转动副，而未构成复合铰链。图29(b)和图29(c)中，几处复合铰链均由于含有盘类构件齿轮而容易被忽略，应该注意。
210分析图210(a)中A，B处为复合铰链，大齿轮4与齿条3及大齿轮4与齿轮5的中心距受几何约束保持不变，如前所述，D处只能算一个高副；图210(b)中齿轮4，3及齿条6受力的作用保持接触，那么轮齿的两侧面就都保持接触，且接触处公法线不重合故齿轮4与3及
齿轮3与齿条6的接触均为两个高副(或算一个低副)。
解：图210(a)中活动件数n=5，低副数Pl=6，高副数Ph=4，没有虚约束和局部自由度。故该机构的自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×5-(2×6+2)=1图解210(b)中活动件数n=5，低副数Pl=5，高副数Ph=2，没有虚约束和局部自由度。故该机构的自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×5-(2×5+4)=1评注对图210(a)所示机构的自由度计算，只要注意A，B处的复合铰链，一般不易出错。但对于图210(b)所示机构，同学往往会把齿轮的接触按一个高副来算。这里应该注意(a)，(b)两个机构中齿轮啮合的区别。
211
分析图211(a)所示机构中除了A处的复合铰链外，没有虚约束和局部自由度；图211(b)所示机构中，FGH为重复结构部分，存在虚约束，I处还有一局部自由度。
解：图211(a)所示机构，活动件数n=5，低副数Pl=7，没有高副、虚约束和局部自由度。故该机构的自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×5-(2×7+0)=1。
图211(b)所示机构，重复结构部分GC、GH、FG三杆为多余构件，带入5个低副，故有一个虚约束，计算自由度时将该部分去掉，那么，活动件数n=8，低副数Pl=11，高副数Ph=1，该机构的自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×8-(2×11+1)=1。
评注按教材中虚约束的判定方法，同学不难判断出图211(b)中存在重复机构，有虚约束存在；但同学常以为机构中有“多余”构件就有虚约束，而误认为图211(a)中AD，DF两杆件为“多余”构件，其实这两个构件并没有引入虚约束(P′=2×3-3×2=0)。机构中这样的所谓的“多余”构件要么是运动的另一个分支，要么就是对机构的运动范围进行约束。
212
分析该机构中，I处偏心轮与拨叉的两个接触点的公法线重合，只能算一个高副；E处有一局部自由度，滚子与拨叉的接触也只能算一个高副；G处有一铰链和一移动副；在G处联接的水平杆与机架的两处接触也只能算一个移动副；B处为复合铰链，该机构没有虚约束。解：该机构中，活动件数n=9，低副数Pl=12，高副数Ph=2，E出有局部自由度。故该机构的自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×9-(2×12+2)=1。
评注解这个题时应注意的是，两构件在两处高副接触的公法线重合时，只能算一个高副；G处有三个构件相联接，虽不是复合铰链，但构成一个铰链和一个移动副；虽然ABCD为平行四边形EF也平行于CD，但该机构中并不存在虚约束问题。
213
分析图213(a)所示机构中，C和F为两构件形成的两处导路平行的移动副，其中有一处是虚约束。
图213(b)中，K与J处只能算一个移动副；凸轮和两滚子接触，只有一个起作用，即存在一个虚约束，两滚子为两个局部自由度。
解：图213(a)中活动件数n=4，低副数Pl=5，高副数Ph=0，无局部自由度。那么，该机构的自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×4-(2×5+0)=2
图213(b)中活动件数n=6，低副数Pl=8，高副数Ph=1，那么，该机构的自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×6-(2×8+1)=1
评注对于图213(a)所示机构，同学不难发现C和F处存在虚约束，但往往会以为虚约束数就为1。其实这里是多了一个低副，引入了两个虚约束。对于图213(b)所示机构，同学不难发现两滚子与凸轮的接触处存在虚约束，但往往会以为有一个滚子是多余的，那么，虚约束数P′=2×1+1×1-3×1=0，与实际不符。实际上机构在运动时，凸轮只和一个滚子接触，另一个高副是多余的，即存在一个虚约束。
（第三章）平面机构的速度分析
一、思考题答案
1.答：当两构件作平面相对运动时，在任一瞬时，它们的相对运动可看作是绕其某一重合点的转动，此重合点称为瞬时转动中心或速度瞬心。如果瞬心的绝对速度为零，则称之为绝对瞬心；如果其绝对速度不为零，则称之为相对瞬心。绝对瞬心是运动构件上绝对速度为零的点。
2.答：三个彼此作平面相对运动的构件有三个瞬心，三个瞬心必位于同一直线上。
3.答：速度瞬心法一般适用于构件数目不太多的简单平面机构的速度分析，不能进行机构的加速度分析。
4.答：机构中构件的图形与该构件的速度图形之间存在一定的关系，即速度图与构件图的对应边相垂直，其角标字母符号的顺序也一致，只是前者的位置是后者沿ω的方向转过了90°而已，所以我们把这个速度图称为该构件图形的速度影像。速度影像只有在同一构件上各点间的速度关系中才存在，对于整个机构则无这种关系。