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机械设计基础知识点详解

绪论

1、机器的特征：

（1）它是人为的实物组合；

（2）各实物间具有确定的相对运动；

（3）能代替或减轻人类的劳动去完成有效的机械功或转换机械能。

第一章平面机构的自由度与速度分析

要求：握机构的自由度计算公式，理解的基础上掌握机构确定性运动

的条件，熟练掌握机构速度瞬心数的求法。

1、基本概念

运动副：凡两个构件直接接触而又能产生一定相对运动的联接称为运

动副。

低副：两构件通过面接触组成的运动副称为低副。

高副：两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。

复合铰链：两个以上的构件同时在一处用回转副相联构成的回转副。

局部自由度：机构中常出现的一种及输出构件运动无关的自由度，称

为局部自由度或多余自由度。

虚约束：对机构运动不起限制作用的重复约束称为虚约束或称消极约

束。

瞬心：任一刚体相对另一刚体作平面运动时，其相对运动可看作是绕

某一重合点的转动，该重合点称为瞬时回转中心或速度瞬心，简称瞬

心。如果两个刚体都是运动的，则其瞬心称为相对速度瞬心；如果两个

刚体之一是静止的，则其瞬心称为绝对速度瞬心。

2、平面机构自由度计算

作平面运动的自由构件具有三个自由度，每个低副引入两个约束，即

使构件失去两个自由度；每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由

度。

计算平面机构自由度的公式：

F=3n-2P-P

LH

机构要具有确定的运动，则机构自由度数必须及机构的原动件数目相

FF

等。即，机构具有确定运动的条件是0,且等于原动件个数。

3、复合铰链、局部自由度与虚约束

(a)K个构件汇交而成的复合铰链应具有(K-1)个回转副。

(b)局部自由度虽然不影响整个机构的运动，但滚子可使高副接触处

的滑动摩擦变成滚动摩擦，减少磨损，所以实际机械中常有局部自由度

出现。

(c)虚约束对机构运动虽不起作用，但是可以增加构件的刚性与使构

件受力均衡，所以实际机械中虚约束随处可见。

4、速度瞬心

如果一个机构由K个构件组成，则瞬心数目为

N=K(K-1)/2

瞬心位置的确定：

(a)已知两重合点相对速度方向，则该两相对速度向量垂线的交点

便是两构件的瞬心。

(b)两构件组成回转副时，回转副的中心便是它们的瞬心。

(c)两构件组成移动副时，由于所有重合点的相对速度方向都平行

于移动方向，所以其瞬心位于导路垂线的无穷远处。

(d)两构件组成纯滚动高副时，接触点相对速度为零，所以接触点

就是其瞬心。

(e)两构件组成滑动兼滚动的高副时，由于接触点的相对速度沿切

线方向，因此其瞬心应位于接触点的公法线上，其具体位置还

要根据其他条件才能确定。

三心定理；作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。

第二章平面连杆机构

要求：重点掌握曲柄存在的条件、急回特性、压力角、传动角与死

点；熟悉平面连杆机构的特点与应用（优缺点与用途）；掌握四杆机构的

结构特点，基本形式演化方法以及曲柄滑块机构；掌握平面四杆机构的

设计的图解法（近几年没考）。

1、概念：

极位夹角与摆角：摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄两位置之间所

夹的锐角θ称为极位夹角。摇杆在两极限位置间的夹角称为摇杆的摆

角，用Ψ表示。

压力角：从动摇杆上一点受力方向及该力作用点的绝对速度v方向之

c

间所夹的锐角α称为压力角。

传动角：在实际应用中，为了度量方便，通常以压力角的余角γ来判

断连杆机构的伟力性能，γ称为传动角。

死点位置：当原动件对从动