安工大专升本机械设计基础真题

同学们好，欢迎来到精通学堂，我是大斌，今天这节课我们继续来学习机械设计基础， 在我们上节课程当中啊，我们学习了有关机械的一些基本概念，那今天这节课我们要继续往下学习两个比较重要的知识点，第一个呢就是运动腹，还有他的一个分类，那到底什么是运动腹呢？我们一起来看一下他的一个定义啊。 所谓运动副指的是两个构建之间构建是我们上节课所学习过的，是吧？构建呢是我们机械中的最小的运动单元，一起来复习一下啊。运动单元， 那与之相对应的还有一个零件，它是最小的制造单元，那这里是运动啊，两构件之间直接接触，并且能够产生一定的相对运动，这样的连接我们就称之 为运动服，定义非常的容长，是吧？也比较难理解，那我们一起来举一个例子看一下。假如说啊，我们这里有一支笔，我们不看这只红色的啊，看这只黑色的，这里有一支笔，然后在地面上呢，有一张纸，那我们假如说这支笔和纸在写字的过程当中，他们是两个构建的话 啊，那现在第一个要求是不是满足了？是两个构建对不对？那在写字的过程当中，他们在笔尖处直接接触了，而且在写的时候又产生了一定的相对运动，那他们这个连接位置，我们就把它叫做运动副。 那通过这个定义也可以看出来，运动服其实是必须具备三个条件的，第一个必须得是两个构建，二者必须直接接触，而且要能够产生相对运动，这就是运动服的一个概念 啊，其实它的接触形式远不止这种这样一种啊，我们所学的大部分的这个机构啊，或者机器当中， 两两构建之间，他们都是要用运动服接触在一起的，不然的话就没有继续没有办法去传递运动和动力的。你比方说，假如说老师这支笔是一个构建，老师这只手也是一个构建， 那如果他们连接在一起，可以是这样一种形式是吧？哎，这样移动对不对？哎，也可以是这样的一个转动，或者是这样的一个移动， 哎，这样的一个移动怎样都可以，对不对？但无论怎样接触，他们都必须同时满足这三个条件，而且他们这个连接位置必须是要具备的啊，必须有这个运动服才能把运动传递下去啊。那刚才我们也可以看到他，虽然这个都叫做运动服啊，但是他接触形式不一样哎，有的是这种 点的形式是吧？有的时候是这种面的形式啊，有的时候是运动，是转动，有的时候运动是移动。那这里我们就不得不讲一下运动服的一个分类啊，看看常见的运动服都有哪些形式。 第一个我们来介绍一个叫做移动副啊，移动副，所谓移动副，指的是组成运动副的这两个构建，只能够沿着某一轴线相对运动。 比方说我们这里有两个构件啊，一个空心的这个方块，一个是实心的这个要矩形块是吧？他们两个之间相对运动形式就是移动，而且是只能沿着 这方块的这个轴线，只能沿着这一个轴线相对移动，其他的各种运动都做不了，你想让他沿着这个方向移动？不可能哎，想让他转动他也做不了，只能沿着这个方向移动，这个就叫做 移动付。其实移动付在生活中拥有很多啊，你比方说我们常见的给自行车打气的这个叫打气筒，是吧？打气筒的这个气管，他就是在做一个上下的移动，他不能再做其他的这个运动。 再比方说我们上节课当中学过的这个汽车的内燃机，它里面活塞的运动其实就是一个移动服啊，活塞只能做上下的这样一个往复移动，而不能做其他形式的运动，那这是移动服的一个应用啊。 再来看我们学习的第二种运动副，叫做转动副。转动副，所以转动副指的是组成运动副的这两个构件只能在平面内相对转动。以这两根杆为例啊，绿色的杆和红色的杆，那这个红色的杆， 他可以绕着绿色的杆做一个转动运动，是吧？那你如果说想让他朝这个方向移动，或者是朝另一任意一个方向移动，他能做到吗？他做不到， 所以呢，他就是满足只能在平面内相对转动，二者之间就是用转动赋相连接的。那这种转动赋呢？我们习惯上也把它称之为叫什么角裂啊，角裂，这个要做一个了解啊，后面会用到 转动符，在生活中的实力也很多啊，你比方说这样两个构件，这样一个圆柱体，在这个小方块上只能做这个方向的转动而言， x 轴或者 y 轴的移动都做不了。 像我们生活当中门上经常会有这种，这个叫什么？荷叶是吧？哎，这个荷叶两片荷叶之间也是只能相对转 而不能移动，这都是转动付的一些应用啊，不知道有没有同学啊，细心的同学会发现，无论是像我们这样啊，这样的移动付，你看像我们铲车上也有这个移动付，是吧？或者说是，哎，这个悬臂这块有这个转动付， 无论是移动副还是转动副，他们的接触的形式啊，都是以面的形式相接触的，你看移动副这个圆柱和这个桶之间，整个圆柱面是他们接触的一个面是吧？那这个转动副也是 啊，转动服这个平面也是他们接触的，两构建之间接触的一个平面，都是以面的形式相接触的，那像这种以面的形式相接触的运动服，我们习惯上把他们叫做什么呢？叫做第一副 低负，那既然有低负，有没有高负呢？肯定是有了，那什么是高负呢？ 低负是以面的形式相接触，而高负呢，是以点或者线的形式相接触产生的这种运动负。你比方说我这样一根笔，笔尖和地面之间的这个碰撞，这是不是一个点呢？或者说这是一个圆柱体，对不对？在手上这样的一个移移动， 他的接触形式就是线，那无论是以点或者是线接触的这种运动腹，我们统称为叫高腹 高负，在我们机械当中最常见的高负，我们就学习两种啊，第一种叫做凸轮高负， 凸轮高斧，你看下面有这样一个盘型的构件，这个我们叫做凸轮，是我们后面要学习的一种机构啊，凸轮上面的这根杆箭呢，是叫他的从动键，还记得吧，我们在学习机构的时候讲过，机构 中有三种构建对不对保持不动做参考，系的叫机架主动去运动，运动规律已知的叫主动键，也叫原动键。而跟随其他构建，跟随主动键运动的这种叫从动键。那我们这根杆就是跟随着这个凸轮，凸轮先转动，凸轮是主动键， 转动之后从动感跟着上下移动，这是一个凸轮结构。那这两个从动感和凸轮之间，他们的接触点是不是在这里啊？是以点的形式相接触，所以他就是一个高负啊，凸轮高负，当然凸轮的形式有很多种，你比方说还有这种的， 他们这两个的区别在哪呢？这个我们看的是一个主式图啊，其实他这个就是从弄件端部的形式不一样，我们刚才是这样一个尖顶的一个形式，而在这里他其实是放着这样的一个小滚子啊，这样的一个小滚子， 它其实是一个呃，小圆柱体啊，比较展薄的一个圆柱体，但是它还是有宽度的，那所以凸轮本身也有宽度，二者的接触形式就是线的形式接触啊，你包括还有这种，在我这种结构在我们这个汽车内燃机里 也有出现啊，汽车内燃机里这个配机机构，这里也是一个凸轮高辅啊，那他这个从中间的形式是这样平底的形式，无论是啊肩顶滚子或者是平底，他们都是以点或线的形式接触，所以这种凸轮都是一种高辅机构啊。高辅机构， 第二种常见的高负呢，叫做齿轮高负，一起来看一下啊，齿轮在生活中应该应用很多了，是吧？包括咱们这个手表里啊，钟表里都是有这种 东西，是吧？齿轮一对齿轮接触啊，我们从这看应该是一点的形式相接触，是吧？我们把它放大放大，从正面看就是在这一点相接触，但是他们和我们凸轮齿轮一样，也是有宽度的，有厚度的，所以他实际的接触是这样的一条线， 那以线接触，所以我们齿轮高齿轮也是一种高负，这就是我们常见的两种高负机构啊， 那刚才所学的呢，都叫做平面上的运动服哎，我们在这一个面上都能给他看出来，那还有在空间运动的这种运动服叫做空间服，这一个呢， 指的是两构件相对运动之间都是空间运动，这个我们不做详细的去学习了解即可啊。你比方说像我们这个求面复，这个一构件和二构件之间 他们所做的运动啊，不是不是平面上的这样简单的移动啊，或者是转动，而是在空间上的这样旋转，或者像这种螺旋腹啊，也是空间上的一种运动，这个我们了解啊，做了解即可。 那以上呢就是咱们第一个知识点的内容，有关运动负还有他的一个分类，那这里主要的考点呢，就集中在这里啊，就是我们平面运动负他的一个分类，尤其是低负和高负的一个区分，还有低负包括了移动负和转动负。 接下来我们一起来看一下第二个知识点，叫做平面机构的运动简图 这一块呢，其实他考试实际啊，这样去考，这一部分的内容不是很多，但是他是我们后面在做一道大题，计算机构自由度，他的一个基础啊，是教会我们 直图这样一个过程，所以也是尤为重要的啊，我们一起来看一下。先来看一下我们这里画的是叫平面机构的运动简图，是吧？那什么叫平面机构呢？看一下他的定义，所有的构件都在相互平行的平面内运动的机构称之为平面机构。 注意啊，这里为什么我要强调一下呢？因为有的同学可能会觉得啊，他叫平面机构，是不是所有构件都在同一平面之上啊？不一定，只是说他所有的构件都在相互平行的平面内，咱们都叫做平面机构。你比方说我们经常出现一种什么样情况呢？假如说这是一根轴啊， 我们后面会学，就是说咱们很多零件放在这个轴上，这是一根轴轴在这安装一个齿轮啊，在这也安装一个齿轮，那这个齿轮运动是不是 绕着轴线做一个旋转？这个齿轮也是他们两个工作运动，不在同一平面之上，是吧？但是他们这个平面是相互平行的，所以这也是一个平面机构 啊，平面机构满足这个要求的是平面机构，否则我们就称之为空间机构。空间机构我们很少去考虑啊，我们主要要学习的就是平面机构他的一个运动简图的画法。平面机构讲完再来讲一下什么叫做运动简图。 我们这个实际机构，它的一个运动啊，是非常复杂的对不对？而且它不同的机构，它这个构建呢，外形也不一样，各方面都不一样，是吧？但是它虽然有不同的外形， 对我们实际分析运动有没有影响？没有影响，既然没有影响，我们在画图的时候就没有必要把它每一个图形都给它画。 你比方说，比方说老师拿着这样一支笔在手上做这样一个移动，是吧？那其实他俩的运动就是这样一个移动，是吧？那如果我把这支笔现在换掉，换成了这样的一支笔，哎，也是在这做一个移动， 二者的运动是不是完全相同啊？那但是他俩长得实际上是不一样的，是吧？但是这个外形对我研究运动有影响吗？没有影响。那我在画简图的时候，我就没有必要再把它的形状画出来，怪麻烦的，是吧？尤其大家学机械的可能，呃，也不是说每个人的美术功底都特别好，画出来可能还不像。 那为了避免这些麻烦，我们在画画的时候就不需要画他实物图，画的叫运动的简图。那简图的画法呢？就是我们去掉这个构建的结构外形，不管他长成什么样，我们只分析他这个运动啊，按照 一定的比例，将构件用简单的线条表示出来，简单的线条表示出来，运动服呢？用特殊的符号去进行一个表示，只要能够说明各构件间相对运动关系，这样的简单图形， 哎，我们画出这样的就可可以了，这个就叫做机构运动简图，你比方说刚才老师手里拿的这个一根杆在手上运动的，哎，这这两种运动形式是不一样，那我在画的时候我就都可以这样去画。你比方说 我这样画一个手代表一个机架啊，代表这个手，然后上面呢画一个这个滑块，都是滑块，在这做一个移动 就可以了，画这样一个小方块来回的滑动，我们叫滑块啊，用这样一个简图就可以表示出我刚才这 两种运动形式，是吧？或者更复杂的，两只手在运动，或者说拿一个什么雕塑在手上移动，不管他外形长成什么样，他都是代表一个移动，这是运动简图的一个优势啊。具体的画法我们看一下， 一般来说，咱们是不是将构建用简单的线条来表示啊？那我们常画的构建，你比方说轴啊、杆啊，就是用这种横线来画的啊。这里有一个要注意的，就是说咱们有一个固定的构建， 也就是机架它的一个画法。机架怎么画呢？就是在这个构件上面打上这样的斜线，代表它是机架，代表它是固定不动的。 你不管这个构件长成什么样，你看直的方块，三角形还是圆形，你只要打上斜线了，就代表他是机架了，他就不能动了。而且我这里再强调一下，正常情况下来说， 我们画的不都是机构吗？一个机构只有一个机架啊，一个机构他首先是必须要有一个机架的，而且一般来说只有一个机架，也就是说你在图上可能会看到这样的形式啊，你比方说我在这有这样一个构件，是吧？ 哎，在这有两个构件上面还是有这种斜线，那这是不是代表两个机架呢？或者三个机架呀？不是，这机架啊，都是同一个，对于我们一个机构来说都是同一个机架，所以这算几个构件呢？算一个构件啊，一个构件 刚才是构建的一个表示方法。再来看一下常见的这些运动负，我们是怎样表示的？第一个叫转动负，转动负怎么表示的呢？ 就是用这种小圆圈的形式，代表两个构件之间可以相对转动。你比方说这里一用一个直线代表一个构件，二也是用直线代表一个构件，两个构件之间在这画一个小圆圈，代表二者之间能够相对的转动啊。转动负后者也是一样，但是 b 和 c 他俩就是说在这个 哎，二上面打上下斜线了，代表我们的勾减，二是一个机架。你那你说 a 和 b 和 c 他们的区别在哪呢？一是说你看这个一可以绕着二运动对不对？二也可以绕着一运动，而到了 b 这里，只有一可以绕着二运动， 而二就不能动了啊，二就不能动了，因为他是机架。 c 和 b 表示的其实是完全一样的，你别看他画成三角形，他画成直线，其实都是一个勾线而已。因为 我们画的是运动简图，不代表他真实的一个形状，所以这两个是完全相同的啊。这是转动负的一个表示小圆圈。那移动负呢？一般来说就要用这种滑块和杆之间的一个配合了。你比方说这个构建，一是这样的一个小方块，二是这样的一个杆， 他们画成这样，代表一可以绕二着移动，二也可以绕一移动。那到了下面这幅图，把二打上坡面线了啊，打上这种斜线了，也就代表一能够绕着二动，而二就不能动了， 后者 e、 f 也都是一样的啊，你看一和二，一是一个滑块，二是代表上下的这两个像，像两块板之间这样一个夹层，是吧？也是这个滑块在夹层之中的一个移动，都代表了移动负啊，你包括像 f 这种一根杆在两个这种小方块之间的移动 啊，都是移动付，都是移动付啊。 第一副讲完了，我们再来看一下高副，高副我们常见的是不是叫凸轮和齿轮啊？先来看凸轮高副他的一个画法， 凸轮高幅呢，画起来就相对复杂一些，为什么呢？因为他这个凸轮的形状会影响我们整个机构的一个运动啊，他这个轮廓曲线是决定了我们这个从动键的一个运动形式的，所以你在画的时候呢，一般要把他整个的这个轮廓曲线给他完整的表示出来 啊，你不能说是简单的用用一根杆或者随便用一个圆来表示，因为他这个形状不同，杆的运动就不同，影响了运动，我就必须画出来。杆呢，也有三种形式是吧？尖顶的就画成这样，哎，滚子呢？在这画一个小滚子，这种平底的，在这画一个 平底，其他就没有什么，这个代表的是机架，一般来说啊，我们后面会学习像这种凸轮机构，就这样三个部分，第一个是这个主动键的一个凸轮，从动键是这个杆加上一个机架，你像这个，这是不是代表机架，这里也代表机架，他们是同一个构件 啊，所以说在这幅图里，它其实就画出了三个构件，从弄杆、凸轮还有机架，这里一定要注意啊。 再来看一下齿轮高负，齿轮高负呢，一般来说也是画出这样的两个哎，两个圆点划线的，这种圆，他们在这相接触，代表他们接触点都是绕各自的轴线做一个运动 啊。有的时候呢，在接触点这还画出这个轮尺的一个轮廓曲线形状啊，有的时候这样画，有的时候这样画，哎，就不画，他们两个表示的也是 是一样的啊。齿轮高负，除此之外，还有一些特殊结构的一些画法。你比方说在我们这个运动简图当中， 有的时候呢，他要表示同一个构件，他怎么去表示呢？就是在这两个构件上给他加上这样的三角符号，就代表二者是同一个构件了。你比方说 这样正常是不是两根杆啊？两根杆在这画上三角形，代表就相当于焊接在一起的，这两根杆焊接在一起，这相当于一个焊点，所以他们就变成了同一个构件了 啊。你像这样也是，滑块和杆本来是两个，有三角号代表是同一个构件啊，像这个也是，你无论他形状多复杂，只要打上这种三角号，就代表他们焊在一起，是同一个构件啊，同一个构件，还有一些叫双复构件， 就是在同一个构件之上有两个运动腹，你比方说像这样一根杆上下各有一个小圆圈，代表有两个转动腹， 像这个也是，你看一个滑块一根杆，这是不是有三角号？有三角号代表是一个构件，而这一个构件上有一个转动副，还有一个移动副，两个运动副， 这也是两滑块之间，这都是三角符号，所以说这有一个移动副，这有一个移动副，两个移动副，这个也是一个滑块，上面再加一个小圆圈，代表一个转动副，一个移动副。双副构建啊，双副构建， 那有双副还有三副构建，其实他这个是有很多的啊，不光还有三副，可能还有四副啊，结构越复杂，他这个每个构件运具有的这个运动副的数目就越多啊。 三负的他怎么表示呢？这样一根杆，你看他是不是连在一起的，他只要连在一起，他就是一个构件啊，一个，两个，三个运动负是吧？你像这有三角号的是不是都代表一个构件啊？三个圆圈，三个转动负， 三个转动负，还有这种，你看也是打在一起的三个转动负，或者像这种打上斜线代表什么呢？这个不是机架啊，你像这种三角形打上这样斜线，代表他相当于一块三角形的钢板，因为三角形是一个稳定结构吗？他可以这样去画，那所以他也是一个构件，上面有三个转动负， 这就是咱们机构运动简图它的一个画法。我们后续呢会通过这样的图啊，去计算机构的自由度啊，要学会识图。一般来说啊，很少让我们这样画出一个机， 够让我们去试着画他的一个运动简图的，但是不排除有这样的一个可能啊，有的时候他可能会给你一个非常简单非常常用的机构，你比方说咱们学的这个内燃机，内燃机里的活塞连杆取龙机构，他就有可能让你画他的一个简图，那我们一起来试一下啊，一起来试一下 下。图中 a 图为内燃机的结构图，很熟悉了啊，活塞三作为原动键，带动连杆二驱动曲柄一转动，这是他的一个运动啊，活塞三给他拿出来啊， 图币就是活塞连杆结结构的 pose， 图给他拿出来之后，活塞三是圆动键，是吧？带动这个连杆二 摆动移动，带动这个曲轴一做一个转动，曲柄一做一个转动，是画出图壁所示机构的一个运动点图，那我们就结合这道题，给大家 简单的浅析一下机构运动简图，他的一个画法啊，首先要找到所有的构件，这是不是一二三三个构件啊？哎，然后找他们的一个运动，你看三，他是一个活塞，是不是上做上下一个移动啊？ 所以呢，他在这就要画一个移动副呗，那他和他形成运动副的这个构建是谁啊？就是这个箱体就是机架，对不对？二，他是可以绕这个活塞这做一个转动的，所以在这需要有一个转动副 啊，需要一个转动符，我们一起画一下试试啊，这个代表活塞，活塞，这不是移动符吗？我们可以这样去画，对不对？ 机架移动负，然后二，这有一个转动负，转动负画一个圈，这根杆就代表二啊，那这是一，这是二，二和三，这是不是也有一个转动负啊？就根据他们的运动去画啊，这个就代表三是吧？三，绕着机架 是不是还能做一个转动啊？画一个机架是吧？大概就是这样的一个图形，我们看一下答案啊，是吧？滑块做上下的移动， 这是一啊，这是三，对吧？活塞三，然后连杆在这转动，一到取柄，在连杆这也转动，取柄到机架，这也是转动， 这就是我们图壁所示机构它的一个运动简图，然后可以把这个三它的一个，因为它是原动键嘛，把它的运动形式画出来，上下的往复移动，这就是这种题啊。 好了，那今天有关运动副及其分类，还有机构运动点图这两个知识点就介绍到这里，接下来我们一起做几道题目来练习一下。第一题，构建与构建之间怎么样并且怎么样的连接称为运动副，考的是 运动副的一个概念。那现在第一个条件是构建与构建已经满足了是吧？两构建之间直接接触，并且能够产生一定的相对运动，这样的连接称为运动副。第二题，高副的接触形式为 面点和线，点和面还是面和线？这个我们怎么去分析啊？啊，如果忘了的话，我们可以通过这个公式是吧？ p 等于 f b s 或者是 f b a， 求压强的一个公式。高负代表压强大， 反过来推呗，压强大，那同样的利益的条件下，如果想让压强大，你这个面积得小，面积小就是点和线的形式吗？所以选 b 时间长了，大家应该直接就会记住了，不需要这么麻烦去推倒。哎，直接记住还是很简单的啊。 第三题，运动负按其接触形式的不同可以分为以面接触的叫低负，点弧线的形式接触的叫高负，低负和高负。