《机械原理教学辅导与习题解答（第二版）》是《机械原理（第二版）》（郭卫东主编，科学出版社）的配套用书，是教材的必要补充。
全书共11章，包括机构的组成原理、平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构及其设计、轮系、其他常用机构、空间连杆机构及机器人机构、机械中的摩擦与机械效率、机械系统动力学基础、机械的平衡、机构系统的运动方案设计。每章的内容包括基本要求、重点与难点、典型例题、常见错误、习题解答五部分。此外，附录部分为北京航空航天大学和北京交通大学2010～2012年硕士研究生入学考试机械原理试题及解答。《机械原理教学辅导与习题解答（第二版）》旨在帮助学生更好地学习机械原理课程的基本概念、基本理论，特别是通过对“典型例题”、“常见错误”、“习题解答”和“研究生入学考试试题及解答”的学习，对于巩固和提高学生机构分析与设计的能力大有帮助。
《机械原理教学辅导与习题解答（第二版）》可与《机械原理（第二版）》教材配套使用，也可单独作为机械原理学习的辅助参考书。
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郭卫动主编的《机械原理教学辅导与习题解答(第2版普通高等教育机械类国家级特色专业系列规划教材)》是《机械原理(第二版)》(郭卫东主编，科学出版社)的配套用书，是教材的必要补充。全书共11章，包括机构的组成原理、平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构及其设计、轮系、其他常用机构、空间连杆机构及机器人机构、机械中的摩擦与机械效率等。
目录
前言
第1章 机构的组成原理 1
1.1 基本要求 1
1.2 重点与难点 1
1.2.1 基本概念 1
1.2.2 正确绘制机构运动简图 2
1.2.3 机构具有确定运动的条件 3
1.2.4 平面机构自由度的计算 4
1.2.5 平面机构的组成原理与结构分析 5
1.2.6 平面机构的高副低代 6
1.3 典型例题 6
1.4 常见错误 10
1.5 习题解答 13
第2章 平面连杆机构 22
2.1 基本要求 22
2.2 重点与难点 22
2.2.1 平面连杆机构的类型及其分类方法 22
2.2.2 平面连杆机构的工作特性 22
2.2.3 平面连杆机构的运动分析 24
2.2.4 平面连杆机构的设计 24
2.3 典型例题 25
2.4 常见错误 30
2.5 习题解答 33
第3章 凸轮机构 45
3.1 基本要求 45
3.2 重点与难点 45
3.2.1 凸轮机构的应用与分类 45
3.2.2 从动件运动规律及其选择 45
3.2.3 凸轮轮廓曲线的设计 46
3.2.4 凸轮机构的基本参数选择 49
3.2.5 高速凸轮机构的设计 51
3.3 典型例题 52
3.4 常见错误 54
3.5 习题解答 56
第4章 齿轮机构及其设计 62
4.1 基本要求 62
4.2 重点与难点 62
4.2.1 齿廓啮合基本定律 63
4.2.2 渐开线 63
4.2.3 渐开线齿廓的啮合特性 64
4.2.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮机构 64
4.2.5 斜齿圆柱齿轮机构 68
4.2.6 交错轴斜齿圆柱齿轮机构 70
4.2.7 蜗杆蜗轮机构 70
4.2.8 圆锥齿轮机构 71
4.3 典型例题 72
4.4 常见错误 79
4.5 习题解答 81
第5章 轮系 90
5.1 基本要求 90
5.2 重点与难点 90
5.2.1 定轴轮系的传动比 90
5.2.2 周转轮系的传动比 91
5.2.3 混合轮系的传动比 92
5.3 典型例题 92
5.4 常见错误 95
5.5 习题解答 97
第6章 其他常用机构 108
6.1 基本要求 108
6.2 重点与难点 108
6.2.1 棘轮机构 108
6.2.2 槽轮机构 110
6.2.3 不完全齿轮机构 111
6.2.4 不完全摆线针轮机构 111
6.2.5 螺旋机构 111
6.2.6 万向联轴节 113
6.3 典型例题 113
6.4 常见错误 120
6.5 习题解答 120
第7章 空间连杆机构及机器人机构 124
7.1 基本要求 124
7.2 重点与难点 124
7.2.1 空间机构的自由度计算 124
7.2.2 空间机构分析的常用坐标变换 125
7.2.3 空间四杆机构的运动分析 128
7.2.4 机器人机构 129
7.3 典型例题 129
7.4 常见错误 133
7.5 习题解答 136
第8章 机械中的摩擦与机械效率 141
8.1 基本要求 141
8.2 重点与难点 141
8.2.1 运动副中的摩擦与自锁 141
8.2.2 机械效率 142
8.3 典型例题 143
8.4 常见错误 147
8.5 习题解答 151
第9章 机械系统动力学基础 161
9.1 基本要求 161
9.2 重点与难点 161
9.2.1 机械运转过程的三个阶段 161
9.2.2 机械系统的等效动力学模型 161
9.2.3 机械系统的真实运动求解 162
9.2.4 周期性速度波动的调节 163
9.3 典型例题 164
9.4 常见错误 170
9.5 习题解答 173
第10章 机械的平衡 193
10.1 基本要求 193
10.2 重点与难点 193
10.2.1 刚性转子的平衡计算 193
10.2.2 刚性转子的平衡试验 193
10.2.3 机构的平衡 193
10.3 典型例题 194
10.4 常见错误 197
10.5 习题解答 200
第11章 机构系统的运动方案设计 206
11.1 基本要求 206
11.2 重点与难点 206
11.2.1 执行机构系统的运动方案设计步骤 206
11.2.2 机构的组合方式和特点 207
11.2.3 组合机构的概念类型、特点、功能及组合机构的设计 207
11.2.4 机构选型及机构系统运动方案设计 208
11.2.5 机构系统运动循环图的类型及绘制 210
11.3 典型例题 212
11.4 常见错误 221
11.5 习题解答 222
参考文献 227
附录1 北京航空航天大学2010年硕士研究生入学考试试题及解答 228
附录2 北京航空航天大学2011年硕士研究生入学考试试题及解答 232
附录3 北京航空航天大学2012年硕士研究生入学考试试题及解答 236
附录4 北京交通大学2010年硕士研究生入学考试试题及解答 241
附录5 北京交通大学2011年硕士研究生入学考试试题及解答 248
附录6 北京交通大学2012年硕士研究生入学考试试题及解答 255
第1章 机构的组成原理
<br>1.1 基本要求
<br>（1）了解机构的组成要素。
<br>（2）掌握机构运动简图的绘制方法。能够将实际机构或机构的结构图绘制成机构运动简
<br>图；能看懂各种复杂机构的机构运动简图；能用机构运动简图表达自己的设计构思。
<br>（3）掌握运动链成为机构的条件。
<br>（4）熟练掌握机构自由度的计算方法。能自如地运用自由度计算公式计算机构自由度，
<br>尤其是平面机构的自由度。能准确识别出机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束，并作
<br>出正确处理。
<br>（5）掌握机构的组成原理和结构分析的方法。了解高副低代的方法；会判断杆组、杆组的
<br>级别和机构的级别；学会将?级、?级机构分解为机架、原动件和若干基本杆组的方法。
<br>1.2 重点与难点
<br>本章学习的重点是机构运动简图的绘制、机构具有确定运动的条件、平面机构自由度的计
<br>算和机构的结构分析，其中机构运动简图的绘制和平面机构自由度的计算是学习中的难点和
<br>必须正确熟练掌握的内容。
<br>1.2.1 基本概念
<br>根据本章的知识要点提出以下基本概念，为了便于掌握，将相关概念成组列出。读者应通
<br>过比较，掌握各概念的定义、特点以及相关概念间的不同点和相互间的联系。
<br>1.构件
<br>构件是机器中独立的运动单元体，是组成机构的基本要素之一。零件是机器中加工制造
<br>的单元体。一个构件可以是一个零件，也可以是由若干个零件刚性连接在一起的一个独立运
<br>动的整体。
<br>2.运动副
<br>运动副是由两构件直接接触构成的可动连接，是组成机构的又一基本要素。由运动副的
<br>定义可以看出运动副的基本特征如下：
<br>（1）两构件具有一定的接触表面，而参与接触的表面称为运动副元素。
<br>（2）两构件能产生一定的相对运动。
<br>因此，运动副可按下述情况分类：
<br>（1）根据两构件的接触情况分为高副和低副，其中通过点或线接触的运动副称为高副，以
<br>面接触的运动副称为低副。
<br>（2）按构成运动副两构件之间所能产生相对运动的形式分为转动副（又称为铰链）、移动
<br>副、螺旋副和球面副等。
<br>3.运动链
<br>运动链是两个或两个以上的构件通过运动副连接而构成的相对可动的系统。运动链可以
<br>是首末封闭的闭链，也可以是未封闭的开链。
<br>4.机构
<br>机构是一种用来传递运动和力的可动装置。从运动的观点来看，机构是具有确定相对运
<br>动规律的构件组合体。从机构的组成来看，机构是具有一个固定构件的运动链。
<br>机构中的固定构件或相对固定的构件称为机架，它可以作为研究运动时的参考坐标系。
<br>机构中按给定的已知运动规律独立运动的构件称为原动件或主动件，而其余随原动件运动的
<br>可动构件称为从动件，从动件的运动规律取决于原动件的运动规律和机构的结构。
<br>1.2.2 正确绘制机构运动简图
<br>机构运动简图是设计者研究分析机构运动学和动力学问题的一个重要工具。因此，运动
<br>简图应能正确表达出机构的构件组成和构件间相连接的运动副，即表达出机构的组成形式，显
<br>示出设计方案。要求准确表达出机构的运动特性和标注出相关的运动尺寸。
<br>1.绘制运动副时应注意的事项
<br>（1）绘制转动副时，转动副的位置是关键：代表转动副小圆的圆心必须与回转中心重合；
<br>两个转动副中心连线的长度一定要精确。
<br>偏心轮和圆弧形滑块是转动副的特殊形式。它们的绘制是易错点。绘制时关键是要找出
<br>相对转动中心，具体可见典型例题分析中的例题1.1。
<br>（2）绘制移动副时，导路的方向和位置是关键。必须注意：代表移动副的滑块，其导路的
<br>方向必须与相对移动的方向一致；导路间的夹角要精确，并要标注（见图1.1）；转动副到移动
<br>副导路间的距离要精确，若某一构件分别以转动副和移动副与另两个构件相连接，且转动副的
<br>回转中心不在移动副的导路上，则应标出转动副到导路的距离，即偏心距e（见图1.2）。
<br>2.绘制构件时应注意的事项
<br>（1）任意形状的构件，当它只以两个转动副与其他构件相连接，且外形轮廓也不以高副与
<br>其他构件相接触时，简图中只需以两个转动副几何中心的连线代表此构件。
<br>（2）尽量减少构件前后重叠时虚线可能引起的误会。例如，有时可变通地把小齿轮或外
<br>形小的凸轮等移至大齿轮的前面，即画成实线，这在机械制图中是绝对不允许的，但在绘制运
<br>动简图时，只要不影响表达机构的组成和运动特性，这种变通是允许的。
<br>（3）当同一轴上安装若干零件时，必须明确表明哪些零件为同一构件。当不便以焊接符
<br>号表示时，还可用构件编号来表达，即不同构件标不同编号，同一构件中的不同零件（如固连于
<br>同一轴上的大、小齿轮或齿轮与凸轮）则标以同样的构件编号，并在编号右上角加不同的撇号
<br>以示区别，如3?、3?。
<br>3.绘制机构运动简图时应注意的事项
<br>1）机构运动简图与机构示意图的区别
<br>当设计者只是为了表达机构的组成、讨论初步的设计构思、表达机构的动作原理而不需精
<br>确进行运动学、动力学计算时，可不必严格地按比例绘制运动副的精确位置和构件的准确尺
<br>寸，只需绘制机构示意图。在作定量的运动分析和动力分析时，则必须严格按比例绘制机构运
<br>动简图。
<br>2）机构运动简图的绘制
<br>机构运动简图的绘制是本章的一个重点，也是一个难点，一般可按下列步骤进行：
<br>（1）分析机构运动，确定构件数目。首先要弄清机构的实际构造和运动情况，确定其原动
<br>部分和工作部分（即直接执行生产任务的部分和最后输出运动的部分），然后再明确两者之间
<br>的传动，从而确定该机构是由多少个构件组成的。
<br>（2）确定运动副的类型和数目。根据各构件相对运动和接触情况，确定构件间的运动副
<br>类型。
<br>（3）选视图、选位置、选比例，用规定符号表达运动副。首先，为了将机构运动表示清楚，
<br>需要恰当地选择投影面，即选好视图。一般选择机构中与多数构件的运动平面相平行的面为
<br>投影面。必要时也可以就机械的不同部分选择两个或两个以上的投影面，然后展到同一图面
<br>上；其次，为了清楚地表示出机构中各构件的相互关系，应在机构运动循环中选择一个最一般
<br>的位置来绘制；再次，选择一个适当的比例尺；最后，按照规定的符号将构件间所形成的运动副
<br>表达出来。
<br>（4）用规定符号表达构件。用简单线条将同一构件上的运动副连接起来，即表达出各构
<br>件。最后标示出机架（用斜线标示）和原动件（用箭头标示）。
<br>1.2.3 机构具有确定运动的条件
<br>机构的自由度是机构具有确定运动时所需的独立运动参数的数目。为了使机构能按照一
<br>定的要求进行运动变换和力的传递，当机构的原动件按照给定的运动规律运动时，该机构中其
<br>余各构件的运动也都应是完全确定的，即机构必须具有确定的运动，其运动确定的条件是机构
<br>原动件的数目应等于机构的自由度，否则机构的运动将不确定，或者就没有运动的可能性。因
<br>此，在分析现有机械或设计新机械时，必须考察所设计的机构是否满足机构具有确定运动的
<br>条件。
<br>1.2.4 平面机构自由度的计算
<br>平面机构自由度的计算公式为
<br>F =3n-2pL -pH （1.1）
<br>式中，F 为机构的自由度；n 为机构中活动构件的数目；pL 为机构中低副的数目；pH 为机构中
<br>高副的数目。
<br>为了使自由度F 计算正确，必须正确判断机构中n、pL 和pH 的数目，因此，应特别注意处
<br>理好下列三种情况。
<br>1.复合铰链
<br>复合铰链是指两个以上的构件在同一处以转动副相连接时组成的运动副。准确识别复合
<br>铰链的关键是要分清哪几个构件在同一处形成了转动副。图1.3中列举了一些较难辨别的情
<br>况。图1.3（a）中，杆1、2与机架3组成两个转动副；图1.3（b）中，杆1、2与滑块3组成两个转
<br>动副；图1.3（c）中，杆1、摆块2与机架3组成两个转动副；图1.3（d）中，杆1、滑块2、滑块3组
<br>成两个转动副；图1.3（e）中，杆1、滑块3、齿轮2组成两个转动副；图1.3（f）中，齿轮1、摆块2
<br>和机架3组成两个转动副。
<br>复合铰链的正确处理方法：若有m 个构件在同一处形成复合铰链，则其转动副的数目应
<br>为m-1个。
<br>2.局部自由度
<br>局部自由度是机构中某些构件所具有的自由度，它仅仅局限于该构件本身，而并不影响其
<br>他构件的运动。局部自由度常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩擦所增加的滚
<br>子处。图1.4所示机构中的滚子3绕其中心D 转动的自由度就是局部自由度。若不作任何
<br>处理就简单地套用自由度计算公式，则得
<br>F =3n-2pL -pH =3 5-2 6-1=2
<br>计算结果比机构的实际自由度数大，产生了与事实不符的现象。正确的处理方法是，在计算自
<br>由度时，将滚子3视为与机架6固连为一体，预先将滚子这个构件除去不计，然后再利用公式
<br>计算自由度，即
<br>F =3n-2pL -pH =3 4-2 5-1=1
<br> 图1.4 局部自由度
<br>3.虚约束
<br>虚约束是机构中所存在的不产生实际约束效果的重复约束。在计算自由度时，若对虚约
<br>束不加识别地处理，直接套用公式计算，则计算结果将比机构的实际自由度数目少，导致与事
<br>实不符的现象。正确的处理方法是，在计算自由度时，首先将引入虚约束的构件及其运动副除
<br>去不计，然后用自由度公式进行计算。
<br>虚约束都是在一定的几何条件下出现的，这些几何条件有些是暗含的，如两构件组成若干
<br>移动副，但移动副导路互相平行；两构件组成若干转动副，但转动副的轴线互相重合；两构件组
<br>成若干平面高副，但各接触点的公法线彼此重合；以及某些不影响机构运动传递的重复部分等。
<br>对于暗含的几何条件，需通过直观判断来识别虚约束；对于明确给定的几何条件，则需通过严格
<br>的几何证明才可识别虚约束。
<br>图1.5 精压机
<br>图1.5所示为精压机的机构运动简图。如果仅仅从
<br>运动的传递来看，只需要右边一套机构（即ABCDEFG）
<br>就足够了，这时n=7，pL=10，pH=0，F=3n-2pL-pH =
<br>3 7-2 10-0=1。但是考虑到只有右边一套机构将因
<br>滑块悬臂而引起偏载，使受力情况恶化，故在实际工作中，
<br>在左边加了一套机构DHJI，且DH =DE，JH =FE，HI=
<br>EG。因左边增加的这套机构与右边原有机构完全对称而
<br>并不影响滑块的运动，故增加部分引入的约束为虚约束。
<br>在计算机构自由度时，应将其除去不计。
<br>1.2.5 平面机构的组成原理与结构分析
<br>1.组成原理
<br>将机构的机架及与机架相连的原动件从机构上拆下，则其余剩下的构件构成的构件组自
<br>由度必然为零，把不能再拆的、最简单的、自由度为零的构件组称为基本杆组。任何一个机构
<br>都是由若干个基本杆组依次连接到原动件和机架上构成的，这就是机构的组成原理。
<br>2.结构分析
<br>机构的结构分析就是将机构分解为机架、原动件和基本杆组，并由此确定机构的级别。基
<br>本杆组的最高级别为机构的级别。构型相同的机构若取不同的构件为原动件，则可能属于不
<br>同级别的机构。
<br>上述介绍是针对机构中的运动副全部为低副的情况，如果机构中含有高副，则须高副
<br>低代。
<br>1.2.6 平面机构的高副低代
<br>将机构中的高副根据一定条件虚拟地以低副加以代替，称为高副低代。
<br>进行高副低代的条件如下：
<br>（1）代替前后机构的自由度完全相同。
<br>（2）代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度完全相同。
<br>在平面机构中进行高副低代时，为了满足高副低代的两个条件，只要用一个虚拟构件分别
<br>与两高副构件在过接触点的曲率中心处以转动副相连即可。对高副低代的机构，可将其视为
<br>只含低副的平面机构进行结构分析。
<br>如果高副两构件廓线的曲率半径不为常数，则上述代换是瞬时代换。
<br>1.3 典型例题
<br>例题1.1 试绘制图1.6（a）所示颚式破碎机主体的机构运动简图。
<br>图1.6 颚式破碎机
<br>解 （1）颚式破碎机的带轮5和偏心轴2一起绕回转中心A 转动时，偏心轴2带动动颚3
<br>运动。由于在动颚与机架1之间装有肘板4，动颚运动时不断挫挤矿石。由此分析可知，该机
<br>构是由机架1、原动件偏心轴2、从动件动颚3和肘板4四个构件组成的。
<br>（2）偏心轴2与机架1组成转动副A，偏心轴2与动颚3组成转动副B，动颚3与肘板4组
<br>
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