机械原理优秀课件—第二章 平面机构的结构分析
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第二章 平面机构的结构分析
同一运动链可以生成的不同机构
B
1
2
3
A
4
C
B
1
2
3
A 4
B
1
C 2
3
A
4
B
C
2
1 A
曲柄滑块机构 摇块机构 导杆机构
4
3
运动链的生成是创造、获取新机构的重要手段。运动链的设计只关
注构件数和联接这些构件的运动副的数量和类型，所以又称为机构的型
数综合(Type and number synthesis)。
球面高副
柱面高副
齿轮副
凸轮副
★ 运动副元素以面接触的运动副称为低副(lower pair)。
球面低副 回转副
移动副
3. 根据组成运动副两个构件的相对运动形式分类 ★ 空间运动副
球销副
螺旋副
圆柱套筒副
★ 平面运动副 A. 低副
B. 高副
移动副
凸轮副
转动副 齿轮副
三、运动链(Kinematical Chain)与机构 构件通过运动副的连接而构成的可相对运动的系统称为运动链。
4. 运动简图绘制举例
1) 绘制牛头刨床主运动机构的运动简图
选取比例尺l = m/mm
2) 绘制破碎机的机构运动简图
选取比例尺l
3) 绘制图示机构的运动简图
§2-3 机构自由度(Degrees of Freedom)的计算
一、平面机构自由度的计算公式 1. 构件的自由度与约束
构件具有确定运动时所必须给定的独立运动参 数的数目称为机构的自由度。F
由两个以上构件（包括活动构件与机架）在同一处 构成的重合转动副称为复合铰链。
7
46
机械原理ppt课件
随着计算机科学、控制论、信息论等 学科的交叉融合，机械原理的研究领 域不断扩展，研究方法不断更新。
随着数学、力学等学科的发展，机械 原理开始形成较为完整的理论体系。
02
机构的结构分析
机构组成要素及运动副
机构组成要素
包括构件、运动副和约束等，是 机构的基本组成部分。
运动副
两构件直接接触并能产生一定相对 运动的连接称为运动副。根据接触 形式的不同，运动副可分为低副和 高副两类。
提高机械效率的方法
通过优化机械设计、采用高性能材料、降低摩擦和磨损等方式可 以提高机械效率。
机械的自锁
自锁现象的定义
自锁现象是指机械在某些特定条 件下，无法依靠自身力量进摩 擦系数、负载等因素有关。当机 械处于自锁状态时，无论输入多 大的力，机械都无法产生运动。
挠性转子的平衡方法
挠性转子的特点
与刚性转子相比，挠性转子在旋转过程中会发生弹性变形，导致不平衡量的动态变化。
挠性转子的平衡方法
主要包括影响系数法和模态平衡法。影响系数法通过测量和计算得到各校正平面上的不 平衡量，然后进行加重或去重操作；模态平衡法则针对挠性转子的振动模态进行平衡处
理。
机械速度波动的调节
感谢观看
克服自锁的方法
克服自锁的方法包括改变机械的 几何形状、增加驱动力矩、减小 负载等。在实际应用中，需要根 据具体情况选择合适的克服自锁
的方法。
06
机械的平衡与调速
机械平衡的目的及分类
机械平衡的目的
消除或减小因机械运动而产生的振动、噪音和不必要的动载荷，提高机械运转的平 稳性和可靠性。
机械平衡的分类
解析法的特点
精度高、适用范围广，可以处理复杂 机构的运动分析问题。
随着数学、力学等学科的发展，机械 原理开始形成较为完整的理论体系。
02
机构的结构分析
机构组成要素及运动副
机构组成要素
包括构件、运动副和约束等，是 机构的基本组成部分。
运动副
两构件直接接触并能产生一定相对 运动的连接称为运动副。根据接触 形式的不同，运动副可分为低副和 高副两类。
提高机械效率的方法
通过优化机械设计、采用高性能材料、降低摩擦和磨损等方式可 以提高机械效率。
机械的自锁
自锁现象的定义
自锁现象是指机械在某些特定条 件下，无法依靠自身力量进摩 擦系数、负载等因素有关。当机 械处于自锁状态时，无论输入多 大的力，机械都无法产生运动。
挠性转子的平衡方法
挠性转子的特点
与刚性转子相比，挠性转子在旋转过程中会发生弹性变形，导致不平衡量的动态变化。
挠性转子的平衡方法
主要包括影响系数法和模态平衡法。影响系数法通过测量和计算得到各校正平面上的不 平衡量，然后进行加重或去重操作；模态平衡法则针对挠性转子的振动模态进行平衡处
理。
机械速度波动的调节
感谢观看
克服自锁的方法
克服自锁的方法包括改变机械的 几何形状、增加驱动力矩、减小 负载等。在实际应用中，需要根 据具体情况选择合适的克服自锁
的方法。
06
机械的平衡与调速
机械平衡的目的及分类
机械平衡的目的
消除或减小因机械运动而产生的振动、噪音和不必要的动载荷，提高机械运转的平 稳性和可靠性。
机械平衡的分类
解析法的特点
精度高、适用范围广，可以处理复杂 机构的运动分析问题。
第二章 平面结构的机构分析
二、运动副的分类
组成机构的运动副的类型决定机构的运动形式。运动副有 多种类型，对运动副进行正确的分类，在机构设计和综合 中是非常重要的。
1、根据运动副所引入的约束数分类
见表2-1：P7
构件自由度与运动副约束
1. 构件的自由度：指一 个构件相对另一个构件 可能出现的独立运动。 一个自由构件在空间具 有6个自由度。
D B 1 2 A C H F 3 5
4
E 7 G I 8 K 9
6
局部自由度
复合铰链
D B 3 5 2 F
4
E 7 G I 8
虚约束
1
6
K 9
A C H
n 8 ; PL 11 ; PH 1 F 3n 2 PL PH 3 8 2 11 1 1
例 5 计算图所示机构的自由度 (若存在局部自由度、复 合铰链、虚约束请标出）。
只是为了表明机构的运动状态或各构件的相互关系， 也可以不按比例来绘制运动简图，通常把这样的简图称 为机构示意图。
常用机构构件、运动副代表符号
1. 构件分类：原动件、从动件、机架（P12）
2. 绘制简图的一般步骤：
（1）分清运动状况，认清哪些是固定件、原动件、 从动件。 （2）从原动件开始，按运动传递的顺序，仔细分 析各构件之间的相对运动性质，确定构件的数目 和运动种类。 （3）选择适当的比例尺，定出各运动副的相对位 置，用规定的符号和线条连接各运动副。
带虚约束的曲轴
3）如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此 时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引 入一个虚约束。
带虚约束的杆机构
4）机构中对运动起重复限制作用的对称部分也往往会引入虚 约束。
大学课件之机械原理平面机构的结构分析
的条件。图I 和H处导 路
相互平行。
4.在图示家用缝纫机的送布机构中 ，由缝 纫机 传 动 带 驱动 等 宽 凸 轮1 绕 轴A 转 动， 构 件5 是 送 布 牙， 导杆 9 可 绕 轴J 摆 动， 扳 动 导 杆 9，使 其 处 于 不 同 位 置， 可 实 现 倒、顺 方 向 送 布 以 及 调 节 送 布 距 离 (即 缝 线 的 针 距)。 试 计 算 该 机 构的 自 由 度。 若 含 复 合 铰 链、 局部 自 由 度 或 虚 约 束， 应 明 确 指 出。试 将 该 机 构 所 含 高 副 低 代， 分 析 该 机 构 所 含 基 本杆 组 的 级 别， 并 指 出 机 构 的 级 别。
该机构中的杆组全 为Ⅱ 级 组， 故 为Ⅱ 级 机 构。
解：(1) 有 二 个 答 案：
①新 增 加 构 件6， 其 两 端 分 别 以 转动 副 与E 点、AB 杆 上B 点 相 连， 得新 机 构， 如 图(a）所 示。
②新 增 加 构 件6，其两端分别以 转 动 副 与E 点、 构 件BC 上 点F 点 相 连，得新机构，如图(b） 所示。
图(a)
图(b)
(2) n 5, pL 7, pH 0, F 3n 2 pL pH 35 2 7 0 1
(3) 新 机 构 的 级 别
(a) 图(a)构件2、3及1、6分别组成Ⅱ级组。属于Ⅱ级机构。
(b) 图(b)所示机构有一个Ⅲ 级 组，属于Ⅲ 级 机 构。
解： (1) 原 机 构 中
二、基本概念和基础知识
1 .机构的运动简图绘制 2. 机构自由度计算 3 .机构的结构分析
机构的运动简图绘制
定义 用简单的线条和运动副的代表符号表示机器的组成
情况和运动情况的图形为机构运动示意图。如按比例尺 画出，则称之为机构运动简图。
相互平行。
4.在图示家用缝纫机的送布机构中 ，由缝 纫机 传 动 带 驱动 等 宽 凸 轮1 绕 轴A 转 动， 构 件5 是 送 布 牙， 导杆 9 可 绕 轴J 摆 动， 扳 动 导 杆 9，使 其 处 于 不 同 位 置， 可 实 现 倒、顺 方 向 送 布 以 及 调 节 送 布 距 离 (即 缝 线 的 针 距)。 试 计 算 该 机 构的 自 由 度。 若 含 复 合 铰 链、 局部 自 由 度 或 虚 约 束， 应 明 确 指 出。试 将 该 机 构 所 含 高 副 低 代， 分 析 该 机 构 所 含 基 本杆 组 的 级 别， 并 指 出 机 构 的 级 别。
该机构中的杆组全 为Ⅱ 级 组， 故 为Ⅱ 级 机 构。
解：(1) 有 二 个 答 案：
①新 增 加 构 件6， 其 两 端 分 别 以 转动 副 与E 点、AB 杆 上B 点 相 连， 得新 机 构， 如 图(a）所 示。
②新 增 加 构 件6，其两端分别以 转 动 副 与E 点、 构 件BC 上 点F 点 相 连，得新机构，如图(b） 所示。
图(a)
图(b)
(2) n 5, pL 7, pH 0, F 3n 2 pL pH 35 2 7 0 1
(3) 新 机 构 的 级 别
(a) 图(a)构件2、3及1、6分别组成Ⅱ级组。属于Ⅱ级机构。
(b) 图(b)所示机构有一个Ⅲ 级 组，属于Ⅲ 级 机 构。
解： (1) 原 机 构 中
二、基本概念和基础知识
1 .机构的运动简图绘制 2. 机构自由度计算 3 .机构的结构分析
机构的运动简图绘制
定义 用简单的线条和运动副的代表符号表示机器的组成
情况和运动情况的图形为机构运动示意图。如按比例尺 画出，则称之为机构运动简图。
机械原理之平面机构的结构分析PPT课件( 62页)
•
9、与其埋怨世界，不如改变自己。管好自己的心，做好自己的事，比什么都强。人生无完美，曲折亦风景。别把失去看得过重，放弃是另一种拥有;不要经常艳羡他人，
人做到了，心悟到了，相信属于你的风景就在下一个拐弯处。
•
10、有些事想开了，你就会明白，在世上，你就是你，你痛痛你自己，你累累你自己，就算有人同情你，那又怎样，最后收拾残局的还是要靠你自己。
•
7、生命的美丽，永远展现在她的进取之中;就像大树的美丽，是展现在它负势向上高耸入云的蓬勃生机中;像雄鹰的美丽，是展现在它搏风击雨如苍天之魂的翱翔中;像江
河的美丽，是展现在它波涛汹涌一泻千里的奔流中。
•
8、有些事，不可避免地发生，阴晴圆缺皆有规律，我们只能坦然地接受;有些事，只要你愿意努力，矢志不渝地付出，就能慢慢改变它的轨迹。
1）固定件或机架；2）原动件；3）从动件 *必须有一个机架，至少有一个原动件，其余为活动构件。
2. 运动副的表示方法
转动副符号
3. 构件的表示方法
移动副符号
高副符号
其他零部件的表示方法可参看GB4460—84“机构运 动简图符号”。
• 绘制小型压力机机构运动简图
1.3 平面机构的自由度
得机构
1.4 机构的组成原理和结构分析 1.4.1 平面机构的高副低代
根据一定条件对机构中的高副以低副代替， 称为高副低代。
代替条件：代替前后机构自由度不变；瞬时 度和瞬时加速度不变。
方法：一个构件加两个低幅。构件：过接触 点法线，两个低幅：即为接触点圆弧曲率中心。
高副接触有三种：圆弧和圆弧接触；点和圆 弧接触；线和圆弧接触。
回转副。计算时不可漏算。
计算自由度 F 3n 2 pL pH 3*5 2*7 1
第二章 平面机构结构分析
定义： 定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的 独立运动参数称为机构的自由度。 F运动的构件。 ∵一个原动件只能提供一个独立参数 ∴机构具有确定运动的条件为： 机构具有确定运动的条件为： 自由度＝原动件数 自由度＝
约束： 约束：运动副对构件独立运动所加的限制 转动副(铰链 转动副 铰链) 铰链 低副 (面接触 面接触) 面接触 F =3-2 移动副
绘制图示偏心泵 偏心泵的运动简图 题2-9 绘制图示偏心泵的运动简图
3 2 1 4
偏心泵 动画
§2－3 机构自由度的计算及具有 － 确定运动的条件
机构的自由度： 机构的自由度 ： 机构具有 独立运动的数目。 独立运动的数目。 作平面运动的刚体在空间 的位置需要三个独立的参 数 （ x， y, θ ） 才能唯一 ， 确定。 确定。 单个自由构件的自由度为 3
工业 机器人
运动链根据个平面的运动是否重合又可 以分为平面运动链和空间运动链。
4. 机构
机构是由若干构件经运动副联接而成的，很显然，机构归属于运动链，那么，运动链在什么条件下就 能称为机构呢？即各部分运动确定。分别用四杆机构和五杆机构模型演示得出如下结论： 在运动链中，如果以某一个构件作为参考坐标系，当其中另一个（或少数几个）构件相对于该坐标系 按给定的运动规律运动时，其余所有的构件都能得到确定的运动，那么，该运动链便成为机构。
定义：具有确定运动的运动链称为机构 定义 具有确定运动的运动链称为机构 。 机架－作为参考系的构件 如机床床身 如机床床身、 机架－作为参考系的构件，如机床床身、车辆 底盘、飞机机身。 底盘、飞机机身。 动件－按给定运动规律运动的构件。 原（主）动件－按给定运动规律运动的构件 从动件－其余可动构件。 从动件－其余可动构件。 机构的组成： 机构的组成： 机构＝机架＋原动件＋ 机构＝机架＋原动件＋从动件
机械原理：第二章机构的结构分析
斜齿轮机构
两个齿轮的齿廓为斜线，实现直线的 运动传递，同时具有较好的承载能力 和传动平稳性。
02
CHAPTER
机构的运动分析
机构运动简图
总结词
机构运动简图是表示机构运动关系的图形，通过图形化方式展示机构的组成和运 动传递路径。
详细描述
机构运动简图是一种抽象的图形表示，它忽略了机构的实际尺寸和形状，只关注 机构中各构件之间的相对运动关系。通过绘制机构运动简图，可以清晰地了解机 构的组成、运动传递路径以及各构件之间的相对位置和运动方向。
常见的受力分析方法
详细描述：常见的受力分析方法包括解析法、图解法和 有限元法等，每种方法都有其适用范围和优缺点，应根 据具体情况选择合适的方法。
机构的平衡分析
总结词
理解机构平衡的概念是进行平衡 分析的前提。
详细描述
机构平衡是指机构在静止或匀速 运动状态下，各作用力相互抵消 ，机构不会发生运动状态的改变 。
轮系
定轴轮系
各齿轮的转动轴线固定，齿轮的 运动由一个主动轮通过各齿轮的
啮合传递到另一个从动轮。
行星轮系
其中一个齿轮的转动轴线绕着另 一固定轴线转动，行星轮既可绕 自身轴线自转，又可绕固定轴线
公转。
混合轮系
由定轴轮系和行星轮系组合而成， 既有定轴轮系的自转运动，又有
行星轮系的公转和自转运动。
凸轮机构
机构运动分析的方法
总结词
机构运动分析的方法主要包括解析法和图解法两种。
详细描述
解析法是通过建立数学模型，运用数学工具进行求解的方法。这种方法精度高，适用于对机构进行精确的运动学 和动力学分析。图解法是通过作图和测量来分析机构运动的方法，这种方法直观易懂，适用于初步了解机构的运 动关系。
机械原理第二章
1——输入
2 5 1
4——输出
计算自由度:
F=3ㄨ4–2ㄨ4–1ㄨ2=2
4
6）二构件组成若干个平面高副，但接触点间的距离 为常数或各接触点处的公法线彼此重合。
1
2
去掉一个高副
3
计算自由度:
F=3ㄨ2 –2ㄨ2 –1ㄨ2=0
F=3ㄨ2 –2ㄨ2 –1ㄨ1=1
等宽凸轮机构
等径凸轮机构
虚约束的本质是什么?
机构的具有确定运动的条件：
1)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动； 2)若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不 确定的； 3)若Ｆ>０，而原动件数>F，则构件间不能运动或 薄弱处产生破坏； 4)若Ｆ>０且与原动件数相等，则机构各构件间的 相对运动是确定的。
因此，机构具有确定运动的条件是：Ｆ>０且机构 的原动件数等于机构的自由度数。
§2.3.1 运动副和构件的表示方法
1、运动副符号
表示转动副的小圆，圆心必须与相对回转轴重合；表示移 动副的滑块其导路必须与相对移动的方向一致；表示平面 高副的曲线，其曲率中心的位置必须与实际轮廓相符。
2、构件与运动副相联接的表达方法
3、常用机构的简图符号
符号五：
§2.3.2 平面机构运动简图的绘制
2.绘制机构运动简图的方法和步骤
⑴弄清机构的组成情况
按运动传递的顺序，找出原动件、从动件、机架， 确定构件的数目，运动副的数目和类型。
⑵测定与机构运动有关的尺寸
各转动副之间的中心距，轴线固定的转动副到移动 副导路中心线的距离。
⑶正确选择投影平面
选择与机构运动平面相平行的面
⑷选定比例尺按规定符号画出运动简图 （从原动件开始画)）