2.1平面机构的基本组成
机械设计基础课程方案模板
一、课程名称：机械设计基础二、课程简介：机械设计基础是机械类及相关专业的一门专业基础课程，旨在培养学生具备机械设计的基本理论、基本知识和基本技能，提高学生的创新能力和工程实践能力。
本课程通过系统讲解机械设计的基本原理、设计方法和设计步骤，使学生能够运用所学知识分析和解决实际问题。
三、课程目标：1. 理解机械设计的基本概念、基本原理和基本方法；2. 掌握机械设计的基本计算方法和设计步骤；3. 熟悉机械设计的基本规范和标准；4. 培养学生的创新思维和工程实践能力；5. 提高学生的团队合作和沟通能力。
四、课程内容：1. 绪论1.1 机械设计的基本概念1.2 机械设计的基本原理和方法1.3 机械设计的基本步骤2. 平面机构2.1 平面机构的组成2.2 平面机构的类型和特点2.3 平面机构的运动分析3. 凸轮机构3.1 凸轮机构的组成3.2 凸轮机构的类型和特点3.3 凸轮机构的运动分析4. 间歇运动机构4.1 间歇运动机构的组成4.2 间歇运动机构的类型和特点4.3 间歇运动机构的运动分析5. 螺纹连接5.1 螺纹连接的原理和特点5.2 螺纹连接的计算和设计6. 轴毂连接6.1 轴毂连接的原理和特点6.2 轴毂连接的计算和设计7. 带传动和链传动7.1 带传动和链传动的原理和特点7.2 带传动和链传动的计算和设计8. 齿轮传动8.1 齿轮传动的原理和特点8.2 齿轮传动的计算和设计9. 轮系9.1 轮系的组成和类型9.2 轮系的设计和计算10. 轴10.1 轴的类型和特点10.2 轴的设计和计算11. 轴承11.1 轴承的类型和特点11.2 轴承的设计和计算12. 联轴器、离合器和制动器12.1 联轴器、离合器和制动器的类型和特点12.2 联轴器、离合器和制动器的设计和计算13. 机械的平衡与调速13.1 机械的平衡与调速的原理和特点13.2 机械的平衡与调速的设计和计算14. 弹簧14.1 弹簧的类型和特点14.2 弹簧的设计和计算五、教学方法：1. 讲授法：系统讲解机械设计的基本理论、基本知识和基本方法；2. 讨论法：组织学生讨论机械设计中的实际问题，提高学生的创新思维和工程实践能力；3. 案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解机械设计在实际工程中的应用；4. 实验法：通过实验操作，使学生掌握机械设计的基本技能。
第三章平面连杆机构——平面机构的运动简图
例1 卡车翻斗卸料机构示意图
1. 确定机构组成: 2. 车体1-机架 3. 活塞杆3-原
动件 4. 翻斗2、液压
缸体4为从动件
2.运动副类型: 3和4——移动副 3和2——转动副 4和1——转动副 2和1 ——转动副
3.机构草图绘制 测量各运动副 相对位置实际尺寸。 本图中,测量Lab,Lbc 以及BC连线与水平线 的夹角。
▪ 作业：2-4
例如：1、轴与轴承间构成运动副，轴的外圆柱面与轴承 内孔为运动副元素。
2、凸轮与尖顶间构成运动副，凸轮与尖顶接触部 分为运动副元素。
二、 运动副分类 （一）平面运动副
按两构件接触特性，常分为低副、高副两大类。
1、低副：两构件以面接触而形成的运动副。按运动特性可分 为转动副和移动副。
(1) 转动副：只能在一个平面内做相对转动, 也称铰链。 两构件中如有一个构件固定不动, 则称为固定铰链； 二者均能转动， 则称为活动铰链。
活塞2 顶杆8 连杆5
曲轴6
5）用简单线条和规定符号 表示出各构件和运动副， 画出机构运动简图。
齿轮10
排气阀4 气缸体1
凸轮7
习题
画出图示平面机构的运动简图
▪ 课后要求
1、明确绘制机构运动简图的目的
机构运动简图与真实机构具有完全相同的运动特性，主 要用于简明地表达机构的传动原理.
2、熟练掌握好运动副的基本知识
(a)固定铰链
(b)活动铰链
(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。
移动副
转动副
转动副、移动副实例
2、高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副
齿轮副
（二）空间运动副
若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空 间运动副。如：球面副、螺旋副。
第02章--平面机构及自由度计算PPT课件
F3 n2P LP H
10
2.3.2 计算平面机构自由度时应注意的事项
实际工作中，机构的组成比较复杂，运用公式 计算 F3n2PLPH 自由度时可能出现差错，这是由于机构中常常存在一些特 殊的结构形式，计算时需要特殊处理。
(1) 复合铰链 (2) 局部自由度 (3) 虚约束
图2-3 构件的自由度 4
1.1.3 课程任务
❖ 机构由若干个相互联接起来的构件组成。机构中两构件之间 直接接触并能作确定相对运动的可动联接称为运动副。如图 2-1(b)所示的内燃机的轴与轴承之间的联接，活塞与汽缸之 间的联接，凸轮与推杆之间的联接，两齿轮的齿和齿之间的 联接等。
❖ 两个构件构成运动副后，构件的某些独立运动受到限制，这 种运动副对构件的独立运动所加的限制称为约束。运动副每 引入一个约束，构件就失去一个自由度。
平面机构及自由度计算
所有构件均在同一平面或相互平行的平面内运动的机构 称为平面机构。工程中常用机构大多数都是平面机构。如图 2-1(a)所示的卡车自动卸料机构、如图2-1(b)所示的内燃机 中的机构都属于平面机构。
图2-1 平面机构 1
平面机构及自由度计算
2.1 平面机构的组成 2.2 平面机构运动简图 2.3 平面机构的自由度计算
11
2.3.3 平面机构具有确定运动的条件
机构相对机构是由构件和运动副组成的系统，机构要实 现预期的运动传递和变换，必须使其运动具有可能性和确 定性。
如图2-14(a)所示的机构，自由度F=0；如图2-14(b)所 示的机构，自由度F=-1，机构不能运动。
如图2-15所示的五杆机构，自由度F=2，若取构件1为 主动件，当只给定主动件1 的位置角1时，从动件2、3、 4的位置既可为实线位置，也可为虚线所处的位置，因此其 运动是不确定的。若取构件1、4为主动件，使构件1、4都 处于给定位置1、4时，才使从动件获得确定运动。
机械原理2
（3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运 动副和机构的符号，最后用简单线条连接即得机构运动简图。
机械原理
第2章 平面机构的结构分析
1-原动；4-机架。
1-4在A处组成回转副；
例2-1：
1-2在B处组成回转副； 2-3组成移动副； 3-4组成移动副。
B
3 2 1
A 4
机械原理
构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统。 按运动分 平面运动链 空间运动链 闭式运动链 （简称闭链）
运动链
按结构分
开式运动链
（简称开链）
2 3 4 1
1
2 3 4
2 1
4
3 4
3 2 1
5
平面闭式运动链
空间闭式运动链
平面开式运动链
空间开式运动链
机械原理
第2章 平面机构的结构分析
运动链与机构的联系： （1）一个闭式运动链； （2）将一构件固定不动（机架）； （3）一个或数个构件具有确定的运动（原动件）； （4）原动件运动时，从动件就有确定的运动。 运动链 机构
机械原理
第2章 平面机构的结构分析
1、基本公式
每个作平面运动的自由构件有3个自由度； 每个低副引入2个约束，即所限制的自由度为2。 每个高副引入1个约束，即所限制的自由度为1； 所以，若某机构含有n个活动构件， PL 个低副， PH 个高 副，则该机构的自由度(degrees of Freedom)：
第2章 平面机构的结构分析
例2-2
偏心泵机构运动简图
机械原理
第2章 平面机构的结构分析
机械原理
第2章 平面机构的结构分析
例2-3
偏心轮机构运动简图
1 4 3
机械设计基础 自由度课件
2.3 平面机构的自由度（重点）
移动副：限制了构件一个移动和绕平面的轴转动， 保留了沿移动副方向的相对移动，所以平面运动的 一个移动副也引入两个约束，保留一个自由度。
2.3 平面机构的自由度（重点）
一个平面高副引入一个约束，保留两个自由度。
动画
2.3 平面机构的自由度（重点）
综上所述，平面机构中，
B
4
2 D 1
AD=BD=DC C3
1.机构中联结构件与被联结构件在联 接处的轨迹重合 2.两构件组成若干个导路中心线 互相平行或重叠的移动副 1 A
A
B
2
3 C 4
F 3 3 2 4 1
2.3 平面机构的自由度（重点）
常见的虚约束： 3.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。 B 2 C 2' 2 1 C B 5 A D 3 A 1 D E
F 3n 2 PL PH 3 4 2 5 1 0 2
F=2
B 1
2
5
3
D
4
A
E
n=4 pL=5 pH=0
2.3 平面机构的自由度（重点）
二、机构具有确定相对运动的条件
结论： 1.机构可能运动的条件是： 1 2 C B 2 机构自由度数 F1。 3 3 A 1 2.机构具有确定运动的条 4 n=2, P5=3,F=0 D 件是： 输入的独立运动数目 n=3, P5=4, P4=1, F=0 等于机构自由度数 F。 即主动件数等于机构 自由度数F 。 1 A B 2 C 3 D 4
2
B
1 A B
D
E
G
复合铰链 6 7 A O
F
C H
E
局部自由度
平面构成的基本形式
平面构成的基本形式平面构成是指由各种图形、线条和色彩等元素在平面上有机组合而成的形态结构。
在视觉设计、绘画、建筑、工业设计等领域中，平面构成是非常重要的概念。
平面构成可以使画面更具有美感和艺术感，同时也能够有效地传达信息和理念。
在平面构成中，有一些基本的形式和元素被广泛应用。
下面将对其中几种常见的基本形式进行介绍。
1.点点是最简单的几何元素，可以被看作是没有大小和形状的。
在平面构成中，点经常被用作构成其他形式的基础。
点的位置可以决定整个平面结构的组成和分布。
2.线线是由点在平面上的移动轨迹组成的。
线可以是直线、曲线、折线等。
线具有方向性和长度。
在平面构成中，线可以用来连接不同的点或形成一定的线条组合，从而创造出各种视觉效果。
3.形状形状是由点和线组成的封闭图形。
常见的形状有矩形、三角形、圆形等。
形状可以是简单的，也可以是复杂的。
在平面构成中，形状的大小、位置和组合方式对整体视觉效果起着重要的影响。
形状可以用来划分空间、表达意象或进行装饰。
4.空间平面构成不仅仅是在二维平面上进行的，通过运用透视原理，可以创造出立体的空间感。
空间是指在平面上通过线条和形状的布局和组合，使人们产生一种深度和远近的错觉。
通过空间的处理，可以使画面更具立体感和逼真感。
5.色彩色彩在平面构成中起到了非常重要的作用。
色彩可以增加图像的丰富性、表现力和感染力。
不同的颜色有不同的情绪和意义，通过选择和运用不同的颜色，可以使平面构成更具有个性和独特性。
色彩也可以用来创造对比和层次，从而产生引人注目的效果。
6.质感质感是指通过线条、形状、色彩等元素的运用，使平面构成呈现出不同的质感和触感。
质感可以是柔软的、坚硬的、光滑的、粗糙的等等。
通过质感的表现，可以使平面构成更加真实和具体。
这些基本的形式和元素可以在平面构成中灵活地进行组合和运用，创造出各种丰富多样的效果和表现。
平面构成的基本形式是创造和表达的基础，艺术家和设计师可以通过对这些基本形式的运用，创造出独特而有吸引力的平面作品。
机构运动简图及平面机构自由度
与运动无关的因素：诸如构件的外形、截/断面尺寸、运动副 内部结构…...。
包含的主要内容：构件的数目、长度、运动副的类型、数目、 运动副之间的相对位置，注明原动件和机架等。
常见平面运动构件表示方法
转 动 副
移 动 副
2
平 面 高 副
3
2 1 1 2
1
曲面高副
齿轮高副
凸轮高副
常见平面运动构件表示方法
4
n=3 ; PL =4 ; Ph=0 F=3×3 - 2×4=1 例3:
6 2 3 4 5
n=2 ; PL =2 ; Ph=1
F=3×2 - 2×2-1=1 n=6 ; PL =8 ; Ph=0 F=3×6 - 2×8=2 ?
1
平面机构具有确定运动的条件
1. 机构的自由度F：机构所具有独立运动的数目。
和虚约束
局部自由度
C B 1 A 2 3 1 F=1 4 A D 1 B 2 1 3 4 D
C
2
5
F=2
2. 机构具有确定运动的条件
原动件数小于自由度数
（ 单 击 播 放 ） （ 单 击 播 放 ）
机构无确定运动
原动件数大于自由度数
机构在薄弱处损坏
•平面机构具有确定运动的条件： 1、自由度数＞0 2、 机构原动件个数应等于机构的自由度数目。
移动副
y
t
X
n
2
转动副
一个平面低副带入两个约束。
一个平面高副带入一个约束。
平面机构自由度的计算
1、自由度计算公式:
C
F = 3 n –2 PL– PH
n — 机构中活动构件的数目 PL— 机构中低副的个数 PH — 机构中高副的个数
第2章平面机构运动简图
第2章平面机构运动简图
2.1.2 构件
2.具有移动副元素 和转动副元素的构件
单缸内燃机
第2章平面机构运动简图
2.1.3.构件和运动副的表示方法（表2-1）
1
2
3 4
构件的结构及其表示
第2章平面机构运动简图
运动副的表示
2
2
2
2
1
1
1
1
(a)
(b)
(c)
(d)
转动副的表示
第2章平面机构运动简图
第2章 平面机构的运动简图 及自由度
2.1 机构的组成 2.2 平面机构的运动简图 2.3 平面机构自由度
第2章平面机构运动简图
本章知识导读
1.主要内容 机构的组成及运动特点，平面机构 运动简图的绘制以及机构自由度的计算。 2.重点、难点提示 平面机构运动简图的绘制以及机构 自由度的计算。
第2章平面机构运动简图
2.1 机构的组成—构件与运动副
齿轮机构
凸轮机构
第2章平面机构运动简图
连杆机构
2.1 机构的组成—构件与运动副
2.1.1 运动副
1.运动副的概念
两构件之间直接接触并能产生 一定相对运动的连接称为运动副。
两构件只能在同一平面内做 相对运动的运动副称为平面运动副。
第2章平面机构运动简图
2.1.1 运动副
=3×7-2×10-0=1
第2章平面机构运动简图
2.3.3 复合铰链、局部自由度和虚约束
2.局部自由度
局部运动并不影响其他构件的运动。这些构件所产生的 这种局部运动的自由度称为局部自由度。
在计算机构自由 度时，局部自由度应 略去不计。
该机构的自由度为 F=3n-2PL -PH
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平面运动副
接触面为平面
平面运动副
约束数为 2
平面运动副
定义
2、高副：两构件之间通过点或线接 触组成的运动副。
高副
空间运动副
空间螺旋副
空间运动副
空间球面副
空间运动副
空间球面副
三、运动链
定义
运动链：若干构件通过运动副联接而成的
系统。
闭链：运动链中各构件构成首尾相接的封闭 系统。
开链：运动链中各构件不构成首尾相接的封
二、运动副的分类
01 平面运动副 运动副
02 空间运动副
平面运动副
低副
平面 运动副
高副
平面运动副
定义
1、低副：两构件通过面接触组成的运动副。
①转动副：两构件组成只能做相对转动的
运动副。
别称：回转副、铰链
平面运动副
接触面为圆柱面
平面运动副
约束数为 2
平面运动副
定义
②移动副：两构件组成只能做相对移动 的运动副。闭系统。三、运 Nhomakorabea链2
3
1
4
闭链
三、运动链
23
1
4
开链
三、运动链
机械手
四、机构
机 架：机构中的固定构件。
原动件：按给定运动规律独 立运动的构件。
从动件：随原动件做确定相对 运动的构件。
2 从动件
3 4
1
原动件
机架
机构由原动件、从动件、机架组成。
谢谢
绘制机构运动简图。
02
机构结构分析的研究内容
01 平面机构的基本组成 02 平面机构的运动简图
03 平面机构的自由度计算
平面机构的基本组成
一、运动副、约束的概念
定义
1、运动副：两构件直接接触，并能产
生一定相对运动的联接。
三个条件： 两个构件， 直接接触， 有相对运动
一、运动副、约束的概念
轴与轴承联接
一、运动副、约束的概念
活塞
气缸体
活塞与气缸联接
一、运动副、约束的概念
两齿轮轮齿啮合
一、运动副、约束的概念
定义
2、约束：运动副对构件独立运动的限制。
3、约束数：运动副所限制的独立运动的数目。
一、运动副、约束的概念
y
x
一、运动副、约束的概念
定义
4、运动副元素:两个构件上参与接触而构成运动副的 点、线、面部分。
第二章 平面机构的结构分析
平面机构的结构分析
平面机构：组成机构的所有构件都在
同一平面或相互平行的平面内。
平面机构的结构分析
平面机构的结构分析
定义
空间机构：组成机构的所有构件不
都在同一平面或相互平行的平面内。
平面机构的结构分析
机构结构分析的目的
研究机构运动的可能性及其
01
具有确定运动的条件。