平面结构的定义
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
结构平面图的名词解释
结构平面图的名词解释结构平面图是指用平面图的形式来表示和描述建筑物、构造、建筑元素或者布置在地面上的各种设施的结构和形象。
它是建筑设计和施工中的重要工具，为工程师、设计师和承建商提供了一个易于理解和交流的方式，使他们能够准确地理解和展示复杂的结构关系。
一、定义解释法结构平面图是建筑设计中的一种技术性图纸。
它用平面的形式展示了建筑物内部或外部的结构元素、墙体、柱子、梁、楼板、楼梯、管道等组成部分，并标注了各个构件的尺寸、位置和关系。
结构平面图通常由结构工程师绘制，他们根据系统工程设计的要求和规范，考虑到结构的特殊性，以确保建筑物具有承重、稳定和安全的功能。
二、分类描述法按照用途和范围划分，结构平面图可以分为以下几类：1.楼层平面图：楼层平面图是一种代表建筑物每层平面的结构图。
它显示了墙体、柱子、开口、梁、楼板和楼梯等的位置和尺寸，以及它们之间的关系。
通过楼层平面图，设计师可以在设计过程中考虑到房间布局、空间功能和出入口位置等因素。
2.屋顶平面图：屋顶平面图主要描述建筑物顶部的结构和构造，例如屋顶的形状、坡度、材料和其他细节。
它还显示了天窗、烟囱、通风口以及其他顶部特殊构件的位置和布置。
3.基础平面图：基础平面图呈现了建筑物基础的结构和构造。
它描述了地基、地下室墙、地下排水系统、地脚螺栓和其他基础构件的位置和尺寸。
基础平面图还可以显示地下管道、电缆和其他工程设施的位置。
4.剖面图：剖面图是通过对建筑物进行垂直切割而生成的图。
它显示了建筑物不同部分的高度、厚度和形状。
剖面图可以帮助设计师和施工人员了解细节，如墙体内部的隔层、管道和电缆的布置。
5.立面图：立面图是为了描述建筑物的外立面而制作的图纸。
它显示了建筑物的形状、外观和外部结构细节，如窗户、门、阳台和廊道等。
立面图使设计师和施工人员能够直观地了解建筑物外部的外观效果和结构特点。
三、应用方法法结构平面图在建筑设计和施工中起着至关重要的作用。
它为设计师、工程师、承包商和其他相关人员提供了沟通和交流的桥梁。
平面机构的结构分析
平面机构的结构分析
平面机构是一种由多个连接体组成的机械结构，可以用来传递力和运动。
平面机构通常由连杆、转动副和滑动副组成，可以用来实现直线运动、旋转运动等。
在平面机构中，连杆是连接各个连接体的基本元素，它们可以是刚性的，也可以是柔性的。
转动副和滑动副则是连接连杆的关节，用来传递运动或者力的。
转动副能够使连杆产生相对转动运动，滑动副则能使连杆产生相对滑动运动。
根据不同的传动方式，平面机构可以分为平行四杆机构、串联四杆机构、曲柄摇杆机构等。
平行四杆机构由四个长度相等、平行的连杆组成，可以实现直线运动。
串联四杆机构则由多个连杆相互连接组成，可以使得最后一个连杆产生复杂的轨迹运动。
曲柄摇杆机构由一个转动副和一个滑动副组成，可以实现旋转运动。
在设计和分析平面机构时，需要考虑到各个连接体之间的角度关系、长度关系以及运动规律。
通过运用静力学、运动学和动力学等原理，可以对平面机构进行有效地分析和设计，来确定各个连接体之间的关系和运动规律，以实现所需的运动或者力传递。
总之，平面机构是一种重要的机械结构，通过对其结构和运动规律的分析，可以有效地实现力和运动的传递，被广泛应用于各种机械设备和工程中。
机械原理平面机构的结构分析主要内容：
第一章平面机构的结构分析本章主要内容：１）平面机构运动简图的绘制２）平面机构自由度的计算及机构具有确定运动的条件３）机构的组成原理及结构分析1-1. 研究机构结构的目的(1) 探讨机构运动的可能性及其具有确定运动的条件(2) 将各种机构按结构加以分类，并按分类建立运动分析和动力分析的一般方法(3) 了解机构的组成原理(4) 绘制机构运动简图1-2. 运动副、运动链和机构一、运动副基本概念：1运动副：两构件直接接触形成的可动联接运动副1 运动副2 运动副2运动副元素：参与接触而构成运动副的点、线、面。
3自由度：构件所具有的独立运动的数目4约束：对独立运动所加的限制运动副的分类：1根据运动副的接触形式，运动副归为两类:1）低副：面接触的运动副。
如转动副、移动副。
2）高副：点或线接触的运动副。
如齿轮副、凸轮副。
2根据两构件的空间运动形式，可将运动副分为平面运动副和空间运动副。
1）平面运动副：组成运动副两构件间作相对平面运动，如转动副、移动副、凸轮副、齿轮副。
2）空间运动副：组成运动副两构件间作相对空间运动。
如螺旋副，球面副运动副的约束特点：具有两个约束而相对自由度等于一的平面运动副：转动副和移动副。
具有一个约束而相对自由度等于二的运动副：高副约束一个相对转动而保留两个相对移动的运动副是不可能存在的。
二、运动链•运动链：两个以上构件以运动副联接而成的系统。
•闭链：组成运动链的每个构件至少包括两个运动副元素，该运动链为封闭系统。
•开链：运动链中有的构件只包含一个运动副元素。
三、机构从运动链的角度，机构需具有下列特点:•1) 运动链中有机架•2) 各构件间有确定的运动1-3．平面机构运动简图一、机构运动简图的定义及作用说明机构各构件间相对运动关系的简单图形.机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表示构件和运动副，并按一定比例表示各运动副的相对位置.•组成：线条和符号•符号：表示运动副二、机构运动简图的绘制1.运动副的表示符号：1)两构件构成转动副2)两构件构成移动副3)两构件组成平面高副用两构件接触点（线）附近的两段轮廓表示2.构件的表示方法将该构件上的运动副元素按其位置表示出来，再用简单的线条将这些运动副联接起来，就可表示这个构件。
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。
平面构成的定义
平面构成的定义平面构成的定义平面构成是指由各种形状、颜色、纹理等元素组合而成的二维图像。
这些元素可以是线条、形状、文字、图片等，它们在平面上的排列和组合，形成了整个图像的结构和风格。
一、平面构成的元素1. 线条：线条是平面构成中最基本的元素之一，它可以用来划分空间，强调重点，表现动态等。
2. 形状：形状是由线条所围成的区域，在平面构成中起到了很重要的作用。
不同形状之间可以产生对比和协调效果，给人以不同的视觉感受。
3. 颜色：颜色是平面构成中最具有表现力和感染力的元素之一。
不同颜色之间可以产生明暗对比和冷暖对比等效果，给人以不同情绪和感受。
4. 纹理：纹理是指物体表面所呈现出来的质感或纹路，在平面构成中起到了很好的装饰作用。
通过纹理可以使图像更加真实自然，更具有立体感。
5. 图片：图片是由各种线条、形状、颜色等元素组成的二维图像，它可以用来表现具体的事物、场景或人物形象等。
二、平面构成的原则1. 对比原则：对比是平面构成中最基本的原则之一，它可以通过不同元素之间的大小、形状、颜色等差异来产生明暗对比和冷暖对比等效果。
2. 重复原则：重复是指在平面构成中不断重复相同或类似的元素，从而产生一种整体性和统一感。
3. 平衡原则：平衡是指在平面构成中各种元素之间所呈现出来的相对稳定状态。
通过合理布局和组合，可以使整个图像达到平衡状态，从而更加美观和舒适。
4. 节奏原则：节奏是指在平面构成中通过重复、变化或交替等手段产生一种有规律的动态效果。
它可以使图像更加生动有趣，增强视觉冲击力。
5. 简洁原则：简洁是指在平面构成中尽量避免过多无关元素和杂乱无章的排列。
通过简单明了的布局和组合，可以使整个图像更加清晰易懂，更具有视觉效果。
三、平面构成的应用1. 广告设计：广告设计是平面构成中最常见的应用之一。
通过线条、形状、颜色等元素的巧妙组合，可以使广告更加生动有趣，更具有吸引力和感染力。
2. 包装设计：包装设计是平面构成中另一种重要的应用。
基础、结构平面图、详情图及平法识
熟悉图纸符号和标注
了解结构构件之间的关系
分析施工可行性
指导施工和验收
在解读结构平面图时，应了解 图纸中使用的各种符号和标注 的含义，如梁、板、墙等构件 的表示符号以及尺寸标注等。
通过结构平面图，可以了解各 个结构构件之间的关系和相互 影响。例如，梁和柱的位置关 系、板的支承情况等。这些信 息有助于理解建筑物的整体结 构和传力路径。
• 材料选择与结构形式：基础材料的选择与结构形式对于基础设计至关重要。根 据不同的地质条件和建筑物荷载要求，选择合适的基础材料和结构形式能够提 高基础的承载能力和稳定性。
• 施工方法与监测：基础施工方法的选择与监测对于确保基础质量和安全至关重 要。合理选择施工方法，严格控制施工过程，同时对基础进行监测，及时发现 和处理问题，能够确保基础质量和安全。
基础类型与特点
类型
常见的基础类型包括独立基础、条形基础、筏板基础 、桩基等。不同类型的基础适用于不同的地质条件和 建筑物荷载要求。
特点
独立基础具有结构简单、施工方便的优点，适用于较 小的建筑物荷载和较好的土质条件；条形基础能够提 供较大的承载能力，适用于较大的建筑物荷载和一般 土质条件；筏板基础能够提供更大的承载能力，适用 于高层大跨度建筑物和软弱土质条件；桩基通过将荷 载传递到下层土体中的桩体，提供更高的承载能力， 适用于高层大跨度建筑物和不良地质条件。
根据结构平面图中的信息，分 析施工的可行性。例如，检查 是否存在施工困难或障碍，评 估施工方法和顺序等。这有助 于确保施工过程的顺利进行。
通过结构平面图，施工方可以 了解建筑物的详细结构信息， 从而指导施工过程。在施工完 成后，可以使用结构平面图进 行验收，检查施工结果是否符 合设计要求。
03
【结构设计】结构平面内、平面外的知识点分享
结构平面内、平面外的知识点分享平面内、平面外,根据构件不同形式分为3种情况：板、柱、桁架.1、板的面内面外通常刚性板假定面内刚度无穷大,面外刚度为零,面内就是你站在地面,目光平视看到的板的方向就是面内方向,即水平方向的板的刚度,这个时候如果视板为一个构件,简单的认为其轴向刚度无穷大.面外方向就是水平板的垂直方向,就是你站在楼板上,你自身身体的方向,就是面外方向,这个时候视为其抗弯刚度为零(GA和EA一般是不考虑的),也即分析时不考虑.框架结构分析时,特别是在大学期间手算框架时有明显的体现的,2、弯矩的平面内和平面外还有一种是在柱子的计算中提得比较多,即所谓的弯矩作用平面内和弯矩作用平面外.对单向偏压构件,弯矩所在的平面即弯矩作用平面内,是按照压弯构件计算的,弯矩作用平面内就是取一个柱横截面,做一个垂直于柱横截面的平面,弯矩在这个平面内,这个平面就是弯矩作用平面.规范规定在弯矩作用平面外按轴压构件验算,弯矩作用平面外就是与前面所述的包含了弯矩的那个作用面相垂直的平面,当然也垂直于柱截面.(我认为在通常的平面简化计算中这个解释还是比较圆满的)首先要理解什么是“平面内”和“平面外”.平面内就是指和载荷作用方向一直的方向,平面外就是和载荷作用方向垂直的方向.通常所说的楼板平面内的刚度无限大,是指在水平荷载（地震和风等）作用下,在水平面内可以视为刚体,在该平面内的每一点的位移都是相等的,此时它的截面高度可以认为是整个楼的面宽或进深.而平面外方向就是指楼板的结构厚度,结构厚度通常仅仅为十几公分,和整个楼的面宽或进深的十几米或几十米相比起来,就小多了.刚性楼板：平面内刚度无限大,平面外刚度为零！即忽略了竖向刚度,因此,要考虑楼面梁的翼缘效应！（《高规》5.2.2）弹性楼板6：真实计算面内刚度和面外刚度——采用壳单元,最符合实际情况,可应用于任何工程；但实际上,在采用本假定时,部分楼面竖向荷载将通过楼面的面外刚度直接传递给竖向构件（柱.墙等）,导致梁的弯矩减小,相应的配筋也减小,与实际情况有差别！可应用于板柱结构！弹性楼板3：假定无平面内刚度,而平面外刚度是真实的——采用厚板弯曲单元.可应用于厚板转换层结构！弹性膜：真实计算平面内刚度,忽略平面外刚度——采用平面应力膜单元计算！可应用于工业厂房结构、体育场馆结构、楼板局部开大洞结构及平面弱连接结构！3、桁架的平面内外桁架里面跟桁架处于一个平面的为平面内,垂直于桁架平面的为平面外,跟桁架平面斜交的为斜平面（一般只针对单角钢、双角钢十字形截面）一般来说（注意只是一般情况,不是绝对的）,桁架中都是轴压,平面外的计算长度一般大于平面内的计算长度（因为要考虑经济问题,侧向支撑不可能每个节点布置）.根据合理的设计原则,轴压杆,应尽量使平面内外的长细比大致相同,由于平面外的计算长度大,显然,平面外的回转半径就需要的大,因此,平面外应该为强轴.对于单角钢、双角钢十字形截面,因为有可能绕最弱轴（一般为斜轴方向）,固需要计算绕斜轴失稳的稳定,这个最弱的斜轴的转动平面,就是斜平面.。
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5）机构中对运动不起作用的自由度F=-1 的对称部分存在虚约束。
行星轮
end
计算机构的自由度
2
1 3 4
6
5
n = 5 Pl= 6 F = 3 ×5 – 2 × 6 = 3 n = 5 P l= 7 F = 3 × 5 – 2 × 7 = 1
思考题
n=3 Pl=4 Ph=1 F=3×3-2 × 4-1 × 1=0
n =7
Pl = 10
F = 3×7–2×10 = 1
2)局部自由度（多余自由度）
1、局部自由度：机构中个别构件不影响其它 构件运动，即对整个机构运动无关的自由度。 2、处理办法：在计算自由度时，拿掉这个局 部自由度，即可将滚子与装滚子的构件固接 3 在一起。 C n=2 Pl=2 Ph=1 C n=3 Pl=3 Ph=1 3
第一章
平面机构具有确定 运动的条件
机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构 件的线条来表示机构的运动特性，并根据运动学尺 寸，按一定的比例画成的简单图形。
§1–1 平面机构运动简图的绘制
常用符号
2
1
2
1
B
C
A
D
运动简图的绘制
1 确定原动件
2 确定输出件
3 确定传动件
4 确定构件数量及各构件间的运动副
虚约束一
虚约束二
2）两构件组成的若干个导路中心线互相平 行或重合的移动副。 x2 B 2 C A 1 3 x1 x1 x2 4
3）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。
B
5 A A B 1 2 5 D 4 C 3 F
E
4）在机构整个运动过程中，如果其中某两构件 上两点之间的距离始终不变，则联接此两点的 两个转动副和一个构件形成的约束为虚约束。
１）机构自由 度数 F≥1。 2） 原动件数目等于机构自由度数F。
三、计算机构自由度时应注意的几种 情况
1) 正确确定运动副的数目 由三个或三个以上构件组成的轴线重 合的转动副称为复合铰链。 由m个构件组成的复合铰链应含有 (m-1)个转动副。 1 3 2
4 C
3 5 6
2
B
1 8Pl = 10 F = 3×7–2×10 = 1
5 选择投影面 6 选择比例尺 7 以线条和运动副规定符号表示构件和运动副
例1–1 图示为颚式碎矿机。当曲轴2绕轴心O1连 续回转，动颚板6绕轴心O3往复摆动，从而将矿 石轧碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。
O1 2 O3 1 6 3
A
4
D C B
5
O2
§1–2 平面机构具有确定运动的条件
B A C C
B
D A
C'
D E
D'
一
平面机构的自由度
2 两构件用运动副联接后，彼 此的相对运动受到某些约束。
Y A
1 构件的自由度
低副引入两个约束！
X
O
高副引入一个约束！
3 机构自由度的一般公式 F=3n-2Pl-Ph
n –活动构件数；Pl –低副数；Ph –高副数
n = 3 P l= 4 F = 3 × 3 –2 × 4 = 1
计算机构的自由度
AB//EF//CD且AB=EF=CD F=36-2 7-2=2 G
C
E
B
H
D
F
A
I
F=33-2 3-1 1=2
B A
F=23-2 2-1 1=1
B A 1 2
2
1
3）虚约束
1、虚约束：在机构中与其他运动副作用重 复，而对构件间的相对运动不起独立限制 作用的约束。
2、处理办法：将具有虚约束运动副的构件连 同它所带入的与机构运动无关的运动副一 并不计。
常见的虚约束
1)机构中某两构件用转动副相联的联结点，在 未组成运动副之前，其各自的轨迹已重合为 一，则此联结带入的约束为虚约束。
n = 4 Pl = 5 F = 3 × 4 –2 × 5 = 2
四杆机构
五杆机构
n = 2 P l= 3 F = 3×2 – 2×3= 0 (桁架)
1
3
2
4
n = 3
P l= 5
F = 3×3 – 2×5 = -1 (超静定桁架)
机构自由度是指机构中各活动构件相对于 机架的可能独立运动数目。
二 平面机构具有确定运动的条件