机械原理第二章
合集下载
机械原理第二章
3. 讨论--机构的自由度数与原动件数 讨论---机构的自由度数与原动件数
第二章 机构的结构分析和综合
成都大学工业制造学院 孙付春
名词解释
机构的分析—指对现有机构进行 机构的分析 指对现有机构进行 的结构分析、运动分析和动力 的结构分析、 分析。 分析。 机构的综合—指设计新的机构 指设计新的机构， 机构的综合 指设计新的机构， 包括机构的选型、 包括机构的选型、运动设计和动 力设计。 力设计。
自由度与约束分析图
3. 平面机构自由度计算公式
F = 3 n - 2 PL - PH n—表示机构中活动构件总数； 表示机构中活动构件总数； 表示机构中活动构件总数 PL —表示机构中低副总数； 表示机构中低副总数； 表示机构中低副总数 PH —表示机构中高副总数； 表示机构中高副总数； 表示机构中高副总数 F —表示机构的自由度数。 表示机构的自由度数。 表示机构的自由度数
观察下列运动副的约束情况
1.转动副(圆柱铰链) 转动副(圆柱铰链) 转动副
观察下列运动副的约束情况
2.移动副 移动副
观察下列运动副的约束情况
3.柱面高副，线接触，齿轮副也属此 柱面高副，线接触， 柱面高副 类型
观察下列运动副的约束情况
4. 球面副 (球铰链) 球铰链) 球铰链
观察下列运动副的约束情况
分析下列机构的自由度(2) 分析下列机构的自由度
F =3×3-2×5=-1 × - × F = -1 ，说明：不是一个可 说明： 动运动链， 动运动链，是一个超静定桁 比静定桁架更稳定。 架，比静定桁架更稳定。 F =3×4-2×5=2 × - × F = 2 ，说明：机构具有2个 说明：机构具有2 独立运动，若给定2个原动件 独立运动，若给定 个原动件 通常取与机架相联的2个构 (通常取与机架相联的 个构 件为原动件) 件为原动件)，则机构具有确 定的运动。 定的运动。
机械原理第二章连杆机构(杨家军版)
3、平面连杆机构的应用
机械手
汽车中那些部位用到连杆机构
起重装置
§3-2 平面四杆机构的基本类型及应用
一、平面四杆机构的基本形式 1. 构件及运动副名称 构件名称：
连架杆——与机架连接的构件 曲柄——作整周回转的连架杆 摇杆——作来回摆动的连架杆 连杆——未与机架连接的构件 机架——固定不动的构件
α1 180° +θ t1 V2 ω = α = = = 180° -θ V1 2 t2 ω
连杆机构输出件具有急回特性的条件： 1）原动件等角速整周转动； 2）输出件具有正、反行程的往复运动； 3）极位夹角θ >0。
分析： 180° +θ K= 180° -θ
K≥1,K=1时无急回特性
设计具有急回特性的机构时，一般先根据使用要求给 定K值，则有 (K-1) θ=180° (K+1) θ＝ 0 θ≠0 θ↑,K↑,急回运动越明显，一般取K＜2
●导杆机构（曲柄为主动件） ●导杆机构（摇杆为主动件）
α B2 ≡0°
3 2 1 3 A B VB2 D 4 FB2 1 2 FB3 B D VB2 FB2 FB1
机构压力角:在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下， 机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受 力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角， 通常用α 表示。P50
传动角：压力角的余角。 通常用γ 表示.
F2 C
B
A
δ
D
γ F α
F1
vc
机构的传动角和压力角作出如下规定： γ min≥[γ ]；[γ ]= 3060°； α max≤[α ]。 [γ ]、[α ]分别为许用传动角和许用压力角。
C
(2) 推广到导杆机构 结论：有急回特性，且极位夹角等于摆杆摆角，即
机械原理第二章
l 1 cos1 l 2 cos 2 = l 4 l 3 cos3 l 1 sin 1 l 2 sin 2 = l 3 sin 3
1
– 第二级
3 φ3
X
• 第三级
C’’
D
4 – 第四级 » 第五级
整理该方程最后可得：
B A 2 B 2 C2 3 = 2arctg AC B l 3 sin 3 2 = arctg A l 3 cos 3
– 第二级 某些构件的角位移、角速度及角加速度。 • 第三级
◆ 机构运动分析的方法 – 第四级
» 第五级
●图解法 ●解析法
速度瞬心法 矢量方程图解法
2
§2-1 瞬时速度中心及其应用 瞬 心
两构件相对运动速度为零的重 合点称为瞬时转动中心，简称瞬 心。绝对速度为零称为静瞬心， 单击以编辑母版文本样式 绝对速度不为零称为动瞬心。
科氏加速度 的矢量式：
决定科氏加速度 k 12 a B3B2 = 22 VB3B2 方向的简单方法
图解法总结：
图解法口诀 单击以编辑母版标题样式
图解分析列方程, • 单击以编辑母版文本样式 等号两端双进军; 多边形里量尺寸, – 第二级 比例乘来信息灵。 • 第三级
– 第四级 » 第五级
因为 v 1× P P = v 3× P P34 13 14 13
• 单击以编辑母版文本样式 13 所以 v 1 P P34
= v 3第二级 – PP
13 14
• 第三级 = v 3× 13 因为 v 2×P P23第四级 P P23 12 –
v 2 P P23 所以 = 13 v3 P P 12 23
C：极点P代表该构件上速度为零的点。（绝对瞬心）。
1
– 第二级
3 φ3
X
• 第三级
C’’
D
4 – 第四级 » 第五级
整理该方程最后可得：
B A 2 B 2 C2 3 = 2arctg AC B l 3 sin 3 2 = arctg A l 3 cos 3
– 第二级 某些构件的角位移、角速度及角加速度。 • 第三级
◆ 机构运动分析的方法 – 第四级
» 第五级
●图解法 ●解析法
速度瞬心法 矢量方程图解法
2
§2-1 瞬时速度中心及其应用 瞬 心
两构件相对运动速度为零的重 合点称为瞬时转动中心，简称瞬 心。绝对速度为零称为静瞬心， 单击以编辑母版文本样式 绝对速度不为零称为动瞬心。
科氏加速度 的矢量式：
决定科氏加速度 k 12 a B3B2 = 22 VB3B2 方向的简单方法
图解法总结：
图解法口诀 单击以编辑母版标题样式
图解分析列方程, • 单击以编辑母版文本样式 等号两端双进军; 多边形里量尺寸, – 第二级 比例乘来信息灵。 • 第三级
– 第四级 » 第五级
因为 v 1× P P = v 3× P P34 13 14 13
• 单击以编辑母版文本样式 13 所以 v 1 P P34
= v 3第二级 – PP
13 14
• 第三级 = v 3× 13 因为 v 2×P P23第四级 P P23 12 –
v 2 P P23 所以 = 13 v3 P P 12 23
C：极点P代表该构件上速度为零的点。（绝对瞬心）。
机械原理-第二章答案
第2章机构的结构分析1．判断题（1）机构能够运动的基本条件是其自由度必须大于零。
（错误 ）（2）在平面机构中，一个高副引入两个约束。
（错误 ）（3）移动副和转动副所引入的约束数目相等。
（正确 ）（4）一切自由度不为一的机构都不可能有确定的运动。
（错误 ）（5）一个作平面运动的自由构件有六个自由度。
（错误 ）2．选择题(1) 两构件构成运动副的主要特征是（ D ）。
A ．两构件以点线面相接触B ．两构件能作相对运动C ．两构件相连接D ．两构件既连接又能作一定的相对运动(2) 机构的运动简图与（ D ）无关。
A ．构件数目B ．运动副的类型C ．运动副的相对位置D ．构件和运动副的结构(3) 有一构件的实际长度0.5m L =，画在机构运动简图中的长度为20mm ，则画此机构运动简图时所取的长度比例尺l μ是（ D ）。
A ．25B ．25mm/mC ．1:25D ．0．025m/mm(4) 用一个平面低副连接两个做平面运动的构件所形成的运动链共有（B ）个自由度。
A ．3B ．4C ．5D ．6(5) 在机构中，某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为（A ）。
A ．虚约束B ．局部自由度C ．复合铰链D ．真约束(6) 机构具有确定运动的条件是（ D ）。
A ．机构的自由度0≥FB ．机构的构件数4≥NC ．原动件数W ＞1D ．机构的自由度F ＞0, 并且=F 原动件数W(7) 如图2-34所示的三种机构运动简图中，运动不确定是( C )。
A ．（a ）和（b ）B ．（b ）和（c ）C ．（a ）和（c ）D ．（a ）、（b ）和（c ）(8) Ⅲ级杆组应由（ B ）组成。
(a) (c)(b)图2-34A．三个构件和六个低副 B．四个构件和六个低副C．二个构件和三个低副D．机架和原动件(9)有两个平面机构的自由度都等于１，现用一个有两铰链的运动构件将它们串成一个平面机构，这时自由度等于（ B ）。
机械原理第二章
机械原理第二章下面是机械原理第二章的内容，但是不包含标题和重复的文字：1. 引言机械原理是研究机械系统运动和相互作用的科学。
本章将介绍机械原理的基本概念和原理。
2. 平面运动问题2.1 定义和分类机械系统的平面运动可以分为直线运动和曲线运动两类。
本节介绍了这两种运动的定义和分类。
2.2 直线运动直线运动是指物体沿着直线路径移动的运动。
本节讲解了直线运动的基本特点和相关的运动学原理。
2.3 曲线运动曲线运动是指物体沿着曲线路径移动的运动。
本节介绍了曲线运动的特点以及与曲线运动相关的运动学原理。
3. 旋转运动问题3.1 定义和分类机械系统的旋转运动可以分为平面旋转和空间旋转两类。
本节讲解了这两种运动的定义和分类。
3.2 平面旋转平面旋转是指物体围绕一个轴线在平面内旋转的运动。
本节介绍了平面旋转的基本特点和相关的运动学原理。
3.3 空间旋转空间旋转是指物体在三维空间中绕一个轴线旋转的运动。
本节讲解了空间旋转的特点以及与空间旋转相关的运动学原理。
4. 速度和加速度分析4.1 速度分析速度是描述机械系统运动状态的重要参数。
本节介绍了速度的计算方法和分析技巧。
4.2 加速度分析加速度是描述机械系统运动加速度的参数。
本节讲解了加速度的计算方法和分析技巧。
5. 音速和减速控制5.1 音速控制音速控制是调节机械系统的运动速度的一种方法。
本节介绍了音速控制的基本原理和应用。
5.2 减速控制减速控制是调节机械系统的运动速度的另一种方法。
本节讲解了减速控制的基本原理和应用。
6. 总结本章总结了机械原理第二章的内容，并提出了进一步研究的方向和建议。
注意：本文中可能没有具体章节标题，因为要求文中不能有重复的文字。
机械原理——第2章 机构的的组成及结构分析
2
1 1 2
2
1
2 1 2
1
1 1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2 1
1 2
3. 运动链
运动链－两个以上的构件通过运动副的联接 而构成的系统。 工业 机器人
闭式链、
开式链
4. 机构能够用来传递运动和动力的可动装置。 机架－作为参考系的构件，如机床床身、车辆 底盘、飞机机身。
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。
⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形 机构的自由度。 B C 2 E 解：n= 4， PL= 6， PH=0 1 F=3n － 2PL － PH 4 3 =3×4 －2×6 F D A =0 3.虚约束 －－对机构的运动实际不起作用的约束。 计算自由度时应去掉虚约束。 ∵ FE＝AB ＝CD ，故增加构件4前后E 点的轨迹都是圆弧，。 增加的约束不起作用，应去掉构件4。
1.杆组的各个外端副不可以同时加在同
一个构件上，否则将成为刚体。如：
2.机构的级别与原动件的选择有关。
§2－8 平面机构中的高副低代
高副低代：为了使平面低副机构的结构分析和运动
分析的方法能适用于含有高副的平面机构，根据一 定条件将机构中的高副虚拟地以低副代替的方法。 高副低代条件：
1、代替前后机构的自由度不变
一般构件的表示方法
杆、轴构件
固定构件
同一构件
一般构件的表示方法
两副构件
三副构件
注意事项:
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机 带 传 动 齿 轮 齿 条 传 动 圆 锥 齿 轮 传 动
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)）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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) 轨迹重合的情况 在机构中，如果用转动副连接的是 两个构件上运动轨迹相重合的点，该连 接将带入1个虚约束。
AB = BC = BD, DAC = 90° 除 B、C、D点，各点轨迹为一椭圆 D点轨迹是沿 Y 轴的直线
第二章
机构的结构分析和综合
§2-1 机构分析和综合的基本内容 §2-2 机构的组成及其运动简图的绘制 §2-3 机构自由度的计算
§2-4 平面机构的组成原理和结构分析
*§2-5 平面机构的结构综合
返回
§2-1 结构分析和综合的基本内容
机械原理课程对机械的研究主要有以下几个方面： 一、对已有机械进行分析
n 3, PL 5, PH 0 F 3n 2 PL PH 3 3 2 5 0 1
1)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动
n 3, PL 4, PH 0 F 3n 2 PL PH 3 3 2 4 0 1
n 4, PL 5, PH 0 F 3n 2 PL PH 3 4 2 5 0 2
为了便于研究机构的运动，可以撇开构件、运动副的 外形和具体构造，而只用简单的线条和符号代表构件和运 动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成和传 动情况。这样绘制出能够准确表达机构运动特性的简明图
形就称为机构运动简图。
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
Ⅱ级杆组有以下五种形式：
（１）RRR杆组
（２）RRP杆组
（３）RPR杆组
（４）PRP杆组
（５）RPP杆组
除Ⅱ级杆组外，还有Ⅲ、Ⅳ级等较高级的基本杆组。
这是Ⅲ级杆组——由４个构件６个低副组成，具有一个３ 副构件，而每个内副所连接的分支是双副构件。
这是Ⅳ级杆组——由４个构件６个低副组成，有４个内副。
使用虚约束时要注意什么问题?
虚约束是存在于某些特定几何条件下的，但这些条件不满足 时，它就将成为实际有效的约束，从而影响到机构的性能。
保证满足虚约束存在的几何条件，在机械设计中使用 虚约束时，机械制造的精度要提高。
§2-4
平面机构的组成原理和结构分析
机构都是由机架、原动件和从动件组构成的。
一、平面机构的组成原理
机构是具有确定运动的运动链。
平面铰链四杆机构
原动件
从动件
机架 在运动链中，将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按
给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各构件都
有确定的相对运动，则此运动链成为机构。 机构常分为平面机构和空间机构两类
四、机构运动简图的绘制
1.机构运动简图
（例：内燃机机构运动简图）
注意 在杆组并接时，不能将同一杆组的各个 外运动副接于同一构件上，否则将起不到增加杆组 的作用。
外运动副：在杆组中，不与其他构件相连的运动副 内运动副：在杆组中，已经相连两个构件本杆组的运动副全为低副，则基本杆组自由度 的计算公式为：
F 3n 2PL 0
机械的结构分析
机械的运动分析 机械的动力分析
二、设计新的机械
设计机构 机构的选型 机构的运动设计 机构的动力设计
机械系统总体运动方案设计
本章的任务：研究机构的结构分析与类型综合 1.研究机构的组成要素及机构运动简图的绘制 2.研究机构的自由度计算及机构具有确定运动的条件 3.研究机构的组成原理 4.研究平面机构的类型综合方法
如果两构件在多处接触而构成平面高副，但各接触点处的公 法线方向并不彼此重合，则为复合高副，相当于一个低副（移动 副或转动副）。
虚约束的本质是什么?
从运动的角度看,虚约束就是“重复的约束” 或者是“多余的约束”。
机构中为什么要使用虚约束?
a.使受力状态更合理
b.增加机构的刚度
c.考虑机构在特殊位置的运动
螺 旋 副
V
1
2.根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类 运动副元素以点或线接触的运动副称为高副。
球面高副
柱面高副
运动副元素以面接触的运动副称为低副。
球面低副
移动副
转动副
3.根据组成运动副的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
移动副
转动副(铰链或回转副)
三、运动链与机构
运动链：两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统 闭式运动链（闭链）
运动链的各构件构成首末封闭的系统
开式运动链（开链）
运动链的各构件未构成首末封闭系统
机 构：在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一
个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链 中其余各活动构件都有确定的相对运动，则此运动链称为机构。
D
A
B
C
F = 3×1 - 2×2 = -1
5）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。
带虚约束的行星轮系
F 3 5 2 5 1 6 1
F 3 3 2 3 1 2 1
对称部分：机构中存在对传递运动不起独立作用的对称部分。
6）平面高副，且各接触点处的公法线彼此重合。
还能进一步分解吗？
这样的从动件组已经不能进一步分解成更简单、自由度为零 的从动件组。
通常把这样的从动件组称为：
基本杆组
基本杆组的概念非常重要，它是机构分析 的重要的理论基础。
机构的组成原理
任何机构都可以看作是由
若干个基本杆组依次连接于
原动件和机架上所组成的
机架 任何复杂的机构 原动件 若干基本杆组
2)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：机构的原动件数 等于机构的自由度数； 3)若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不确定的； 4）若Ｆ>０，而原动件数>F，则构件间不能运动或产生破坏。
三、计算机构自由度时应注意的事项
1. 复合铰链
比例l
实际构件长度（ m） 图示构件长度（ mm）
(4)标注——构件编号、运动副字母、原动件箭头。
举例： 内燃机机构运动简图绘制 颚式破碎机机构运动简图绘制
绘制牛头刨床机构的运动简图
例-2 试绘制图示油泵的机构运动简图。
1,2
B
1
A
2 4
B
A
4,1 2,3
1,2
B
1
A
2 4
B
C
3
3,4
C
C
简图称为机构示意图。
原动件： 构 件 表 示 方 法
2 1 1
2
固定构件：
构件刚化：
运 动 副 表 示 方 法
构 件 或 机 构 表 示 方 法
2.机构运动简图的绘制
(1)分析机构运动，弄清构件数目； (2)判定运动副的类型和数目——按接触情况和相对运动 (3)表达运动副和构件； 三选——选视图、选比例、选位置
置时所必须给定的独立运动参数的数目。机构的自由 度数也就是机构应当具有的原动件数目。
计算下列机构的自由度
n 2, PL 3, PH 0 F 3n 2 PL PH 3 2 2 3 0 0
n 3, PL 5, PH 0 F 3n 2 PL PH 3 3 2 5 0 1
由两个以上构件在同一处构成的重合转动副称为复合铰 链。由m个构件构成的复合铰链应当包含(m-1)个转动副。
例：
准确识别复合铰链举例 关键：分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副
3 4 两个转动副 3 两个转动副 1 3 4 1 2 4 两个转动副
1
3
2
1 3
2
1
4
2
1
2
3 两个转动副
2
两个转动副
两个转动副
2. 局部自由度
不影响机构整体运动的自由度，称为局部自由度。
在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。
解决方案：计算机构自由度时，假想滚子和安装滚子的构件固
接为一个整体，成为一个构件或在计算结果中去除局部自由度
3.虚约束
在机构中，有些约束所起的限制作用可能是重复的，这 种不起独立限制作用的约束称为虚约束。
运动副是机械原理中最重要的概念之一
对运动副的理解要把握以下三点：
（１）运动副是一种联接； （２）运动副由两个构件组成； （３）组成运动副的两个构件之间有相对运动
以上是机构的两大组成要素 可以说：机构是由运动副逐一联接各个构件组成的。
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
表2-1 常用运动副及其简图
名 称 球 面 高 副 柱 面 高 副 球 面 低 副 球 销 副 图 形 简图符号 副级 自由度 名 称 圆 柱 套 筒 副 转 动 副 图 形 简图符号 副级 自由度
I
5
IV
2
II
4
V
1
III
3
移 动 副
V
1
IV
2
常见的虚约束有以下几种情况:
１）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时，
则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。
带虚约束的凸轮机构
２）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有 一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
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
带虚约束的杆机构
4) 轨迹重合的情况 在机构中，如果用转动副连接的是 两个构件上运动轨迹相重合的点，该连 接将带入1个虚约束。
AB = BC = BD, DAC = 90° 除 B、C、D点，各点轨迹为一椭圆 D点轨迹是沿 Y 轴的直线
第二章
机构的结构分析和综合
§2-1 机构分析和综合的基本内容 §2-2 机构的组成及其运动简图的绘制 §2-3 机构自由度的计算
§2-4 平面机构的组成原理和结构分析
*§2-5 平面机构的结构综合
返回
§2-1 结构分析和综合的基本内容
机械原理课程对机械的研究主要有以下几个方面： 一、对已有机械进行分析
n 3, PL 5, PH 0 F 3n 2 PL PH 3 3 2 5 0 1
1)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动
n 3, PL 4, PH 0 F 3n 2 PL PH 3 3 2 4 0 1
n 4, PL 5, PH 0 F 3n 2 PL PH 3 4 2 5 0 2
为了便于研究机构的运动，可以撇开构件、运动副的 外形和具体构造，而只用简单的线条和符号代表构件和运 动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成和传 动情况。这样绘制出能够准确表达机构运动特性的简明图
形就称为机构运动简图。
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
Ⅱ级杆组有以下五种形式：
（１）RRR杆组
（２）RRP杆组
（３）RPR杆组
（４）PRP杆组
（５）RPP杆组
除Ⅱ级杆组外，还有Ⅲ、Ⅳ级等较高级的基本杆组。
这是Ⅲ级杆组——由４个构件６个低副组成，具有一个３ 副构件，而每个内副所连接的分支是双副构件。
这是Ⅳ级杆组——由４个构件６个低副组成，有４个内副。
使用虚约束时要注意什么问题?
虚约束是存在于某些特定几何条件下的，但这些条件不满足 时，它就将成为实际有效的约束，从而影响到机构的性能。
保证满足虚约束存在的几何条件，在机械设计中使用 虚约束时，机械制造的精度要提高。
§2-4
平面机构的组成原理和结构分析
机构都是由机架、原动件和从动件组构成的。
一、平面机构的组成原理
机构是具有确定运动的运动链。
平面铰链四杆机构
原动件
从动件
机架 在运动链中，将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按
给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各构件都
有确定的相对运动，则此运动链成为机构。 机构常分为平面机构和空间机构两类
四、机构运动简图的绘制
1.机构运动简图
（例：内燃机机构运动简图）
注意 在杆组并接时，不能将同一杆组的各个 外运动副接于同一构件上，否则将起不到增加杆组 的作用。
外运动副：在杆组中，不与其他构件相连的运动副 内运动副：在杆组中，已经相连两个构件本杆组的运动副全为低副，则基本杆组自由度 的计算公式为：
F 3n 2PL 0
机械的结构分析
机械的运动分析 机械的动力分析
二、设计新的机械
设计机构 机构的选型 机构的运动设计 机构的动力设计
机械系统总体运动方案设计
本章的任务：研究机构的结构分析与类型综合 1.研究机构的组成要素及机构运动简图的绘制 2.研究机构的自由度计算及机构具有确定运动的条件 3.研究机构的组成原理 4.研究平面机构的类型综合方法
如果两构件在多处接触而构成平面高副，但各接触点处的公 法线方向并不彼此重合，则为复合高副，相当于一个低副（移动 副或转动副）。
虚约束的本质是什么?
从运动的角度看,虚约束就是“重复的约束” 或者是“多余的约束”。
机构中为什么要使用虚约束?
a.使受力状态更合理
b.增加机构的刚度
c.考虑机构在特殊位置的运动
螺 旋 副
V
1
2.根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类 运动副元素以点或线接触的运动副称为高副。
球面高副
柱面高副
运动副元素以面接触的运动副称为低副。
球面低副
移动副
转动副
3.根据组成运动副的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
移动副
转动副(铰链或回转副)
三、运动链与机构
运动链：两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统 闭式运动链（闭链）
运动链的各构件构成首末封闭的系统
开式运动链（开链）
运动链的各构件未构成首末封闭系统
机 构：在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一
个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链 中其余各活动构件都有确定的相对运动，则此运动链称为机构。
D
A
B
C
F = 3×1 - 2×2 = -1
5）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。
带虚约束的行星轮系
F 3 5 2 5 1 6 1
F 3 3 2 3 1 2 1
对称部分：机构中存在对传递运动不起独立作用的对称部分。
6）平面高副，且各接触点处的公法线彼此重合。
还能进一步分解吗？
这样的从动件组已经不能进一步分解成更简单、自由度为零 的从动件组。
通常把这样的从动件组称为：
基本杆组
基本杆组的概念非常重要，它是机构分析 的重要的理论基础。
机构的组成原理
任何机构都可以看作是由
若干个基本杆组依次连接于
原动件和机架上所组成的
机架 任何复杂的机构 原动件 若干基本杆组
2)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：机构的原动件数 等于机构的自由度数； 3)若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不确定的； 4）若Ｆ>０，而原动件数>F，则构件间不能运动或产生破坏。
三、计算机构自由度时应注意的事项
1. 复合铰链
比例l
实际构件长度（ m） 图示构件长度（ mm）
(4)标注——构件编号、运动副字母、原动件箭头。
举例： 内燃机机构运动简图绘制 颚式破碎机机构运动简图绘制
绘制牛头刨床机构的运动简图
例-2 试绘制图示油泵的机构运动简图。
1,2
B
1
A
2 4
B
A
4,1 2,3
1,2
B
1
A
2 4
B
C
3
3,4
C
C
简图称为机构示意图。
原动件： 构 件 表 示 方 法
2 1 1
2
固定构件：
构件刚化：
运 动 副 表 示 方 法
构 件 或 机 构 表 示 方 法
2.机构运动简图的绘制
(1)分析机构运动，弄清构件数目； (2)判定运动副的类型和数目——按接触情况和相对运动 (3)表达运动副和构件； 三选——选视图、选比例、选位置
置时所必须给定的独立运动参数的数目。机构的自由 度数也就是机构应当具有的原动件数目。
计算下列机构的自由度
n 2, PL 3, PH 0 F 3n 2 PL PH 3 2 2 3 0 0
n 3, PL 5, PH 0 F 3n 2 PL PH 3 3 2 5 0 1
由两个以上构件在同一处构成的重合转动副称为复合铰 链。由m个构件构成的复合铰链应当包含(m-1)个转动副。
例：
准确识别复合铰链举例 关键：分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副
3 4 两个转动副 3 两个转动副 1 3 4 1 2 4 两个转动副
1
3
2
1 3
2
1
4
2
1
2
3 两个转动副
2
两个转动副
两个转动副
2. 局部自由度
不影响机构整体运动的自由度，称为局部自由度。
在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。
解决方案：计算机构自由度时，假想滚子和安装滚子的构件固
接为一个整体，成为一个构件或在计算结果中去除局部自由度
3.虚约束
在机构中，有些约束所起的限制作用可能是重复的，这 种不起独立限制作用的约束称为虚约束。
运动副是机械原理中最重要的概念之一
对运动副的理解要把握以下三点：
（１）运动副是一种联接； （２）运动副由两个构件组成； （３）组成运动副的两个构件之间有相对运动
以上是机构的两大组成要素 可以说：机构是由运动副逐一联接各个构件组成的。
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
表2-1 常用运动副及其简图
名 称 球 面 高 副 柱 面 高 副 球 面 低 副 球 销 副 图 形 简图符号 副级 自由度 名 称 圆 柱 套 筒 副 转 动 副 图 形 简图符号 副级 自由度
I
5
IV
2
II
4
V
1
III
3
移 动 副
V
1
IV
2
常见的虚约束有以下几种情况:
１）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时，
则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。
带虚约束的凸轮机构
２）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有 一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
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