(可修改)第2章 机构运动简图.ppt
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第2章 平面机构的运动简图及其自由度
注意：机构运动简图与原机构具有完全相同的运动特性！
二. 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组成情况和运动 情况，进行运动分析，作为运动设计的目标和构造 设计的依据。也可对机构进行力分析并作为专利性 质的判据。
三. 机构运动简图中运动副的表示方法 机构运动简图中运动副(转动副、移动副)的表示方法如
说明：当原动件数多于机构的自由度时，机构的运动难以确 定。
如图所示静定的桁架（图 a）和超静定的桁架（图 b） ，自由度分别为0和 －1 ，即各构件之间不可 能运动。
桁架在机构分析中作为一个构件(结构体)来对待。 综上所述可知，机构具有确定运动的条件是：机构的
自由度F>0且等于原动件数。
局部自由度
错误
F=3n-2PL-PH= 3*3-2*(2+1)-1=2
正确
F=3n-2PL-PH= 3*2-2*2-1=1
一般在高副接触处，若有滚子存在，则滚子绕自身轴线转动 的自由度属于局部自由度，采用滚子结构的目的在于将高副 间的滑动摩擦转换为滚动摩擦，以减轻摩擦和磨损。
3. 虚约束
对机构的运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。如平行 四边形机构；如图a所示为机车车轮联动机构，图b为其机构 运动简图。
例2-1 绘制如图 (a)所示的颚式破碎机主体机构的运 动简图。
解： （1）分析机构的组成及运动情况 (2) 确定运动副的类型及数量 (3) 选定投影面和比例尺，定出各运动副的相对位置，
绘制出机构运动简图如图 (b)所示。
活塞泵
例：油泵机构 1圆盘 2柱塞 3 构件 4机架
B 1 A
运动副是使两构件直接接触并能产生一定相对运动的 联接。是由两构件组成的可动联接。运动副是约束运 动的，构件组成运动副后，其独立运动受到约束，自 由度便随之减少。如：轴与轴承、凸轮与从动件
二. 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组成情况和运动 情况，进行运动分析，作为运动设计的目标和构造 设计的依据。也可对机构进行力分析并作为专利性 质的判据。
三. 机构运动简图中运动副的表示方法 机构运动简图中运动副(转动副、移动副)的表示方法如
说明：当原动件数多于机构的自由度时，机构的运动难以确 定。
如图所示静定的桁架（图 a）和超静定的桁架（图 b） ，自由度分别为0和 －1 ，即各构件之间不可 能运动。
桁架在机构分析中作为一个构件(结构体)来对待。 综上所述可知，机构具有确定运动的条件是：机构的
自由度F>0且等于原动件数。
局部自由度
错误
F=3n-2PL-PH= 3*3-2*(2+1)-1=2
正确
F=3n-2PL-PH= 3*2-2*2-1=1
一般在高副接触处，若有滚子存在，则滚子绕自身轴线转动 的自由度属于局部自由度，采用滚子结构的目的在于将高副 间的滑动摩擦转换为滚动摩擦，以减轻摩擦和磨损。
3. 虚约束
对机构的运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。如平行 四边形机构；如图a所示为机车车轮联动机构，图b为其机构 运动简图。
例2-1 绘制如图 (a)所示的颚式破碎机主体机构的运 动简图。
解： （1）分析机构的组成及运动情况 (2) 确定运动副的类型及数量 (3) 选定投影面和比例尺，定出各运动副的相对位置，
绘制出机构运动简图如图 (b)所示。
活塞泵
例：油泵机构 1圆盘 2柱塞 3 构件 4机架
B 1 A
运动副是使两构件直接接触并能产生一定相对运动的 联接。是由两构件组成的可动联接。运动副是约束运 动的，构件组成运动副后，其独立运动受到约束，自 由度便随之减少。如：轴与轴承、凸轮与从动件
机械设计 第二章2-2 机构运动简图幻灯片PPT
§2-2 机构运动简图
(The sketch of kinematic of mechanism)
一、 机构运动简图
去掉构件的构造外形， 按一定比例将构件用简单 线条表式，运动副用特殊 符号表示，能说明各构件 间相对运动关系的简单图 形。
二、运动副及构件的表示方法 1、运动副:
移动副:
转动副:
凸轮副: 齿轮副:
2、构件:
固定件:
同一构件:
两副构件: 三副构件:
三、 机构运动简图的画法 步骤：1、将机构动起来，确定原动件,从
2动、件选,运择动多副数和构构件件的数运。动平面为投
3影、面选。择比例尺，从原动件出发， 按规定符号依次画出运动副及 4构、件标。尺寸，算自由度。
Байду номын сангаас
(The sketch of kinematic of mechanism)
一、 机构运动简图
去掉构件的构造外形， 按一定比例将构件用简单 线条表式，运动副用特殊 符号表示，能说明各构件 间相对运动关系的简单图 形。
二、运动副及构件的表示方法 1、运动副:
移动副:
转动副:
凸轮副: 齿轮副:
2、构件:
固定件:
同一构件:
两副构件: 三副构件:
三、 机构运动简图的画法 步骤：1、将机构动起来，确定原动件,从
2动、件选,运择动多副数和构构件件的数运。动平面为投
3影、面选。择比例尺，从原动件出发， 按规定符号依次画出运动副及 4构、件标。尺寸，算自由度。
Байду номын сангаас
第2章 平面机构的运动简图及其自由度
如图a所示为五构件运动链。其自由度为：
F=3n－2PL－PH=3×4－2×5－0=2
若给定一个原动件(构件1)的角位移规律为φ1=φ1(t)，此时构件2、 3、4的运动并不能确定。
说明当原动件数少于机构的自由度时，其运动是不确定的。
又如图b所示四构件机构，其自由度为：
F=3n－2PL－PH=3×3－2×4－0=1
Hale Waihona Puke 零件－连杆体1、连杆头2、轴套3、轴瓦4和5、螺杆6、螺母7、开口销8
二、运动副及其分类
1、构件的自由度——构件所具有的独立运动数目。
在三维空间内自由运动的构 件具有六个自由度。
作平面运动的构件(如图所 示)则只有三个自由度，这 三个自由度可以用三个独立
的参数x、y和角度θ表示。
2、运动副
F=3n-2PL-PH
(2-1)
由上式可知：机构自由度F取决于活动构件的件数与运动副的
性质（高副或低副）和个数。
试机算图示航空照相机快门机构的自由度。
解：该机构的构件总数N=6,活动构件数n=5,6个转 动副、一个移动副，没有高副。由此可得机构的 自由度数为：
F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=1
两个构件间形成的运动副引入多少个约束， 限制了构件的哪些独立运动，则完全取决于运动 副的类型。
由此可见，在平面机构中，每个转动副引入 两个约束，使构件失去两个自由度。
转动副的表示方法
⑵ 移动副——两构件间只能作相对移动的低副称为移动副， 移动副及其简图符号表示如下图所示。
移动副
移动副的表示方法
缝纫机下针机构
23 1
4
机构模型
2 3
1 4
§2-3 平面机构的自由度
F=3n－2PL－PH=3×4－2×5－0=2
若给定一个原动件(构件1)的角位移规律为φ1=φ1(t)，此时构件2、 3、4的运动并不能确定。
说明当原动件数少于机构的自由度时，其运动是不确定的。
又如图b所示四构件机构，其自由度为：
F=3n－2PL－PH=3×3－2×4－0=1
Hale Waihona Puke 零件－连杆体1、连杆头2、轴套3、轴瓦4和5、螺杆6、螺母7、开口销8
二、运动副及其分类
1、构件的自由度——构件所具有的独立运动数目。
在三维空间内自由运动的构 件具有六个自由度。
作平面运动的构件(如图所 示)则只有三个自由度，这 三个自由度可以用三个独立
的参数x、y和角度θ表示。
2、运动副
F=3n-2PL-PH
(2-1)
由上式可知：机构自由度F取决于活动构件的件数与运动副的
性质（高副或低副）和个数。
试机算图示航空照相机快门机构的自由度。
解：该机构的构件总数N=6,活动构件数n=5,6个转 动副、一个移动副，没有高副。由此可得机构的 自由度数为：
F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=1
两个构件间形成的运动副引入多少个约束， 限制了构件的哪些独立运动，则完全取决于运动 副的类型。
由此可见，在平面机构中，每个转动副引入 两个约束，使构件失去两个自由度。
转动副的表示方法
⑵ 移动副——两构件间只能作相对移动的低副称为移动副， 移动副及其简图符号表示如下图所示。
移动副
移动副的表示方法
缝纫机下针机构
23 1
4
机构模型
2 3
1 4
§2-3 平面机构的自由度
机构及机构运动简图ppt课件
2 机构及机构运动简图
2.1 机构
概念
用于传递运动或改变运动形式的用各种机件组合而成的组合体。
实例——内燃机
齿轮机构 曲柄滑块机构 凸轮机构
可见，机构是一 个组合体，如何
进行细分？
图2-4 内燃机工作原理图
7/31/2021
编辑版pppt
1
2 机构及机构运动简图
2.2 零件与构件
零件
每一个单独加工的单元体(独立的加工单元)
复合铰链定义
两个以上的构件在同一处以转动副相联
复合铰链的计算
m个构件的复合铰链，有m－1转动副。
两个低副
7/31/2021
编辑版pppt
27
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
实例三——圆盘锯机构（正确解法）
D5
F n= 7
46 1E 7 C
PL= 10 PH= 0
2
3
B
8A
F=3n － 2PL － PH =1
螺栓 垫圈 螺母
套 筒
连杆体 轴瓦
实体
7/31/2021
连杆盖 零件
编辑版pppt
构件
3
2 机构及机构运动简图
2.2 零件与构件
零件、构件、机构与机器的联系
机器
一个或多个
做功或实现 能量转换
确定的
相对运动
机构
构件
刚性联结
零件
机械 总称
机构中构件的分类
7/31/2021
运动单元
制造单元
固定件：机架
原动件：主动件
编辑版pppt
32
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
虚约束定义
2.1 机构
概念
用于传递运动或改变运动形式的用各种机件组合而成的组合体。
实例——内燃机
齿轮机构 曲柄滑块机构 凸轮机构
可见，机构是一 个组合体，如何
进行细分？
图2-4 内燃机工作原理图
7/31/2021
编辑版pppt
1
2 机构及机构运动简图
2.2 零件与构件
零件
每一个单独加工的单元体(独立的加工单元)
复合铰链定义
两个以上的构件在同一处以转动副相联
复合铰链的计算
m个构件的复合铰链，有m－1转动副。
两个低副
7/31/2021
编辑版pppt
27
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
实例三——圆盘锯机构（正确解法）
D5
F n= 7
46 1E 7 C
PL= 10 PH= 0
2
3
B
8A
F=3n － 2PL － PH =1
螺栓 垫圈 螺母
套 筒
连杆体 轴瓦
实体
7/31/2021
连杆盖 零件
编辑版pppt
构件
3
2 机构及机构运动简图
2.2 零件与构件
零件、构件、机构与机器的联系
机器
一个或多个
做功或实现 能量转换
确定的
相对运动
机构
构件
刚性联结
零件
机械 总称
机构中构件的分类
7/31/2021
运动单元
制造单元
固定件：机架
原动件：主动件
编辑版pppt
32
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
虚约束定义
机构运动简图ppt
机构运动简图
轻松一刻
机构运动简图目录
运动副复习 §1-2 机构运动简图 一、机构运动简图的绘制 二、课堂练习—学一学做一做 三、训练与指导（一） 四、训练与指导（二） 五、本课小结
学习指导
一、学习目的 认识机构运动简图，学会画一般的机构运动简图。
二、学习重点 机构运动简图绘制方法
三、学习难点 正确绘制机构运动简图
2.这里将机架4简化成一个杆件， 滑块3与机架组成的转动副 用规定符号画出。
泵的机构运动简图
三、训练与指导（一）
请观察冲床机构示意图， 它是怎么运动的？
提示：原动件绕固定轴O1转动；
叉形构件与圆盘形构件是同一个构件， 它绕固定轴O2转动；滑块由转动副与 原动件联结，并与叉形构件组成移动 副。
下面看一个动画演示后，请同学们 自己试绘制出机构运动简图。
提示：原动件1绕壳体4（机架）中心
的固定轴A转动；构件2与1利用内、外圆柱 面联结成转动副，且构件2的外圆柱面与壳体 4始终保持相切的关系；
❖
下面让我们看一个动画演示后，同学们
开始绘制机构运动简图。
机构示意图
训练与指导（二）—动画演示
请 看 动 画 演 示
训练与指导（二）—绘制机构简图
要点提示：
转
螺
动
旋
副
副
移
动
副
运 低副 F =1 (螺旋副 F =1)
动 由面接触而构成的运动副
平 面 高 副
副
特 征
高副 F =2 (球面副 F =3)
由点、线接触而构成的运动副
§1-2 机构运动简图
定义：用特定的构件和运动
副符号及简单线条绘制的图 形，来反映机构运动特征的 简图。
轻松一刻
机构运动简图目录
运动副复习 §1-2 机构运动简图 一、机构运动简图的绘制 二、课堂练习—学一学做一做 三、训练与指导（一） 四、训练与指导（二） 五、本课小结
学习指导
一、学习目的 认识机构运动简图，学会画一般的机构运动简图。
二、学习重点 机构运动简图绘制方法
三、学习难点 正确绘制机构运动简图
2.这里将机架4简化成一个杆件， 滑块3与机架组成的转动副 用规定符号画出。
泵的机构运动简图
三、训练与指导（一）
请观察冲床机构示意图， 它是怎么运动的？
提示：原动件绕固定轴O1转动；
叉形构件与圆盘形构件是同一个构件， 它绕固定轴O2转动；滑块由转动副与 原动件联结，并与叉形构件组成移动 副。
下面看一个动画演示后，请同学们 自己试绘制出机构运动简图。
提示：原动件1绕壳体4（机架）中心
的固定轴A转动；构件2与1利用内、外圆柱 面联结成转动副，且构件2的外圆柱面与壳体 4始终保持相切的关系；
❖
下面让我们看一个动画演示后，同学们
开始绘制机构运动简图。
机构示意图
训练与指导（二）—动画演示
请 看 动 画 演 示
训练与指导（二）—绘制机构简图
要点提示：
转
螺
动
旋
副
副
移
动
副
运 低副 F =1 (螺旋副 F =1)
动 由面接触而构成的运动副
平 面 高 副
副
特 征
高副 F =2 (球面副 F =3)
由点、线接触而构成的运动副
§1-2 机构运动简图
定义：用特定的构件和运动
副符号及简单线条绘制的图 形，来反映机构运动特征的 简图。
第2章平面机构运动简图
杆状构件截面形状
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
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
机构及机构运动简图
D C
4.肘板
D
C
1
17
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构运动简图
思考——如图所示的破碎机应如何绘制运动简图？？
A B
E
4/15/2020
DC
FG
18
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构运动简图
练习
4/15/2020
19
练习1解答
3
C23 4
2
B12
1
A14
C234
3
2
4
B12
1
4
A14
低副约束数
3×n
2 × PL
=>
F=3n-2PL-PH
高副约束数 1 × Ph
4/15/2020
21
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
实例一：铰链四杆机构
n=3 pL=4 ph=0 F=3n-2pL-ph=1
4/15/2020
22
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
实例二——颚式破碎机
2
＝-1 错！
1
实际自由度 为1，为什
么？？
存在虚约束！！
4/15/2020
32
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
虚约束定义
对机构的运动实际不起作用的约束
B 2E
C
1
4
3
A
F
D
3 2
1
A
B
4/15/2020
33
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
虚约束出现场合
两构件之间构成多个运动副时 两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时 机构中对运动不起作用的对称部分
第二章平面机构的运动简图及自由度
错误
F=3n-2PL-PH= 3*3-2*(2+1)-1=2
正确
F=3n-2PL-PH= 3*2-2*2-1=1
2 局部自由度
• 对整个机构运动无关 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。如凸 轮机构中的滚子带来 一个局部自由度
3 虚约束
• 不起独立限制作 用的约束称为虚 约束。如图所示 的平行四边形机 构中，加上一个 构件5，便形成具 有一个虚约束的 平行四边形机构。
出机构预期运动规律的从动件为输出构 件
• 绘制机构运动简图的步骤 • 1）确定机构中的原动部分和工作部分，然后
再把两者之间的传动搞清楚，从而找出组成机
构的所有构件并确定构件间的运动副类型。
• 2）恰当地选择投影面。一般选择机构中与多
数构件的运动平面相平行的面为投影面。
• 3）选择适当的比例尺，绘制出机构的运动简
高副两构件通过点或线接触组成的运动副?空间运动副球面副螺旋副等yz平面内有两个自由度即平面高副提供1个约束球面低副球面高副螺旋副22平面机构运动简图?用简单的线条和符号来表示构件和运动副按比例尺寸画出机构中各构件间相对运动关系的简单图形?运动副的表示方法转动副移动副?机架abcd?构件的表示方法构件的分类
8
9 10
H
C:复合铰链
G
E
F
C B
A
滚子为局部 自由度
E'
E：虚约束
D
F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1
推土机机构 •F=3*5-2*7=1
锯
木
机 机
•F=3*8-2*11-1=1
构
•
•F=3*6-2*8-1=1 平 炉 渣 口 堵 塞 机 构
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- 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)。
A
..........
6
三、机构的运动简图
用构件和运动副的特定图形符号按比例绘制的表示各 构件间的相对运动关系的简单图形
JX1A
..........
7
三、机构的运动简图
绘制步骤（以液压泵为例）
1、分析构件数目和运动副的类型及数目 （4个构件、3个转动副和1个移动副）
2、选择构件运动的平面作绘图平面
2
第一节 平面机构的运动简图
一．运动副 ：两构件直接接触形成的
可动连接。
平面运动副 ：运动副中两构件的相对运动为平面运动。动颚与轴
平面机构中均为平面运动副
空间运动副 平面运动副
球面副、螺母与螺杆 低副 ：两构件通过面接触 高副
转动副 ：用小圆表示 移动副 ：用矩形表示
..........
3
平面运 低副：两构件通过面接触 动副 高副 ：两构件通过点、线接触，如齿轮、凸轮
3、确定比例尺
4、按比例确定各运动副的位置，用规 定符号表示各构件和运动副
5、给各构件和运动副编号，并在 原动件上用箭头表示其运动形式和 方向
工作原理
JX1A
..........
8
..........
9
..........
10
第二节 平面机构的自由度
要使机构具有确定的运动，需满足一定的条件，此条件就是有 关自由度的问题
..........
5
超静定桁架
1
2 1
13
F =1
F =2
如果原动件数=F, 则机构的运动确定；
如果原动件数>F, 则会导致机构最薄弱环节的损坏。
如果原动件数<F, 则机构的...运.....动.. 不确定；
14
机构具有确定运动的条件
1、机构的自由度F>0。
2、机构原动件数目应等于机构的自由度的数目。
在输入件和输出件间用多组完全相同的结构传递运动时，只
有一组起独立传递运动的作用，其余为虚约束。
2B
3
4
1
A
DC
B
3 2
4
1
A
2 2
..........
18
虚约束的作用 ⑴ 改善构件的受力情况，分担载荷或平衡惯性力，如:
多个行星轮。 ⑵ 增加结构刚度，如:轴与轴承、机床导轨。 ⑶ 提高运动可靠性和工作的稳定性，如:机车车轮联动 机构。
..........
15
三、计算平面机构自由度时应注意的问题
1.复合铰链 A点，由两个以上构件在 同一轴线上组成的转动副
由K个构件组成的复合铰链，
共有(K-1)个转动副。
2. 局部自由度
：是指机构中不影响其他 构件运动的独立运动。
高副中为减少磨损，借 助滚子将滑动摩擦变滚 动摩擦，滚子中心与其
F＝3n－2pL － pH
注意：机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现 的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成实际有效的 约束，从而使机构不能运动，因此要保证加工精度。
用图形符号表示高副时，一
般需把两构件在接触点处的
曲线轮廓画出(图a)，但对于
齿轮机构，习惯上只画出两
齿轮的节圆(见表1-1)。
..........
4
二、 构件的分类及其表示符号
1. 构件的分类
机 架 —机构中的固定构件； 支撑活动件，只有一个
原动件 主动件
—按给定已知运动规律独立运 动的构件；一般机构有一个
常在其上给出表示其运动形式 的箭头。
3 从动件 ——机构中其余活动构件
..........
2 从动件
4
1原动件
机架 5
2、构件的表示符号
偏心轮机构
板状
撇开外形，仅把与运 动有关的尺寸用简单 的线条表示出来
先画运动副，再连线
机架
两副构件
三副构件
表示构件的常用图形符号
杆状
注：阴影线表示固定 注：涂黑是焊缝标记，表示的是一个构件 注：涂剖面线表示的是一个构件 注：绕过转动副的圆弧相连直线表示的是一个构件
一、平面机构的自由度F
一个作平面运动的自由构件具有3个自由度 自由度：构件具有独立运动的数目
两个构件形成运动副之前有3个相对运动
低副限制2个自由度
高副限制1个自由度
（公法线方向的相对移动）
..........
11
第二节 平面机构的自由度
要使机构具有确定的运动，需满足一定的条件，此条件就是有 关自由度的问题
3）两构件之间构成多个导路平行
的移动副；
..........
17
虚约束常出现在下列场合：
1）平行四边形结构 2）两构件之间构成多个转动轴线重合的转动副； 3）两构件之间构成多个导路平行的移动副；
4）机构中对传递运动不起独立作用的对称部分
5）两构件多点接触形成平面高副，
若接触点的公法线彼此重合，按一个高副计算
一、平面机构的自由度
一个平面机构由N个构件组成 , 活动构件数n=N-1
则平面机构的自由度计算公式为：
F＝3n－2pL － pH
n为机构的活动构件数目； n＝3
pL 为机构的低副数目；
pH为机构的高副数目。
pL =4 pH=0
F＝3n－2pL －pH
=3*3-2*4-0
=1
..........
12
二、机构具有确定运动的条件
1个原动件小于自由 它构件组成的转动副
＝3×3－2×3 －1 ＝2 度2，无确定运动
图中，滚子绕其轴线的转动为一个局部自由度。
在计算机构自由度时，认为将滚子和从动件 焊成一体，如右图
故机构的自由度为：
F＝3n－2pL － pH
=3×2－2×2 －1 ＝1
..........
16
三、计算平面机构自由度时应注意的问题
第二章 平面机构的运动简图 和自由度
平面机构：所有构件都在同一平面内或平行平面 内运动，否则为空间机构
..........
1
第一节 平面机构的运动简图
机构运动简图：构件的外形不影响机构的运动，用简
单的线条和符号来代表构件和构件间的连接，绘制的
简单图形。
作用：设计阶段检查机器的运动情况、
受力情况
..........
3. 虚约束 ：对构件的运动不产生实际约束效果的重复约束
例 平行四边形机构
F＝3n － 2pL － pH ＝3×4 －2×6 －0 ＝0
虚约束！
计算自由度时，应将引入虚约束的构件和运动副去掉。
F＝3n － 2pL － pH ＝3×3－2×4－0＝1 虚约束常出现在下列场合：
1）平行四边形结构
A
2）两构件之间构成多个转动轴线 重合的转动副；
1、自由度计算举例
1）三角架
n＝2 pL =3 pH=0
刚性桁架
F＝3n－2pL － pH
＝3×2－2×3 －0＝0
n＝23）铰p链L =四4杆p机H=构0
F＝3n－2pL － pH
＝3×3－2×4 －0＝1
2
3 4
3）铰链五杆机构
3
n＝4 pL =5 pH=0
F＝3n－2pL － pH
4
＝3×4－2×5 －0＝2
..........
6
三、机构的运动简图
用构件和运动副的特定图形符号按比例绘制的表示各 构件间的相对运动关系的简单图形
JX1A
..........
7
三、机构的运动简图
绘制步骤（以液压泵为例）
1、分析构件数目和运动副的类型及数目 （4个构件、3个转动副和1个移动副）
2、选择构件运动的平面作绘图平面
2
第一节 平面机构的运动简图
一．运动副 ：两构件直接接触形成的
可动连接。
平面运动副 ：运动副中两构件的相对运动为平面运动。动颚与轴
平面机构中均为平面运动副
空间运动副 平面运动副
球面副、螺母与螺杆 低副 ：两构件通过面接触 高副
转动副 ：用小圆表示 移动副 ：用矩形表示
..........
3
平面运 低副：两构件通过面接触 动副 高副 ：两构件通过点、线接触，如齿轮、凸轮
3、确定比例尺
4、按比例确定各运动副的位置，用规 定符号表示各构件和运动副
5、给各构件和运动副编号，并在 原动件上用箭头表示其运动形式和 方向
工作原理
JX1A
..........
8
..........
9
..........
10
第二节 平面机构的自由度
要使机构具有确定的运动，需满足一定的条件，此条件就是有 关自由度的问题
..........
5
超静定桁架
1
2 1
13
F =1
F =2
如果原动件数=F, 则机构的运动确定；
如果原动件数>F, 则会导致机构最薄弱环节的损坏。
如果原动件数<F, 则机构的...运.....动.. 不确定；
14
机构具有确定运动的条件
1、机构的自由度F>0。
2、机构原动件数目应等于机构的自由度的数目。
在输入件和输出件间用多组完全相同的结构传递运动时，只
有一组起独立传递运动的作用，其余为虚约束。
2B
3
4
1
A
DC
B
3 2
4
1
A
2 2
..........
18
虚约束的作用 ⑴ 改善构件的受力情况，分担载荷或平衡惯性力，如:
多个行星轮。 ⑵ 增加结构刚度，如:轴与轴承、机床导轨。 ⑶ 提高运动可靠性和工作的稳定性，如:机车车轮联动 机构。
..........
15
三、计算平面机构自由度时应注意的问题
1.复合铰链 A点，由两个以上构件在 同一轴线上组成的转动副
由K个构件组成的复合铰链，
共有(K-1)个转动副。
2. 局部自由度
：是指机构中不影响其他 构件运动的独立运动。
高副中为减少磨损，借 助滚子将滑动摩擦变滚 动摩擦，滚子中心与其
F＝3n－2pL － pH
注意：机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现 的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成实际有效的 约束，从而使机构不能运动，因此要保证加工精度。
用图形符号表示高副时，一
般需把两构件在接触点处的
曲线轮廓画出(图a)，但对于
齿轮机构，习惯上只画出两
齿轮的节圆(见表1-1)。
..........
4
二、 构件的分类及其表示符号
1. 构件的分类
机 架 —机构中的固定构件； 支撑活动件，只有一个
原动件 主动件
—按给定已知运动规律独立运 动的构件；一般机构有一个
常在其上给出表示其运动形式 的箭头。
3 从动件 ——机构中其余活动构件
..........
2 从动件
4
1原动件
机架 5
2、构件的表示符号
偏心轮机构
板状
撇开外形，仅把与运 动有关的尺寸用简单 的线条表示出来
先画运动副，再连线
机架
两副构件
三副构件
表示构件的常用图形符号
杆状
注：阴影线表示固定 注：涂黑是焊缝标记，表示的是一个构件 注：涂剖面线表示的是一个构件 注：绕过转动副的圆弧相连直线表示的是一个构件
一、平面机构的自由度F
一个作平面运动的自由构件具有3个自由度 自由度：构件具有独立运动的数目
两个构件形成运动副之前有3个相对运动
低副限制2个自由度
高副限制1个自由度
（公法线方向的相对移动）
..........
11
第二节 平面机构的自由度
要使机构具有确定的运动，需满足一定的条件，此条件就是有 关自由度的问题
3）两构件之间构成多个导路平行
的移动副；
..........
17
虚约束常出现在下列场合：
1）平行四边形结构 2）两构件之间构成多个转动轴线重合的转动副； 3）两构件之间构成多个导路平行的移动副；
4）机构中对传递运动不起独立作用的对称部分
5）两构件多点接触形成平面高副，
若接触点的公法线彼此重合，按一个高副计算
一、平面机构的自由度
一个平面机构由N个构件组成 , 活动构件数n=N-1
则平面机构的自由度计算公式为：
F＝3n－2pL － pH
n为机构的活动构件数目； n＝3
pL 为机构的低副数目；
pH为机构的高副数目。
pL =4 pH=0
F＝3n－2pL －pH
=3*3-2*4-0
=1
..........
12
二、机构具有确定运动的条件
1个原动件小于自由 它构件组成的转动副
＝3×3－2×3 －1 ＝2 度2，无确定运动
图中，滚子绕其轴线的转动为一个局部自由度。
在计算机构自由度时，认为将滚子和从动件 焊成一体，如右图
故机构的自由度为：
F＝3n－2pL － pH
=3×2－2×2 －1 ＝1
..........
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三、计算平面机构自由度时应注意的问题
第二章 平面机构的运动简图 和自由度
平面机构：所有构件都在同一平面内或平行平面 内运动，否则为空间机构
..........
1
第一节 平面机构的运动简图
机构运动简图：构件的外形不影响机构的运动，用简
单的线条和符号来代表构件和构件间的连接，绘制的
简单图形。
作用：设计阶段检查机器的运动情况、
受力情况
..........
3. 虚约束 ：对构件的运动不产生实际约束效果的重复约束
例 平行四边形机构
F＝3n － 2pL － pH ＝3×4 －2×6 －0 ＝0
虚约束！
计算自由度时，应将引入虚约束的构件和运动副去掉。
F＝3n － 2pL － pH ＝3×3－2×4－0＝1 虚约束常出现在下列场合：
1）平行四边形结构
A
2）两构件之间构成多个转动轴线 重合的转动副；
1、自由度计算举例
1）三角架
n＝2 pL =3 pH=0
刚性桁架
F＝3n－2pL － pH
＝3×2－2×3 －0＝0
n＝23）铰p链L =四4杆p机H=构0
F＝3n－2pL － pH
＝3×3－2×4 －0＝1
2
3 4
3）铰链五杆机构
3
n＝4 pL =5 pH=0
F＝3n－2pL － pH
4
＝3×4－2×5 －0＝2