机械原理(朱龙英 西电版)第02章 机构的结构分析[精]
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机械原理第2章机构的结构分析机构的组成原理和机构类型综合1
邻构件之间的运动副类型与
6
1
数目；
②选视图平面（选与运动平面 5
2
平行的平面），测量各运动副
之间的尺寸，绘制示意图；
4
3
③确定各运动副之间的相对位 置，选取适当比例尺，画出相 应的运动副符号，用构件符号 将各运动副连接起来。
④检验机构是否满足运动要求。
举例：绘制破碎机的机构运动简图。
分析：该例题中各构件全部由转动副连接而成，其中O、E、F 三处 是与机架相连的固定铰链，原动件为AO，作整周旋转。
组成运动副的两构件上参与接触的点、线、 面称为运动副元素。
运动副有多种分类。
(4) 运动副的表示方法
(4) 运动副的表示方法
转动副的符号
两构 件为 活动 转 构件 动 副 有一 个构 件固 定
1 2
1 1
2
1 2
1 2
2
1
2
2
1
移动副的符号
两构 件为
2
活动
2
移 构件
1
1
2 1
2 1
动
副 有一
则θ3 ，θ2 能唯一确定，该机构需要
两个独立运动参数 。
原动件：由驱动力作用，相对于机架能独立运动的构件。 因为一个原动件只能提供一个独立参数，所以机构具有确定运动 的条件为：机构的原动件数目应等于机构的自由度数目F。
自由度数＝原动件数
2.5 机构的自由度计算
1.平面机构的自由度
定义：保证机构具有确定运动时，所给定独立运动参数
2.1 机构结构分析的内容及目的
1. 机构的组成 认识机构 2.机构运动简图的绘制 会画图 3.机构具有确定运动的条件 必须知道 4.机构自由度的计算 机构的分析设计 5.机构的组成原理及结构的分类 机构的开发设计
机械原理第二章机构的结构分析
第二章机构的结构分析§2-1机构结构分析的内容及目的§2-2机构的组成§2-3机构运动简图§2-4机构具有确定运动的条件§2-5机构自由度的计算§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析§2-6计算平面机构自由度时应注意的事项§2-1机构结构分析的内容及目的主要内容及目的是: ■研究机构的组成及机构运动简图的画法;■ 了解机构具有确定运动的条件；■研究机构的组成原理及结构分类。
§2-2机构的组成1・构件任何机器都是由许多零件组合而成的。
零件是机器中的一个独立制造单元体; 构件是机器中的一个独立运动单元体。
从运动来看,任何机器都是由若干个构件组合而成的。
2.运动副运动副是两构件直接接触而构成的可动连接；运动副元素是两构件参与接触而构成运动副的表面。
例2・1轴与轴承、滑块与导轨、两轮齿啮合。
活塞连杆头连杆体齿轮(1) 运动副的分类 1)按其引入的约束数目分：1级副、II 级副、……V 级副。
2)按其接触形式分］咼副:点、线接触的运动副 低副:面接触的运动副转动副(回转副或较链)运动副还可分为平面运动副与空间运动副两类。
・►3) 按其相对运动形式分\移动副 螺旋副(2)运动副符号运动副常用规定的简单符号来表达(GB4460 — 84)。
各种常用运动副模型常用运动副的符号表3.运动链构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统。
闭式运动链(简称闭链)开式运动链(简称开链)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@ A4.机构具有固定构件的运动链称为机构o机构中的固定构件。
一般机架相对地面固定不动，但当机构安装在运动的机械上时则是运动的O原动件——按给定已知运动规律独立平面較链四杆机运动的构件;常以转向箭头表示。
从动件机构中其余活动构件。
其运动规律决定于原动件的运动规律和机构的结构及构件的尺寸。
机构常分为平面机构和空间机构两类，其中平面机构应用最为广泛。
机械原理第2章机构的结构分析
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、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。
机构的组成：
机构＝机架＋原动件＋从动件
1个
1个或几个
若干
15
2021/9/23
§1－2 平面机构运动简图
机构运动简图－用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。
零件(part) －独立的制造单元
套筒
内燃机中的连杆
内燃机 连杆 螺栓
连杆体
垫圈 螺母
轴瓦
作者：潘存云教授
2021/9/23
连杆盖
3
2.运动副 定义：运动副－－两个构件直接接触组成的仍能产 生某些相对运动的联接。
a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动 三个条件，缺一不可
运动副元素－直接接触的部分（点、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
－－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。 35
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⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形
机构的自由度。
B 2E
C
1
作者：潘存云教授
4
3
A
F
D 虚约束
重新计算：n=3, PL=4, PH=0
24
2021/9/23
§2－5 平面机构自由度的计算
作平面运动的刚体在空间的位
y
置需要三个独立的参数（x，y, θ）才能唯一确定。
单个自由构件的自由度为 3
机械原理第2章机构的结构分析(机构的组成原理和机构类型综合11
（1）机架：机构中特殊的构件， 一般情况下机架相对地面固定不 动，即机构中的固定构件。
2 从动件
3 4
1原动件
机架
平面铰链四杆机构
机械原理第2章机构的结构分析(机构 的组成原理和机构类型综合11
4.机构 （mechanism）
（2）原动件：按给定运动规律独
立运动的构件；
原动件
（3）从动件：机构中其余活动构
③确定各运动副之间的相对位置，选取适当比例尺，根据机 构的运动尺寸定出各运动副之间的相对位置（转动副的中心， 移动副的导路方向及高副的接触点等），画出相应的运动副 符号，用构件符号将各运动副连接起来，标出构件号数字、 运动副的字母代号、原动件的运动方向箭头。 ④检验机构是否满足运动要求。
机械原理第2章机构的结构分析(机构 的组成原理和机构类型综合11
z
y
x
I级副
II级副
III级副
机械原理第2章机构的结构分析(机构 的组成原理和机构类型综合11
(3)运动副的分类
1)按引入的约束数分有:I级副、II级副、III级副、IV级 副、V级副。
提供4个约束条件的，称为Ⅳ级副，提供5个约束条 件的，称为Ⅴ级副。
z
x
IV级副
y
V级副-1
V级副-2
V级副-3
机械原理第2章机构的结构分析(机构 的组成原理和机构类型综合11
构件可以是一个零件；也可以是由几个零件组成。图示内燃 机中的连杆就是由单独加工的连杆体、连杆盖、轴瓦、螺杆、螺 母、轴套等零件组成的。这些零件分别加工制造，但是当它们装 配成连杆后则作为一个整体运动，相互之 间不产生相对运动。
套筒
内燃机 连杆 螺栓
垫圈 螺母
连杆体 轴瓦
2 从动件
3 4
1原动件
机架
平面铰链四杆机构
机械原理第2章机构的结构分析(机构 的组成原理和机构类型综合11
4.机构 （mechanism）
（2）原动件：按给定运动规律独
立运动的构件；
原动件
（3）从动件：机构中其余活动构
③确定各运动副之间的相对位置，选取适当比例尺，根据机 构的运动尺寸定出各运动副之间的相对位置（转动副的中心， 移动副的导路方向及高副的接触点等），画出相应的运动副 符号，用构件符号将各运动副连接起来，标出构件号数字、 运动副的字母代号、原动件的运动方向箭头。 ④检验机构是否满足运动要求。
机械原理第2章机构的结构分析(机构 的组成原理和机构类型综合11
z
y
x
I级副
II级副
III级副
机械原理第2章机构的结构分析(机构 的组成原理和机构类型综合11
(3)运动副的分类
1)按引入的约束数分有:I级副、II级副、III级副、IV级 副、V级副。
提供4个约束条件的，称为Ⅳ级副，提供5个约束条 件的，称为Ⅴ级副。
z
x
IV级副
y
V级副-1
V级副-2
V级副-3
机械原理第2章机构的结构分析(机构 的组成原理和机构类型综合11
构件可以是一个零件；也可以是由几个零件组成。图示内燃 机中的连杆就是由单独加工的连杆体、连杆盖、轴瓦、螺杆、螺 母、轴套等零件组成的。这些零件分别加工制造，但是当它们装 配成连杆后则作为一个整体运动，相互之 间不产生相对运动。
套筒
内燃机 连杆 螺栓
垫圈 螺母
连杆体 轴瓦
机械原理课件第2章机构结构分析
斜盘机构应用
常见于发动机的气门传动机构
曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构简介
由一个摇杆、一个曲柄和一个连 杆组成，常用于产生往复运动或 转动运动
苏格兰摇臂曲柄机构
由一个摇臂和一个曲柄组成，常 用于产生往复直线运动
偏心摇杆机构
由一个摇杆和一个偏心轴组成， 用于产生往复直线运动或转动运 动
各种机构的运动分析
1
工业机械臂
用于完成各种重复性、精确性 和危险性高的工业操作任务
结论和要点
1 机构结构对机械系统
运动有重要影响
选择合适的机构结构可以 实现所需的运动形式
2 各种机构的特点和应
用领域
了解不同机构的特点和应 用可以提供设计方案和解 决问题的思路
3 机构分析和运动分析
的方法
通过分析机构的几何关系 和运动规律来研究机械系 统的运动
机械原理课件第2章机构 结构分析
机构结构是机械系统中相互连接的零件组成的一个整体结构，它对机械系统 的运动有重要影响。本章将介绍机构结构的定义和分类。
机构结构分类
1 平面机构
由于零件的运动轨迹或轴线均在一个平面内
2 空间机构
零件的运动轨迹或轴线存在于三维空间内
3 点机构
只有一个定点的相对运动机构
4 线机构
连杆机构分析
通过连杆的几何关系和运动规律来分析机械系统的运动情况
2
速度分析
计算连杆各点的速度大小和方向
3
加速度分析
计算连杆各点的加速度大小和方向
机构的应用举例
发动机活塞连杆机构
将往复运动转化为旋转运动， 推动发动机的活塞进行往复运 动
汽车悬挂系统
通过各种机构传递力量和减震， 提高汽车驾驶的舒适性和安全 性
机械原理机构的结构分析PPT
第二章 机构得结构分析
机构中得虚约束都就是在一定特定得几何条件 下出现得,如果这些几何条件不满足,则虚约束就会变 成实际有效得约束。
第二章 机构得结构分析
第三节 机构运动简图
第二章 机构得结构分析
在研究机构得运动时,只需按规定符号表示运动副、 常用机构、及一般构件,并按一定得比例尺表示机构得 运动尺寸与运动副得位置,绘制表示机构各构件间相对 运动关系得简化图形,将机构得运动传递情况表示出来, 这种图形被称机构得结构分析
也可以去掉产生虚约束得构件与运动副,再进行自由 度计算:
F 3n 2Pl Ph F 3 3 2 3 2 0 1
第二章 机构得结构分析
5)如果两构件在多处接触而构成平面高副,且在接触点 处得公法线彼此重合,则只能算一个平面高副。
如果两构件在多处相接触所构成得平面高副,在各接触 点处得公法线方向彼此不重合,就构成复合高副,它相当于 一个低副(转动副或移动副)。
机械原理机构的结构分析
第二章 机构得结构分析
教学基本要求:
(1)搞清运动副、运动链、约束与自由度等重 要概念。
(2)掌握平面机构自由度得计算方法及其具有 确定运动得条件。
(3)掌握机构运动简图得概念及其绘制方法。 (4)明确机构组成得概念,了解平面机构得组成 原理。
第二章 机构得结构分析
重点: (1)运动副及其分类。 (2)平面机构得自由度计算及具有确定运动得 条件 (3)掌握机构运动简图得概念及其绘制方法。 难点: 机构运动简图绘制、机构中得虚约束得判定问 题。
球 面 高 副
简图符号
副级 自由度 名 称
圆
柱
I
5套
筒
副
图形
柱 面 高 副
第2章 机构的结构分析
第二章 机构的结构分析
按相对运动的形式分:
平面运动副：构成运动副的两构件之间的相对运动若
为平面运动则成为平面运动副。
空间运动副：构成运动副的两构件之间的相对运动若
为空间运动则成为空间运动副。
移 动 副
球 面 副
第二章 机构的结构分析
根据引入的约束数分:
Ⅰ级副：引入1个约束，球面与平面接触等 Ⅱ级副：引入2个约束，圆柱与平面接触等 Ⅲ级副：引入3个约束，平面与平面接触等 Ⅳ级副：引入4个约束，圆柱接触等 Ⅴ级副：引入5个约束，移动副、转动副等
自由度数
1（θ ） +
1（x）
+
2（x,θ ） +
结论：构件自由度＝3－约束数
第二章 机构的结构分析
约束数 2（x，y） =3 2（y，θ ） =3 1（y） =3
一、平面机构自由度的计算公式
机构的自由度
一个机构由N个构件组成，则活动构件有n=N-1个
活动构件数 n
构件总自由度 3×n
低副约束数 2 × PL (低副数)
（2）移动副：两构件构成移动副时，其表示方法如下。 移动副的导路必须与相对移动方向一致。 与转动副相同，画有斜线的构件代表机架。
第二章 机构的结构分析
二、平面运动副简图的表示方法 ：
2.高副：两构件组成高副时，在简图中应该画出 两构件接触处的曲线轮廓，如下图所示。
第二章 机构的结构分析
三、构件简图的表示方法：
动，这种运动副称为转动副或铰链。
移动副：组成运动副的两构件只能在一个平面内相对移
动，这种运动副称为移动副。
第二章 机构的结构分析
三、运动链
定义——用运动副将两个或两个以上的构件联接而成的可动
按相对运动的形式分:
平面运动副：构成运动副的两构件之间的相对运动若
为平面运动则成为平面运动副。
空间运动副：构成运动副的两构件之间的相对运动若
为空间运动则成为空间运动副。
移 动 副
球 面 副
第二章 机构的结构分析
根据引入的约束数分:
Ⅰ级副：引入1个约束，球面与平面接触等 Ⅱ级副：引入2个约束，圆柱与平面接触等 Ⅲ级副：引入3个约束，平面与平面接触等 Ⅳ级副：引入4个约束，圆柱接触等 Ⅴ级副：引入5个约束，移动副、转动副等
自由度数
1（θ ） +
1（x）
+
2（x,θ ） +
结论：构件自由度＝3－约束数
第二章 机构的结构分析
约束数 2（x，y） =3 2（y，θ ） =3 1（y） =3
一、平面机构自由度的计算公式
机构的自由度
一个机构由N个构件组成，则活动构件有n=N-1个
活动构件数 n
构件总自由度 3×n
低副约束数 2 × PL (低副数)
（2）移动副：两构件构成移动副时，其表示方法如下。 移动副的导路必须与相对移动方向一致。 与转动副相同，画有斜线的构件代表机架。
第二章 机构的结构分析
二、平面运动副简图的表示方法 ：
2.高副：两构件组成高副时，在简图中应该画出 两构件接触处的曲线轮廓，如下图所示。
第二章 机构的结构分析
三、构件简图的表示方法：
动，这种运动副称为转动副或铰链。
移动副：组成运动副的两构件只能在一个平面内相对移
动，这种运动副称为移动副。
第二章 机构的结构分析
三、运动链
定义——用运动副将两个或两个以上的构件联接而成的可动
第2章机械原理 机构的组成及结构分析
3
2 1
错
移动副导路平行 结论：在计算机构自由 转动副轴线重合 度时，虚约束应先去除 平面高副接触点共法线 不计
“移动副”
“转动副”
A
B
F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 4－ 0 =1
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2－1 =1
A
B
转动副轴线重合——两构件有多
处接触而构成转动副且转动轴线相互 重合时，只有一个转动副起约束作用， 如右图，曲轴的两转动副A 、B之一为
运动副元素——两构件相互接触的点、线、面。
运动副分类: 1、按运动副两构件接触的特性分为低副和高副。
转动副
移动副
特点：面接触、相对转动或相对移动 低副
●
齿轮副
凸轮副
特点：点或线接触、沿接触点切线方向相对移动 绕接触点的转动 高副 2、按运动副两构件间的相对运动是平面还是空间运动分 为平面运动副和空间运动副。
第2章
机构的组成及结构分析
内 容
•构件及其运动副
•机构运动简图的绘制
•平面机构自由度的计算
重 点
•
运动副和运动链的概念、机构运动简图的绘制、
机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。
§2－1 研究机构结构的目的
其目的是：
１、研究组成机构的组成及机构具有确定运动的条件
▲弄清机构包含哪几个部分
▲各部分如何相联？ ▲怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？
F＝3n－2PL－PH ＝3 2 －2 2 1 － ＝1
3.注意事项（续） 虚约束 不产生实际约束效果的重复约束
虚约束常发生在下列情况 （1）两构件间构成多个运动副 F＝3n－2PL－PH F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2 1 － ＝3 2－2 3 1 － ＝1 对 ＝-1
2 1
错
移动副导路平行 结论：在计算机构自由 转动副轴线重合 度时，虚约束应先去除 平面高副接触点共法线 不计
“移动副”
“转动副”
A
B
F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 4－ 0 =1
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2－1 =1
A
B
转动副轴线重合——两构件有多
处接触而构成转动副且转动轴线相互 重合时，只有一个转动副起约束作用， 如右图，曲轴的两转动副A 、B之一为
运动副元素——两构件相互接触的点、线、面。
运动副分类: 1、按运动副两构件接触的特性分为低副和高副。
转动副
移动副
特点：面接触、相对转动或相对移动 低副
●
齿轮副
凸轮副
特点：点或线接触、沿接触点切线方向相对移动 绕接触点的转动 高副 2、按运动副两构件间的相对运动是平面还是空间运动分 为平面运动副和空间运动副。
第2章
机构的组成及结构分析
内 容
•构件及其运动副
•机构运动简图的绘制
•平面机构自由度的计算
重 点
•
运动副和运动链的概念、机构运动简图的绘制、
机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。
§2－1 研究机构结构的目的
其目的是：
１、研究组成机构的组成及机构具有确定运动的条件
▲弄清机构包含哪几个部分
▲各部分如何相联？ ▲怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？
F＝3n－2PL－PH ＝3 2 －2 2 1 － ＝1
3.注意事项（续） 虚约束 不产生实际约束效果的重复约束
虚约束常发生在下列情况 （1）两构件间构成多个运动副 F＝3n－2PL－PH F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2 1 － ＝3 2－2 3 1 － ＝1 对 ＝-1
机械原理第二章机构的结构分析
运动链成为机构的条件
Fa = 3×2 - 2×3 = 0 Fb运= 3动×链3的- 2自×由5度= -F1= ?
F 0 运动链运不动能链的运运动动，情不况成如为何机? 构
F = 3×4 - 2×5 = 2 1 个原动件
F > 0，但原动件数目小 于自由度数目，运动链 运动不确定，不能成为 机构。
小滚子的运动并不影响整 个机构的运动 → 局部自由度
改善受力情况,减少磨损， 假想 2、3 件焊接在一起
F = 3*2 - 2*2 - 1 = 1
问题3：虚约束
在特定的几何条件或结构条件下，某些运动副所引入 的约束可能与其它运动副所起的限制作用是一致的。这 种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。
机构运动简图(2/2)
（1）步骤 1）搞清机械的构造及运动情况，原动件开始沿着运动传递路线
查明构件数、运动副的类别及其位置；
2）依据机构某个瞬时运动位置选定视图平面； 3）选适当比例尺作出各运动副的相对位置，再画出各运动 副和常用机构的符号，最后用简单线条或几何图形连接即成。
（2）举例
鄂式破碎机简图绘制 内燃机简图绘制
机构的组成(5/5)
4.机构
机 构 ——具有固定构件的运动链
组成：
3
机 架 —— 相对固定的构件
2 从动件
4
—1 原动件
原动件—— 已知独立运动的构件 （用转向箭头表示）
机架 平面铰链四杆运机动构链
从动件 ——其余从动运动的构件 原动件 2
分类： 平面机构与空间机构 平面机构的应用最为广泛
1
机架
3 从动件 4
(2) 举例
1）铰链四杆机构 F＝3n－(2pl＋ph)
＝3×3 －2×4 －0 ＝1
《机械原理》第二章 机构的结构分析
动画 2个平面高副 （相当于1个转动副） 2个平面高副 （相当于1个移动副）
动画
机械原理
要除去局部自由度
第二章 机构的结构分析
3. 计算平面机构自由度时应注意问题：
在有些机构中，某些构件产生的局部运动，并不影响其 他构件的运动。这种局部运动的自由度为局部自由度 。
F = 3n - ( 2Pl + Ph ) =3×3 -(2×3+ 1) =2 F = 3n - ( 2Pl + Ph ) =3×2 -(2×2+ 1) =1
转动副
移动副
螺旋副
球面副
机械原理 3. 运动链
第二章 机构的结构分析
运动链定义： 构件通过运动副的联接而构成的相对可动的系统。 运动链分类： 闭式运动链: 组成运动链的各构件构成首末封闭的系统。 开式运动链: 组成运动链的各构件未构成首末封闭的系统。
2 3 4
闭式运动链
2
3 4
1
1
开式运动链
机械原理 3. 运动链
举例：绘制内燃机的机构运动简图
第二章 机构的结构分析
动作原理和运动情况 活塞8 连杆3 曲轴4（小齿轮2） 大齿轮1（凸轮轴5）
推杆6
推杆7
机械原理 4. 绘制机构运动简图
第二章 机构的结构分析 2）判定各构件间运动副的性质 及数目，给各运动副命名。 8 —9 移动副 (过A) 8—3 转动副C 3—4 转动副B 4（2）— 9 转动副A 2 — 1 平面高副 1（5）— 9 转动副D 5 — 6 平面高副 5 — 7 平面高副 6 — 9 移动副 7— 9 移动副
第二章 机构的结构分析
机械原理 2. 常用运动副符号
第二章 机构的结构分析
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第2章 机构的结构分析
第 2 章 机构的结构分析
2.1 机构的组成 2.2 机构运动简图 2.3 平面机构的自由度 2.4 平面机构的组成原理和结构分析 思考题及习题
Байду номын сангаас
第2章 机构的结构分析
2.1 机 构 的 组
2.1.1 构件
机构能够实现对运动速度、 方向及形式的变换， 而 实现这些功能， 就需要组成机构的各个部分共同协调工 作， 即各部分之间的运动相对确定， 这些具有确定的相 对运动的单元体称为构件。 与机器中的零件不同的是： 零件是制造的基本单元体， 而构件则是机构中的基本运 动单元体。
第2章 机构的结构分析
（2） 根据两构件接触部分的几何形状分类。 根据组 成运动副的两构件在接触部分的几何形状， 运动副可分为圆 柱副、 球面副、 螺旋副等。
(3) 根据构成运动副的两构件的接触形式分类。 以面接触的运动副称为低副； 以点、 线接触的运动副
称为高副。 由于高副接触的压强较低副大， 因此高副比低 副易磨损。
第2章 机构的结构分析
两个构件直接接触构成运动副后， 构件的某些独立运 动就会受到限制。 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， 构件便失去一个自由度。 两构件间形成的运动副所引入的约束数目取决于运动副的 类型。
引入一个约束的运动副称为Ⅰ级副， 引入两个约束的 运动副称为Ⅱ级副， 依次类推， 还有Ⅲ级副、 Ⅳ级副、 Ⅴ级副。
第2章 机构的结构分析
因此， 为了便于研究机构的运动， 可以撇开构件的外 形和具体构造， 而只用国家标准规定的简单符号和线条代表 运动副和构件， 并按一定的比例尺表示机构的运动尺寸， 绘制出表示机构的简明图形。 这种图形称为机构运动简图， 它完全能表达原机器具有的运动特性。
有时为了表明机器的组成状况和结构特征， 也可以不严 格按比例来绘制简图， 这样的简图称为机构示意图。
球面高副中两运动副元素是点接触， 柱面高副为线接触, 相互啮合的齿轮间为点或线接触， 故上述三种运动副都为高 副。 移动副中的滑块与导路之间、 转动副中的两运动副元 素之间都是面接触， 故均为低副。
第2章 机构的结构分析
表2-1给出了常用运动副的所属类型、 表示符号及自由度。
第2章 机构的结构分析
表2-2给出了绘制机构运动简图时一些常用构件和运动 副的表示符号。 机器中常见的凸轮机构、 齿轮机构及原动 机的简图符号见表2-3。
第2章 机构的结构分析
第2章 机构的结构分析
第2章 机构的结构分析
第2章 机构的结构分析
第2章 机构的结构分析
第2章 机构的结构分析
第2章 机构的结构分析
第2章 机构的结构分析
第2章 机构的结构分析
(4) 根据运动副引入的约束数目分类。 构件所具有的独立运动的数目称为构件的自由度。 一 个构件在空间可产生6个独立运动， 分别是沿x轴、 y轴、 z 轴的移动， 绕x轴、 y轴、 z轴的转动， 也就是说有6个自由 度； 一个构件在xOy平面可产生3个独立运动， 分别是沿x 轴及y轴的移动和绕z轴的转动， 也就是说有3个自由度。
第2章 机构的结构分析
图2-4 运动链
第2章 机构的结构分析
2.1.4 机构
在运动链中， 将某一构件（作为参考系）加以固定， 而让另一个(或几个)构件按给定运动规律相对于该固定构件 运动， 若运动链中其余各构件都有确定的相对运动， 则此 运动链称为机构。
机构中固定不动的构件称为机架； 按照给定运动规律 独立运动的构件称为原动件， 或称为主动件； 其余活动构 件称为从动件。
如果组成机构的各构件的相对运动均在同一平面内或在 相互平行的平面内， 则此机构称为平面机构； 如果组成机 构的各构件的相对运动不在同一平面(或平行平面)内， 则 此机构称为空间机构。
第2章 机构的结构分析
2.2 机构运动简图
2.2.1 机构运动简图概述
实际机构往往是由外形和结构都很复杂的构件所组 成的。 但从运动学的观点来看， 各种机构都是由构件通 过运动副的联接而构成的， 构件的运动取决于运动副的 类型和机构的运动尺寸（确定各运动副相对位置）， 而 与构件的外形、 断面尺寸以及运动副的具体结构等无关。
第2章 机构的结构分析
第2章 机构的结构分析
第2章 机构的结构分析
构成运动副的两个构件间的接触形式则有点、 线、 面 三种， 两个构件上参与接触而构成运动副的点、 线、 面部 分称为运动副元素。 运动副有许多分类方法， 常见的分类方法有下列几种：
(1) 根据构成运动副的两构件间相对运动的形式分类。 构成运动副的两构件之间的相对运动若为平面运动， 则称为平面运动副； 若为空间运动， 则称为空间运动副。 进一步分类， 两构件之间只作相对转动的运动副， 称 为转动副或回转副； 两构件之间只作相对移动的运动副， 称为移动副。
机构是具有确定相对运动构件的组合体， 为实现机构 的各种功能， 各构件之间必须以一定的方式联接起来， 并 且具有确定的相对运动。 相互联接的两构件既要保持直接 的接触， 又能产生一定的相对运动。 每两个构件间的这种 直接接触所形成的可动联接称为运动副， 也可以说运动副 就是两构件间的可动联接。 图2-2所示的轴与轴颈间的接触， 图2-3所示的滑台与导轨间的接触都构成了运动副。
常用运动副所引入的约束见表2-1。
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2.1.3 运动链
两个以上构件通过运动副联接而构成的构件系统称为 运动链。 如果组成运动链的各构件形成首尾封闭的系统(如 图2-4(a)所示)， 则称为闭式链； 如果组成运动链的各构件 未形成首尾封闭的系统(如图2-4(b)所示)， 则称为开式链。 在一般机械中， 大多采用闭式链， 而在机器人机构中大多 采用开式链。
第2章 机构的结构分析
构件可以是单一零件， 如内燃机中的曲轴， 也可以 是多个零件的刚性组合体， 如图2-1所示的内燃机连杆是 由连杆体1、 连杆盖5、 螺栓2、 螺母3、 开口销4、 轴 瓦6和轴套7等多个零件构成的一个构件。
第2章 机构的结构分析
图2-1 内燃机连杆
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2.1.2 运动副
第 2 章 机构的结构分析
2.1 机构的组成 2.2 机构运动简图 2.3 平面机构的自由度 2.4 平面机构的组成原理和结构分析 思考题及习题
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2.1 机 构 的 组
2.1.1 构件
机构能够实现对运动速度、 方向及形式的变换， 而 实现这些功能， 就需要组成机构的各个部分共同协调工 作， 即各部分之间的运动相对确定， 这些具有确定的相 对运动的单元体称为构件。 与机器中的零件不同的是： 零件是制造的基本单元体， 而构件则是机构中的基本运 动单元体。
第2章 机构的结构分析
（2） 根据两构件接触部分的几何形状分类。 根据组 成运动副的两构件在接触部分的几何形状， 运动副可分为圆 柱副、 球面副、 螺旋副等。
(3) 根据构成运动副的两构件的接触形式分类。 以面接触的运动副称为低副； 以点、 线接触的运动副
称为高副。 由于高副接触的压强较低副大， 因此高副比低 副易磨损。
第2章 机构的结构分析
两个构件直接接触构成运动副后， 构件的某些独立运 动就会受到限制。 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， 构件便失去一个自由度。 两构件间形成的运动副所引入的约束数目取决于运动副的 类型。
引入一个约束的运动副称为Ⅰ级副， 引入两个约束的 运动副称为Ⅱ级副， 依次类推， 还有Ⅲ级副、 Ⅳ级副、 Ⅴ级副。
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因此， 为了便于研究机构的运动， 可以撇开构件的外 形和具体构造， 而只用国家标准规定的简单符号和线条代表 运动副和构件， 并按一定的比例尺表示机构的运动尺寸， 绘制出表示机构的简明图形。 这种图形称为机构运动简图， 它完全能表达原机器具有的运动特性。
有时为了表明机器的组成状况和结构特征， 也可以不严 格按比例来绘制简图， 这样的简图称为机构示意图。
球面高副中两运动副元素是点接触， 柱面高副为线接触, 相互啮合的齿轮间为点或线接触， 故上述三种运动副都为高 副。 移动副中的滑块与导路之间、 转动副中的两运动副元 素之间都是面接触， 故均为低副。
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表2-1给出了常用运动副的所属类型、 表示符号及自由度。
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表2-2给出了绘制机构运动简图时一些常用构件和运动 副的表示符号。 机器中常见的凸轮机构、 齿轮机构及原动 机的简图符号见表2-3。
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(4) 根据运动副引入的约束数目分类。 构件所具有的独立运动的数目称为构件的自由度。 一 个构件在空间可产生6个独立运动， 分别是沿x轴、 y轴、 z 轴的移动， 绕x轴、 y轴、 z轴的转动， 也就是说有6个自由 度； 一个构件在xOy平面可产生3个独立运动， 分别是沿x 轴及y轴的移动和绕z轴的转动， 也就是说有3个自由度。
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图2-4 运动链
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2.1.4 机构
在运动链中， 将某一构件（作为参考系）加以固定， 而让另一个(或几个)构件按给定运动规律相对于该固定构件 运动， 若运动链中其余各构件都有确定的相对运动， 则此 运动链称为机构。
机构中固定不动的构件称为机架； 按照给定运动规律 独立运动的构件称为原动件， 或称为主动件； 其余活动构 件称为从动件。
如果组成机构的各构件的相对运动均在同一平面内或在 相互平行的平面内， 则此机构称为平面机构； 如果组成机 构的各构件的相对运动不在同一平面(或平行平面)内， 则 此机构称为空间机构。
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2.2 机构运动简图
2.2.1 机构运动简图概述
实际机构往往是由外形和结构都很复杂的构件所组 成的。 但从运动学的观点来看， 各种机构都是由构件通 过运动副的联接而构成的， 构件的运动取决于运动副的 类型和机构的运动尺寸（确定各运动副相对位置）， 而 与构件的外形、 断面尺寸以及运动副的具体结构等无关。
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第2章 机构的结构分析
构成运动副的两个构件间的接触形式则有点、 线、 面 三种， 两个构件上参与接触而构成运动副的点、 线、 面部 分称为运动副元素。 运动副有许多分类方法， 常见的分类方法有下列几种：
(1) 根据构成运动副的两构件间相对运动的形式分类。 构成运动副的两构件之间的相对运动若为平面运动， 则称为平面运动副； 若为空间运动， 则称为空间运动副。 进一步分类， 两构件之间只作相对转动的运动副， 称 为转动副或回转副； 两构件之间只作相对移动的运动副， 称为移动副。
机构是具有确定相对运动构件的组合体， 为实现机构 的各种功能， 各构件之间必须以一定的方式联接起来， 并 且具有确定的相对运动。 相互联接的两构件既要保持直接 的接触， 又能产生一定的相对运动。 每两个构件间的这种 直接接触所形成的可动联接称为运动副， 也可以说运动副 就是两构件间的可动联接。 图2-2所示的轴与轴颈间的接触， 图2-3所示的滑台与导轨间的接触都构成了运动副。
常用运动副所引入的约束见表2-1。
第2章 机构的结构分析
2.1.3 运动链
两个以上构件通过运动副联接而构成的构件系统称为 运动链。 如果组成运动链的各构件形成首尾封闭的系统(如 图2-4(a)所示)， 则称为闭式链； 如果组成运动链的各构件 未形成首尾封闭的系统(如图2-4(b)所示)， 则称为开式链。 在一般机械中， 大多采用闭式链， 而在机器人机构中大多 采用开式链。
第2章 机构的结构分析
构件可以是单一零件， 如内燃机中的曲轴， 也可以 是多个零件的刚性组合体， 如图2-1所示的内燃机连杆是 由连杆体1、 连杆盖5、 螺栓2、 螺母3、 开口销4、 轴 瓦6和轴套7等多个零件构成的一个构件。
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图2-1 内燃机连杆
第2章 机构的结构分析
2.1.2 运动副