第三章 机构的组成及常用机构
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第三章 平面机构运动简图及自由度
高副——两运动副元素形成点或线接触
高副：a. 点或线接触； b. 有两个自由度，移动+转动,产生一个约束
§3.1 4.运动链
机构的组成及其运动副
由若干个构件通过运动副联接组成相对可动的构件系统。
如果运动链中的各构件构成首末封闭的系统则称为闭式链， 否则称为开式链。
§3-2 机构运动简图
机构运动简图
练习题
b图
F=3n - 2P l- Ph=3×4 - 2×4 - 2=2
C图
D图
F=3n - 2Pl - Ph=3×3 - 2×3 - 2=1
F=3n - 2Pl - Ph=3×3 - 2×3 - 2=1
练习题
推土机机构 F=3×5-2×7=1
练习题
锯木机机构
F=3×8-2×11-1=1
练习题
E
G
虚约束
5 C B
7
3
H
复合铰链
4
6
2 I 1
D
8
F
A
F=3×6-2×7-2=2
§3.3 平面机构的自由度
例3：
局部自由度
复合铰链
虚约束
F=3×8-2×11-1=1
§3.3 平面机构的自由度
例4 局部自由度
虚约束
复合铰链
F=3×9-2×12-2=1
§3.3 平面机构的自由度
例5：
F 3n 2PL PH 3 8 2 11 1
7 6 4 5
3
2 1
§3-3 平面机构的自由度
一、自由度的计算
F=3n-2 Pl - Ph
活动构件数 低副数 高副数
§3.3 平面机构的自由度
例1:
《汽车机械基础》课件——第三章 机械传动与常用机构知识
图3-4挠性传动工作原理 1-主动轮 2-挠性元件 3-从动轮
这类传动具有吸收振动载荷以及阻尼振动影响的作用，所以传动平稳，而且结构简单，易于制造。常用于中心距较大情况下的传动。在情况 相同的条件下，与其他传动相比，简化了机构，降低了成本。
2.2.2挠性传动的类型和应用 （1）挠性摩擦传动 （2）挠性啮合传动 （3）牵引式挠性传动
二、螺纹联接的防松
螺纹联接的防松件
螺纹联接多采用单线普通螺纹，其导程角为1.50---3.50，当量摩擦角60---90，一般都具有自锁性； 在静载荷和工作环境温度变化不大的情况下不会自动松脱。但在振动、冲击、变载荷或温度变化很大时，联接就有可能松脱。为保证联接安全可靠，设计时必须考虑放松问题。 1．防松目的：防止因外载荷的变化、材料蠕变等因素造成螺纹联接 松驰，从而使联接失效。 2．防松原理：消除或限制螺纹副之间的相对运动。 3．防松办法及措施 摩擦防松：双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等。 机械防松：开槽螺母与开口销、圆螺母与止动垫圈、弹簧垫片、 轴用带翅垫片、止动垫片、串联钢丝等。 永久防松：端铆、冲点（破坏螺纹）、点焊、粘合。
第三章 机械传动与常用机构知识
学习支持： 知识目标： 通过本章的学习具备联接与支承零部件的基础知识；具备汽车机械所涉及的带传动与链传动的基本知识；具备汽车机械所应用的齿轮传动的基本知识；具备汽车机械中齿轮系与减速器的基本知识；具备常用机构的基本知识。 能力目标： 通过本章的学习能认识相应联接件；掌握带传动、链传动的类型、特点与应用；掌握渐开线齿轮基本特征以及传动特点，掌握渐开线斜齿轮的传动特点与应用；掌握定轴齿轮系的传动比计算方法及轮系中各个齿轮的转动方向的判别，会确定主、从动轮的转向关系；掌握平面连杆机构、凸轮机构、间歇机构、螺旋机构等的基本形式与应用特点。
这类传动具有吸收振动载荷以及阻尼振动影响的作用，所以传动平稳，而且结构简单，易于制造。常用于中心距较大情况下的传动。在情况 相同的条件下，与其他传动相比，简化了机构，降低了成本。
2.2.2挠性传动的类型和应用 （1）挠性摩擦传动 （2）挠性啮合传动 （3）牵引式挠性传动
二、螺纹联接的防松
螺纹联接的防松件
螺纹联接多采用单线普通螺纹，其导程角为1.50---3.50，当量摩擦角60---90，一般都具有自锁性； 在静载荷和工作环境温度变化不大的情况下不会自动松脱。但在振动、冲击、变载荷或温度变化很大时，联接就有可能松脱。为保证联接安全可靠，设计时必须考虑放松问题。 1．防松目的：防止因外载荷的变化、材料蠕变等因素造成螺纹联接 松驰，从而使联接失效。 2．防松原理：消除或限制螺纹副之间的相对运动。 3．防松办法及措施 摩擦防松：双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等。 机械防松：开槽螺母与开口销、圆螺母与止动垫圈、弹簧垫片、 轴用带翅垫片、止动垫片、串联钢丝等。 永久防松：端铆、冲点（破坏螺纹）、点焊、粘合。
第三章 机械传动与常用机构知识
学习支持： 知识目标： 通过本章的学习具备联接与支承零部件的基础知识；具备汽车机械所涉及的带传动与链传动的基本知识；具备汽车机械所应用的齿轮传动的基本知识；具备汽车机械中齿轮系与减速器的基本知识；具备常用机构的基本知识。 能力目标： 通过本章的学习能认识相应联接件；掌握带传动、链传动的类型、特点与应用；掌握渐开线齿轮基本特征以及传动特点，掌握渐开线斜齿轮的传动特点与应用；掌握定轴齿轮系的传动比计算方法及轮系中各个齿轮的转动方向的判别，会确定主、从动轮的转向关系；掌握平面连杆机构、凸轮机构、间歇机构、螺旋机构等的基本形式与应用特点。
第三章 凸轮机构介绍
第三章 凸轮机构
凸轮传动是通过凸轮与从动件间的接触来传递运动和动力，是一种 常见的高副机构，结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就 可以使从动件实现任何预定的复杂运动规律。 §3-1 凸轮机构应用和分类 一、凸轮机构的组成和应用
内燃机
配气机构
凸轮式内燃机配气机构
自动车床上的走刀机构 1、组成：凸轮，从动件，机架 2、作用：将凸轮的转动或移动转变为从动件的移动或摆动 3、特点:(1)只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的 运动规律 (1)结构简单、紧凑，工作可靠，容易设计； (2)高副接触，易磨损 4、应用：适用于传力不大的控制机构和调节机构
推杆运动规律选取应从便于加工和动力特性来考虑。
低速轻载凸轮机构：采用圆弧、直线等易于加工的曲线作为凸 轮轮廓曲线。
高速凸轮机构：首先考虑动力特性，以避免产生过大的冲击。
大质量从动件不宜选用νmax太大的运动规律 高速度从动件不宜选用amax太大的运动规律
(2)机器工作过程对从动件的的运动规律有特殊要求
4、偏臵直动尖顶从动件盘形凸轮机构 已知条件:已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。 从动画中看，从动件 而推杆的运动规律已知，已知偏距e。试设计。
在反转运动中依次占 据的位臵将不在是以 凸轮回转中心作出的 径向线,而是始终与O 保持一偏距e的直线, 因此若以凸轮回转中 心O为圆心，以偏距e 为半径作圆（称为偏 距圆）,则从动件在 反转运动中依次占据 的位臵必然都是偏距 圆的切线,(图 中 …)从 动件的位移 ( …) 也应沿切线量取。然 后将 …等点 用光滑的曲线连接起 来，既得偏臵直动尖 顶从动件盘形凸轮轮
按从动件运动形式 可分为直动从动件（又分为对心直动从动件和偏臵直动从动件） 和摆动从动件两种。
凸轮传动是通过凸轮与从动件间的接触来传递运动和动力，是一种 常见的高副机构，结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就 可以使从动件实现任何预定的复杂运动规律。 §3-1 凸轮机构应用和分类 一、凸轮机构的组成和应用
内燃机
配气机构
凸轮式内燃机配气机构
自动车床上的走刀机构 1、组成：凸轮，从动件，机架 2、作用：将凸轮的转动或移动转变为从动件的移动或摆动 3、特点:(1)只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的 运动规律 (1)结构简单、紧凑，工作可靠，容易设计； (2)高副接触，易磨损 4、应用：适用于传力不大的控制机构和调节机构
推杆运动规律选取应从便于加工和动力特性来考虑。
低速轻载凸轮机构：采用圆弧、直线等易于加工的曲线作为凸 轮轮廓曲线。
高速凸轮机构：首先考虑动力特性，以避免产生过大的冲击。
大质量从动件不宜选用νmax太大的运动规律 高速度从动件不宜选用amax太大的运动规律
(2)机器工作过程对从动件的的运动规律有特殊要求
4、偏臵直动尖顶从动件盘形凸轮机构 已知条件:已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。 从动画中看，从动件 而推杆的运动规律已知，已知偏距e。试设计。
在反转运动中依次占 据的位臵将不在是以 凸轮回转中心作出的 径向线,而是始终与O 保持一偏距e的直线, 因此若以凸轮回转中 心O为圆心，以偏距e 为半径作圆（称为偏 距圆）,则从动件在 反转运动中依次占据 的位臵必然都是偏距 圆的切线,(图 中 …)从 动件的位移 ( …) 也应沿切线量取。然 后将 …等点 用光滑的曲线连接起 来，既得偏臵直动尖 顶从动件盘形凸轮轮
按从动件运动形式 可分为直动从动件（又分为对心直动从动件和偏臵直动从动件） 和摆动从动件两种。
常用机构(机械传动)
.
平面连杆机构能够实现多种运动轨迹和运动规 律，广泛应用于各种机械于仪表中。
主要有：四杆机构、六杆 机构、多杆机构等。 平面连杆机构的组成： 机架——固定不动的构件； 连架杆——与机架相联的构件； 连杆——连接两连架杆且作
平面运动的构件； 曲柄——作整周定轴回转的构件； 摇杆——作定轴摆动的构件。
（5）工作可靠和寿命长 缺点： （1）对制造和安装精度要求较高，成本高 （2）精度↓时 → 噪声和振动↑ （3）不宜用于中心距较大的传动
.
齿轮机构的分类 1.平面齿轮机构 — 用于传递两平行轴之间的运
动和动力。 * 根据轮齿的排列位置可分为：内齿轮、外齿轮和 齿条；
.
* 根据轮齿的方向可分为：直齿轮、斜齿轮和人字齿 轮。
应用：节省回程时间，提高生产率
.
平面连杆机构的死点 对于曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，在
连杆与曲柄两次共线的位置，机构均不能运动。 机构的这种位置称为“死点”（机构的死点位置 ） 在“死点”位置，机构的传动角 γ＝0。 “死点”位置应用：
飞机起落架、钻夹具等 “死点”位置的过渡：
依靠飞轮的惯性（如内燃机、 缝纫机等）、两组机构错开
.
①计算 θ＝180°(K-1)/(K+1)；
②作C1 C2＝ H ；
③作射线C2M，
使∠C1C2M=90°－θ，
作射线C1N垂直于C1C2
b
两条射线交于P点 ；
a
④以C2P为直径作圆；
⑤作与C1 C2平行且偏距为
e的直线，交圆于A或A’，即为所求。
AC2 AB2 B2C2
AC1 B2C2 AB2
等。
分类:
平面连杆机构 空间连杆机构
.
平面连杆机构能够实现多种运动轨迹和运动规 律，广泛应用于各种机械于仪表中。
主要有：四杆机构、六杆 机构、多杆机构等。 平面连杆机构的组成： 机架——固定不动的构件； 连架杆——与机架相联的构件； 连杆——连接两连架杆且作
平面运动的构件； 曲柄——作整周定轴回转的构件； 摇杆——作定轴摆动的构件。
（5）工作可靠和寿命长 缺点： （1）对制造和安装精度要求较高，成本高 （2）精度↓时 → 噪声和振动↑ （3）不宜用于中心距较大的传动
.
齿轮机构的分类 1.平面齿轮机构 — 用于传递两平行轴之间的运
动和动力。 * 根据轮齿的排列位置可分为：内齿轮、外齿轮和 齿条；
.
* 根据轮齿的方向可分为：直齿轮、斜齿轮和人字齿 轮。
应用：节省回程时间，提高生产率
.
平面连杆机构的死点 对于曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，在
连杆与曲柄两次共线的位置，机构均不能运动。 机构的这种位置称为“死点”（机构的死点位置 ） 在“死点”位置，机构的传动角 γ＝0。 “死点”位置应用：
飞机起落架、钻夹具等 “死点”位置的过渡：
依靠飞轮的惯性（如内燃机、 缝纫机等）、两组机构错开
.
①计算 θ＝180°(K-1)/(K+1)；
②作C1 C2＝ H ；
③作射线C2M，
使∠C1C2M=90°－θ，
作射线C1N垂直于C1C2
b
两条射线交于P点 ；
a
④以C2P为直径作圆；
⑤作与C1 C2平行且偏距为
e的直线，交圆于A或A’，即为所求。
AC2 AB2 B2C2
AC1 B2C2 AB2
等。
分类:
平面连杆机构 空间连杆机构
.
第三章 凸轮机构
第三章凸轮机构§3-1 凸轮机构的组成和类型一、凸轮机构的组成1、凸轮：具有曲线轮廓或沟槽的构件，当它运动时，通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触，使从动件获得预期的运动。
2、凸轮机构的组成：由凸轮、从动件、机架这三个基本构件所组成的一种高副机构。
二、凸轮机构的类型1.按照凸轮的形状分：空间凸轮机构：盘形凸轮：凸轮呈盘状，并且具有变化的向径。
它是凸轮最基本的形式，应用最广。
移动（楔形）凸轮：凸轮呈板状，它相对于机架作直线移动。
盘形凸轮转轴位于无穷远处。
空间凸轮机构：圆柱凸轮：凸轮的轮廓曲线做在圆柱体上。
2.按照从动件的形状分：（1）尖端从动件从动件尖端能与任意形状凸轮接触，使从动件实现任意运动规律。
结构简单，但尖端易磨损，适于低速、传力不大场合。
（2）曲面从动件：从动件端部做成曲面，不易磨损，使用广泛。
（3）滚子从动件：滑动摩擦变为滚动摩擦，传递较大动力。
（4）平底从动件优点：平底与凸轮之间易形成油膜，润滑状态稳定。
不计摩擦时，凸轮给从动件的力始终垂直于从动件的平底，受力平稳，传动效率高，常用于高速。
缺点：凸轮轮廓必须全部是外凸的。
3.按照从动件的运动形式分：4.按照凸轮与从动件维持高副接触的方法分：（1）力封闭型凸轮机构：利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。
封闭方式简单，对从动件运动规律没有限制。
5、其它反凸轮机构：摆杆为主动件，凸轮为从动件。
应用实例：自动铣槽机应用反凸轮实现料斗翻转§3-2 凸轮机构的特点和功能一.凸轮机构的特点1、优点： (1)结构简单、紧凑，具有很少的活动构件，占据空间小。
(2)最大优点是对于任意要求的从动件运动规律都可以毫无困难地设计出凸轮廓线来实现。
2、缺点：由于是高副接触，易磨损，因此多用于传力不大的场合。
二.功能1、实现无特定运动规律要求的工作行程应用实例：车床床头箱中利用凸轮机构实现变速操纵2、实现有特定运动规律要求的工作行程应用实例：自动机床中利用凸轮机构实现进刀、退刀3、实现对运动和动力特性有特殊要求的工作行程应用实例：船用柴油机中利用凸轮机构控制阀门的启闭4、实现复杂的运动轨迹应用实例：印刷机中利用凸轮机构适当组合实现吸纸吸头的复杂运动轨迹§3-3 从动件运动规律设计一.基础知识1、从动件运动规律：从动件的位移、速度、加速度及加速度变化率随时间或凸轮转角变化的规律。
第3章 常用机构
如图3-23所示，当曲柄以等角速度ω1顺时针转α1＝180°＋θ时， 摇杆由位置C1D摆到C2D，摆角为Ψ，设所需时间为t1，C点的平均 速度为ｖ1。当曲柄继续转过α2＝180°一θ时，摇杆又从位置C2D回 到C1D，摆角仍然是Ψ，设所需时间为t2。C点的平均速度为ｖ2。由
于摇杆往复摆动的摆角虽然相同，但是相应的曲柄转角不等,即 α1>α2，而曲柄又是等速转动的，所以有t1>t2，v1>v2。摇杆的这种
F=3n-2pl-ph=33-23-11=2
但是，由于滚子2绕其自身轴线的转动，并不影 响其他构件的运动，因而它只是一种局部自由度。 如图3-9b所示，如设想将滚子2和推杆3焊在一起， 显然并不影响其他构件的运动形式。所以，应将 机构中的局部自由度除去不计。即F=3×2－2×2 －1×1=1
教学指导
例3-２ 试计算图3-6所示颚式碎矿机的自由度。
解 由其机构运动简图不难看出，此机构共有5个活动构件（即构件1、2、3、4、 5），7个低副（即转动副0、A、B、C、D、E及F），而没有高副，故根据式 （3-1）可求得其自由度为
F=3n一2pl一ph＝35一27一0＝1
在应用公式(3-1)计算机构的自由度时，有些应该注意的事项要正确考虑。
教学指导
习题解答
第3章 常用机构
3．双摇杆机构
若铰链四杆机构中两连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构。图3-20所示为双摇杆机 构在鹤式起重机中的应用。当摇杆AB摆动时，另一摇杆CD随之摆动，使得悬挂在E 点上的重物在近似的水平直线上运动，避免重物平移时因不必要的升降而消耗能量。
在双摇杆机构中，若两摇杆长度相等，则形成等腰梯形机构。图3-21所示为汽车前轮的转向 机构，即为其应用实例。
机械工程基础第三章 常用机构
实际机构的外形和结构都是很复杂的。为了便于 分析研究，在工程设计中，通常都用简单线条和符 号绘制机构运动简图来表示实际机械。
第三章 常用机构
一、平面运动副及其分类 机构是由若干个构件组合而成的。每个构件都以一定的方 式与其它构件相互联接，这种联接不同于铆接和焊接等刚性 联接，它能使相互联接的两构件之间存在一定的相对运动。 这种使两构件直接接触而又能产生一定相对运动的联接称为 运动副。例如在内燃机中，活塞与缸体间的联接、连杆与曲 轴间的联接、凸轮与顶杆间的联接以及轮齿与轮齿间的联接 都构成运动副。 运动副中构件与构件的接触形式不外乎点、线、面三种。 例如凸轮与顶杆之间、轮齿与轮齿之间的联接为点接触或线 接触；连杆与曲轴之间、活塞与缸体之间的接触则为面接触。 我们把两构件之间构成点或线接触的运动副称为高副，把两 构件之间构成面接触的运动副称为低副。 运动副除根据成副两构件的接触情况进行分类外，通常还 可根据两构件之间的相对运动是平面运动还是空间运动，把 运动副分为平面运动副和空间运动副两类。由于常用机构多 为平面机构，所以本书重点讨论平面机构及其运动副的有关 问题。
参与组成三个转动副的构件的表示方法如图3-8所 示。当三个转动副中心不在一条直线上时，可用三 条直线连接三个转动副中心组成的三角形表示（图 3-8a、b）。为了说明是同一构件参与组成三个转动 副，在每两条直线相交的部位涂以焊接记号或在三 角形中间画上剖面线。如三个转动副的中心处在一 条直线上，可用图3-8c表示。
动副按照它们在构件上的位置用符号表示出来，再用简单的 线条把它们联成一体即可。
第三章 常用机构
参与组成两个运动副的构件的表示方法如图3-7 所示。当按一定比例绘制机构运动简图时，表示转 动副的圆圈，其圆心必须与相对回转轴线重合；表 示移动副的滑块、导杆或导槽时，其导路必须与相 对移动方向一致；表示平面高副的曲线，其曲率中 心的位置必须与构件实际轮廓相符。
第三章 常用机构
一、平面运动副及其分类 机构是由若干个构件组合而成的。每个构件都以一定的方 式与其它构件相互联接，这种联接不同于铆接和焊接等刚性 联接，它能使相互联接的两构件之间存在一定的相对运动。 这种使两构件直接接触而又能产生一定相对运动的联接称为 运动副。例如在内燃机中，活塞与缸体间的联接、连杆与曲 轴间的联接、凸轮与顶杆间的联接以及轮齿与轮齿间的联接 都构成运动副。 运动副中构件与构件的接触形式不外乎点、线、面三种。 例如凸轮与顶杆之间、轮齿与轮齿之间的联接为点接触或线 接触；连杆与曲轴之间、活塞与缸体之间的接触则为面接触。 我们把两构件之间构成点或线接触的运动副称为高副，把两 构件之间构成面接触的运动副称为低副。 运动副除根据成副两构件的接触情况进行分类外，通常还 可根据两构件之间的相对运动是平面运动还是空间运动，把 运动副分为平面运动副和空间运动副两类。由于常用机构多 为平面机构，所以本书重点讨论平面机构及其运动副的有关 问题。
参与组成三个转动副的构件的表示方法如图3-8所 示。当三个转动副中心不在一条直线上时，可用三 条直线连接三个转动副中心组成的三角形表示（图 3-8a、b）。为了说明是同一构件参与组成三个转动 副，在每两条直线相交的部位涂以焊接记号或在三 角形中间画上剖面线。如三个转动副的中心处在一 条直线上，可用图3-8c表示。
动副按照它们在构件上的位置用符号表示出来，再用简单的 线条把它们联成一体即可。
第三章 常用机构
参与组成两个运动副的构件的表示方法如图3-7 所示。当按一定比例绘制机构运动简图时，表示转 动副的圆圈，其圆心必须与相对回转轴线重合；表 示移动副的滑块、导杆或导槽时，其导路必须与相 对移动方向一致；表示平面高副的曲线，其曲率中 心的位置必须与构件实际轮廓相符。
陈立德第五版-机械设计基础 第3章 平面机构结构分析
带虚约束的杆机构
注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的 ! 虚约束的作用： ①改善构件的受力情况，如多个行星轮。 ②增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。 ③使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。
第三章
平面机构结构分析
上节课重点内容回顾
机械：是机器和机构的总称
机器：根据使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，可用 来变换或传递能量、物料和信息。包含另一个或多个机构。 机器的特征：
1. 人为装配组合而成的实物体； 2. 各实物体之间具有确定的相对运动； 3. 能完成有用的机械功或转化机械能。
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——两构件上直接接触而构成运动副的表面。 (构成运动副的点、线、面)。
运动副元素不外乎
为点、线、面。
自由度——构件所具有的独立运动个数 。
空间构件：——6个
移动：X、Y、Z；转动：X、Y、Z
平面构件：——3个
在XOY平面，移动X、Y；转动Z
=0
2 3
1
4
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0
=1
3 2
1
4
5
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－0
=2
F =3n－2pl－ph = 3 2－2 2－1
=1
B
C A
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 = 1
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－ 1 = 1
3. 虚约束
是重复约束或对机构运动不起限制作用的约束， 又叫消极约束。
意义：
增加构件的刚度、使构件受力均衡； 要求制造精度高，加工误差大可能会将虚约束变成 实际约束。
注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的 ! 虚约束的作用： ①改善构件的受力情况，如多个行星轮。 ②增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。 ③使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。
第三章
平面机构结构分析
上节课重点内容回顾
机械：是机器和机构的总称
机器：根据使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，可用 来变换或传递能量、物料和信息。包含另一个或多个机构。 机器的特征：
1. 人为装配组合而成的实物体； 2. 各实物体之间具有确定的相对运动； 3. 能完成有用的机械功或转化机械能。
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——两构件上直接接触而构成运动副的表面。 (构成运动副的点、线、面)。
运动副元素不外乎
为点、线、面。
自由度——构件所具有的独立运动个数 。
空间构件：——6个
移动：X、Y、Z；转动：X、Y、Z
平面构件：——3个
在XOY平面，移动X、Y；转动Z
=0
2 3
1
4
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0
=1
3 2
1
4
5
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－0
=2
F =3n－2pl－ph = 3 2－2 2－1
=1
B
C A
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 = 1
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－ 1 = 1
3. 虚约束
是重复约束或对机构运动不起限制作用的约束， 又叫消极约束。
意义：
增加构件的刚度、使构件受力均衡； 要求制造精度高，加工误差大可能会将虚约束变成 实际约束。
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平面机构的自由度就是该机构中各构件相对于机 架所具有的独立运动的数目。
平面机构自由度与组成机构的构件数目、运动 副的数目及运动副的性质有关。
实例
图a1
F=0
图b1
F=1
图a2
F=0
图b2
F=1
机构自由度的计算公式：
F 3n2PL PH
F —该机构的自由度 n —该机构中的可动件数 PL —该机构中的低副数 PH —该机构中的高副数
(4)极位夹角
C
C2
急回特性机构中，当输 出构件位于两极限位置 时，主动件（曲柄）在 与之对应的两位置之间 所夹的锐角θ。
B
ω
j1 A
qC1 y B2
j2
D
B1
极限夹角是标志机构有无急回特性的重要参数。
1.急回特性
(5)行程速比系数k
作往复运动的输出构件在空回行程中的速度与工作行程中的速
度之比值。k用来表示机构急回特性的相对程度。
两副构件
三副构件
二、平面机构的运动简图 3. 机构运动简图的绘制 ①观察机构的实际结构，分析机构的运动情况，找 出机构中的固定构件（机架）、原动件及从动件；
②从原动件开始，按运动传递路线，仔细分析各构 件之间的相对运动情况，从而确定该机构的构件数 目及运动副的数目及类型；
③在此基础上，按一定的比例及特定的构件和运动 副符号，绘制机构运动简图。
铰链中有一构件是 固定的，称为固定铰链。 否则称为活动铰链。
（1）平面低副 2）移动副 组成运动副的两构件只能沿某一轴线作相对直线 运动，这种运动副称为移动副。
（2）平面高副 两构件之间通过点或线接触组成的运动副称为高副。
齿轮副
凸轮副
低副实例
（3）其它常见运动副
主要有螺旋副和球面副。这些运动副使得两构件 做空间相对运动，属于空间运动副。
床中的主要运动的执行机构等；
缝纫机、颚式破碎机、拖拉机、回转式油泵 等机器设备中的传动、操纵机构等。
雷达天线俯仰角调整机构
摄影车上的升降机构
摇头风扇传动机构
二、平面四杆机构的类型及应用
1.铰链四杆机构
各个构件之间全部用转动副连接的四杆机构称 为铰链四杆机构。
构件名称
连杆 连架杆
机架
机架：固定不动的构件
α 平面运动构件三自由度
三、平面机构的自由度
2. 运动副对构件的约束
机构中的构件相互联接，其独立运动受到约束。 必然失去一些自由度，同时保留一些自由度。
转动副：
受到两个约束，保 留一个自由度
移动副：
受到两个约束， 保留一个自由度
高副：
受到一个约束， 保留两个自由度
三、平面机构的自由度
3. 平面机构自由度的计算
注意：画构件时应撇开构件的实际外形，而只考 虑运动副的性质。
例1：
绘制图示颚式破碎机的运动简图。
2A 1 B
3 D
C4
三、平面机构的自由度 1. 构件的自由度 构件的自由度： 构件可能出现的独立运动的数目。
注意： ① 一个作平面运动的点，有 两个自由度； ②一个作平面运动的构件， 有三个自由度； ③一个作空间运动的构件， 有六个自由度。
（2）构件系统自由度与原动件数不相等的情况 1）机构的原动件数大于自由度，势必使机构
卡死或导致运动副及构件的损坏，不能成为机构。
2）机构的原动件数小于自由度，就会出现运 动不确定情况。
三、平面机构的自由度
5.计算平面机构自由度的注意事项 （1）复合铰链 两个以上构件组成两
个或更多个共轴线的转动 副，即为复合铰链。
冲压机构
三、平面四杆机构的基本性质
3.死点位置
当机构处于压力角α= 90o
（即传动角γ= 0o ）的位置时，
输出件所受驱动力的有效分力为 零。即连杆作用于从动曲柄的力 通过了曲柄的回转中心，不能推 动曲柄转动，机构的这种位置称 为机构的死点位置。
注意：对于曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构，只有当曲柄为从 动件时，才可能有死点位置。
3.死点位置 越过死点的措施 （1） 在输出件上安装飞轮，利用其惯性顺利通过死 点位置，如缝纫机上的带轮即起飞轮的作用。
（2）采用错位排列，将 死点位置相互错开。
错列结构
3.死点位置 利用死点的实例
夹具
折叠椅
飞机起落架
3.3 凸轮机构
一、组成、应用和特点 1. 概念
凸轮：具有某种曲线轮廓 或凹槽的构件。一般以凸 轮为主动件，通常作连续 等速转动。
卡车自动卸料机构
2.含有移动副的四杆机构 （4）移动导杆机构
移动导杆机构
手动抽水机
三、平面四杆机构的基本性质
C
C2
1.急回特性
(1)实例（牛头刨床） (2)急回特性产生原因
工作行程：摇杆由C1D摆到C2D 空行程：摇杆由C2D摆到C1D
曲柄AB
B
ω
j1 A
B1
C1
q
y
B2
j2
D
摇杆CD
转过角度
（3）虚约束 火车车轮机构
④机构中某两构件用 转动副相联的联接点， 在未组成转动副以前， 其各自的轨迹已重合， 则组成转动副以后必 将存在虚约束。
例：求图示机构 的自由度
解：2、3、4是复 合铰链
F=3*7-2*10=1
3.2 平面连杆机构
一、概述
1.基本概念
平面连杆机构：由若干个刚性构件用低副相互连 接而成，并在同一平面或相互平行的平面内运动。
2.平面连杆机构的特点
低副是面接触，磨损小，承载能力大；结构简单， 便于制造；（优点）
低副中存在难以消除的间隙，从而产生运动误差， 不易准确实现复杂的运动，不易用于高速场合。（缺 点）
3.平面连杆机构的应用 最常用的基本机构之一，广泛应用于各种机
械、仪表中。 如:内燃机、锻压机、空气压缩机及牛头刨
B1
j2
D
急回特性实例
三、平面四杆机构的基本性质
2.压力角和传动角 (1)定义 压力角：机构中输出件受 力点处所受驱动力F和该点 速度V之间所夹的锐角α。
传动角：压力角的余角γ
(2)性质
压力角α越小或传动角γ越大，机构的传力性能 越好，反之反然。所以压力角α或传动角γ是反映机
构传力性能的重要指标。
所需时间
速度 转过角 所需 度 时间
速度
工作行程
φ1=1800+θ
t1= φ1/v
v
Ψ
t1
v1= Ψ/t1
空行程
结论
φ2=1800-θ
t2= φ2/v
v
Ψ
t2
v2= Ψ/t2
t1 >t2
v1< v2
1.急回特性
(3)解释
平面连杆机构中，从动件在空行程中的速度大于工
作行程的平均速度，缩短非生产时间，提高生产效率。
k
v2 v1
c1 c2 c1 c2
t2 t1
t1 t2
j j 1
2
1800 1800
q q
C
C2
q
1800
K K
1 1Βιβλιοθήκη 由上式可知，机构的急回程 度取决于极位夹角θ的大小。θ
B
ω
j1 A
qC1 y B2
角越大，K值越大，机构的急回程
度也越高，但机构运动的平稳性 就越差。反之反然。
螺旋副
球面副
二、平面机构的运动简图
机构运动简图概念
分析机构运动时，为了使问题简化，有必要撇 开与运动无关的因素（如构件外形和运动副的具体 结构），仅用简单的线条和规定的运动副符号来表 示构件和运动副，按一定的比例尺确定运动副的位 置，这种用规定简化画法简明表达机构中各构件运 动关系的图形，称为机构运动简图。
二、平面机构的运动简图 1.平面机构的组成
构件
固定构件
机架
主动件
机构中作用有驱 动力的构件。
1
原动件
2
从动件
3
机构
机架 4
从动件
随着主动件的运 动而运动的构件。
二、平面机构的运动简图 2. 机构运动简图的符号
转动副
移动副
高副（齿轮
副、凸轮副）
应将接触部
分的外形准
２
确画出
杆、轴类构件 机架 同一构件
连架杆 连架杆：与机架相连的构件
连杆：不直接与机架相连的构件
连架杆 曲柄： 能绕其轴线转360º的连架杆。 摇杆： 仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆。
1. 铰链四杆机构 （1）铰链四杆机构的基本形式及其应用
①曲柄摇杆机构 具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构。一
般地，曲柄为主动件做等速转动，摇杆为从动件 作往复摆动。
①两构件组成多个移动 方向一致的移动副时，其中 只有一个是真实的约束，其 余都是虚约束。（右图含两 个虚约束）
（3）虚约束
②两构件组成多个轴线重合的转动副时，其 中只有一个是真实约束，其余为虚约束。
（3）虚约束 ③机构中对传递运动不起独立作用的对称部分所
引入的约束都是虚约束。
联合收割机双层清筛机构
2.压力角和传动角
(3)压力角α和传动角γ的取值
为了保证机构正常传动，通常应使传动 角的最小值γ min大于或等于其许用值[γ]。
一般机械中，推荐 γ min ≥ 40o ；对于高 速重载机械可取γ min ≥ 50o 。
(4)应用
在生产实际中，对于具有短暂峰值载 荷的机器，应使机构在具有较大传动角的 瞬时位置来承担高峰载荷，以便节省动力， 提高传动效率。
二、分类
1. 按凸轮的形状
（1）盘形凸轮机构：此机构的凸轮是一个绕固定轴 线转动并具有变化向径的盘形构件。盘形凸轮是凸 轮的基本形式。如内燃机配气机构。
平面机构自由度与组成机构的构件数目、运动 副的数目及运动副的性质有关。
实例
图a1
F=0
图b1
F=1
图a2
F=0
图b2
F=1
机构自由度的计算公式：
F 3n2PL PH
F —该机构的自由度 n —该机构中的可动件数 PL —该机构中的低副数 PH —该机构中的高副数
(4)极位夹角
C
C2
急回特性机构中，当输 出构件位于两极限位置 时，主动件（曲柄）在 与之对应的两位置之间 所夹的锐角θ。
B
ω
j1 A
qC1 y B2
j2
D
B1
极限夹角是标志机构有无急回特性的重要参数。
1.急回特性
(5)行程速比系数k
作往复运动的输出构件在空回行程中的速度与工作行程中的速
度之比值。k用来表示机构急回特性的相对程度。
两副构件
三副构件
二、平面机构的运动简图 3. 机构运动简图的绘制 ①观察机构的实际结构，分析机构的运动情况，找 出机构中的固定构件（机架）、原动件及从动件；
②从原动件开始，按运动传递路线，仔细分析各构 件之间的相对运动情况，从而确定该机构的构件数 目及运动副的数目及类型；
③在此基础上，按一定的比例及特定的构件和运动 副符号，绘制机构运动简图。
铰链中有一构件是 固定的，称为固定铰链。 否则称为活动铰链。
（1）平面低副 2）移动副 组成运动副的两构件只能沿某一轴线作相对直线 运动，这种运动副称为移动副。
（2）平面高副 两构件之间通过点或线接触组成的运动副称为高副。
齿轮副
凸轮副
低副实例
（3）其它常见运动副
主要有螺旋副和球面副。这些运动副使得两构件 做空间相对运动，属于空间运动副。
床中的主要运动的执行机构等；
缝纫机、颚式破碎机、拖拉机、回转式油泵 等机器设备中的传动、操纵机构等。
雷达天线俯仰角调整机构
摄影车上的升降机构
摇头风扇传动机构
二、平面四杆机构的类型及应用
1.铰链四杆机构
各个构件之间全部用转动副连接的四杆机构称 为铰链四杆机构。
构件名称
连杆 连架杆
机架
机架：固定不动的构件
α 平面运动构件三自由度
三、平面机构的自由度
2. 运动副对构件的约束
机构中的构件相互联接，其独立运动受到约束。 必然失去一些自由度，同时保留一些自由度。
转动副：
受到两个约束，保 留一个自由度
移动副：
受到两个约束， 保留一个自由度
高副：
受到一个约束， 保留两个自由度
三、平面机构的自由度
3. 平面机构自由度的计算
注意：画构件时应撇开构件的实际外形，而只考 虑运动副的性质。
例1：
绘制图示颚式破碎机的运动简图。
2A 1 B
3 D
C4
三、平面机构的自由度 1. 构件的自由度 构件的自由度： 构件可能出现的独立运动的数目。
注意： ① 一个作平面运动的点，有 两个自由度； ②一个作平面运动的构件， 有三个自由度； ③一个作空间运动的构件， 有六个自由度。
（2）构件系统自由度与原动件数不相等的情况 1）机构的原动件数大于自由度，势必使机构
卡死或导致运动副及构件的损坏，不能成为机构。
2）机构的原动件数小于自由度，就会出现运 动不确定情况。
三、平面机构的自由度
5.计算平面机构自由度的注意事项 （1）复合铰链 两个以上构件组成两
个或更多个共轴线的转动 副，即为复合铰链。
冲压机构
三、平面四杆机构的基本性质
3.死点位置
当机构处于压力角α= 90o
（即传动角γ= 0o ）的位置时，
输出件所受驱动力的有效分力为 零。即连杆作用于从动曲柄的力 通过了曲柄的回转中心，不能推 动曲柄转动，机构的这种位置称 为机构的死点位置。
注意：对于曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构，只有当曲柄为从 动件时，才可能有死点位置。
3.死点位置 越过死点的措施 （1） 在输出件上安装飞轮，利用其惯性顺利通过死 点位置，如缝纫机上的带轮即起飞轮的作用。
（2）采用错位排列，将 死点位置相互错开。
错列结构
3.死点位置 利用死点的实例
夹具
折叠椅
飞机起落架
3.3 凸轮机构
一、组成、应用和特点 1. 概念
凸轮：具有某种曲线轮廓 或凹槽的构件。一般以凸 轮为主动件，通常作连续 等速转动。
卡车自动卸料机构
2.含有移动副的四杆机构 （4）移动导杆机构
移动导杆机构
手动抽水机
三、平面四杆机构的基本性质
C
C2
1.急回特性
(1)实例（牛头刨床） (2)急回特性产生原因
工作行程：摇杆由C1D摆到C2D 空行程：摇杆由C2D摆到C1D
曲柄AB
B
ω
j1 A
B1
C1
q
y
B2
j2
D
摇杆CD
转过角度
（3）虚约束 火车车轮机构
④机构中某两构件用 转动副相联的联接点， 在未组成转动副以前， 其各自的轨迹已重合， 则组成转动副以后必 将存在虚约束。
例：求图示机构 的自由度
解：2、3、4是复 合铰链
F=3*7-2*10=1
3.2 平面连杆机构
一、概述
1.基本概念
平面连杆机构：由若干个刚性构件用低副相互连 接而成，并在同一平面或相互平行的平面内运动。
2.平面连杆机构的特点
低副是面接触，磨损小，承载能力大；结构简单， 便于制造；（优点）
低副中存在难以消除的间隙，从而产生运动误差， 不易准确实现复杂的运动，不易用于高速场合。（缺 点）
3.平面连杆机构的应用 最常用的基本机构之一，广泛应用于各种机
械、仪表中。 如:内燃机、锻压机、空气压缩机及牛头刨
B1
j2
D
急回特性实例
三、平面四杆机构的基本性质
2.压力角和传动角 (1)定义 压力角：机构中输出件受 力点处所受驱动力F和该点 速度V之间所夹的锐角α。
传动角：压力角的余角γ
(2)性质
压力角α越小或传动角γ越大，机构的传力性能 越好，反之反然。所以压力角α或传动角γ是反映机
构传力性能的重要指标。
所需时间
速度 转过角 所需 度 时间
速度
工作行程
φ1=1800+θ
t1= φ1/v
v
Ψ
t1
v1= Ψ/t1
空行程
结论
φ2=1800-θ
t2= φ2/v
v
Ψ
t2
v2= Ψ/t2
t1 >t2
v1< v2
1.急回特性
(3)解释
平面连杆机构中，从动件在空行程中的速度大于工
作行程的平均速度，缩短非生产时间，提高生产效率。
k
v2 v1
c1 c2 c1 c2
t2 t1
t1 t2
j j 1
2
1800 1800
q q
C
C2
q
1800
K K
1 1Βιβλιοθήκη 由上式可知，机构的急回程 度取决于极位夹角θ的大小。θ
B
ω
j1 A
qC1 y B2
角越大，K值越大，机构的急回程
度也越高，但机构运动的平稳性 就越差。反之反然。
螺旋副
球面副
二、平面机构的运动简图
机构运动简图概念
分析机构运动时，为了使问题简化，有必要撇 开与运动无关的因素（如构件外形和运动副的具体 结构），仅用简单的线条和规定的运动副符号来表 示构件和运动副，按一定的比例尺确定运动副的位 置，这种用规定简化画法简明表达机构中各构件运 动关系的图形，称为机构运动简图。
二、平面机构的运动简图 1.平面机构的组成
构件
固定构件
机架
主动件
机构中作用有驱 动力的构件。
1
原动件
2
从动件
3
机构
机架 4
从动件
随着主动件的运 动而运动的构件。
二、平面机构的运动简图 2. 机构运动简图的符号
转动副
移动副
高副（齿轮
副、凸轮副）
应将接触部
分的外形准
２
确画出
杆、轴类构件 机架 同一构件
连架杆 连架杆：与机架相连的构件
连杆：不直接与机架相连的构件
连架杆 曲柄： 能绕其轴线转360º的连架杆。 摇杆： 仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆。
1. 铰链四杆机构 （1）铰链四杆机构的基本形式及其应用
①曲柄摇杆机构 具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构。一
般地，曲柄为主动件做等速转动，摇杆为从动件 作往复摆动。
①两构件组成多个移动 方向一致的移动副时，其中 只有一个是真实的约束，其 余都是虚约束。（右图含两 个虚约束）
（3）虚约束
②两构件组成多个轴线重合的转动副时，其 中只有一个是真实约束，其余为虚约束。
（3）虚约束 ③机构中对传递运动不起独立作用的对称部分所
引入的约束都是虚约束。
联合收割机双层清筛机构
2.压力角和传动角
(3)压力角α和传动角γ的取值
为了保证机构正常传动，通常应使传动 角的最小值γ min大于或等于其许用值[γ]。
一般机械中，推荐 γ min ≥ 40o ；对于高 速重载机械可取γ min ≥ 50o 。
(4)应用
在生产实际中，对于具有短暂峰值载 荷的机器，应使机构在具有较大传动角的 瞬时位置来承担高峰载荷，以便节省动力， 提高传动效率。
二、分类
1. 按凸轮的形状
（1）盘形凸轮机构：此机构的凸轮是一个绕固定轴 线转动并具有变化向径的盘形构件。盘形凸轮是凸 轮的基本形式。如内燃机配气机构。