机构的组成和结构
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机械原理
第一章机构的组成和结构第一节1．构件是独立运动的单元体，可以是一个独立运动的零件，也可以是多个零件刚性连接而成的组合体。
零件是制造单元体，构件是运动单元体2．运动副：两构件间既保持接触又有相对运动的活动连接（两构件直接接触而组成的可动联接）。
分类：按照连构件的相对运动形式分为转动副（相对转动）和移动副（相对移动）；按照两构件的接触形式分为低副（面接触）和高副（点线接触）3．运动链：两个以上的构件通过运动副连接而构成的系统。
分为闭式（组成运动链的构件首尾封闭）和开式（未构成首尾封闭）两种。
4．机构：在一个运动链中，将某一个构件相对的固定下来，如果其他的构件如果相对与该固定构件有确定的运动规律，则该运动链构成了机构。
机构的组成有：机架（相对固定的构件）、原动件（运动已知或者运动输入构件）和从动件5．构件运动简图：分为常见的构件简图和运动副的简图两部分加以记忆。
构件的简图有机架（两种）、杆状零件（三种）、转动轴、齿轮、曲柄盘、凸轮等；运动副很多，常见的有转动（两种表示方法）、移动（三种）、球面副、6．机构运动简图的绘制：分析构件的相对的运动方式、确定运动副的类型；确定试图平面，一般取平行于机构的运动平面为视图平面。
选定比例尺画即可。
一般的步骤是：从原动件开始。
逐个画出运动副和构件的位置到输出运动构件为止，然后再原动件的位置标出箭头以示说明。
构件用数字标出，运动副用大写字母标出。
常见的说明有杆件、滑块、齿轮、滚子、凸轮等构件。
7．机构的运动简图：8．组成机构的两要素：构件和运动副。
9．连构件组成运动副的必要条件是直接接触且具有相对运动。
第二节1.运动链的自由度:确定运动链中各个够将相对于其中一个构件的位置所需要的独立的参变量的数目称为运动链的自由度数，用F表示。
2.运动链自由度的计算：F=3n-2P l-P h .分别为活动杆件数、低副数和高副数。
3.运动链称为机构的条件是：运动链的自由度数和原动件数相等。
机构组成和结构
低副机构
高副机构
第1章 机构的组成和结构
1.1.3 运动链 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
第1章 机构的组成和结构
1.1.4 机构 机 构：在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一
闭式链机构 开式链机构
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
运动链
具有确定的相对运动 机构
无相对运动
桁架
相对运动不确定 运动链
第1章 机构的组成和结构
分析现有机构 新机械的运动方案设计
第1章 机构的组成和结构
1.2 机构运动简图
用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按 一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图 形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。
例：计算大筛机构自由度
n=7
P4 = 1 P5 = 9 F = 3×7 - 2×9 –1 = 2
第1章 机构的组成和结构
复合铰链？ 局部自由度？ 虚约束？
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
1.4 机构的组成原理和结构分析
机架 构件 + 运动副 运动链 机构 原动件
从动件组合
3. 选择适当的视图平面
4. 绘图
选择机架 提取构件的运动尺寸
确定比例尺 选择机构运动中的一个状态
确定各运动副位置，绘图
编号：A、B、C …表示运动副
1、2、3 …表示构件 O1、O2…表示固定转轴
培训机构的结构及职位责任
培训机构的结构及职位责任培训机构通常由以下几个部门和职位组成，每个部门和职位都有其特定的职责和功能。
1. 行政部门行政部门是培训机构的核心部门之一，负责协调和管理各个部门的运作。
行政部门的主要职责包括：- 制定和执行培训机构的管理政策和规定；- 安排和协调各部门之间的合作和沟通；- 负责招聘、培训和管理培训机构的员工；- 处理与学员、家长和外部合作伙伴的沟通和关系；- 监督和评估培训机构的整体运营情况。
2. 教务部门教务部门是培训机构的教学核心部门，负责制定和实施教学计划，并确保教学质量和效果。
教务部门的主要职责包括：- 设计和开发课程大纲和教材；- 安排和管理教师的授课计划和教学任务；- 监督和评估教师的教学表现；- 跟踪学员的研究进展和成绩；- 提供学术支持和指导。
3. 招生部门招生部门是培训机构的市场推广和招生工作的负责部门，主要职责包括：- 制定和执行市场推广和招生策略；- 宣传和推广培训机构的课程和优势；- 与学员和家长进行沟通和咨询，解答他们的疑问；- 管理招生流程和报名手续；- 维护和更新招生数据库和档案。
4. 财务部门财务部门是培训机构的财务管理和资金监控部门，主要职责包括：- 制定和执行财务预算和资金计划；- 管理培训机构的财务账目和报表；- 处理学费和其他款项的收付；- 监督和审计培训机构的财务情况；- 提供财务分析和建议。
5. 市场部门市场部门是培训机构的市场调研和市场推广部门，主要职责包括：- 分析和研究培训市场的需求和趋势；- 制定和执行市场调研和营销策略；- 策划和组织市场推广活动和活动；- 管理培训机构的品牌形象和宣传资料；- 跟踪和评估市场推广效果。
以上是培训机构常见的部门和职位，每个部门和职位都有其特定的职责和功能，共同协作以实现培训机构的目标和使命。
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
第一章机构的组成与结构
机构是具有确定运动的运动链。
原动件
从动件
机架 低副机构
高副机构
开式链机构
闭式链机构
思考题：
① 何谓“零件”和“构件”?试举例说明其区别。 ② “构件是由多个零件组成的”，“一个零件不能成为
构件”的说法是否正确? 构件和零件的本质区别是什么? ③ 何谓“运动副”? 满足什么条件两个构件间才能构成运
P5 = 3n/2 n 只能取偶数！
n=2
P5 = 3 Ⅱ级杆组（双杆组）
3 P5 = n
2
n = 4 P5 = 6 Ⅲ 级杆组
3 P5 = n
2
三副构件 3个双副构件
1.4.1 机构的组成原理
机构
机架 原动件 若干基本杆组
机构的组成原理：若干个自由度为零的基本杆组依次联接到原动机和
机架上构成机构；机构的自由度等于原动件的数目。
3 按照运动副引入的约束数目分类 n 级副 n = 1, 2 … 5
4 按照运动副接触部分的几何形状分类 圆柱副、平面与平面副、球面副、螺旋副、球面与平面副等
R
按接触部分的几何形状分类：转动副 按接触形式分类： 低副 按引入的约束数目分类：五级副 按相对运动形式分类：平面运动副
P
按接触部分的几何形状分类：移动副
按接触形式分类： 低副
?
按引入的约束数目分类：五级副
按相对运动形式分类：平面运动副
按接触形式分类： 高副 按引入的约束数目分类： 四级副 按相对运动形式分类： 平面运动副 按接触部分的几何形状分类： 平面高副
1.1.3 运动链
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
A
B
杆式联轴器
原动件
从动件
机架 低副机构
高副机构
开式链机构
闭式链机构
思考题：
① 何谓“零件”和“构件”?试举例说明其区别。 ② “构件是由多个零件组成的”，“一个零件不能成为
构件”的说法是否正确? 构件和零件的本质区别是什么? ③ 何谓“运动副”? 满足什么条件两个构件间才能构成运
P5 = 3n/2 n 只能取偶数！
n=2
P5 = 3 Ⅱ级杆组（双杆组）
3 P5 = n
2
n = 4 P5 = 6 Ⅲ 级杆组
3 P5 = n
2
三副构件 3个双副构件
1.4.1 机构的组成原理
机构
机架 原动件 若干基本杆组
机构的组成原理：若干个自由度为零的基本杆组依次联接到原动机和
机架上构成机构；机构的自由度等于原动件的数目。
3 按照运动副引入的约束数目分类 n 级副 n = 1, 2 … 5
4 按照运动副接触部分的几何形状分类 圆柱副、平面与平面副、球面副、螺旋副、球面与平面副等
R
按接触部分的几何形状分类：转动副 按接触形式分类： 低副 按引入的约束数目分类：五级副 按相对运动形式分类：平面运动副
P
按接触部分的几何形状分类：移动副
按接触形式分类： 低副
?
按引入的约束数目分类：五级副
按相对运动形式分类：平面运动副
按接触形式分类： 高副 按引入的约束数目分类： 四级副 按相对运动形式分类： 平面运动副 按接触部分的几何形状分类： 平面高副
1.1.3 运动链
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
A
B
杆式联轴器
平面机构的组成原理、结构分类和结构分析
3）Ⅰ级机构：只由机架和原动件而构成的机构，如杠杆、 斜面机构。 注意：根据机构的组成原理，在进行新机械方案设计时， 就可以按设计要求把杆组加到原有机构上，进行创 新设计。但设计中必须遵循一个原则：在满足相同 工作要求的前提下，机构的结构越简单、杆组的级 别越低、构件数和运动副的数目越少越好。
三、结构分析 是把机构拆分成杆组，然后判断杆组的级别， 1、目的： 并确定机构的级别。 2、方法、步骤 1）计算机构的自由度（真正去除机构中的虚约束和局部自 由度），并确定原动件。如含有高副，用高副低代； 2）从远离原动件的构件开始拆杆组；
n= 10，PL=14 ，PH= 0 ，F′= 0 ，P′= 解： F= 3n-（2PL+PH- P′）- F′
0
= 3×10 - ( 2×14 + 0- 0 ) - 0 = 2 5、6组成Ⅱ级杆组；4、7组成Ⅱ级杆组； 8、9组成Ⅱ级杆组；2、3组成Ⅱ级杆组； ∴ 此机构是Ⅱ级机构
小 结：
通过本章的学习，要求： 1、会绘制机构的运动简图，应该表达出：构件的数目、 运动副的数目、运动副的类型、运动副间的相对位置、 原动件的运动规律等；而不需表达：构件的外形（高 副的轮廓形状除外）、断面尺寸、组成构件的零件数 目及固联方式、运动副的具体构造。 2、会计算平面机构的自由度，正确判断复合铰链、局部 自由度、虚约束。
III级杆组F=3*4-2*6=0 F E B C G D A D G 基本机构
B C A
E
F
Ⅲ级杆组有3种结构形式，如图2-33 所示 。
至于较Ⅲ级杆组更高级的基本杆组，因在实际机构中 很少遇到，此处就不再列举了。
3、机构的结构分类
机构的级别是根据所含杆组的最高级别来分类的。
第2章机构的结构分析
系统三部分。 由于机构具有确定运动的条件是原动件 的数目等于机构的自由度数目，
因此，如将机构的机架以及和机架相连
的原动件与从动件系统分开，则余下的 从动件系统的自由度应为零。
从动件系统 从动件组
一、平面机构组成的基本原理
平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目等于机构 的自由度数，故平面机构的从动件组的自由度数应为零。 C 2
二、平面机构的结构分析
1. 机构的分类
机构分类的依据： 根据机构中杆组的级别进行分类。 ◆II级机构 指机构中杆组的最高级别为II级的机构。 ◆ III级机构 指机构中杆组的最高级别为III级的机构。 ◆ Ⅰ级机构 只由机架和原动件组成的机构称为Ⅰ级的机构。 （杠杆机构、电动机等）
古代
中国
利用杠杆的舂米机
杆组 (基本杆组的简称）的条件
杆组应满足的条件： F=3n-2PL-PH=0
式中n、PL 、 PH分别为杆组中的构件数、低副数、高副数。
如果杆组的运动副全为低副， 则上式可变为： n和PL为整数 n应是2的倍 数。PL应是3 的倍数
3n－2PL＝0
或
n/2＝PL/3
n，PL的组合有 n＝2，PL＝3；n=4，PL=6；…。 （2）杆组的基本类型
◆ 虚约束
计算图示圆盘锯机构的自由度。
解：活动构件数n= 7
低副数PL= 10 高副数PH=0 F=3n － 2PL － PH =3×7 －2×10 －0 =1
B
D 4
5 6
F
C
1
2
E
3 8
7
A
计算图示机构的自由度。
3 2
B
1
C
4 5
D
机构的组成
计算运动链自由度时应注意的问题
Points for Attention during the Calculation of DOF
1.公共约束问题
２.复合铰链
３.局部自由度 4.虚约束 5.综合实例
1.公共约束问题 Common Constraints
例1. 试计算右图所示的四杆运动链的自由度。 对四杆运动链重新计算： 解：该运动链活动构件n=3, 有4个转动副p5=4。计算 n=3, P5=4, q=3,自由度为 自由度为： F=(6－3) n－(5 －3) p5 F=6n－5p5－4p4 －3p3 ＝3n－2 p5 － 2p2 －p1 ＝3×3－2×4 = 6n－5p5 ＝1 =6×３—５×４ 与实际情况相符。 =-2
1.4 机构的组成原理和结构分析
2.4.1 机构的组成原理
2.4.2 平面机构的结构分类 2.4.3 平面机构的高副低代 2.4.4 综合例题
1.4.1 机构的组成原理
Composition Principle of Mechanisms
举例：考察由原动件和机架 组成的运动链。 n=1, P5=1, F=3－２＝１ 所以由原动件和机架组成的 运动链是最简单的机构．称 为１级机构． 因为所有自由度为１的机构 都有一个原动件，要把它和 机架从机构中分离出去，剩 下的运动链的自由度必定为 零． 如下图所示．
常见运动副 Kinematic Pair in Common Use
引入 几个 约束 就称 为几 级副
球与平面副 空间１级高副球面副 Biblioteka 间３级低副球销副 空间４级低副
圆柱副 空间４级低副
圆柱高副 空间２级高副
螺旋副 空间５级低副
常见运动副（续）
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1
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2
构件的表示方法:
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
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机
齿 轮 齿 条 传 动
圆
带
锥
传
齿
动
轮
传
动
链 传 动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
圆柱 蜗杆 蜗轮 传动
凸 轮 传 动
第1章 平面机构的结构分析
第1章 机构的组成和结构
机构：具有确定运动的实物组合体 1.1 机构的组成 1.2 机构运动简图 1.3 机构具有确定运动的条件 1.4 机构的组成原理和结构分析
第1章 平面机构的结构分析
1.1 机构的组成
零件(Part)：独立的制造单元体 构件（Link）：独立的运动单元 一个构件可以由一个或多个零件组成。
双副构件 (一个构件和两个外副)
第1章 平面机构的结构分析
偏心轮
第1章 平面机构的结构分析
A B
1
2
2
A1 B
三副构件 (一个构件和三个外副)
第1章 平面机构的结构分析
三副构件 (一个构件和三个外副)
第1章 平面机构的结构分析
第1章 平面机构的结构分析
第1章 平面机构的结构分析
原动机
第1章 平面机构的结构分析
第1章 平面机构的结构分析
运动副的分类方法：
1 按照运动副的相对运动形式分类 平面运动副（平面运动）、空间运动副（空间运动）
例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。 平面机构－全部由平面运动副组成的机构。 空间机构－至少含有一个空间运动副的机构。
第1章 平面机构的结构分析
2 按照运动副的接触形式（运动副元素）分类 低副、高副
内燃机中的连杆
内燃机 连杆 螺栓
垫圈 螺母
套筒 连杆体
轴瓦
连杆盖
作者：潘存云教授
第1章 平面机构的结构分析
1.1.1 构件 1.1.2 运动副
运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接
两个相邻构件直接接触 两者之间允许一定的相对运动 每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接
a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动 三个条件，缺一不可
运动链成为机构的条件：
运动链中取一个构件相对固定作为机架，运动链 相对于机架的自由度必须大于零，且原动件数目 等于运动链自由度数。 满足此条件的运动链即成为机构，机构自由度的 计算可采用运动链自由度的计算公式。
“机构”的定义：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。
第1章 平面机构的结构分析
副元素：两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
作者：潘存云教授
作者：潘存云教授
第1章 平面机构的结构分析
自由度：构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所
需的独立变量的数目
自由构件(空间)：F = 6 自由构件(平面)：F = 3 约束：运动副对构件独立运动所加的限制
原动件的运动方向
第1章 平面机构的结构分析
第1章 平面机构的结构分析运ຫໍສະໝຸດ 链具有确定的相对运动 机构
无相对运动
桁架
相对运动不确定 运动链
第1章 平面机构的结构分析
1.3 运动链成为机构的条件
运动链的自由度：确定运动链中各构件相对与其中某一构件 的位置所需要的独立参变量的数目。
第1章 平面机构的结构分析
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
第1章 平面机构的结构分析
1.1.4 机构 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。
第1章 平面机构的结构分析
F= 1 1 个原动件：活塞 实现摇杆的往复摆动
第1章 平面机构的结构分析
1.3.3 计算机构自由度时应注意的问题
问题1：复合铰链
两个以上的构件在同一处以转动副 联接所构成的运动副。
F = 3×5 - 2×7 = 1
解决方案
m 个构件在同一处构成复合铰链，
实际上构成了 ( m-1 ) 个转动副。
压头8
2. 沿着传动路线，分析相 邻构件之间的相对运动关系， 确定运动副的类型和数目。
第1章 平面机构的结构分析
转动副
移动副
平面高副
3. 选择适当的视图平面
第1章 平面机构的结构分析
选择原则
1 清楚表达机构的主体部分； 2 尽可能反映机构的全面运动； 3 可以选择其他视图平面作为补充。
1.2.2 运动简图的绘制
内啮
棘
合圆
轮
柱齿
机
轮传
构
动
机构运动简图应满足的条件： 1.构件数目与实际相同
2.运动副的性质、数目与实际相符
3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。
绘制机构运动简图
思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端）， 弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符 号表示出来。
第1章 平面机构的结构分析
按接触形式分类： 高副 按引入的约束数目分类：四级副 按相对运动形式分类：平面运动副 按接触部分的几何形状分类： 平面高副
第1章 平面机构的结构分析
低副机构
高副机构
第1章 平面机构的结构分析
1.1.3 运动链 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）
详见教材 P15 页。
运动副 名称
常用运动副的符号 运动副符号
两运动构件构成的运动副 两构件之一为固定时的运动副
转 动 平副 面 运 动 副移 动 副
22
1
1
2
1 2 1
2
2
1
1
2
1 2 1
22
22
1
1
1
1
2
2
1 2 1
1 2
1
平
面
2
高
副
1
2
螺 旋
1
空副 2
间
1
运
动球 副面
1
副
球 销
2
副
2 1
顺口溜：先两头，后中间， 从头至尾走一遍， 数数构件是多少， 再看它们怎相联。
步骤： 1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；
2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面）， 绘制示意图。
3.按比例绘制运动简图。 简图比例尺： μ l =实际尺寸 m/图上长度mm
4.检验机构是否满足运动确定的条件。
1.2.2 运动简图的绘制 小型压力机
第1章 平面机构的结构分析
1. 分析整个机构的工作原理
机构组成 动作原理和运动情况
原动件 偏心轮1
齿轮1`
编号原杆则件：2注意区分位齿置轮重叠6`的不
同构件和杆同件轴3刚性联接槽的凸多轮个零6 件。
前者分别编号，后者采用一个编号，
加`以示区别。 杆件4
滑块7
执行构件
机构是具有确定运动的运动链。
原动件
第1章 平面机构的结构分析
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。
第1章 平面机构的结构分析
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：
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。
第1章 平面机构的结构分析
F = 3×3 - 2×4 = 1 2 个原动件
F > 0，但原动件数目大 于自由度数目，运动链 被破坏，不能成为机构。
第1章 平面机构的结构分析
①高副(high pair)－点、线接触，应力高。 例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。
②低副(lower pair)－面接触，应力低。 例如：转动副（回转副）、移动副 。
3 按照运动副引入的约束数目分类 n 级副 n = I, II … V
第1章 平面机构的结构分析
I级副
II级副
III级副
第1章 平面机构的结构分析
第1章 平面机构的结构分析
用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论
重点在于机构的运动分析 构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响 机构的运动特性 运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式 构件的运动尺寸是运动分析的基础 不严格按比例可绘制机构示意图
第1章 平面机构的结构分析
国标规定的构件和运动副的表示符号 运动简图的绘制方法
3 4
5
n=4 P4 = 1 P5 = 5 F = 3×4 – 2×5 – 1 = 1
1.3.2 运动链成为机构的条件
第1章 平面机构的结构分析
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
第1章 平面机构的结构分析
机构＝机架＋原动件＋从动件
1
2
2 1
2 1
1 2
1 2
1 2
1
2
构件的表示方法:
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
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机
齿 轮 齿 条 传 动
圆
带
锥
传
齿
动
轮
传
动
链 传 动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
圆柱 蜗杆 蜗轮 传动
凸 轮 传 动
第1章 平面机构的结构分析
第1章 机构的组成和结构
机构：具有确定运动的实物组合体 1.1 机构的组成 1.2 机构运动简图 1.3 机构具有确定运动的条件 1.4 机构的组成原理和结构分析
第1章 平面机构的结构分析
1.1 机构的组成
零件(Part)：独立的制造单元体 构件（Link）：独立的运动单元 一个构件可以由一个或多个零件组成。
双副构件 (一个构件和两个外副)
第1章 平面机构的结构分析
偏心轮
第1章 平面机构的结构分析
A B
1
2
2
A1 B
三副构件 (一个构件和三个外副)
第1章 平面机构的结构分析
三副构件 (一个构件和三个外副)
第1章 平面机构的结构分析
第1章 平面机构的结构分析
第1章 平面机构的结构分析
原动机
第1章 平面机构的结构分析
第1章 平面机构的结构分析
运动副的分类方法：
1 按照运动副的相对运动形式分类 平面运动副（平面运动）、空间运动副（空间运动）
例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。 平面机构－全部由平面运动副组成的机构。 空间机构－至少含有一个空间运动副的机构。
第1章 平面机构的结构分析
2 按照运动副的接触形式（运动副元素）分类 低副、高副
内燃机中的连杆
内燃机 连杆 螺栓
垫圈 螺母
套筒 连杆体
轴瓦
连杆盖
作者：潘存云教授
第1章 平面机构的结构分析
1.1.1 构件 1.1.2 运动副
运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接
两个相邻构件直接接触 两者之间允许一定的相对运动 每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接
a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动 三个条件，缺一不可
运动链成为机构的条件：
运动链中取一个构件相对固定作为机架，运动链 相对于机架的自由度必须大于零，且原动件数目 等于运动链自由度数。 满足此条件的运动链即成为机构，机构自由度的 计算可采用运动链自由度的计算公式。
“机构”的定义：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。
第1章 平面机构的结构分析
副元素：两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
作者：潘存云教授
作者：潘存云教授
第1章 平面机构的结构分析
自由度：构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所
需的独立变量的数目
自由构件(空间)：F = 6 自由构件(平面)：F = 3 约束：运动副对构件独立运动所加的限制
原动件的运动方向
第1章 平面机构的结构分析
第1章 平面机构的结构分析运ຫໍສະໝຸດ 链具有确定的相对运动 机构
无相对运动
桁架
相对运动不确定 运动链
第1章 平面机构的结构分析
1.3 运动链成为机构的条件
运动链的自由度：确定运动链中各构件相对与其中某一构件 的位置所需要的独立参变量的数目。
第1章 平面机构的结构分析
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
第1章 平面机构的结构分析
1.1.4 机构 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。
第1章 平面机构的结构分析
F= 1 1 个原动件：活塞 实现摇杆的往复摆动
第1章 平面机构的结构分析
1.3.3 计算机构自由度时应注意的问题
问题1：复合铰链
两个以上的构件在同一处以转动副 联接所构成的运动副。
F = 3×5 - 2×7 = 1
解决方案
m 个构件在同一处构成复合铰链，
实际上构成了 ( m-1 ) 个转动副。
压头8
2. 沿着传动路线，分析相 邻构件之间的相对运动关系， 确定运动副的类型和数目。
第1章 平面机构的结构分析
转动副
移动副
平面高副
3. 选择适当的视图平面
第1章 平面机构的结构分析
选择原则
1 清楚表达机构的主体部分； 2 尽可能反映机构的全面运动； 3 可以选择其他视图平面作为补充。
1.2.2 运动简图的绘制
内啮
棘
合圆
轮
柱齿
机
轮传
构
动
机构运动简图应满足的条件： 1.构件数目与实际相同
2.运动副的性质、数目与实际相符
3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。
绘制机构运动简图
思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端）， 弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符 号表示出来。
第1章 平面机构的结构分析
按接触形式分类： 高副 按引入的约束数目分类：四级副 按相对运动形式分类：平面运动副 按接触部分的几何形状分类： 平面高副
第1章 平面机构的结构分析
低副机构
高副机构
第1章 平面机构的结构分析
1.1.3 运动链 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）
详见教材 P15 页。
运动副 名称
常用运动副的符号 运动副符号
两运动构件构成的运动副 两构件之一为固定时的运动副
转 动 平副 面 运 动 副移 动 副
22
1
1
2
1 2 1
2
2
1
1
2
1 2 1
22
22
1
1
1
1
2
2
1 2 1
1 2
1
平
面
2
高
副
1
2
螺 旋
1
空副 2
间
1
运
动球 副面
1
副
球 销
2
副
2 1
顺口溜：先两头，后中间， 从头至尾走一遍， 数数构件是多少， 再看它们怎相联。
步骤： 1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；
2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面）， 绘制示意图。
3.按比例绘制运动简图。 简图比例尺： μ l =实际尺寸 m/图上长度mm
4.检验机构是否满足运动确定的条件。
1.2.2 运动简图的绘制 小型压力机
第1章 平面机构的结构分析
1. 分析整个机构的工作原理
机构组成 动作原理和运动情况
原动件 偏心轮1
齿轮1`
编号原杆则件：2注意区分位齿置轮重叠6`的不
同构件和杆同件轴3刚性联接槽的凸多轮个零6 件。
前者分别编号，后者采用一个编号，
加`以示区别。 杆件4
滑块7
执行构件
机构是具有确定运动的运动链。
原动件
第1章 平面机构的结构分析
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。
第1章 平面机构的结构分析
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：
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。
第1章 平面机构的结构分析
F = 3×3 - 2×4 = 1 2 个原动件
F > 0，但原动件数目大 于自由度数目，运动链 被破坏，不能成为机构。
第1章 平面机构的结构分析
①高副(high pair)－点、线接触，应力高。 例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。
②低副(lower pair)－面接触，应力低。 例如：转动副（回转副）、移动副 。
3 按照运动副引入的约束数目分类 n 级副 n = I, II … V
第1章 平面机构的结构分析
I级副
II级副
III级副
第1章 平面机构的结构分析
第1章 平面机构的结构分析
用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论
重点在于机构的运动分析 构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响 机构的运动特性 运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式 构件的运动尺寸是运动分析的基础 不严格按比例可绘制机构示意图
第1章 平面机构的结构分析
国标规定的构件和运动副的表示符号 运动简图的绘制方法
3 4
5
n=4 P4 = 1 P5 = 5 F = 3×4 – 2×5 – 1 = 1
1.3.2 运动链成为机构的条件
第1章 平面机构的结构分析
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
第1章 平面机构的结构分析
机构＝机架＋原动件＋从动件