【机械原理-清华课件】第02章 平面机构的结构分析
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《机械原理》课件第二章平面机构的结构分
用规定的符号和线条代表构件和运动 副，按比例绘制出机构运动简图。
选择合适的投影面
一般选择机构的多数构件在同一平面 或相互平行的平面内运动的投影面作 为绘制运动简图的投影面。
自由度概念及计算公式
自由度概念
机构具有确定运动的独立参数数目称为机构的自由度。
自由度计算公式
F = 3n - 2PL - PH，其中F为机构自由度，n为活动构件数，PL为 低副数，PH为高副数。
《机械原理》课件第二章平面机构 的结构分析
目 录
• 平面机构基本概念与分类 • 平面机构运动简图及自由度计算 • 平面连杆机构结构分析与设计 • 凸轮机构结构分析与设计 • 齿轮传动系统结构分析与设计 • 其他常见平面机构介绍
01 平面机构基本概念与分类
平面机构定义及特点
定义
平面机构是指所有构件都在相互平行的平面内运动的机构，也称为平面连杆机 构。
采用多个连杆机构和关节组合而成，可实现 复杂的空间运动和操作任务。具有结构紧凑 、灵活性强等特点。
04 凸轮机构结构分析与设计
凸轮机构类型及特点
移动凸轮
凸轮相对机架作直线移动，适用于需要直 线往复运动的场合，如机床的进给机构等。
盘形凸轮
凸轮为绕固定轴线转动且有变化直 径的盘形构件，具有结构简单、紧 凑的特点，广泛应用于各种自动化
尺度和相对位置。具有直观、简便等优点，但精度较低。
02
解析法
通过建立机构的数学模型，利用数学方法求解机构的未知尺度和运动参
数。具有精度高、适用范围广等优点，但计算较复杂。
03
优化设计法
以机构的某项或多项性能指标为优化目标，通过计算机辅助设计软件进
行尺度综合和优化设计。可得到性能更优的机构方案，但需要较高的计
第02章--平面机构及自由度计算PPT课件
由度，故平面机构的自由度F为
F3 n2P LP H
10
2.3.2 计算平面机构自由度时应注意的事项
实际工作中，机构的组成比较复杂，运用公式 计算 F3n2PLPH 自由度时可能出现差错，这是由于机构中常常存在一些特 殊的结构形式，计算时需要特殊处理。
(1) 复合铰链 (2) 局部自由度 (3) 虚约束
图2-3 构件的自由度 4
1.1.3 课程任务
❖ 机构由若干个相互联接起来的构件组成。机构中两构件之间 直接接触并能作确定相对运动的可动联接称为运动副。如图 2-1(b)所示的内燃机的轴与轴承之间的联接，活塞与汽缸之 间的联接，凸轮与推杆之间的联接，两齿轮的齿和齿之间的 联接等。
❖ 两个构件构成运动副后，构件的某些独立运动受到限制，这 种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，构件就失去一个自由度。
平面机构及自由度计算
所有构件均在同一平面或相互平行的平面内运动的机构 称为平面机构。工程中常用机构大多数都是平面机构。如图 2-1(a)所示的卡车自动卸料机构、如图2-1(b)所示的内燃机 中的机构都属于平面机构。
图2-1 平面机构 1
平面机构及自由度计算
2.1 平面机构的组成 2.2 平面机构运动简图 2.3 平面机构的自由度计算
11
2.3.3 平面机构具有确定运动的条件
机构相对机构是由构件和运动副组成的系统，机构要实 现预期的运动传递和变换，必须使其运动具有可能性和确 定性。
如图2-14(a)所示的机构，自由度F=0；如图2-14(b)所 示的机构，自由度F=-1，机构不能运动。
如图2-15所示的五杆机构，自由度F=2，若取构件1为 主动件，当只给定主动件1 的位置角1时，从动件2、3、 4的位置既可为实线位置，也可为虚线所处的位置，因此其 运动是不确定的。若取构件1、4为主动件，使构件1、4都 处于给定位置1、4时，才使从动件获得确定运动。
F3 n2P LP H
10
2.3.2 计算平面机构自由度时应注意的事项
实际工作中，机构的组成比较复杂，运用公式 计算 F3n2PLPH 自由度时可能出现差错，这是由于机构中常常存在一些特 殊的结构形式，计算时需要特殊处理。
(1) 复合铰链 (2) 局部自由度 (3) 虚约束
图2-3 构件的自由度 4
1.1.3 课程任务
❖ 机构由若干个相互联接起来的构件组成。机构中两构件之间 直接接触并能作确定相对运动的可动联接称为运动副。如图 2-1(b)所示的内燃机的轴与轴承之间的联接，活塞与汽缸之 间的联接，凸轮与推杆之间的联接，两齿轮的齿和齿之间的 联接等。
❖ 两个构件构成运动副后，构件的某些独立运动受到限制，这 种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，构件就失去一个自由度。
平面机构及自由度计算
所有构件均在同一平面或相互平行的平面内运动的机构 称为平面机构。工程中常用机构大多数都是平面机构。如图 2-1(a)所示的卡车自动卸料机构、如图2-1(b)所示的内燃机 中的机构都属于平面机构。
图2-1 平面机构 1
平面机构及自由度计算
2.1 平面机构的组成 2.2 平面机构运动简图 2.3 平面机构的自由度计算
11
2.3.3 平面机构具有确定运动的条件
机构相对机构是由构件和运动副组成的系统，机构要实 现预期的运动传递和变换，必须使其运动具有可能性和确 定性。
如图2-14(a)所示的机构，自由度F=0；如图2-14(b)所 示的机构，自由度F=-1，机构不能运动。
如图2-15所示的五杆机构，自由度F=2，若取构件1为 主动件，当只给定主动件1 的位置角1时，从动件2、3、 4的位置既可为实线位置，也可为虚线所处的位置，因此其 运动是不确定的。若取构件1、4为主动件，使构件1、4都 处于给定位置1、4时，才使从动件获得确定运动。
《机械原理》第二章：平面机构结构分析
1
2
F=3n － 2PL － PH =3×2 －2×2－1 =1
第2章
平面机构的结构分析
作业（P24）： 2－9 2－11 2－12
第2章
平面机构的结构分析
④计算图示圆盘锯机构的自由度。 解：活动构件数n= 低副数PL= ? 高副数PH=0
B D 4 1 2 8 3 A E 5 6 7 C F
7
湖南大学机械与汽车工程学院 Hunan University
College of Mechanical and Automobile Engineering
第二章 平面机构的结构分析 Chapter 2 Structural Analysis of Planar Mechanisms
第2章
平面机构的结构分析
第2章
平面机构的结构分析
正确判断运动副类型及位置
第2章
平面机构的结构分析
例：颚式破碎机
6 4 3 1的运动简图
平面机构的结构分析
3 2 1 4 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。
3
1 2 4
偏心泵 动画
第2章
第2章
平面机构的结构分析
内啮 合圆 柱齿 轮传 动
棘 轮 机 构
一般构件的表示方法
第2章
平面机构的结构分析
杆、轴构件
固定构件
同一构件
一般构件的表示方法 (续)
第2章
平面机构的结构分析
两副构件
三副构件
第2章
平面机构的结构分析
!
画构件时应撇开构件的实际外 形，而只考虑运动副的性质。
The most important thing is ：运动 副的位置与类型！
2
F=3n － 2PL － PH =3×2 －2×2－1 =1
第2章
平面机构的结构分析
作业（P24）： 2－9 2－11 2－12
第2章
平面机构的结构分析
④计算图示圆盘锯机构的自由度。 解：活动构件数n= 低副数PL= ? 高副数PH=0
B D 4 1 2 8 3 A E 5 6 7 C F
7
湖南大学机械与汽车工程学院 Hunan University
College of Mechanical and Automobile Engineering
第二章 平面机构的结构分析 Chapter 2 Structural Analysis of Planar Mechanisms
第2章
平面机构的结构分析
第2章
平面机构的结构分析
正确判断运动副类型及位置
第2章
平面机构的结构分析
例：颚式破碎机
6 4 3 1的运动简图
平面机构的结构分析
3 2 1 4 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。
3
1 2 4
偏心泵 动画
第2章
第2章
平面机构的结构分析
内啮 合圆 柱齿 轮传 动
棘 轮 机 构
一般构件的表示方法
第2章
平面机构的结构分析
杆、轴构件
固定构件
同一构件
一般构件的表示方法 (续)
第2章
平面机构的结构分析
两副构件
三副构件
第2章
平面机构的结构分析
!
画构件时应撇开构件的实际外 形，而只考虑运动副的性质。
The most important thing is ：运动 副的位置与类型！
大学课件之机械原理平面机构的结构分析
的条件。图I 和H处导 路
相互平行。
4.在图示家用缝纫机的送布机构中 ，由缝 纫机 传 动 带 驱动 等 宽 凸 轮1 绕 轴A 转 动， 构 件5 是 送 布 牙， 导杆 9 可 绕 轴J 摆 动， 扳 动 导 杆 9，使 其 处 于 不 同 位 置， 可 实 现 倒、顺 方 向 送 布 以 及 调 节 送 布 距 离 (即 缝 线 的 针 距)。 试 计 算 该 机 构的 自 由 度。 若 含 复 合 铰 链、 局部 自 由 度 或 虚 约 束， 应 明 确 指 出。试 将 该 机 构 所 含 高 副 低 代， 分 析 该 机 构 所 含 基 本杆 组 的 级 别， 并 指 出 机 构 的 级 别。
该机构中的杆组全 为Ⅱ 级 组， 故 为Ⅱ 级 机 构。
解：(1) 有 二 个 答 案：
①新 增 加 构 件6， 其 两 端 分 别 以 转动 副 与E 点、AB 杆 上B 点 相 连， 得新 机 构， 如 图(a）所 示。
②新 增 加 构 件6，其两端分别以 转 动 副 与E 点、 构 件BC 上 点F 点 相 连，得新机构，如图(b） 所示。
图(a)
图(b)
(2) n 5, pL 7, pH 0, F 3n 2 pL pH 35 2 7 0 1
(3) 新 机 构 的 级 别
(a) 图(a)构件2、3及1、6分别组成Ⅱ级组。属于Ⅱ级机构。
(b) 图(b)所示机构有一个Ⅲ 级 组，属于Ⅲ 级 机 构。
解： (1) 原 机 构 中
二、基本概念和基础知识
1 .机构的运动简图绘制 2. 机构自由度计算 3 .机构的结构分析
机构的运动简图绘制
定义 用简单的线条和运动副的代表符号表示机器的组成
情况和运动情况的图形为机构运动示意图。如按比例尺 画出，则称之为机构运动简图。
相互平行。
4.在图示家用缝纫机的送布机构中 ，由缝 纫机 传 动 带 驱动 等 宽 凸 轮1 绕 轴A 转 动， 构 件5 是 送 布 牙， 导杆 9 可 绕 轴J 摆 动， 扳 动 导 杆 9，使 其 处 于 不 同 位 置， 可 实 现 倒、顺 方 向 送 布 以 及 调 节 送 布 距 离 (即 缝 线 的 针 距)。 试 计 算 该 机 构的 自 由 度。 若 含 复 合 铰 链、 局部 自 由 度 或 虚 约 束， 应 明 确 指 出。试 将 该 机 构 所 含 高 副 低 代， 分 析 该 机 构 所 含 基 本杆 组 的 级 别， 并 指 出 机 构 的 级 别。
该机构中的杆组全 为Ⅱ 级 组， 故 为Ⅱ 级 机 构。
解：(1) 有 二 个 答 案：
①新 增 加 构 件6， 其 两 端 分 别 以 转动 副 与E 点、AB 杆 上B 点 相 连， 得新 机 构， 如 图(a）所 示。
②新 增 加 构 件6，其两端分别以 转 动 副 与E 点、 构 件BC 上 点F 点 相 连，得新机构，如图(b） 所示。
图(a)
图(b)
(2) n 5, pL 7, pH 0, F 3n 2 pL pH 35 2 7 0 1
(3) 新 机 构 的 级 别
(a) 图(a)构件2、3及1、6分别组成Ⅱ级组。属于Ⅱ级机构。
(b) 图(b)所示机构有一个Ⅲ 级 组，属于Ⅲ 级 机 构。
解： (1) 原 机 构 中
二、基本概念和基础知识
1 .机构的运动简图绘制 2. 机构自由度计算 3 .机构的结构分析
机构的运动简图绘制
定义 用简单的线条和运动副的代表符号表示机器的组成
情况和运动情况的图形为机构运动示意图。如按比例尺 画出，则称之为机构运动简图。
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
《清华大学机械原理》课件
汇报人：日期:•绪论•机构的结构分析•机构的运动分析•机构的力分析•机械效率与自锁•常用机构及其设计•机械系统的动力学设计•机械系统的运动控制目录绪论机械原理的研究对象030201机械原理课程的重要性基础理论设计与制造创新能力培养机械原理的发展历程古代机械文明18世纪工业革命后，机器逐渐取代了手工劳动，机械原理得到了广泛应用和发展。
工业革命现代发展机构的结构分析机构的组成机构的特点机构的组成及特点机构的分类机构可根据其结构分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。
结构分类详解每种机构的分类都有其特定的结构特点和使用范围。
机构的结构分类机构的结构组成要素机构的组成要素机构的组成要素包括构件、运动副和运动链等。
结构组成要素详解每个组成要素都有其特定的含义和作用，对机构的运动和受力性能有着重要影响。
机构的运动分析机构运动的基本概念解析法通过对机构进行数学建模，利用数值计算方法求解机构中各点的位置、速度和加速度等运动参数。
仿真的应用利用计算机仿真软件对机构进行模拟，可视化机构运动过程，方便快捷地分析机构的运动特性。
矢量图解法法分析机构中各构件之间的相对位置关系和运动特性。
1 2 3基于牛顿第二定律，分析机构中各构件之间的作用力和反作用力，以及它们之间的加速度和速度等运动参数。
牛顿力学法分别用于分析机构在运动过程中质量和力对时间和空间的积累效应，导出机构的运动微分方程。
动量定理和动量矩定理用于分析机构在运动过程中能量的转换与守恒关系，以及机构的功率和效率等性能指标。
能量守恒机构的力分析机构力分析的基本概念机构力分析的基本方法平衡状态下的力分析运动状态下的力分析动力学分析03惯性力分析机构力分析的特殊问题01摩擦力分析02重力分析机械效率与自锁机械效率是指机械在单位时间内输出功率与输入功率的比值。
定义机械效率可以通过测量机械输出端和输入端的功率，然后求比值得到。
计算方法机械效率受到多种因素的影响，如摩擦、构件之间的间隙、润滑状况等。
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2机构的结构分析全解
G
l
h
36 27 2 2
CB
2，该机构没有确定运动。成为机构的
E
A
条件：应有两个起始构件
D
例5 计算图示机构的自由度，并指出存在的复合铰链、局 部自由度和虚约束处。并说明成为机构的条件。
解： 1， F 3n 2P P
l
h
34 2511
2, D处为局部自由度，E、F处
有一处为虚约束；
4
E
＝1 √
示意图
❖在该机构中，构件2上的C2点与构件3 上的C3点轨迹重合，为虚约束。
❖也可将构件4上的 D4当作虚约束，将构 件4及其引入的约束铰链 D去掉来计算，
效果完全一样。
（6）机构中对运动不起作用的对称部分
F21
F21
F2 21
2 1
1
4
行星轮系
3
4
F31
F ＝ 3n － 2PL － PH ＝33-23-2
基本 杆组
1
1
3=
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
+
2 3
4
F=3n－2PL－PH =3×3 －2 ×4 －0
=1
F=3n－2PL－PH =3×1 －2 ×1－0
=1
注意：基本杆组自由度为零
F=3n－2PL－PH =3×2 －2 ×3－0
=0
２. 平面机构的结构分类
｛ 基本杆组分类
Ⅱ级杆组 Ⅲ级杆组
Ⅱ级杆组的特征—具有三个低副的两杆件组合 Ⅲ级杆组的特征—具有六个低副的四杆件组合
即： F ＝3n 2PL PH
例：
2
3
1
4
F＝3n2PL PH ＝3324 0 ＝1
《清华大学机械原理》PPT课件
2.4 平面连杆机构的运动分析
运动分析内容：位移、速度、加速度 分析方法：图解法 解析法
瞬心法 相对运动图解法（矢量合成法） 杆组法
B
计算流程图
FTP: 166.111.52.6
免试题目（1）：2.13 or 2.14
第六周交
1. 求解步骤 2. 流程图 3. 程序（语言不限） 4. 结果曲线（一个周期内位移、速度、加速度曲线） 5. 结果分析：有无问题？如何解决？ 6. 动态仿真
▪ 三点唯一确定一个 圆，B、C确定后， A、D是确定的；
▪ B、C的位置可以根 据实际情况确定， 满足设计要求的四 杆机构有无穷多个。
2.5.3 函数生成机构的设计
已知固定铰链点A、D，设计四杆机构，使得两个连 架杆可以实现三组对应关系
？ 函数生成机构
刚体导引机构
d
刚化反转法
以CD杆为机架时看到的四杆机构ABCD的位置相当 于把以AD为机架时观察到的ABCD的位置刚化，以D轴
设计一个四杆机构，使得机构上 M 点实现给定轨迹
轨迹生成机构的设计 —— 解析法
M（x，y）
a, c, d, e, f, g g, h, 0
连杆机构 自由度少、约束多 设计灵活度受到限制
减少约束 增加自由度
轨迹生成机构的设计 —— 实验法
平面连杆机构设计小结
一、刚体导引机构设计：实现连杆几个预定位置
重 点： ▪ 掌握各种设计思路：反推；转化 ▪ 寻找问题的本质原因 ▪ 善于总结，举一反三
关键点： ▪ 连杆机构中构件并非一条线，而是代表一个面 ▪ 刚化反转法一定要理解，熟练使用
机械优化设计方法
设计目标： min [ f( x1, x2,…… ) ] 设计变量： x1, x2,…… 约束条件： F1 (x1, x2,…… ) ≤ 0
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1.局部自由度
在某些机构 中，不影响其他 构件运动的自由 度称为局部自由 度。
处理方法：当计算机构的自由度时，应从机构自 由度的计算公式中将局部自由度减去。
优点：为机构增加一个局部自由度，往往可以改 善构件的受力状况，如凸轮机构，可以将尖顶从动件 的滑动摩擦转化为滚子从动件的滚动摩擦，从而减小 摩擦力，使得凸轮机构的受力状况得到改善。
1. 局部自由度 2. 复合铰链 3. 虚约束
计算实例
计 算 实 例
(a) 双 曲 线 画 规 机 构
计算如图所示双曲线画规机构和牛头刨床机构
的自由度。
(b) 牛 头 刨 床 机 构
解 (a) F = 3n − 2PL − PH = 3 × 5 − 2 × 7 − 0 = 1
(b) F = 3n − 2PL − PH = 3 × 6 − 2 × 8 − 1 = 1
形式
1
2
②移动副——两构件只能沿某一轴线作相对移动的低副
形式
2 1
（2）高副—两构件通过点、线接触而组成的运动副
（3）其它运动副 ① 球面副
② 螺旋副 等。
三、自由度、约束
自由度 构件间动的两构件间具有3
个独立的相对运动；在三维空间作自由运 动的两构件间具有6个独立的相对运动。
比例尺是图示单位长度所代表的实际物理量，即在图上用一定长度 的线段来代表一个实际的物理量（如长度、位移、转角或力等），此线 段的长度（图示长度）与实际物理量之间的关系为：
µl
=
运动尺寸的实际长度 图上所画长度（
(m 或 mm) mm )
实例一 实例二
实 例一 ：曲柄滑块机构
实 例二 ：曲柄滑块机构
机构 在运动链中，若选定某构件为机架，且各
构件具有确定的相对运动，则称该运动链为机构。 平面机构
机构中各构件的运动平面互相平行 空间机构
机构中至少有一构件不在相互平行的平面上运 动，或至少有一构件能在三维空间中运动
机架——固定不动的构件，它是相对的一个概念，取决于 研究对象。
第二节 机构运动简图
定义：用运动副代表符号（表示运动副）和简单线条(表示构件） 来反映机构中各构件之间运动关系的简图。
实 例三 ：简易冲床
实 例四：自动卸料车
实验一
第一个实验：机构运动简图的绘制
联系人：汪虹、陈亚琴 联系地点：1＃教学楼233/232
第三节 平面机构的自由度计
一、机构自由度计算公式
F = 3n − 2PL − PH
计算实例
n 式中， 为活动构件个数; PL 为低副个数; PH 为高副个数。
二、计算平面机构的自由度应注意的事项
连 杆
曲 柄
156 齿轮机构 178 凸轮机构 1234曲柄滑块机构 1-气缸体；2-活塞；3-连杆；4-曲轴；5、6-齿轮；7-凸轮；8-进气阀顶杆
二、运动副
运动副 两个构件直接接触并能产生一定相对运动
的联接
运动副元素 构件上参与接触而构成运动副的部分
1. 运动副的特征
⑴ 必须是两个构件； ⑵ 两个构件必须是直接接触； ⑶ 两个构件直接接触后必须能产生一定的
第二章 平面机构的结构分析
学习目的:
方案设计
机构运动简图和自由度的计算是机构原理方案设计中的两个非常重 要的问题。因此，我们学习本章主要有两个目的，一是掌握一种表示传 动系统的简单方法，二是学会判断机构是否具有确定运动的方法。
第一节 基本概念 第二节 机构运动简图 第三节 平面机构自由度计算
本章总结
相对运动。 满足这三个基本特征的联接才能组成运动副， 这三个特征或者说三个基本条件是缺一不可的。
2. 运动副的类型
按运动副的接触形式不同，运动副可分为： （1）低副 — 两构件通过面接触而组成的运动副
在低副中，按两构件间相对运动形式的不同， 又可分为转动副和移动副两种：
①转动副——两构件只能在一个平面内作相对转动的低副
目的： ① 表示机构中各构件之间的相对运动关系； ② 了解机构的组成、类型和传动原理，可以进行运动和动力
分析； ③ 在方案设计和选择中，还可用机构运动简图进行对比、判
断，从而来实现最佳方案的选择。
运动副的绘制
⑴ 回转副的绘制
⑵ 移动副的绘制
⑶ 高副的绘制
⑷ 几点注意事项： ① 机架（需画出剖面符号——剖面线）
w = 3n− 2PL − PH = 3×2−2×2−1 =1
2.复合铰链
两个以上的构件在同一处以转动副联接，则此铰链构 成复合铰链。图中所示的是由3个构件组成的复合铰链， 显然可以看出，它实际上是两个回转副。
处理办法：m 个构件在同一处构成转动副(在机构运 动简图上显现为1个转动副)，但该处的实际转动副数目为 （m-1）个。
x
约 束 运动副对构件间相对运动的限制作用
对构件施加
的约束个数等于 其自由度减少的 个数。
四、运动副类型及其代表符号
球
转
销
动
副
副
移 动 副
圆 柱 副
螺
平 面
旋 副
高
副
球
面
低副 f =1 (螺旋副 f=1)
副
由面接触而构成的运动副
高副 f =2 (球面副 f=3)
由点、线接触而构成的运动副
五、运动链
第一节 基本概念
一、构件 二、运动副 三、自由度、约束 四、运动副类型 五、运动链 六、机构
一、构件
构件
组成机械系统的最小运动单元
可能是由一个零件构成， 但通常是由若干个零件刚性联接而成。
零 件 是加工制造的最小单元
& 注 ：当可以不考虑构件自 身变形时，则称为刚性构件。 本书在不作特殊说明时所提及 的构件，均指刚性构件。
② 一个构件上有几个（多于2个）运动副时的 绘制方法
上节内容复习
基本概念
一、构件 二、运动副 三、运动副类型 四、自由度、约束 五、运动链 六、机构
机构运动简图
定义、目的、步骤
绘制机构运动简图的一般步骤
步骤：① 弄清机构构件数目,按比例尺绘出构件上运动副的相对位置； ② 弄清各构件间的连接关系，绘出构件上所有的运动副； ③ 在同一构件上的运动副用最简单的直线联接。
运动链:若干个构件通过运动副联接而成的相互间可作相对运动的系统。 闭式运动链简称闭链：运动链的各构件首尾封闭 开式运动链简称开链：未构成首尾封闭的系统
（a）
（b）
(c)
(d)
(e)
(f)
(a)、(b)平面闭链; (c)平面开链；(d)空间闭链；(e)、(f)空间开链
举例：三角形、平行四边形
六、机构