运动副及其分类
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机械设计基础平面机构的运动简图及自由度
归纳起来， 在下述场合中常出现虚约束：
（1） 运动轨迹重叠时， 如图2-16所示。
(2) 两构件同步在几处接触而构成多种移动副，且各移动副 旳导路相互平行时，其中只有一种起约束作用，其他都是虚约 束，如图2-15。
(3) 两构件同步在几处配合而构成几种回转副，且各回转副 轴线相互重叠时，这时只有一种回转副起约束作用，其他都是 虚约束。例如回转轴一般都有两个或两个以上同心轴承支持， 但计算时只取一种。
F=3n-2pL-pH=3×3-2×4-0=1
此成果与实际情况一致。
图2-15 机构中旳虚约束（两构件同步在几处接触
而构成多种移动副，且各移动副旳导路相互平行）
图2-16(a)、(b)所示为机车车轮联动装置和机构运动简图。图 中旳构件长度为lAB=lCD=lEF, lBC=lAD, lCE=lDF。该机构旳自 由度为
假如一种平面机构有N个构件，其中必有一种构件是机架( 固定件)，该构件受到三个约束而自由度自然为零。此时，机构 旳活动构件数为n＝N－1。显然，这些活动构件在未连接构成 运动副之前总共应具有3n个自由度。而当这些构件用运动副联 接起来构成机构之后，其自由度数即随之降低。若机构中共有 pL个低副和pH个高副，则这些运动副引入旳约束总数为 2pL+pH。 所以，用活动构件总旳自由度数减去运动副引入旳约 束总数就是机构旳自由度数。机构旳自由度用F表达，即:
件作为机架，运动链相对机架旳自由度必须不小于零，且 原动件数目等于运动链旳自由度数。
图2-12 刚性桁架
对于图2-12所示旳构件组合， 其自由度为
F 2n 2 pL pH 3 2 2 3 0 0
计算成果F＝0，阐明该构件组合中全部活动构件旳总自由度数 与运动副所引入旳约束总数相等，各构件间无任何相对运动旳 可能，它们与机架(固定件)构成了一种刚性桁架，因而也就不 称其为机构。但它在机构中，可作为一种构件处理。
运动副及其分类
运动副及其分类一、什么是运动副？运动副是指将输入的运动和力矩转换为输出运动和力矩的机械构件，一般由构件、轴承、密封元件、驱动元件等部分组成。
运动副广泛应用于机械设备、自动化生产线、机器人运动系统等领域，是现代工业自动化和智能制造的基础。
二、运动副的分类按结构形式可分为：平面机构、立体连接机构、滑块机构、曲柄摇杆机构、齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、链条机构、离合器及制动器、气动液压机构。
1. 平面机构平面机构一般由连杆、链条、凸轮等构件组成，是最基本的运动副之一。
平面机构广泛应用于加工机床、织布机床、高速操作设备等领域。
常见的平面机构有连杆机构、曲柄摇杆机构、滑块机构等，其中连杆机构最常见，一般由活塞齿轮、连杆和转动轴组成。
2. 立体连接机构立体连接机构是由三个或三个以上的构件组成，可以将输入运动和力矩转换为任意的输出运动和力矩。
常见的立体连接机构有球面机构、球面与曲柄连接等，是机器人运动系统和航天器设计中不可或缺的部分。
3. 滑块机构滑块机构一般由滑块、导轨和驱动部分组成，可将输入的运动转化为线性运动，是机床、自动化生产线、锻造机械等领域中非常重要的运动副。
常见的滑块机构有翼板机构、滑块摇杆机构、曲柄滑块机构等。
4. 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构一般由曲柄、连杆和摇杆组成，为机器人运动系统、汽车发动机等领域中广泛应用的运动副之一。
5. 齿轮机构齿轮机构是将输入的运动通过齿轮的啮合和转动进行传动和转换的运动副，广泛应用于机床、印刷设备、起重设备等领域中。
常见的齿轮机构有平齿轮和斜齿轮、齿轮副、行星齿轮副等，其中行星齿轮副常用于航空、航天和机器人的运动控制系统中。
6. 连杆机构连杆机构一般由连杆、转动轴和轴承等构件组成，可将一种转动运动转化为另一种转动运动或线性运动，是机床、铣床、锻造机械等领域中广泛应用的运动副之一。
7. 凸轮机构凸轮机构一般由凸轮、摇杆、轴承等构件组成，可以将输入的运动转化为线性或旋转运动，常用于窄幅生产线、高速运动设备等领域。
运动副及其分类
运动副及其分类
机构是由许多构件组成的。
机构中的每个构件都以一定的方式与另一些构件相互链接。
这种链接不是固定链接，而是具有一定能够相对运动的链接。
这种使两构件直接接触并能产生一定的相对运动的链接称为运动副。
例如轴与轴承的链接、活塞与汽缸的链接、传动齿轮的两个轮齿间的链接称为运动副。
构件组成运动副，不外乎通过点、线或面的基础来实现。
按照接触特性，通常把运动副分为低副和高副两类。
1.低副
两构件通过面接触组成的运动副称为低副。
平面机构中的低副有转动低副和移动副两种。
a转动副两构件之间只做相对转动的运动副称为转动副，或者称为铰链。
b移动副两构件之间只作相对移动的运动副称为移动副。
2.高副
两构件通过点或者线接触组成的运动副称为高副。
组成平民高副两构件见的相对运动是沿着接触处切线方向的相对移动和线接触处相对运动。
除上述平民运动副之外，机械中还经常剪刀球面副和螺
旋副。
这些运动副两构件间的相对运动是空间运动，故属于空间运动副。
平面机构的自由度和速度分析
低副——引入两个约束。
1、运动副及其分类
高副（Higher Pair）：两构件通过点或线接触组成的运动副。 车轮与钢轨 凸轮与从动件 齿轮啮合 高副——引入一个约束。
1、运动副及其分类
空间运动副举例
空间运动副（Spatial Kinematic Pair）两构件间的相对运动是空间运动，空间运动副不在本章讨论范围之内。
3、平面机构的自由度
01
02
3、平面机构的自由度
顶杆与机架在E和E’组成两个导路平行的移动副，其中之一为虚约束。
02
例4 计算如图所示大筛机构的自由度。判断机构中是否有复合铰链、局部自由度、虚约束。
04
3、平面机构的自由度
将滚子与顶杆焊成一体、去掉移动副E’、并在C点注明转动副数。 此机构的自由度等于2，有两个原动件。 2、计算该机构的自由度
例 11
P13位于凸轮的回转中心，P23在垂直于从动件导路的无穷远处。过P13作导路的垂线代表P13和P23之间的连线，它与法线nn的交点就是P12。
速度瞬心及其在机构速度分析上的应用
02Leabharlann 小结构件4是机架，故P14、P24、P34是绝对瞬心，其余为相对瞬心。
作P23与P34的连线，它与直线P14P12的交点就是瞬心P24。同理，过P14作导路的垂线表示P14与P34的连线，它与直线P12P23的交点就是瞬心P13.
例 8
速度瞬心及其在机构速度分析上的应用
例 9 转动副中心A、B、C、D各为瞬心P12、P23、P34、P14。由三心定理可知，P13、P12、P23三个瞬心位于一条直线上，P13、P14、P34也应位于同一直线上。因此， P12P23 、 P14P34两直线的交点就是瞬心P13。 同理，直线P14 P12和直线P34 P23的交点就是瞬心P24。 4、速度瞬心及其在机构速度分析上的应用
1、运动副及其分类
高副（Higher Pair）：两构件通过点或线接触组成的运动副。 车轮与钢轨 凸轮与从动件 齿轮啮合 高副——引入一个约束。
1、运动副及其分类
空间运动副举例
空间运动副（Spatial Kinematic Pair）两构件间的相对运动是空间运动，空间运动副不在本章讨论范围之内。
3、平面机构的自由度
01
02
3、平面机构的自由度
顶杆与机架在E和E’组成两个导路平行的移动副，其中之一为虚约束。
02
例4 计算如图所示大筛机构的自由度。判断机构中是否有复合铰链、局部自由度、虚约束。
04
3、平面机构的自由度
将滚子与顶杆焊成一体、去掉移动副E’、并在C点注明转动副数。 此机构的自由度等于2，有两个原动件。 2、计算该机构的自由度
例 11
P13位于凸轮的回转中心，P23在垂直于从动件导路的无穷远处。过P13作导路的垂线代表P13和P23之间的连线，它与法线nn的交点就是P12。
速度瞬心及其在机构速度分析上的应用
02Leabharlann 小结构件4是机架，故P14、P24、P34是绝对瞬心，其余为相对瞬心。
作P23与P34的连线，它与直线P14P12的交点就是瞬心P24。同理，过P14作导路的垂线表示P14与P34的连线，它与直线P12P23的交点就是瞬心P13.
例 8
速度瞬心及其在机构速度分析上的应用
例 9 转动副中心A、B、C、D各为瞬心P12、P23、P34、P14。由三心定理可知，P13、P12、P23三个瞬心位于一条直线上，P13、P14、P34也应位于同一直线上。因此， P12P23 、 P14P34两直线的交点就是瞬心P13。 同理，直线P14 P12和直线P34 P23的交点就是瞬心P24。 4、速度瞬心及其在机构速度分析上的应用
运动副及其分类平面机构运动简图平面机构的自
2
并非实际拆除
3
A
2-3平面机构的自由度
3.虚约束
（1）不同构件上两点间的距离保持恒定
（2）两构件构成多个移动副且导路互相平行
（3）两构件构成多个转动副且轴线互相重合
（4）在输入件与输出件之间用多组完全相同
的运动链来传递运动 B
B
E 2
C
DB
E
2
A
C
B 1
1
5
1 3
C5
AA 3
A
F
4
D
A D＇
4 FD
第二章 平面机构的运动简图 及自由度
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§2-1运动副及其分类 §2-平面机构运动简图 §2-3平面机构的自由度
汇报日期
2-1 运动副及其分类
一、平面运动构件的自由度
自由度：构件具有独立运动的数目。
B
平面运动构件具有三个自由度，有三个独立运动。
约束：对独立运动的限制。
x
θ
A
y
x
二、运动副
若有m个构件组成复合铰链，则复合铰链 处的转动副数应为
（m－1）个 2-3平面机构的自由度
2-3平面机构的自由度
2.局部自由度 与机构运动无关的构件独立运动称为局部自由度。
对于含有局部自由度的机构在计算自由度 时，不考虑局部自由度（如图2）
实际结构中采用局部自由度是为了减
小摩擦力，“除去”指计算中不计入，
2-2平面机构运动简图
例题1 绘制如图 所示的颚式破碎机 主体机构的运动简 图
2-3平面机构的自由度
1、自由度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为 自由度,作平面运动的自由构件有三个自由度。
机械设计平面机构自由度及简图
•例3-2： 试求右图平面四杆机构的自由度。
解：机构中共有3个活动构件，4个低副（转动副）， 即n=3，PL=4，PH=0，根据式（3-1）求得机构的自由度 F=3n-2PL-PH =3×3-2×4-0=1
2
原动件数=机构自由度
当Ｆ＝原动件的数目→机构有确定运动 (F=0不动；多于不确定;少于破坏）
4）确定比例尺，
μ
实际尺寸（mm） 图上尺寸（mm）
5）用规定的符号和线条绘制成间图。（从原动件开始画）
例5
§3-3 平面机构的自由度及其具有确定运动的条件
一、 平面机构的自由度的计算 ➢计算机构自由度（设n个活动构件，PL个低副，PH个高副）：
F=3n-2PL-PH （3-1）
说明：n个活动构件（不包括机架）共有3n个自由度，当用PL个低副和机架相联组成机构后， 便受到2PL个约束（每个低副提供两个约束，1个自由度）； PH个高副受到PH个约束（提供一 个约束，2个自由度）。
解： F 3 7 210 0 1
（2）局部自由度
➢ 与输出件运动无关的自由度称局部自由度。 （无论“滚子3”转与不转，都不影响“推杆2”的运动）。
4
D
2
C
3
B 1
A
4
D
2
B 1
A
F= 3×3−2×3−1=2 F= 3×2−2×2−1=1
（3）虚约束：
➢在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复的，这种 不起独立限制作用的约束称为虚约束。 (虚约束虽然对运动不起作用，但可以增加构件的刚性) 例3-7：试求下图大筛子机构的自由度。
（三）机构
• 机构是由构件通过运动副连接而成的 • 原动件：按给定运动规律独立运动的构件 • 从动件：其余的活动构件 • 机 架：固定不动的构件
机械设计基础第五版
03
机动示意图－不按比例绘制的简图 现摘录了部分GB4460－84机构示意图如下表。
04
作为运动分析和动力分析的依据。
1－2 平面机构运动简图
常用机构运动简图符号
圆锥齿轮传动
齿轮齿条传动
在机架上的电机
带传动
外啮合圆柱齿轮传动
圆柱蜗杆蜗轮传动
链传动
凸轮传动
机构运动简图应满足的条件： 1.构件数目与实际相同
内燃机连杆
套筒
连杆体
螺栓
垫圈
螺母
轴瓦
连杆盖
零件 －独立的制造单元
2.运动副
a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动
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。
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。
三个条件，缺一不可
运动副的分类： 1)按引入的约束数分有：
解：n=
01
4，
02
PH=0
03
E
04
C
05
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。
F=3n － 2PL － PH =3×4 －2×6 =0
A
F
重新计算：n=3, PL=4, PH=0
2
3
②计算五杆铰链机构的自由度
解：活动构件数n=
4
低副数PL=
5
F=3n － 2PL － PH =3×4 － 2×5 =2
高副数PH=
0
1
2
3
1-1 运动副及其分类
B
1
2
E 4
C
3 D
F
F 3n 2Pl Ph 3 3 2 4 1
机构中的虚约束常发生在下列情况： 1、若两构件上的点，铰接前后运动轨迹相重合
则该联接将带入1个虚约束。
如：平行四边形机构、火车轮、椭圆仪等。
2、两构件在多处接触而构成性质相同的运动副 1）两构件在多处接触而构成移动副， 且移动方向彼此平行或重合，则只能算 一个移动副。 D
1.复合铰链 由两个以上构件在 同一处构成的重合转动 副称为复合铰链。
复合铰链
由m个构件在一处组 成轴线重合的转动副。实 ？ F=3 × 5-2 × 6=3 际上有（m-1）个转动副。
m ——构件数。
F=3×5-2×7=1 √
1.复合铰链
例题：计算机构自由度
如图所示F、B、D、C处是复合铰链
F=3×7-2×10=1
例；汽车、火车、轮船、飞机等
4）信息机器 用来获取或处理信息 例：摄象机、复印机、印刷机、打印机、绘图机等
机构
它是一个具有相对机械运动的构件系统，用来传递 与变换运动和动力装置。它是机器的重要组成部分。
机器与其它装置的主要区别是：
机器：是执行机械的装置，用来变换或传递能量， 物料和信息。机器由若干机构组成。
例：轴1与轴承2的配合 例：滑块1与导轨2的接触 例：两齿轮轮齿的啮 合
运动副元素： 圆柱面、圆孔面
运动副元素： 棱柱面、棱孔面
运动副元素： 两齿廓曲面
二、运动副的分类
两个构件在平面用运动副联结前共有六个独立的相对运动。 构件用运动副联结后，彼 此的相对运动受到某些约束。 约束：对独立运动的限制。
模块一 机械设计基础知识
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惯用画法（GB4460-84机构简图符号）
实例：
构件用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。
工作原理：
电动机
带传动
偏心轴转动
动颚板摆动，与定 颚板一起压碎物料
1、工作原理
1 —机架 2 —曲轴（原动件） 3 —动颚 4 —肘板
2、运动副
1与2在A回转副 2和3 在B回转副 3与4在C回转副 4与1在D回转副
解：1、判断是否满足杆长条件：
AB＋AD＝330 ＞ BC＋CD＝325
则不满足杆长条件，所以此机构为 双摇杆机构
课堂练习
一、曲柄摇杆机构
两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆， 则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。
曲柄1为原动件，作匀速转动；摇杆3为从动件， 作变速往复摆动。
B 连杆
曲柄
C
起重机吊臂结构
飞机起落架机构
四、曲柄摇杆机构的一些主要特性：
（1）机构的急回运动特性：
铰链C的平均速度：
C1
C
C2
v1= C1C2 / t1
B
1
B2
A
B1
2
摆
v2= C1C2 / t2 v1 < v2
它表明摇杆具
D
有急回运动特性。
曲柄转角 1 180
C1C2 慢行程
第六章 常用机构
构件
1 构件、运动副与平面机构 2 平面四杆机构 3 凸轮机构
§6-1构件、运动副与平面机构
机构
√ 平面机构 所有构件均在同一平面或在几个 相互平行的平面内运动
空间机构 至少有两个构件能在三维空间中相
对运动。
1 运动副及其分类
定义: 两个构件直接接触并能产生一定相对运动的可动连接。 如轴承与轴颈、滑块与导轨、齿轮与齿轮等。
解：1、a＋b＝850＜ c＋d＝950
2、确定机构类型 ①杆a为机架：最短杆a 自身为机架，则可得到 双曲柄机构； ②杆b为机架：最短杆a为连架杆，则可得到曲柄摇杆机构； ③杆c为机架：最短杆a为连杆，则可得到双摇杆机构。
2、如图所示铰链四杆机构中， 已知AB＝130mm，BC＝150mm， CD＝175mm，AD＝200mm，若取 AD为机架，试判断此机构属于哪一 种类型？
从动件
固定构件
按给定运动规律独立运 动的构件。
其余活动构件，其活动取决于原动件的 运动规律及机构的组成情况。
（1）具有转动副的构件
（2）具有移动副和转动副的构件
3 平面机构运动简图
定义： 运用国际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各构 件间相对运动关系的简图。
注：机构运动简图与实际机构有相同的运动特征。
一、运动副的表示方法
1、转动副（铰链）
机构示意图：是 用特定的构件和 运动副符号表示 机构的一种简化 示意图，仅着重 表示结构特征。 （不需按比例）
2、移动副
两构件组成移动副， 其导路必须与相对移 动方向一致。
3、高副
运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子， 习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。
连杆
C
曲柄
B
曲柄
A
D
机架
双曲柄机构
双曲柄机构
从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一 周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作 加速往复运动，提高了工作性能。
惯性筛工作机构
特例：平行双曲柄机构，其相对两杆平行且相等。
1、曲柄1为原动件，作等角速转动；从动件曲柄3也以相 同角速度转动。
力的条件下: 当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中
心A的力，对A点不产生力矩，不能使曲柄转动，机 构的这种位置称为死点位置 。
BF
FA B
A C
C
D
D
① 机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠惯性 冲过死点。
缝纫机踏板机构
② 利用死点实例 工件夹紧机构
思考题：
➢曲柄摇杆机构是否一定具有急回特性？ ➢是否肯定有死点位置？
型式之一，其它型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过演化而 成的。
1、铰链四杆机构的组成
1）定义：由4个杆件通过铰链（转动副）链接而成的机构。 2）组成：机架、连架杆（曲柄或摇杆）、连杆。
机架：机构的固定构件； 连杆：不直接与机架连接的构件； 连架杆：与机架用转动副相连接的构件； 连架杆可分为： 曲柄：能绕机架作整周转动的连架杆； 摇杆：只能绕机架作小于360°的某一角度摆动的连架杆。
任务一：找出下列三个机构中的机架、连架杆和连杆
图1
机架： 连架杆： 连杆：
45 60、90 85
图2
机架： 65 连架杆：80、100 连杆： 50
图3
机架：
90
连架杆： 100、120
连杆：
60
2、铰链四杆机构的形式
在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将铰链四杆机 构分为：
B 连杆
曲柄
柄滑块机构。具有一个移动副和三个转动副。
对心曲柄滑块机构
摇杆长→ ∞
→ 直线 摇杆3→ 滑块 转动副D→ 移动副
偏置曲柄滑块机构
曲柄滑块机构的应用——内燃机
（1）曲柄滑块机构的行程
H
1
C1 慢行程
e
1
C2
A
B2
2
B1
主动件：曲柄或滑块
C1、C2：曲柄与连杆两次共线时，滑块移动的两个极 限位置。曲柄滑块机构同样具有急回特性。
2、如图2所示铰链四杆机构中，已知AB＝ 130mm，BC＝150mm，CD＝175mm， AD＝200mm，若取AD为机架，试判断此 机构属于哪一种类型？
图2
课堂练习（校对）
1、左图中，若a＝250mm，b＝600mm， c＝400mm，d＝550mm，取杆a为机架 时可得什么机构；取杆b为机架时可得什 么机构；取杆c为机架可得什么机构？
2 180
C2C1 快行程
∵ 1 2 , ∴ t1 t2 ,
急回运动特性可用行程速比系数（或行程速度变化
系数）K 表示：
Κ
v2 v1
C2C1 t2
C1C2 t1
t1 t2
1 2
180 180
式中 为摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的
2
3
4
1
3 4
2
3
4
2 1
1
应用实例：回转式油泵（转动导杆机构） 牛头刨床的主体机构（摆动导杆机构）
摇杆滑块机构
曲柄摇块机构
曲柄滑块机构
曲柄转动导杆机构 应用：牛头刨床、插床、 回转式油泵等
应用：摆 缸式内燃 机、液压 驱动装置 等 抽水唧筒、 抽油泵等。
（五）双滑块机构（含两个移动副的四杆机构） 缝 纫 机 机 针 动 画
1.曲柄为原动件，当机构有极位夹角时，就有急回特
性； =0、K=1时，无急回特性。
2.存在死点位置的标志是：连杆与从动件共线。 摇杆为原动件，有2个死点位置； 曲柄为原动件，没有死点位置，因为此时连杆与从
动杆不会共线。
五. 其它平面连杆机构(铰链四杆机构的演化)
(一)曲柄滑块机构： 当曲柄摇杆机构中的摇杆为无限长时，即为曲
3、选择投影面
4、比例尺1：1
曲轴2
BA
机架1
动颚3 D
C
肘板4
2
B
A
3
1
C
4
D
§6-2 平面四杆机构
➢ 平面连杆机构：由若干构件和低副组成的平面机构
➢连杆机构：可以实现预期的运动规律及位置、轨迹等要求。 ➢连杆机构——用低副联接构件组成的机构，又称低副机构。
平面四杆机构： 全部用转动副相连的铰链四杆机构。它是平面四杆机构的基本
摇杆
A
机架 D
曲柄摇杆机构
➢ 可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的 运动转换。
雷达天线俯仰机构
➢ 可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的 运动转换。
搅拌机
➢ 可以将摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转运动。
汽车车窗雨刷机构
缝纫机
二、双曲柄机构
两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。
你会判断由不同杆作机架时四杆机构属于 哪种机构么？
a、b、c、d (长度a b c d )
Y
ad bc
N 双摇杆机构
以最短杆相邻杆为机架 以与最短杆相对的杆为机架
以最短杆为机架
曲柄摇杆机构 双摇杆机构 双曲柄机构
课堂练习
图1
1、如图1中，若a＝250mm，b＝600mm， c＝400mm，d＝550mm，取杆a为机架 时可得什么机构；取杆b为机架时可得什 么机构；取杆c为机架可得什么机构？
两个极限位置之间的距离，称为机构的行程H。
（2）对心式曲柄滑块机构的死点位置：
1
A
B1
B2
C2
C1
机构停在死点位置，不能起动。 解决办法：运转时，靠惯性冲过死点。
（二）摇杆滑块机构
取曲柄滑块机构中的原滑块4为机架而得 到的。BC杆成为绕铰链C摆动的摇杆，AC 成为滑块做为滑块作往复移动，故该机 构称为摇杆滑块机构，又称为移动导杆 机构（或定块机构）。
机构要 素构运 件动 副
构件系统
要点：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: 构件直接接触构成的运动副表面。为点、线、面形式。
运动副的分类
低 副
按运动副元素接触情况的不同 高副
实例：
构件用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。
工作原理：
电动机
带传动
偏心轴转动
动颚板摆动，与定 颚板一起压碎物料
1、工作原理
1 —机架 2 —曲轴（原动件） 3 —动颚 4 —肘板
2、运动副
1与2在A回转副 2和3 在B回转副 3与4在C回转副 4与1在D回转副
解：1、判断是否满足杆长条件：
AB＋AD＝330 ＞ BC＋CD＝325
则不满足杆长条件，所以此机构为 双摇杆机构
课堂练习
一、曲柄摇杆机构
两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆， 则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。
曲柄1为原动件，作匀速转动；摇杆3为从动件， 作变速往复摆动。
B 连杆
曲柄
C
起重机吊臂结构
飞机起落架机构
四、曲柄摇杆机构的一些主要特性：
（1）机构的急回运动特性：
铰链C的平均速度：
C1
C
C2
v1= C1C2 / t1
B
1
B2
A
B1
2
摆
v2= C1C2 / t2 v1 < v2
它表明摇杆具
D
有急回运动特性。
曲柄转角 1 180
C1C2 慢行程
第六章 常用机构
构件
1 构件、运动副与平面机构 2 平面四杆机构 3 凸轮机构
§6-1构件、运动副与平面机构
机构
√ 平面机构 所有构件均在同一平面或在几个 相互平行的平面内运动
空间机构 至少有两个构件能在三维空间中相
对运动。
1 运动副及其分类
定义: 两个构件直接接触并能产生一定相对运动的可动连接。 如轴承与轴颈、滑块与导轨、齿轮与齿轮等。
解：1、a＋b＝850＜ c＋d＝950
2、确定机构类型 ①杆a为机架：最短杆a 自身为机架，则可得到 双曲柄机构； ②杆b为机架：最短杆a为连架杆，则可得到曲柄摇杆机构； ③杆c为机架：最短杆a为连杆，则可得到双摇杆机构。
2、如图所示铰链四杆机构中， 已知AB＝130mm，BC＝150mm， CD＝175mm，AD＝200mm，若取 AD为机架，试判断此机构属于哪一 种类型？
从动件
固定构件
按给定运动规律独立运 动的构件。
其余活动构件，其活动取决于原动件的 运动规律及机构的组成情况。
（1）具有转动副的构件
（2）具有移动副和转动副的构件
3 平面机构运动简图
定义： 运用国际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各构 件间相对运动关系的简图。
注：机构运动简图与实际机构有相同的运动特征。
一、运动副的表示方法
1、转动副（铰链）
机构示意图：是 用特定的构件和 运动副符号表示 机构的一种简化 示意图，仅着重 表示结构特征。 （不需按比例）
2、移动副
两构件组成移动副， 其导路必须与相对移 动方向一致。
3、高副
运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子， 习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。
连杆
C
曲柄
B
曲柄
A
D
机架
双曲柄机构
双曲柄机构
从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一 周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作 加速往复运动，提高了工作性能。
惯性筛工作机构
特例：平行双曲柄机构，其相对两杆平行且相等。
1、曲柄1为原动件，作等角速转动；从动件曲柄3也以相 同角速度转动。
力的条件下: 当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中
心A的力，对A点不产生力矩，不能使曲柄转动，机 构的这种位置称为死点位置 。
BF
FA B
A C
C
D
D
① 机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠惯性 冲过死点。
缝纫机踏板机构
② 利用死点实例 工件夹紧机构
思考题：
➢曲柄摇杆机构是否一定具有急回特性？ ➢是否肯定有死点位置？
型式之一，其它型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过演化而 成的。
1、铰链四杆机构的组成
1）定义：由4个杆件通过铰链（转动副）链接而成的机构。 2）组成：机架、连架杆（曲柄或摇杆）、连杆。
机架：机构的固定构件； 连杆：不直接与机架连接的构件； 连架杆：与机架用转动副相连接的构件； 连架杆可分为： 曲柄：能绕机架作整周转动的连架杆； 摇杆：只能绕机架作小于360°的某一角度摆动的连架杆。
任务一：找出下列三个机构中的机架、连架杆和连杆
图1
机架： 连架杆： 连杆：
45 60、90 85
图2
机架： 65 连架杆：80、100 连杆： 50
图3
机架：
90
连架杆： 100、120
连杆：
60
2、铰链四杆机构的形式
在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将铰链四杆机 构分为：
B 连杆
曲柄
柄滑块机构。具有一个移动副和三个转动副。
对心曲柄滑块机构
摇杆长→ ∞
→ 直线 摇杆3→ 滑块 转动副D→ 移动副
偏置曲柄滑块机构
曲柄滑块机构的应用——内燃机
（1）曲柄滑块机构的行程
H
1
C1 慢行程
e
1
C2
A
B2
2
B1
主动件：曲柄或滑块
C1、C2：曲柄与连杆两次共线时，滑块移动的两个极 限位置。曲柄滑块机构同样具有急回特性。
2、如图2所示铰链四杆机构中，已知AB＝ 130mm，BC＝150mm，CD＝175mm， AD＝200mm，若取AD为机架，试判断此 机构属于哪一种类型？
图2
课堂练习（校对）
1、左图中，若a＝250mm，b＝600mm， c＝400mm，d＝550mm，取杆a为机架 时可得什么机构；取杆b为机架时可得什 么机构；取杆c为机架可得什么机构？
2 180
C2C1 快行程
∵ 1 2 , ∴ t1 t2 ,
急回运动特性可用行程速比系数（或行程速度变化
系数）K 表示：
Κ
v2 v1
C2C1 t2
C1C2 t1
t1 t2
1 2
180 180
式中 为摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的
2
3
4
1
3 4
2
3
4
2 1
1
应用实例：回转式油泵（转动导杆机构） 牛头刨床的主体机构（摆动导杆机构）
摇杆滑块机构
曲柄摇块机构
曲柄滑块机构
曲柄转动导杆机构 应用：牛头刨床、插床、 回转式油泵等
应用：摆 缸式内燃 机、液压 驱动装置 等 抽水唧筒、 抽油泵等。
（五）双滑块机构（含两个移动副的四杆机构） 缝 纫 机 机 针 动 画
1.曲柄为原动件，当机构有极位夹角时，就有急回特
性； =0、K=1时，无急回特性。
2.存在死点位置的标志是：连杆与从动件共线。 摇杆为原动件，有2个死点位置； 曲柄为原动件，没有死点位置，因为此时连杆与从
动杆不会共线。
五. 其它平面连杆机构(铰链四杆机构的演化)
(一)曲柄滑块机构： 当曲柄摇杆机构中的摇杆为无限长时，即为曲
3、选择投影面
4、比例尺1：1
曲轴2
BA
机架1
动颚3 D
C
肘板4
2
B
A
3
1
C
4
D
§6-2 平面四杆机构
➢ 平面连杆机构：由若干构件和低副组成的平面机构
➢连杆机构：可以实现预期的运动规律及位置、轨迹等要求。 ➢连杆机构——用低副联接构件组成的机构，又称低副机构。
平面四杆机构： 全部用转动副相连的铰链四杆机构。它是平面四杆机构的基本
摇杆
A
机架 D
曲柄摇杆机构
➢ 可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的 运动转换。
雷达天线俯仰机构
➢ 可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的 运动转换。
搅拌机
➢ 可以将摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转运动。
汽车车窗雨刷机构
缝纫机
二、双曲柄机构
两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。
你会判断由不同杆作机架时四杆机构属于 哪种机构么？
a、b、c、d (长度a b c d )
Y
ad bc
N 双摇杆机构
以最短杆相邻杆为机架 以与最短杆相对的杆为机架
以最短杆为机架
曲柄摇杆机构 双摇杆机构 双曲柄机构
课堂练习
图1
1、如图1中，若a＝250mm，b＝600mm， c＝400mm，d＝550mm，取杆a为机架 时可得什么机构；取杆b为机架时可得什 么机构；取杆c为机架可得什么机构？
两个极限位置之间的距离，称为机构的行程H。
（2）对心式曲柄滑块机构的死点位置：
1
A
B1
B2
C2
C1
机构停在死点位置，不能起动。 解决办法：运转时，靠惯性冲过死点。
（二）摇杆滑块机构
取曲柄滑块机构中的原滑块4为机架而得 到的。BC杆成为绕铰链C摆动的摇杆，AC 成为滑块做为滑块作往复移动，故该机 构称为摇杆滑块机构，又称为移动导杆 机构（或定块机构）。
机构要 素构运 件动 副
构件系统
要点：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: 构件直接接触构成的运动副表面。为点、线、面形式。
运动副的分类
低 副
按运动副元素接触情况的不同 高副