机械原理机构的定义
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机械原理
i=1 j=1
5
p
末杆自由度： 末杆自由度：λ
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （3）具有公共约束的单闭环机构自由度计算
F = ∑i ⋅ pi − 6 −m） = ∑fj − λ （
5
p
λ = λr + λtt + λtr
i=1
j=1
基本转动（移动）自由度： 基本转动（移动）自由度： 各轴线都平行于某一个方向：其值=1 1）各轴线都平行于某一个方向：其值=1 分别平行于两个不同方向： 其值=2 2）分别平行于两个不同方向： 其值=2 有不与前两个方向共面的第三个方向， 3）有不与前两个方向共面的第三个方向， 其值=3 其值=3
2.2.1 运动副
构成运动副的点、 构成运动副的点、线、面称为运动副的元素。 面称为运动副的元素。 （1）低副:两构件通过面接触构成的运动副. 低副:两构件通过面接触构成的运动副. （2）高副:两构件通过点或线接触构成的运动副. 高副:两构件通过点或线接触构成的运动副. 点或线接触构成的运动副
2.2.1 运动副
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （4）计算机构自由度重要注意的问题 1）局部自由度
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （4）计算机构自由度重要注意的问题 1）局部自由度
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （4）计算机构自由度重要注意的问题 1）局部自由度
公共约束: 公共约束: 是指在机构中由于运动副的特性及布 置的特殊性， 置的特殊性，使得机构中所有的活动构件共同失 去了某些自由度， 去了某些自由度，即对ห้องสมุดไป่ตู้构中所有活动构件同时 施加的约束，公共约束记为m 施加的约束，公共约束记为m 。
5
p
末杆自由度： 末杆自由度：λ
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （3）具有公共约束的单闭环机构自由度计算
F = ∑i ⋅ pi − 6 −m） = ∑fj − λ （
5
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λ = λr + λtt + λtr
i=1
j=1
基本转动（移动）自由度： 基本转动（移动）自由度： 各轴线都平行于某一个方向：其值=1 1）各轴线都平行于某一个方向：其值=1 分别平行于两个不同方向： 其值=2 2）分别平行于两个不同方向： 其值=2 有不与前两个方向共面的第三个方向， 3）有不与前两个方向共面的第三个方向， 其值=3 其值=3
2.2.1 运动副
构成运动副的点、 构成运动副的点、线、面称为运动副的元素。 面称为运动副的元素。 （1）低副:两构件通过面接触构成的运动副. 低副:两构件通过面接触构成的运动副. （2）高副:两构件通过点或线接触构成的运动副. 高副:两构件通过点或线接触构成的运动副. 点或线接触构成的运动副
2.2.1 运动副
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （4）计算机构自由度重要注意的问题 1）局部自由度
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （4）计算机构自由度重要注意的问题 1）局部自由度
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （4）计算机构自由度重要注意的问题 1）局部自由度
公共约束: 公共约束: 是指在机构中由于运动副的特性及布 置的特殊性， 置的特殊性，使得机构中所有的活动构件共同失 去了某些自由度， 去了某些自由度，即对ห้องสมุดไป่ตู้构中所有活动构件同时 施加的约束，公共约束记为m 施加的约束，公共约束记为m 。
机械原理—平面机构的结构分析
齿轮齿廓
作者：潘存云教授
活塞与缸套
§2-1 运动链与机构
按两构件之间相对运动方式分：
运动副
转动副——两构件之间的相对 运动为转动的运动副
移动副——两构件之间的相对 运动为平动的运动副
对于空间机构，还有螺旋副和球面副
§2-1 运动链与机构
按两构件之间接触方式分：
运动副
低副——两构件之间为面接触 的运动副
第二章 平面机构的结构分析
§2-1 运动链与机构 §2-2 机构运动简图 §2-3 机构自由度的计算 §2-4 机构分析与创新 §2-5 机构结构的拓展内容简介
§2-1 运动链与机构
机构是传递机械运动的装置，也就是传递机械运动、力 或者导引构件上的点按给定轨迹运动的机械装置。
机构的组成要素为构件和运动副。
在
机 架 上
齿 轮 齿
的 电 机
条 传 动
圆
带
锥
传
齿
动
轮
传
动
§2-2 机构的运动简图
链
圆柱
传
蜗杆
动
蜗轮
传动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
凸 轮 传 动
§2-2 机构的运动简图
内啮
棘
合圆
轮
柱齿
机
轮传
构
动
§2-2 机构的运动简图
（3）构件表示时的注意事项:
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动 副的性质。
C D4
A1 1 B
3 2
5
E
6
冲床传动机构运动简图
§2－2 平面机构运动简图
§2－2 平面机构运动简图
§2－2 平面机构运动简图
机器和机构
另外，通过研制蛇形机构来探测管道 故障；通过鱼游机构研制来解决深水探测 问题。
随着人们对各种仿生机构的深入研究， 将会有利于创造出各种新颖的、具有特殊 功能的新机构来。
中 国 首 台 拟 人 形 机 器 人
翩 翩 起 舞 的 机 器 人
仿真美女 机器人
各式各样的仿生机械
随着现代科学技术的发展，20世纪80年代中后期兴起了对微型机械 （或称为微型机电系统）的研制，以适应生物、环境控制、医学、航空航 天、数字通信、传感技术、灵巧武器等领域在微小型化方面提出的日益增 长的要求。 微型机械在尺度、构造、材料、制造方法和工作原理等方面都与传统 机械截然不同。微型机械具有体积小、重量轻、能耗低、集成度高和智能 化高等特点，它与多门学科紧密结合。 微型机械的出现还推动了处于机械原理学科前沿的微型光-机-电学分 支的产生，开始了对微型机构的尺寸效应、精确度、运动变换和动力传递 以及运动过程中动态特性等的研究。
如汽车、飞机、
起重机、运输机。
信息机器
其功能是处理信息。 例如复印机、打印机、绘图机等。 信息机器虽然也作机械运动，但其目的是处理信息，而不是完成有用 的机械功，因而其所需的功率甚小。
机器的典型例子：汽车
品牌源自意大利，由法国车厂负责生产，隶属于德国 大众公司旗下，百米加速2.5秒
机器的典型例子：飞机
海 底 探 索
海洋石油 钻探平台 救助打捞
形形色色的水下机器人
6000米水机器人
医疗 机器 人正 辅助 心脏 病手 术
人体器官内的微型机器人
磁悬浮列车 的运行速度高达 550 km/h
磁悬浮列车 的动力学特性是 悬浮控制与走行 控制的关键因素
仿生机构学的研究一直受到很大重视。不少国 家积极开展对人的手指、手腕和手臂的结构、动作 原理和运动范围的分析研究，已研制出各种多自由 度的生物电控或声控的机械假手，造福于人类。同 时，各种仿生步行机构也不断被研究出来。
机械原理复习
5、平面机构的组成原理：任何机构都可以看作是由若干基本 杆组依次联接于原动件和机架上所组成的系统。 机构=原动件+机架+基本杆组 ☆基本杆组：最简单的、不可再分的、自由度为零的构件组。 6、机构结构分析的步骤： （1）求Ｆ，确定原动件：原动件不同，机构级别可能不同。 （2）拆杆组:从远离原动件处开始→Ⅱ级（不行）→Ⅲ级 →…→直到只剩Ⅰ级 （每拆出一个杆组后，剩下的仍能组成机构，且 F不变） （3）确定机构级别：包含杆组的最高级别。
P24
P23 P12
P13
P14
P34
P12 P13
P23
四、机构的效率和自锁
1、移动副中的全反力（正压力和摩擦力的合力）：与相对速 度方向成 90 2、转动副中的全反力：R21：大小与外载荷平衡；方向与外载 荷相反；作用线与摩擦圆圆相切，对O的矩与相反。
FR12
FR32 FR21
FR21
用齿条刀具加工齿轮时，当把刀具相对于齿轮轮坯中心偏离 标准位置移远时，加工出来的齿轮称为 齿轮， 移近时，加工出来的齿轮称为 齿轮。 渐开线齿廓的几何形状与 的大小有关。 。
在蜗轮蜗杆传动中，蜗杆为右旋，则蜗轮的旋向应为 为什么一对渐开线标准直齿圆柱齿轮啮合能够保证定传动比？
标准直齿圆柱齿轮传动的重合度
。
设计凸轮机构时，凸轮的轮廓曲线形状取决于从动件的 A、运动规律 B、运动形式 C、 结构形状
为防止滚子从动件运动失真，滚子半径必须 凸轮理论廓 线的最小曲率半径。 A、< B 、> C、>=
凸轮机构中，基圆半径减小，会使机构压力角 A、增大 B、减小 C、不变
。
在设计凸轮机构时，应保证凸轮轮廓的最大压力角不超过 许用值的前提下，尽可能缩小凸轮的尺寸。（ ） 在凸轮机构中，若从动件在推程和回程采用等速运动，则运 转平稳，无冲击（ ） 在滚子直动从动件盘形凸轮机构中，改变滚子的大小对从动 件的运动规律无影响。（ ） 六、齿轮机构 1、齿廓啮合基本定律、节点、节圆、齿廓曲线的选择 （渐开线齿廓制造和安装方便，互换性好。）
机械原理第四章常用机构
B
B
AA
C γ
F”
FF”’ C γFα
F
F’
设计：潘存云
DD
当∠BCD最小或最大时，都有可能出现γmin
此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。
机构的传动角一般在运动链 最终一个从动件上度量。
B2
A
l1
B1
l l C2γ2
2γ1
设计：潘存云
C1
3
D
l4
死点特性
摇杆为主动件， F 且连杆与曲柄两 γ＝0 次共线时，有：
曲柄摇杆机构（crank-rocker)
何为曲柄摇杆机构？ 既有曲柄又有摇杆的机构。如下动画中，两个
连架杆中一个是曲柄，一个是摇杆。
曲柄摇杆机构（crank-rocker)
日常生活中常见的雷达、缝纫机等就是有曲柄 摇杆机构构成的。
双曲柄机构（double-crank)
何为双曲柄机构？ 两个连架杆都是曲柄的机构。如下动画
正弦机构
曲柄滑块机构的实例
内燃机实例
曲柄滑块机构的实例
往复式抽水机
运动副转化机构的演化
曲柄滑块机构
2
2
1 4
31
2
4
3
1
34
曲柄摇杆机构
曲柄移动导杆机构
三、曲柄摇杆机构的演化
（1）取不同构件为机架，曲柄摇杆机构、 双曲柄、双摇杆可以相互演化
2
1
3
4
曲柄摇杆
2
1
3
4
双曲柄
2
1
3
4
双摇杆
（2)曲柄存在的条件(GRASHOF)
滚子从动件
为减小摩擦磨损，在 从动件端部安装一个 滚轮，把从动件与凸 轮之间的滑动摩擦变 成滚动摩擦，因此摩 擦磨损较小，可用来 传递较大的动力，故 这种形式的从动件应 用很广。
机械原理
第一章 绪论
上海交通大学 机械与动力工程学院机器人研究所 杭鲁滨 博士 副教授 Hanglb@
目录
本章教案
机械原理的研究对象及基本概念 机械设计概述 机械原理课程的地位和作用 机械原理学科的发展动向 思考题 习题
第 一 章 绪 论
基本要求
介绍机械原理的研究对象和内容； 机构、机器、机械的基本概念 机械运动方案设计的基本要求
本 节 内 容
机 械 原 理 的 研 究 对 象 及 基 本 概 念
机械原理的研究对象
机械原理－Machine Theory and Mechanism （机器理论与机构学）
研究机构和机器的运动及动力特性以及机械运动方 案设计的一门基础技术学科
机 械 原 理 的 研 究 对 象 及 基 本 概 念
机 械 设 计 概 述
机械设计概述
机 械设计的主要内容 机电一体化技术在机械运动方案设计中的作 用
机械设计的一般进程
机 械 设 计 概 述
机械设计过程并没有一个通用的固定顺 序，而必须按具体情况确定。机械设计的一 般进程。可分为四个阶段： 产品规划阶段 方案设计阶段 详细设计阶段 改进设计阶段
机械运动方案设计的主要内容
机械运动简图的型综合
若干个执行动作 机构型式 机构系统
机 械 设 计 概 述
机械运动简图的尺度综合
按机构型式 运动规律要求、动作配合 协调设计
由此看出，机械运动方案设计是机械产品设计中十分重要的内容，是决 定机械产品质量、水平、性能和经济效益的关键性一步。
机电一体化技术在机械运动方案设计中的作用
机械原理的基本概念
机构的定义：具有确定运动的构件系统 构件：是机器中运动的单元体 执行动作：完成机器工艺动作过程中的某一动作 执行构件：完成执行动作的构件 执行机构：完成执行动作的机构 执行机构系统：是机器的核心
上海交通大学 机械与动力工程学院机器人研究所 杭鲁滨 博士 副教授 Hanglb@
目录
本章教案
机械原理的研究对象及基本概念 机械设计概述 机械原理课程的地位和作用 机械原理学科的发展动向 思考题 习题
第 一 章 绪 论
基本要求
介绍机械原理的研究对象和内容； 机构、机器、机械的基本概念 机械运动方案设计的基本要求
本 节 内 容
机 械 原 理 的 研 究 对 象 及 基 本 概 念
机械原理的研究对象
机械原理－Machine Theory and Mechanism （机器理论与机构学）
研究机构和机器的运动及动力特性以及机械运动方 案设计的一门基础技术学科
机 械 原 理 的 研 究 对 象 及 基 本 概 念
机 械 设 计 概 述
机械设计概述
机 械设计的主要内容 机电一体化技术在机械运动方案设计中的作 用
机械设计的一般进程
机 械 设 计 概 述
机械设计过程并没有一个通用的固定顺 序，而必须按具体情况确定。机械设计的一 般进程。可分为四个阶段： 产品规划阶段 方案设计阶段 详细设计阶段 改进设计阶段
机械运动方案设计的主要内容
机械运动简图的型综合
若干个执行动作 机构型式 机构系统
机 械 设 计 概 述
机械运动简图的尺度综合
按机构型式 运动规律要求、动作配合 协调设计
由此看出，机械运动方案设计是机械产品设计中十分重要的内容，是决 定机械产品质量、水平、性能和经济效益的关键性一步。
机电一体化技术在机械运动方案设计中的作用
机械原理的基本概念
机构的定义：具有确定运动的构件系统 构件：是机器中运动的单元体 执行动作：完成机器工艺动作过程中的某一动作 执行构件：完成执行动作的构件 执行机构：完成执行动作的机构 执行机构系统：是机器的核心
机械原理第08章组合机构
构的动力分析
通过动力学分析，可以得到组合机构在各种工况下的运动规律、力学特性等 信息，为机械设计和优化提供基础数据。
组合机构的尺寸设计
根据功能要求和载荷特性，进行组合机构的尺寸设计，确保机械系统的稳定性和可靠性。
组合机构的强度计算
通过强度计算，评估组合机构各个部件的强度和刚度，确保机械系统在工作过程中不发生破坏或变形。
组合机构的优化设计
基于性能要求和约束条件，运用优化方法对组合机构进行设计和改进，提高机械系统的效能和可持续性。
机械原理第08章组合机构
组合机构是机械设计中的重要内容，其作用是实现机械运动的传递与变换。 本章将介绍组合机构的分类、构成与运动规律，以及在机械设计中的应用实 例和未来趋势。
组合机构的概念及作用
组合机构是由多个简单机构组合成的复杂机构，用于实现特定的运动。它能够通过不同的组合方式，满 足不同的机械设计需求，提高机械系统的功能和性能。
组合机构的分类
平面连杆机构
由连杆和铰链连接而成，用于实现直线运动 或转动运动。
曲柄机构
由曲柄、连杆和铰链构成，用于将旋转运动 转化为往复运动。
径向连杆机构
由连杆和铰链组成，使连杆在一定的轨迹上 运动，广泛应用于往复运动的机械。
齿轮传动机构
通过齿轮的啮合，实现运动的传递和变速。
联接件的设计与选择
组合机构的联接件如轴、螺丝等，对整体运动特性和稳定性有重要影响。设计时需考虑载荷、材料强度 等因素，选择合适的联接方式和标准件。
通过动力学分析，可以得到组合机构在各种工况下的运动规律、力学特性等 信息，为机械设计和优化提供基础数据。
组合机构的尺寸设计
根据功能要求和载荷特性，进行组合机构的尺寸设计，确保机械系统的稳定性和可靠性。
组合机构的强度计算
通过强度计算，评估组合机构各个部件的强度和刚度，确保机械系统在工作过程中不发生破坏或变形。
组合机构的优化设计
基于性能要求和约束条件，运用优化方法对组合机构进行设计和改进，提高机械系统的效能和可持续性。
机械原理第08章组合机构
组合机构是机械设计中的重要内容，其作用是实现机械运动的传递与变换。 本章将介绍组合机构的分类、构成与运动规律，以及在机械设计中的应用实 例和未来趋势。
组合机构的概念及作用
组合机构是由多个简单机构组合成的复杂机构，用于实现特定的运动。它能够通过不同的组合方式，满 足不同的机械设计需求，提高机械系统的功能和性能。
组合机构的分类
平面连杆机构
由连杆和铰链连接而成，用于实现直线运动 或转动运动。
曲柄机构
由曲柄、连杆和铰链构成，用于将旋转运动 转化为往复运动。
径向连杆机构
由连杆和铰链组成，使连杆在一定的轨迹上 运动，广泛应用于往复运动的机械。
齿轮传动机构
通过齿轮的啮合，实现运动的传递和变速。
联接件的设计与选择
组合机构的联接件如轴、螺丝等，对整体运动特性和稳定性有重要影响。设计时需考虑载荷、材料强度 等因素，选择合适的联接方式和标准件。
机械原理第一章 平面机构组成原理及其自由度分析
机构自由度与能运动的条件为：机构自由度数大于等于1。 （二）机构具有确定运动的条件为：机构输入的独立运动数目等 于机构的自由度数。 由于平面机构的每个驱动副一般只有一个自由度，此时，机 构具有确定运动的条件又可表述为：机构驱动副数应等于机构的 自由度数。对驱动副位于机架的机构，与驱动力相连的构件为主 动构件，或称为原动件。故这时该类机构具有确定运动的条件又 可表述为：机构原动件数应等于自由度数。
按运动副的运动空间分:
平面运动副——指构成运动副的两构件之间的相对运动为平面 运动的运动副;
空间运动副——指构成运动副的两构件之间的相对运动为空间 运动的运动副。
按运动副对被联接的两构件相对运动约束数的不同分为： 低副——两构件通过面接触而构成的运动副； 高副——凡两构件系通过点或线接触而构成的运 动副。
4）选择适当的长度比例尺l（ l =实际尺寸/图示长度），定出 各运动副的相对位置，绘制机构运动简图。从原动件开始，按运 动传递路线，顺序标出各构件的编号和运动副的代号。在原动件 上标明箭头方向即其运动方向。
例1-1-1：绘制图示颚式破碎机的运动简图 分析：该机构有6个构件和7个转动副。
颚式破碎机构
机构运动简图
第二节 平面机构自由度分析及应用举例
一、运动副的自由度和约束
运动副对该两构件独立运动所加的限制称为约束。约束数目 等于被其限制的自由度数。组成运动副两构件间约束的特点和数 目取决于该运动副的型式。 （一）转动副
只能绕垂直于xoy平面的轴的相对转动 （二）移动副 只能沿x轴方向移动
（三）高副
绘制机构运动简图的步骤与方法：
1）对照实物或实物图，分析机构的动作原理、组成情况和运动 情况，确定其组成的各构件，哪些构件为原动件、哪一构件为机 架和哪些构件为从动件 。 2）沿着运动传递路线，从原动件开始，逐一分析每两个构件间 相对运动的性质，并确定运动副的类型和数目。
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机械原理机构的定义
机械原理机构的定义
机械原理机构是指由若干个零件组成的、能够实现特定运动或力学功
能的系统。
它是机械设计中的基础性问题，也是机械设计中最基本的
部分之一。
一、机械原理机构的分类
1. 按照运动形式分类
根据机构实现的运动形式，可以将其分为旋转副、滑动副、螺旋副等。
2. 按照传递力量方式分类
根据机构传递力量的方式，可以将其分为齿轮副、链条副、带传动等。
3. 按照结构特点分类
根据机构结构特点，可以将其分为平面连杆机构、空间连杆机构、摆
线针轮副等。
二、常见的几种基本运动形式
1. 旋转运动
旋转运动是指物体在固定点周围绕某一轴线旋转。
常见的例子有摇臂摆和曲柄连杆。
2. 滑动运动
滑动运动是指物体沿着某一直线上做直线运动。
常见的例子有滑块导轨和滚珠丝杠。
3. 偏心运动
偏心运动是指物体在绕轴线旋转的同时，还沿着轴线做直线运动。
常见的例子有齿轮传动和曲柄连杆机构。
三、机械原理机构的设计原则
1. 要满足特定的功能需求
机构设计的最基本目的是实现特定功能需求，因此，在设计过程中必
须充分考虑到要实现的功能需求，并根据具体情况选择合适的机构结构和参数。
2. 要尽量简单可靠
在保证机械原理机构实现特定功能需求的前提下，应该尽量选择简单可靠、易于制造和维护的机构结构。
这样可以降低成本，提高使用寿命。
3. 要考虑力学性能和精度问题
在设计过程中，需要对机械原理机构进行力学分析，确保其具有足够强度和刚度，并且满足精度要求。
同时还需要注意减小摩擦、振动等对性能产生不良影响。
四、常用工具与软件
1. AutoCAD
AutoCAD是一种广泛使用的计算机辅助设计软件，可以用于机械原理机构的设计和制图。
2. SolidWorks
SolidWorks是一种三维计算机辅助设计软件，可以用于机械原理机构的建模、分析和优化。
3. MATLAB
MATLAB是一种数学软件，可以用于机械原理机构的动力学分析和优化。
五、结语
以上就是关于机械原理机构的定义、分类、基本运动形式、设计原则以及常用工具与软件的介绍。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的机构结构和参数，并进行力学分析和优化，以确保其具有足够强度和刚度，并且满足精度要求。