完整版机械原理笔记

第一章平面机构的结构分析

1.1研究机构的目的

目的：1、探讨机构运动的可能性及具有确定运动的条件

2、对机构进行运动分析和动力分析

3、正确绘制机构运动简图

1.2运动副、运动链和机构

1、运动副:两构件直接接触形成的可动联接（参与接触而构成运动副的点、线、面称为运

动副元素）

低副：面接触的运动副（转动副、移动副），高副：点接触或线接触的运动副

注：低副具有两个约束，高副具有一个约束

2、自由度：构件具有的独立运动的数目（或确定构件位置的独立参变量的数目）

3、运动链：两个以上的构件以运动副联接而成的系统。其中闭链：每个构件至少包含两个

运动副元素，因而够成封闭系统；开链：有的构件只包含一个运动副元素。

4、机构：若运动链中出现机架的构件。机构包括原动件、从动件、机架。

1.3平面机构运动简图

1、机构运动简图：用简单的线条和规定的符号来代表构件和运动副并按一定的比例表示各运动副的相对位置。机构示意图：不按精确比例绘制。

2、绘图步骤：判断运动副类型，确定位置；合理选择视图，定比例讥绘图（机架、主动件、从动件）

1.4平面机构的自由度

1、机构的自由度：机构中各活动构件相对于机架的所能有的独立运动的数目。

F=3n - 2p L - p H （n指机构中活动构件的数目，p L指机构中低副的数目，p H指机构中高

副的数目）

自由度、原动件数目与机构运动特性的关系：

1）：F W 0时，机构蜕化成刚性桁架，构件间不可能产生相对运动

2）：F > 0时，原动件数等于F时，机构具有确定的运动；原动件数小于机构自由度时，机构运动不确定；原动件数大于机构自由度，机构遭到破坏。

2、计算自由度时注意的情况

1 ）复合铰链：m个构件汇成的复合铰链包含m-1个转动副（必须是转动副，不能多个构件汇交在一起就构成复合铰链，注意滑块和盘类构件齿轮容易漏掉，另外机架也是构件。

2）局部自由度：指某些构件（如滚子）所产生的不影响整个机构运动的局部运动的自由度。解决方法：将该构件焊成一体，再计算。

3）虚约束：指不起独立限制作用的约束。注：计算时应将虚约束去掉。

虚约束作用：虽不影响机构的运动，但可以增加构件的刚性。

注：平面机构的常见虚约束：（1）不同构件上两点间的距离保持恒定，若在两

点间加上一个构件和两个运动副；类似的，构件上某点的运动轨迹为一直线时，若

在该点铰接一个滑块并使其导路与该直线重合，将引进一个虚约束。（2）两构件构成

多个移动副且其导路相互平行，这时只有一个移动副起约束作用，其余移动副都是虚

约束。（3）两构件构成多个移动副且其轴线相互重合，这时只有一个转动副起约束作

用。（4）完全对称的构件注：如果加工误差太大就会使虚约束变为实际约束。

1.5平面机构的组成原理和结构分析

1、高副低代：在平面机构中用低副（转动副或移动副）代替高副的方法。

条件要求：代替前后机构的自由度、瞬时速度、瞬时加速度必须相同

方法：用两个转动副和一个构件代替一个高副，这两个转动副分别位于高副两轮廓接触

点的曲率中心。特例：（

1）两轮廓之一为直线，因直线曲率中心位于无穷远则演化为移 动副（2）若两轮廓之一为一点，因点的曲率半径为零，所以曲率中心与该点重合

2、 杆组：不能再拆的最简单的自由度为零的构件组。

由P L =3/2 n （ n=2,4,6…p L =3,6,9…）

3、 杆组的级别：由杆组中包含的最高级别封闭多边形来确定的。

n 级杆组由两个构件和 3

个低副组成的（有五种不同的形式） ，川级杆组由4个构件和6个低副组成的，把由机架和

原动件组成的机构称为

I 级杆组

注：按照杆组的概念，任何机构都可看成用零自由度的杆组依次联接到原动件和机架上 去的方法组成

4、 结构分析：1）先除去虚约束和局部自由度，并高副低代，用箭头标出原动件

2 ）从远离原动件的处开始拆杆组（先试拆n 级杆，如不能，再拆川级杆等） 3

）接着在剩余的机构中重复（2）的步骤

注：剩余机构不允许出现只属于一个构件的运动副和只有一个运动副的构件 （原动件除外），因为前者将导入虚约束，而后者则产生局部自由度。

5、 机构的级别： 所拆的杆组的 最高级别即为机构的级别。

注意：对于同一机构，取不同构件作为原动件时，可能拆分的结果不同，利用此性质可 以变换机构级

别，用低级机构代替高级机构。

6 、增加自由度的方法：在适当位置添加一个构件和一个低副或用一个高副去代替一个低副。

7、含有齿轮副平面机构的自由度计算：

齿轮中心被约束：计一个高副；齿轮中心未被约束:

计一个低副。

第二章平面机构的运动分析

2.1研究机构运动分析的目的和方法

1、 目的：确定构件的行程或机壳的轮廓；确定机械的工作条件；确定惯性力

2、方法：①图解法：速度瞬心法、相对图解法 ②解析法③实验法

2.2速度瞬心法及其在机构速度分析上的应用

1、速度瞬心：两构件作相对运动时，其相对速度为零时的重合点称为速度瞬心，

简称瞬心。

也就是两构件在该瞬时具有相同绝对速度的重合点。 绝对瞬心：两构件之一是静止构件；

相对瞬心：两构件都运动

注：两构件在任一瞬时的相对运动都可看成绕瞬心的相对运动。

2、 机构瞬心的数目： N =K （K-1）/2

3、 瞬心的求法：

&咼副低代如图:

例如：图（a ） F=3X 5-2X 6-1 X 2= 1

图（b ） F = 3X 5-2 X 7- 1X 0= 1