2.1平面机构的基本组成
机械设计基础课程方案模板
一、课程名称：机械设计基础二、课程简介：机械设计基础是机械类及相关专业的一门专业基础课程，旨在培养学生具备机械设计的基本理论、基本知识和基本技能，提高学生的创新能力和工程实践能力。
本课程通过系统讲解机械设计的基本原理、设计方法和设计步骤，使学生能够运用所学知识分析和解决实际问题。
三、课程目标：1. 理解机械设计的基本概念、基本原理和基本方法；2. 掌握机械设计的基本计算方法和设计步骤；3. 熟悉机械设计的基本规范和标准；4. 培养学生的创新思维和工程实践能力；5. 提高学生的团队合作和沟通能力。
四、课程内容：1. 绪论1.1 机械设计的基本概念1.2 机械设计的基本原理和方法1.3 机械设计的基本步骤2. 平面机构2.1 平面机构的组成2.2 平面机构的类型和特点2.3 平面机构的运动分析3. 凸轮机构3.1 凸轮机构的组成3.2 凸轮机构的类型和特点3.3 凸轮机构的运动分析4. 间歇运动机构4.1 间歇运动机构的组成4.2 间歇运动机构的类型和特点4.3 间歇运动机构的运动分析5. 螺纹连接5.1 螺纹连接的原理和特点5.2 螺纹连接的计算和设计6. 轴毂连接6.1 轴毂连接的原理和特点6.2 轴毂连接的计算和设计7. 带传动和链传动7.1 带传动和链传动的原理和特点7.2 带传动和链传动的计算和设计8. 齿轮传动8.1 齿轮传动的原理和特点8.2 齿轮传动的计算和设计9. 轮系9.1 轮系的组成和类型9.2 轮系的设计和计算10. 轴10.1 轴的类型和特点10.2 轴的设计和计算11. 轴承11.1 轴承的类型和特点11.2 轴承的设计和计算12. 联轴器、离合器和制动器12.1 联轴器、离合器和制动器的类型和特点12.2 联轴器、离合器和制动器的设计和计算13. 机械的平衡与调速13.1 机械的平衡与调速的原理和特点13.2 机械的平衡与调速的设计和计算14. 弹簧14.1 弹簧的类型和特点14.2 弹簧的设计和计算五、教学方法：1. 讲授法：系统讲解机械设计的基本理论、基本知识和基本方法；2. 讨论法：组织学生讨论机械设计中的实际问题，提高学生的创新思维和工程实践能力；3. 案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解机械设计在实际工程中的应用；4. 实验法：通过实验操作，使学生掌握机械设计的基本技能。
第三章平面连杆机构——平面机构的运动简图
例1 卡车翻斗卸料机构示意图
1. 确定机构组成: 2. 车体1-机架 3. 活塞杆3-原
动件 4. 翻斗2、液压
缸体4为从动件
2.运动副类型: 3和4——移动副 3和2——转动副 4和1——转动副 2和1 ——转动副
3.机构草图绘制 测量各运动副 相对位置实际尺寸。 本图中,测量Lab,Lbc 以及BC连线与水平线 的夹角。
▪ 作业：2-4
例如：1、轴与轴承间构成运动副，轴的外圆柱面与轴承 内孔为运动副元素。
2、凸轮与尖顶间构成运动副，凸轮与尖顶接触部 分为运动副元素。
二、 运动副分类 （一）平面运动副
按两构件接触特性，常分为低副、高副两大类。
1、低副：两构件以面接触而形成的运动副。按运动特性可分 为转动副和移动副。
(1) 转动副：只能在一个平面内做相对转动, 也称铰链。 两构件中如有一个构件固定不动, 则称为固定铰链； 二者均能转动， 则称为活动铰链。
活塞2 顶杆8 连杆5
曲轴6
5）用简单线条和规定符号 表示出各构件和运动副， 画出机构运动简图。
齿轮10
排气阀4 气缸体1
凸轮7
习题
画出图示平面机构的运动简图
▪ 课后要求
1、明确绘制机构运动简图的目的
机构运动简图与真实机构具有完全相同的运动特性，主 要用于简明地表达机构的传动原理.
2、熟练掌握好运动副的基本知识
(a)固定铰链
(b)活动铰链
(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。
移动副
转动副
转动副、移动副实例
2、高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副
齿轮副
（二）空间运动副
若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空 间运动副。如：球面副、螺旋副。
第02章--平面机构及自由度计算PPT课件
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2
（3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运 动副和机构的符号，最后用简单线条连接即得机构运动简图。
机械原理
第2章 平面机构的结构分析
1-原动；4-机架。
1-4在A处组成回转副；
例2-1：
1-2在B处组成回转副； 2-3组成移动副； 3-4组成移动副。
B
3 2 1
A 4
机械原理
构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统。 按运动分 平面运动链 空间运动链 闭式运动链 （简称闭链）
运动链
按结构分
开式运动链
（简称开链）
2 3 4 1
1
2 3 4
2 1
4
3 4
3 2 1
5
平面闭式运动链
空间闭式运动链
平面开式运动链
空间开式运动链
机械原理
第2章 平面机构的结构分析
运动链与机构的联系： （1）一个闭式运动链； （2）将一构件固定不动（机架）； （3）一个或数个构件具有确定的运动（原动件）； （4）原动件运动时，从动件就有确定的运动。 运动链 机构
机械原理
第2章 平面机构的结构分析
1、基本公式
每个作平面运动的自由构件有3个自由度； 每个低副引入2个约束，即所限制的自由度为2。 每个高副引入1个约束，即所限制的自由度为1； 所以，若某机构含有n个活动构件， PL 个低副， PH 个高 副，则该机构的自由度(degrees of Freedom)：
第2章 平面机构的结构分析
例2-2
偏心泵机构运动简图
机械原理
第2章 平面机构的结构分析
机械原理
第2章 平面机构的结构分析
例2-3
偏心轮机构运动简图
1 4 3
机械设计基础 自由度课件
2.3 平面机构的自由度（重点）
移动副：限制了构件一个移动和绕平面的轴转动， 保留了沿移动副方向的相对移动，所以平面运动的 一个移动副也引入两个约束，保留一个自由度。
2.3 平面机构的自由度（重点）
一个平面高副引入一个约束，保留两个自由度。
动画
2.3 平面机构的自由度（重点）
综上所述，平面机构中，
B
4
2 D 1
AD=BD=DC C3
1.机构中联结构件与被联结构件在联 接处的轨迹重合 2.两构件组成若干个导路中心线 互相平行或重叠的移动副 1 A
A
B
2
3 C 4
F 3 3 2 4 1
2.3 平面机构的自由度（重点）
常见的虚约束： 3.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。 B 2 C 2' 2 1 C B 5 A D 3 A 1 D E
F 3n 2 PL PH 3 4 2 5 1 0 2
F=2
B 1
2
5
3
D
4
A
E
n=4 pL=5 pH=0
2.3 平面机构的自由度（重点）
二、机构具有确定相对运动的条件
结论： 1.机构可能运动的条件是： 1 2 C B 2 机构自由度数 F1。 3 3 A 1 2.机构具有确定运动的条 4 n=2, P5=3,F=0 D 件是： 输入的独立运动数目 n=3, P5=4, P4=1, F=0 等于机构自由度数 F。 即主动件数等于机构 自由度数F 。 1 A B 2 C 3 D 4
2
B
1 A B
D
E
G
复合铰链 6 7 A O
F
C H
E
局部自由度
平面构成的基本形式
平面构成的基本形式平面构成是指由各种图形、线条和色彩等元素在平面上有机组合而成的形态结构。
在视觉设计、绘画、建筑、工业设计等领域中，平面构成是非常重要的概念。
平面构成可以使画面更具有美感和艺术感，同时也能够有效地传达信息和理念。
在平面构成中，有一些基本的形式和元素被广泛应用。
下面将对其中几种常见的基本形式进行介绍。
1.点点是最简单的几何元素，可以被看作是没有大小和形状的。
在平面构成中，点经常被用作构成其他形式的基础。
点的位置可以决定整个平面结构的组成和分布。
2.线线是由点在平面上的移动轨迹组成的。
线可以是直线、曲线、折线等。
线具有方向性和长度。
在平面构成中，线可以用来连接不同的点或形成一定的线条组合，从而创造出各种视觉效果。
3.形状形状是由点和线组成的封闭图形。
常见的形状有矩形、三角形、圆形等。
形状可以是简单的，也可以是复杂的。
在平面构成中，形状的大小、位置和组合方式对整体视觉效果起着重要的影响。
形状可以用来划分空间、表达意象或进行装饰。
4.空间平面构成不仅仅是在二维平面上进行的，通过运用透视原理，可以创造出立体的空间感。
空间是指在平面上通过线条和形状的布局和组合，使人们产生一种深度和远近的错觉。
通过空间的处理，可以使画面更具立体感和逼真感。
5.色彩色彩在平面构成中起到了非常重要的作用。
色彩可以增加图像的丰富性、表现力和感染力。
不同的颜色有不同的情绪和意义，通过选择和运用不同的颜色，可以使平面构成更具有个性和独特性。
色彩也可以用来创造对比和层次，从而产生引人注目的效果。
6.质感质感是指通过线条、形状、色彩等元素的运用，使平面构成呈现出不同的质感和触感。
质感可以是柔软的、坚硬的、光滑的、粗糙的等等。
通过质感的表现，可以使平面构成更加真实和具体。
这些基本的形式和元素可以在平面构成中灵活地进行组合和运用，创造出各种丰富多样的效果和表现。
平面构成的基本形式是创造和表达的基础，艺术家和设计师可以通过对这些基本形式的运用，创造出独特而有吸引力的平面作品。
机构运动简图及平面机构自由度
与运动无关的因素：诸如构件的外形、截/断面尺寸、运动副 内部结构…...。
包含的主要内容：构件的数目、长度、运动副的类型、数目、 运动副之间的相对位置，注明原动件和机架等。
常见平面运动构件表示方法
转 动 副
移 动 副
2
平 面 高 副
3
2 1 1 2
1
曲面高副
齿轮高副
凸轮高副
常见平面运动构件表示方法
4
n=3 ; PL =4 ; Ph=0 F=3×3 - 2×4=1 例3:
6 2 3 4 5
n=2 ; PL =2 ; Ph=1
F=3×2 - 2×2-1=1 n=6 ; PL =8 ; Ph=0 F=3×6 - 2×8=2 ?
1
平面机构具有确定运动的条件
1. 机构的自由度F：机构所具有独立运动的数目。
和虚约束
局部自由度
C B 1 A 2 3 1 F=1 4 A D 1 B 2 1 3 4 D
C
2
5
F=2
2. 机构具有确定运动的条件
原动件数小于自由度数
（ 单 击 播 放 ） （ 单 击 播 放 ）
机构无确定运动
原动件数大于自由度数
机构在薄弱处损坏
•平面机构具有确定运动的条件： 1、自由度数＞0 2、 机构原动件个数应等于机构的自由度数目。
移动副
y
t
X
n
2
转动副
一个平面低副带入两个约束。
一个平面高副带入一个约束。
平面机构自由度的计算
1、自由度计算公式:
C
F = 3 n –2 PL– PH
n — 机构中活动构件的数目 PL— 机构中低副的个数 PH — 机构中高副的个数
第2章平面机构运动简图
第2章平面机构运动简图
2.1.2 构件
2.具有移动副元素 和转动副元素的构件
单缸内燃机
第2章平面机构运动简图
2.1.3.构件和运动副的表示方法（表2-1）
1
2
3 4
构件的结构及其表示
第2章平面机构运动简图
运动副的表示
2
2
2
2
1
1
1
1
(a)
(b)
(c)
(d)
转动副的表示
第2章平面机构运动简图
第2章 平面机构的运动简图 及自由度
2.1 机构的组成 2.2 平面机构的运动简图 2.3 平面机构自由度
第2章平面机构运动简图
本章知识导读
1.主要内容 机构的组成及运动特点，平面机构 运动简图的绘制以及机构自由度的计算。 2.重点、难点提示 平面机构运动简图的绘制以及机构 自由度的计算。
第2章平面机构运动简图
2.1 机构的组成—构件与运动副
齿轮机构
凸轮机构
第2章平面机构运动简图
连杆机构
2.1 机构的组成—构件与运动副
2.1.1 运动副
1.运动副的概念
两构件之间直接接触并能产生 一定相对运动的连接称为运动副。
两构件只能在同一平面内做 相对运动的运动副称为平面运动副。
第2章平面机构运动简图
2.1.1 运动副
=3×7-2×10-0=1
第2章平面机构运动简图
2.3.3 复合铰链、局部自由度和虚约束
2.局部自由度
局部运动并不影响其他构件的运动。这些构件所产生的 这种局部运动的自由度称为局部自由度。
在计算机构自由 度时，局部自由度应 略去不计。
该机构的自由度为 F=3n-2PL -PH
机械原理之平面机构的结构分析
机械原理之平面机构的结构分析1. 引言平面机构是机械系统中广泛应用的一种结构类型，用于实现转动或传递运动的目的。
它由多个构件组成，通过铰链连接，并具有特定的运动机构。
本文将对平面机构的结构进行分析，包括构件、铰链以及运动机构的特点等。
2. 平面机构的构件平面机构的构件指的是组成机构的各个零件，包括连杆、链条、轴等。
这些构件不仅决定了机构的结构形式，还直接影响着机构的运动性能。
以下是平面机构常见的构件类型：连杆是平面机构中最常见的构件之一，通常由刚性材料制成。
根据连接方式的不同，连杆可以分为刚性连杆和柔性连杆。
刚性连杆由铰链连接，具有一定的长度和刚性，可以实现平面内的转动。
柔性连杆则由柔性材料制成，如弹簧钢，可以在一定程度上变形，用于实现特定的运动要求。
2.2 链条链条是平面机构中连接连杆的重要构件，其作用是通过链节的连接形成平面机构的运动链。
链条通常由多个链节组成，每个链节可以进行相对运动，从而实现机构的运动。
常见的链条类型有平面链条、滚子链条等。
轴是平面机构中支撑和固定构件的一种。
轴的材质可以是金属、合金等刚性材料，具有一定的强度和刚度，用于支撑和固定机构中的其他构件。
轴可以是定轴和动轴，定轴通常起到固定作用，动轴则能够实现旋转运动。
3. 平面机构的铰链连接平面机构中的铰链连接是实现构件之间相对运动的关键。
铰链连接是指通过固定在构件上的铰链来连接构件，使其可以相对旋转。
常见的铰链连接有以下几种形式：3.1 旋转铰链旋转铰链是最基本的铰链连接方式，它通过轴上的固定连接来实现构件的相对旋转。
旋转铰链具有结构简单、工作可靠的特点，广泛应用于机械系统中。
3.2 滑动铰链滑动铰链是一种通过滑动副实现构件间相对运动的铰链连接。
它通常由导向副和滑块副组成，通过滑块在导向副上的滑动来实现构件的相对运动。
3.3 规则铰链规则铰链是一种特殊的铰链连接方式，它通过杆与杆的端部连接来实现构件的相对运动。
规则铰链具有结构简单、工作平稳的特点，在机械系统中广泛应用。
机械原理重点
第2章 平面机构的结构分析机构是指具有确定的相对运动构件的组合，但是任意组合的构件系统不一定具有确定的相对的运动。
讨论机构满足什么条件，构件间才具有确定的相对运动，对于分析现有机构或设计新机构都是很重要的。
机构中实际构件形状往往很复杂，为了便于分析和讨论，需要将与运动无关的构件外形、横截面尺寸等撇开，仅将与运动直接相关的部分绘制成机构运动简图。
若机构中所有构件都在同一平面或相互平行的平面内运动，这种机构称为平面机构；反之称为空间机构。
本章将介绍平面机构运动简图的绘制和机构具有确定运动的条件 。
2.1 平面机构的组成2.1.1构件与自由度的约束一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动。
如图2-1所示，在xoy 坐标系中，构件S 可随其上任一点A 沿x 轴、y 轴方向移动和绕A 点转动。
这种相对于参考系构件所具有的独立运动称为构件的自由度。
所以一个作平面运动的自由构件有三个自由度。
当一个构件以一定的方式与其它构件产生可动连接时，其相对运动就会受到限制，对构件的独立运动所加的限制称为约束。
构件的独立运动受到约束，自由度便随之减少。
2.1.2运动副的分类两构件直接接触并能产生相对运动的活动连接，称为运动副。
两构件组成的运动副，是通过点、线或面接触来实现的。
根据接触方式的不同，通常把运动副分为低副和高副两大类。
1.低副两构件通过面接触所组成的运动副称为低副。
根据它们之间的相对运动不同，低副可分为转动副和移动副两大类。
（1） 转动副若组成运动副的两个构件只能做相对转动，这种运动副称为转动副。
如图2-2(a)中轴1与轴承2所组成的转动副，轴承2限制了轴1沿水平、垂直方向的相对移动，只允许轴1与轴承2之间做相对转动；又如图2-2(b)中构件3与构件4也组成转动副，此时二构件之间只存在唯一的相对转动，限制了其他方向的相对移动。
为了便于转动副的绘制，其简图可用图2-3所示的图形来表示。
图2-1 平面构件的自由度机械设计基础101—轴；2—轴承；3，4—构件图2-2 转动副图2-3 转动副简图（2）移动副若组成运动副的两个构件只能做相对移动，这种运动副称为移动副。
机械原理第二章
1——输入
2 5 1
4——输出
计算自由度:
F=3ㄨ4–2ㄨ4–1ㄨ2=2
4
6）二构件组成若干个平面高副，但接触点间的距离 为常数或各接触点处的公法线彼此重合。
1
2
去掉一个高副
3
计算自由度:
F=3ㄨ2 –2ㄨ2 –1ㄨ2=0
F=3ㄨ2 –2ㄨ2 –1ㄨ1=1
等宽凸轮机构
等径凸轮机构
虚约束的本质是什么?
机构的具有确定运动的条件：
1)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动； 2)若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不 确定的； 3)若Ｆ>０，而原动件数>F，则构件间不能运动或 薄弱处产生破坏； 4)若Ｆ>０且与原动件数相等，则机构各构件间的 相对运动是确定的。
因此，机构具有确定运动的条件是：Ｆ>０且机构 的原动件数等于机构的自由度数。
§2.3.1 运动副和构件的表示方法
1、运动副符号
表示转动副的小圆，圆心必须与相对回转轴重合；表示移 动副的滑块其导路必须与相对移动的方向一致；表示平面 高副的曲线，其曲率中心的位置必须与实际轮廓相符。
2、构件与运动副相联接的表达方法
3、常用机构的简图符号
符号五：
§2.3.2 平面机构运动简图的绘制
2.绘制机构运动简图的方法和步骤
⑴弄清机构的组成情况
按运动传递的顺序，找出原动件、从动件、机架， 确定构件的数目，运动副的数目和类型。
⑵测定与机构运动有关的尺寸
各转动副之间的中心距，轴线固定的转动副到移动 副导路中心线的距离。
⑶正确选择投影平面
选择与机构运动平面相平行的面
⑷选定比例尺按规定符号画出运动简图 （从原动件开始画)）
机构的构型分析
本章教学内容
◆ 机构旳构造 ◆ 机构运动简图旳绘制 ◆ 机构旳自由度 ◆ 过约束构造 ◆ 机构旳构成原理及构造分析
本章教学目旳
◆ 了解机构旳构成，搞清运动副、运动链、自由度等概念； ◆ 能绘制常用机构旳机构运动简图； ◆ 能计算平面机构旳自由度； ◆ 对平面机构构成旳基本原理有所了解。
过约束机构： 具有虚约束旳机构。
处理措施 平面机构旳自由度计算公式：F=3n-2P L-P H
例：缝纫机老式脚踏机构自由度：F=3*3—2*4—0=1 正确
对空间而言,平面机构都属于过约束机构。在计算时 必须区别机构旳种类，空间机构用通用自由度计算 公式，平面机构用平面机构自由度计算公式。
虚约束——指机构在某些特定几何条件或构造条件下，有些运 动副带入旳约束对机构运动实际上起不到独立旳约束作用。
6.两构件构成高副，两处接触，且法线重叠。
如等宽凸轮
W
注意：法线不重叠时，变成实际约束！
n2
A n1
n1 A’ n2
n1
n2
A
A’
n1
n2
虚约束旳作用： ①改善构件旳受力情况，如多种行星轮。
②增长机构旳刚度，如轴与轴承、机床导轨。
③使机构运动顺利，防止运动不拟定，如车轮。
过约束旳另一种情况：局部自由度 目旳：降低运动副内旳摩擦磨损。滑动摩擦→滚动摩擦
常见旳虚约束：
1.两构件联接前后，联接点旳轨迹重叠
如平行四边形机构，火车轮、椭圆仪等。 计算时要 去掉一种
2.两构件构成多种移动副，且导路平行。
3.两构件构成多种转动副，且同轴。
计算时要 去掉一种
4.运动时，两构件上旳两点
距离一直不变。
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
机械学基础第二章-机构的组成原理
§2.1 基本概念
球 面 副
齿轮副
凸轮副
结论：
螺 旋
平面低副具有两个约束，
副
平面高副具有一个约束。
§2.1 基本概念
运动副的表示法(低副)：
转动副：具有一个独立相对转动的运动副称为转动 副。转动副也可称为回转副或铰链。
表示法
§2.1 基本概念
运动副的表示法(低副) ：
移动副：具有沿一个方向独立相对移动的运动副称 为移动副。移动副也可称为棱柱副。
一般情况下，主动件与机架相连，具有一 个自由度，即对应一个独立的输入运动。
机构具有确定运动的条件为：
机构的主动件数(m)＝机构的自由度数(F)
m>F 机构破坏 m<F 机构无规则运动
结论：机构具有确定运动的条件是
Ｆ＞０且Ｆ等于原动件数W
计算图示机构自由度
n=2；
Pl=2
Ph=1
F=3n－2 Pl－Ph=3×2－2×2－1=1
机构运动简图的画法
构件的表示：只需将构件上的所有运动副元素按照他们在 构件上的位置用符号表示出来，再用简单的线条将它们连 成一体。
具有两个运动副元素的构件
具有三个运动副元素的构件
§2.2 机构运动简图
运动简图的绘制步骤
(1)分析机构运动，弄清构件数目； (2)判定运动副的类型和数目；
——按接触情况和相对运动 (3)表达运动副和构件；
问题转化为如何求解各种运动副带来的约束数？
2.3.2运动副的约束特点
平面低副—转动副
y
o
x
二个约束：限制x 、y 方向移动，即去掉2个自由度
一个自由度：允许绕 O 轴的转动
引入一个转动副去掉2个自由度
任务2.1机构的组成及运动简图
2 从动件
原动—件—按给定已知运动规律
3
独立运动的构件；常以转向箭头表示。
从动件 ——机构中其余活动构件。 其运动规律决定于原动件的运动规律 和机构的结构和构件的尺寸。
4
1原动件
机架
平面铰链四杆机构
机构常分为平面机构和空间机构 两类，其中平面机构应用最为广泛。
二、机构运动简图
2)齿轮10,9与气缸体组成齿轮机构;
3)凸轮7,进气阀顶杆8与气缸体组成凸轮机构
1.曲柄滑块机构
(1)气缸体与机架固联,是固定件;活塞在燃气推动下运动,是 原动件.
(2)活塞与气缸体组成移动副;活塞与连杆,连杆与曲(柄)轴,曲 轴与机架都组成回转副
上述构件是按照气缸体——活塞——连杆——曲柄—— 气缸体的顺序联接,独立形成一个封闭的构件组合,因此它形 成一个独立的机构.
3、恰当选择运动简图的视图平面，通常选择机械中多数构件的运动平面为 视图平面。 4、选择恰当的作图比例尺。 5、确定各运动副的相对位置，用各运动副的代表符号、常用机构运动简图 符号和简单线条，绘制机构运动简图。 6、在原动件上标出箭头以表示其运动方向。
绘制机构运动简图实例1
3
4
2
1
A
4
2
3 4
1
绘制机构运动简图实例2 试绘制内燃机的机构运动简图
项目二 汽车常用构件
任务2.1 机构的组成及运动简图
任务2.2
平面连杆机构
任务2.3
凸轮机构
任务2.4 棘轮机构和螺旋机构
任务2.1 机构的组成及运动简图
一、机构的组成 二、机构的运动简图
一、机构的组成
机构是怎样组成的？ 运动单元：构件 连接：运动副 运动单元+连接 运动链 运动链+机架 机构
平面机构的自由度教案
平面机构的自由度教案第一章：平面机构的基本概念1.1 平面机构的定义介绍平面机构的定义和特点解释机构的作用和应用1.2 平面机构的组成介绍平面机构的组成要素，包括构件和连接解释不同类型的构件和连接方式1.3 平面机构的分类介绍平面机构的分类，包括单自由度机构和多自由度机构解释不同类型平面机构的特点和应用第二章：自由度的概念2.1 自由度的定义介绍自由度的概念和意义解释自由度在机构设计中的重要性2.2 自由度的计算介绍自由度的计算方法和步骤解释如何确定机构中自由度的数量2.3 自由度与约束的关系介绍自由度与约束之间的关系解释如何通过约束来控制机构的运动和稳定性第三章：平面机构的自由度计算3.1 单自由度机构的自由度计算介绍单自由度机构的自由度计算方法解释如何确定单自由度机构的自由度数量3.2 多自由度机构的自由度计算介绍多自由度机构的自由度计算方法解释如何确定多自由度机构的自由度数量3.3 自由度计算的实例分析提供实例分析，帮助学生理解和应用自由度计算方法第四章：自由度对机构运动的影响4.1 自由度与机构运动的关系介绍自由度对机构运动的影响和作用解释不同自由度机构的特点和运动方式4.2 自由度对机构稳定性的影响介绍自由度对机构稳定性的影响和作用解释如何通过自由度来控制机构的稳定性和可靠性4.3 实例分析：自由度对机构运动和稳定性的影响提供实例分析，帮助学生理解和应用自由度对机构运动和稳定性的影响第五章：自由度在机构设计中的应用5.1 自由度在机构设计中的作用介绍自由度在机构设计中的重要性和应用价值解释如何利用自由度来优化机构设计和提高性能5.2 自由度在机构创新中的运用介绍自由度在机构创新中的作用和意义解释如何利用自由度来创造新的机构设计和解决方案5.3 实例分析：自由度在机构设计中的应用提供实例分析，帮助学生理解和应用自由度在机构设计中的应用第六章：平面机构的自由度分析方法6.1 机构自由度分析的基本原理介绍机构自由度分析的基本原理和数学基础解释如何应用这些原理来分析平面机构的自由度6.2 运动链分析法介绍运动链分析法的概念和步骤解释如何利用运动链分析法来确定机构的自由度6.3 机构自由度分析的实例提供实例分析，帮助学生掌握自由度分析的方法和技巧第七章：平面机构的自由度优化设计7.1 自由度优化设计的目标介绍自由度优化设计的目标和意义解释如何在机构设计中实现自由度的优化7.2 自由度优化设计的方法介绍自由度优化设计的方法和技巧解释如何应用这些方法来提高机构的性能和效率7.3 实例分析：自由度优化设计在实际中的应用提供实例分析，帮助学生理解自由度优化设计的方法和应用第八章：平面机构的自由度控制8.1 自由度控制的概念和意义介绍自由度控制的概念和意义解释自由度控制在机构设计和应用中的重要性8.2 自由度控制的方法和技巧介绍自由度控制的方法和技巧解释如何应用这些方法来控制机构的自由度8.3 实例分析：自由度控制在实际中的应用提供实例分析，帮助学生理解自由度控制的方法和应用第九章：平面机构的自由度综合应用9.1 自由度在机构设计中的应用介绍自由度在机构设计中的应用和意义解释如何利用自由度来优化机构设计9.2 自由度在机械臂机构设计中的应用介绍自由度在机械臂机构设计中的应用和意义解释如何利用自由度来优化机械臂机构设计9.3 实例分析：自由度在机构综合应用中的实例提供实例分析，帮助学生理解自由度在机构综合应用中的方法和技巧第十章：平面机构的自由度教案总结10.1 平面机构自由度教案的回顾回顾整个教案的内容和重点强调平面机构自由度的重要性和应用价值10.2 平面机构自由度教案的实践应用鼓励学生将所学知识应用到实际机构和机械设计中强调平面机构自由度在实际工程中的重要性10.3 平面机构自由度教案的拓展学习推荐学生进一步学习的资料和资源鼓励学生探索平面机构自由度在更广泛领域中的应用重点和难点解析一、平面机构的基本概念：理解平面机构的定义、组成和分类是学习平面机构自由度的基础。
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平面运动副
接触面为平面
平面运动副
约束数为 2
平面运动副
定义
2、高副：两构件之间通过点或线接 触组成的运动副。
高副
空间运动副
空间螺旋副
空间运动副
空间球面副
空间运动副
空间球面副
三、运动链
定义
运动链：若干构件通过运动副联接而成的
系统。
闭链：运动链中各构件构成首尾相接的封闭 系统。
开链：运动链中各构件不构成首尾相接的封
二、运动副的分类
01 平面运动副 运动副
02 空间运动副
平面运动副
低副
平面 运动副
高副
平面运动副
定义
1、低副：两构件通过面接触组成的运动副。
①转动副：两构件组成只能做相对转动的
运动副。
别称：回转副、铰链
平面运动副
接触面为圆柱面
平面运动副
约束数为 2
平面运动副
定义
②移动副：两构件组成只能做相对移动 的运动副。闭系统。三、运 Nhomakorabea链2
3
1
4
闭链
三、运动链
23
1
4
开链
三、运动链
机械手
四、机构
机 架：机构中的固定构件。
原动件：按给定运动规律独 立运动的构件。
从动件：随原动件做确定相对 运动的构件。
2 从动件
3 4
1
原动件
机架
机构由原动件、从动件、机架组成。
谢谢
绘制机构运动简图。
02
机构结构分析的研究内容
01 平面机构的基本组成 02 平面机构的运动简图
03 平面机构的自由度计算
平面机构的基本组成
一、运动副、约束的概念
定义
1、运动副：两构件直接接触，并能产
生一定相对运动的联接。
三个条件： 两个构件， 直接接触， 有相对运动
一、运动副、约束的概念
轴与轴承联接
一、运动副、约束的概念
活塞
气缸体
活塞与气缸联接
一、运动副、约束的概念
两齿轮轮齿啮合
一、运动副、约束的概念
定义
2、约束：运动副对构件独立运动的限制。
3、约束数：运动副所限制的独立运动的数目。
一、运动副、约束的概念
y
x
一、运动副、约束的概念
定义
4、运动副元素:两个构件上参与接触而构成运动副的 点、线、面部分。
第二章 平面机构的结构分析
平面机构的结构分析
平面机构：组成机构的所有构件都在
同一平面或相互平行的平面内。
平面机构的结构分析
平面机构的结构分析
定义
空间机构：组成机构的所有构件不
都在同一平面或相互平行的平面内。
平面机构的结构分析
机构结构分析的目的
研究机构运动的可能性及其
01
具有确定运动的条件。