1.机构的结构分析(运动副)分析
机械原理第九版第2章机构的结构分析
表达方式：
用简单线条表示构件
规定符号代表运动副
按比例定出运动副的相对位置
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10
§2 平面机构运动简图的绘制
• 机构各部分的运动，取决于：
原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺 寸(确定各运动副相对位图）
–用简单线条表示构件
–规定符号代表运动副
多一个约束, 超静定桁架
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2.机构(运动链)具有确定相对运动的条件
原动件数=1 F=3n－2PL－PH=3×4－2×5=2
→ F ＞原动件数 →机构运动不确定
欠驱机构
C 3
2 C'
B
1
1
D'
D
4 4
A
5
E
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K=4, n=K－1=3,原动件数=2 ，PL=4
2
→F=3n－2PL－PH=3×3－2×4=1
F =3n－2pl－ph
整理ppt = 3 4－2 5－ 1 = 1
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2.机构(运动链)具有确定相对运动的条件
F=3n-2PL-PH
=32 -2 3 -0
=0(不能动)
F=0，静定结构
三个构件通过三个 转动副相连, 相当 于一个构件。
F=3n-2PL-PH
=33-2 5-0
= -1 (不能动)
F<0，超静定结构
• 运动副特性:运动副一经形成, 组成它的两个构件间的可能的相对 运动就确定。而且这种可能的相对运动, 只与运动副类型有关, 而与运动副的具体结构无关。
• 工程上常用一些规定的符号代表运动副
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9
§2 平面机构运动简图的绘制
机构的结构分析(运动副)
凸轮机构
总结词
凸轮机构是一种通过凸轮和从动件相互作用实现运动的机构，常用于实现间歇性或周期 性的运动。
机构的结构分析(运动副)
• 引言 • 机构的基本类型 • 运动副的分类 • 运动副的特性分析 • 运动副在机构中的应用实例 • 结论
01
引言
主题简介
01
机构的结构分析是机械工程中的 重要概念，主要研究机构中各个 构件之间的连接关系和运动传递 方式。
02
运动副是机构中实现运动传递的 关键部分，通过运动副的组合和 配合，机构可以实现预定的运动 轨迹和功能。
机构与运动副的关系
机构是由多个构件组成的，构件之间 的连接和配合通过运动副来实现。
运动副的种类和特性决定了机构的运 动特性和功能，因此，对运动副的分 析和研究是机构结构分析中的重要环 节。
02
机构的基本类型
连杆机构
总结词
连杆机构是一种通过连接杆件实现运动的机构，广泛应用于各种机械和设备中。
详细描述
运动副优化设计
进一步深入研究运动副的优化设计方 法，以提高机构的整体性能和效率， 例如通过有限元分析、多学科优化等 方法对运动副进行优化。
跨学科合作与交叉融合
加强不同学科领域之间的合作与交叉 融合，例如机械工程、材料科学、控 制工程等，以推动机构结构分析领域 的创新发展。
THANKS
感谢观看
刚度与阻尼
运动副的刚度和阻尼会影响机 构的动态性能。
效率与精度
机构的结构分析与运动分析总复习题及解答
机构的结构分析与运动分析总复习题及解答第⼀章机构的结构分析与运动分析⼀、考点提要（⼀）机构的结构分析1.机器与机构机器具有以下三⼤本质属性：（1）⼈为实物的组合体、（2）各实物（称为构件）间具有确定的相对运动，能够传递和变换运动。
（3）能对外完成有⽤的机械功或实现能量转换。
机器是由机构组成的，机构是具有各⾃特点的，能传递和变换运动的基本组合体。
机构只具有机器的前两个属性。
（1）从结构、运动⽅⾯看，机器、机构⽆区别,机构是机器的组成单元；机器可以有⼀个或多个机构组成。
（2）从功能⽅⾯看，机器、机构有区别。
机器实现能量转换或作机械功⽽机构是实现运动、动⼒的传递。
2.机械从结构和运动的⾓度看，机构和机器是相同的，⼀般统称为机械。
3.构件与零件构件是机构中的组成元件也是运动单元，零件是机械中的制造单元；构件是由⼀个或若⼲个零件固定连接组合⽽成的，各个零件间不能再有相对运动。
构件在图形表达上是⽤规定的最简单的线条或⼏何图形来表⽰的．但从运动学的⾓度看，构件⼜可视为任意⼤的平⾯刚体。
机构中的构件可分为三类：(1) 机架。
⽤来⽀承活动构件(运动构件)的构件，作为研宪机构运动时的参考坐标系。
每个机构都必须有机架，但尽管机构中的活动构件可以在多处和机架组成运动副，但每个机构仅有⼀个机架。
机架并不⼀定是固定不动的构件，⽽是我们选做静参考系的构件，在分析机构时看作是不动的。
(2) 原动件(主动件)。
输⼊运动的构件，也是运动规律已知的活动构件，即作⽤有驱动⼒的构件。
每个机构⾄少有⼀个原动件。
(3) 从动件。
其余随主动件的运动⽽运动的活动构件，其中⾄少有⼀个是运动输出的构件。
4.运动副运动副是两个构件组成的可动联接。
两构件上能够参加接触⽽构成运动副的表⾯称为运动副元素。
运动副是约束运动的，因⽽⼀个运动副⾄少引⼊⼀个约束，也⾄少保留⼀个⾃由度。
⾄于两构件组成运动副后还能产⽣哪些相对运动，则与运动别的类型有关。
运动副按其接触⽅式分为⾼副(点线接触)和低副(⾯接触)，低副⼜可按相对运动形式分为转动副和移动副，判断依据是看两构件的相对运动轨迹是直线还是圆弧。
第二章 机构的结构分析
第一章绪论1 何谓机器，何谓机构？它们有什么区别与联系？2 参照内燃机的机构分析，试对机械手进行分解，说明它是由哪些机构组成的。
3 举例说明什么是构件、零件？第二章机构的结构分析1 什么是运动副、运动副元素、运动链？运动副是如何分类的？2 何谓“高副”和“低副”？在平面机构中高副和低副一般各带入几个约束？3 机构具有确定运动的条件是什么？4 既然虚约束对于机构的运动实际上不起约束作用，那么在实际机械中为什么又常常存在虚约束？5 杆组具有什么特点？如何确定机构的级别？选择不同的原动件对机构的级别有无影响？6 图所示机构在组成上是否合理？指出其错误所在，并针对错误处更改局部运动副和构件，使之成为合理的机构。
7 计算图示平面机构的自由度，指出复合铰链、局部自由度和虚约束，在进行高副低代后，分析机构级别。
8 计算图所示机构的自由度，若有复合铰链、局部自由度或虚约束，应予以指出，并进行高副低代，确定该机构的级别。
9试计算图所示凸轮-连杆组合机构的自由度。
10 在图所示机构中，AB EF CD,试计算其自由度。
11试计算图所示齿轮-连杆组合机构的自由度。
12试计算图所示齿轮-连杆组合机构的自由度。
13 试确定图所示机构的自由度；并将其中的高副换成低副，确定机构所含的杆组合机构的级别（当取凸轮为原动件时）。
14计算图示机构的自由度，并在高副低代后，分析组成这次机构的基本杆组及杆组的级别15计算图示机构的自由度，并在高副低代后，分析组成这次机构的基本杆组及杆组的级别16根据图示机构，画出去掉了虚约束和局部自由度的等效机构运动简图，并计算机构的自由度。
设标有箭头者为原动件，试判断该机构的运动是否确定，为什么？17计算图示机构的自由度。
如有复合铰链、局部自由度、虚约束，请指明所在之处。
ADECHGF IBK12345678918计算图示各机构的自由度。
19计算图示各机构的自由度。
20 计算机构的自由度，并进行机构的结构分析，将其基本杆组拆分出来，指出各个基本杆组的级别以及机构的级别。
机械基础原理笔记
机构分为 曲柄摇杆机构、双曲柄机构 和双摇杆机构 三种类型。
注 :(1) 曲柄 所联接的两个转动副均为整转副，而 摇杆 所联接的两个转动副均为摆动副。
(2) 倒置机构 : 通过转换机架而得的机构。依据是机构中任意两构件间的相对运动关系 不因其中哪个构件是固定件而改变。
2. 转动副转化成移动副的演化
3. 偏心轮机构 : 若将转动副 B的半径扩大到比曲柄 AB的长度还要大，则曲柄滑块机构转化 为偏心轮机构。 ( 扩大转动副 ) 注：在含曲柄的机构中， 若曲柄的 长度很短 ，在柄状曲柄两端装设两个转动副存在结构设计
组成该转动副的两个构件中必有一个为 构件的长度 满足杆长之和条件 。
3. 四杆铰链运动链成为曲柄摇杆机构的条件： 特例：若两个构件长度相等且均为最短时：
（ 1）若另外两个构件长度不等，则不存在整转副 （ 2）若另两个构件长度相等，则当两最短构件相
时有三个整转副，相对时有四个整转副。
注：成为曲柄滑块机构的条件为：
①铰链四杆机构： i31
3
; v P13
1
l 1 P13 P14
l 3 P13 P34
i31
3
1
注：两构件的角速度与其绝对速度瞬心至相对速度瞬心的距离成反比，
P14 的同一侧，因此 W1和 W3的方向相同；在之间时，方向相反。
P 13P 14 P P 13 34
P13 在 P34和
②凸轮机构： 构件 1 ：vP 12 1 l P 13P 12 构件 2：vP 12 v2 构件1 ： vP 12 P P 1 l 13 12
动轨迹。 缺点 ：1）机构复杂 , 传动积累误差较大 ( 只能近似实现给定的运动规律； 2）设计计
算比较复杂； 3）作复杂运动和往复运动的构件的惯性力难以平衡，
武汉科技大学2023年《811机械原理》考研专业课考试大纲
811机械原理一、考试要求主要考察机构学和机构动力学基本理论、概念和方法，以及应用所学基本知识进行机构运动方案分析与计算的能力。
二、考试内容（包括但不仅限于以下内容）1.机构的结构分析机构的组成；高副低代；机构级别判断；机构具有确定运动的条件；机构自由度的计算。
2.平面机构的运动分析II级机构的运动分析；用速度瞬心法对机构的速度进行分析。
3.机构的力分析运动副中摩擦力的确定；不考虑摩擦的机构力分析；机械效率与自锁。
4.机构的型综合根据运动链的代号绘制运动链结构图；根据运动链结构图变换出所要求的机构方案。
5.平面连杆机构平面连杆机构的类型；平面连杆机构的运动特性；机构综合的代数式法。
6.凸轮机构凸轮机构的分类；从动件的运动规律；凸轮轮廓曲线的设计；凸轮机构的结构参数。
7.直齿圆柱齿轮机构齿轮机构的类型；渐开线及其特性；齿廓啮合基本定律；齿轮的基本参数；渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动；齿轮加工；齿轮机构的几何尺寸计算；齿轮传动设计。
8.其他齿轮机构斜齿圆柱齿轮机构；蜗杆蜗轮机构；直齿圆锥齿轮机构。
9.齿轮系齿轮系及其分类；定轴轮系的传动比计算；周转轮系的传动比计算；复合轮系的传动比计算。
10.组合机构及机构系统设计常见组合机构的运动设计；机构系统的方案设计。
11.机械运转调速机器运动的等效量及其动力学模型；机械系统周期性速度波动的调节。
12.机械的平衡刚性转子的平衡原理。
三、考试题型试卷采用客观题和主观题相结合的形式，题型主要包括选择题、判断题、填空题、作图分析设计题和计算题等。
参考书目811《机械原理》（第三版），廖汉元、孔建益，机械工业出版社，2013年。
《机械原理》（第七版），孙桓、陈作模、葛文杰，高等教育出版社，2013年。
机构的结构分析
2
§2-2运动副及其分类
一、基本概念
1.运动副 （1）运动副定义:由两个构件组成的可动联接。 （2）运动副元素：两个构件上能够参加接触而构
成运动副的表面。
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3
（3）运动 副的自由度： 构成运动副 的两构件相 对运动独立 参数的数目。
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4
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5
（4）运动副约束：两个构件组成运动副后对独立 的相对运动的限制。
F=3n-（ 2pL+pH） =3*3-(2*4+0) =1 正确
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判断机构中虚约束的方法：
（1）在机构中，如 果用转动副联接的是 两构件运动轨迹相重 合的点，则该联接将 带入一个虚约束。
F=3n-（ 2pL +pH ） =3*3-（2*4+0） =1
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（2）在机构中，如 果两构件上某两点 的距离始终保持不 变，用双转动副杆 将此两点联接，则 该联接将带入一个 虚约束。
三、平面机构的结构分析 1.机构结构分析的内容
（1）拆分基本杆组 （2）确定机构级别
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2.机构结构分析的步骤
（1）除去虚约束和局部自由度，计算机构的自由度，并确 定原动件；
（2）从远离原动件的构件开始拆组。先试拆n=2的杆组 （Ⅱ级组），如不可能，再依次试拆n=4或n=6的杆组。当 分出一个杆组后，第二次仍须从最简单（n=2）的杆组开始 试拆，直到剩下机架和原动件为止。
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（3）直线与曲线轮廓组成的高副
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（4）两接触轮廓之一为一点
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§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
机构的结构分析运动副
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
(5) 机构中对运动起重复限制作用的对称部分引入 虚约束。
2 O1
3
F=3 3 - 2 3 – 2 = 1
2'
2"
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
(6 ) 如果两构件在多处 接触而构成平面高副，且各 接触点处的公法线彼此重合， 则只能算一个平 面高副，其 余为虚约束。
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
（4）机构运动过程中，其中某两构件上两点之间的距离始 终不变，则将两点以构件联接，则将会引入一个虚约束。
B2 1 5 A
E
C AB4
AE=DF。 F
F=3n-2p-p=3*4-2*6=0 ??? F=3n-2p-p=3*3-2*4=1
球面高副
转动副
齿轮副
运动副分类：
（3）按两构件之间的相对运动的不同分。 转动副或回转副、移动副、螺旋副、球面副、 平面运动副、空间运动副。
球销副
螺旋副
移动副
转动副
3、运动链
把两个以上的构件通过运动副的联接而构成
的相对可动的系统称为运动链。
开式运动链 闭式运动链
单闭环运动链 多闭环运动链
平面运动链 空间运动链
（2）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合 时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。
F=3 2 -2 2 – 1=1
F=3 3-2 4 =1
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
（3）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则 只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
机构运动分析范文
机构运动分析范文1.机构的结构分析：机构的结构可以分为平面机构和空间机构两种类型。
平面机构中的各个刚体和铰链位于同一水平面内；而空间机构则不受这样的限制。
机构的结构分析主要是确定机构的自由度，即机构的独立运动个数。
2.机构的运动转换：机构可以通过各种连接件实现运动转换，将输入运动转化为其中一种特定的输出运动。
运动转换可以通过传动比、速度比和加速度比等参数来描述。
通过运动转换的分析，可以确定机构中各个刚体的运动规律。
3.驱动力分析：在机构运动分析中，需要对驱动力进行分析。
驱动力是指施加在机构上的力或力矩，用于推动机构的运动。
在分析中，需要对驱动力的大小、方向和作用点进行计算和确定。
4.运动学分析：机构的运动学分析主要包括位置、速度和加速度三个方面。
通过运用运动学原理和方法，可以确定机构中各个刚体的位置、速度和加速度，并建立起它们之间的关系。
5.动力学分析：机构的动力学分析研究机构在受到各种外部力作用下的运动规律。
通过应用牛顿力学原理，可以得到机构中各个刚体的动力学方程，并进一步求解得到刚体的运动状态。
机构运动分析在工程设计和机械制造领域具有重要的应用。
通过对机构的运动分析，可以确定机器人、汽车发动机等复杂机械系统的运动规律，为系统的设计和优化提供依据。
此外，机构运动分析还可以用于机械振动、机械传动和机械控制等领域的研究。
在进行机构运动分析时，需要运用刚体力学、运动学和动力学等力学原理和方法。
通过建立机构的几何模型和运动方程，可以解决机构运动分析中的各种问题，并获得机构运动的准确描述。
总结起来，机构运动分析是力学中的重要内容，主要包括机构的结构分析、运动转换、驱动力分析、运动学分析和动力学分析。
通过机构运动分析，可以确定机构的运动规律，为机械设计和制造提供理论基础和指导。
同时，机构运动分析也具有重要的应用价值，可以用于机械工程、机器人、车辆工程等领域的研究和应用。
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
机械原理复习要点
机械原理复习要点机械原理复习要点绪论1.何为机器？其三个特征是什么？2.何为机构？其三个特征是什么？机器和机构有何异同？3.何为构件？构件是什么单元？4.何为零件？零件2345565件是什么单元？5.机械、机器、机构、构件、零件间的关系。
6.机械原理的三大内容：（1）结构分析（2）运动分析（3）动力分析第二章机构的结构分析1.运动副的分类。
2.何为构成运动副的元素。
3.何为I级副？II级副？III级副？如何确定机构的级别？4.何为运动链？运动链按开、闭形式可分为几类？常见的运动链为何种形式？5.何为机架？何为原动件？6.运动简图和示意图的区别？7.绘制运动简图应搞清那些问题？8.机构具有确定运动的条件是什么？9.当m个构件在一处构成转动副，其转动副应为几个？10.虚约束有几种类型？11.局部自由度常见的场所？12.计算机构自由度时，若不剔除虚约束的影响，机构的自由度会如何？13.当不剔除机构的局部自由度时，机构自由度的计算结果如何？14.当计算一个运动链的自由度时，计算的结果F=0，这时：（1）若想使其成为自由度为F=1的机构应如何？（2）若想使其成为自由度为F=2的机构又如何？15.高副低代是瞬时替代还是永久替代？16.高副低代必须满足的条件是什么？第三章平面机构的运动分析1.速度瞬心的概念？2.何为绝对瞬心？何为相对瞬心？当两构件之一为固定不动，另一构件为活动时，它们的瞬心为什么瞬心？3.当运动副为下列几种类型时，瞬心位置如何确定？1）移动副。
2）转动副。
3）高副（滚滑副、滚动副）4.瞬心的数目如何确定？5.瞬心法是否可用来求加速度？6.当机构位置改变时，瞬心位置是否改变？（哪些改变？哪些不变？举四杆机构为例）7.当已知某一构件上一点速度，求其他点速度时，用什么方法？8.当机构中存在滑动副（导杆与滑块）时，求它们某重合点间的速度时,用什么方法?1)一般动点选在何处? 2)动系选哪个构件?9.相对速度矢量下标与其矢量图中代表矢量下标字母顺序是否一致?10.在矢量图中:1)P点代表什么? 2)bc代表什么? 3)pc代表什么? 4)相对速度矢量是从那里画出的?5)绝对速度矢量是从那里引出的?11.何为速度影像定理?加速度影像定理?速度多边形、加速度多边形与机构中某一构件上各同名点构成的多边形是什么关系?顺序字母是什么关系?12.速度影像定理,加速度影像定理是否可用来求不同构件间的速度和加速度?13.在什么情况下,存在哥氏加速度?哥氏加速度a k = 2w k vjk中, ωk是指哪个构件的角速度?14.在什么情况下,不存在哥氏加速度?第四章力分析1.驱动力与其作用构件运动间的关系?2.阻力与其作用构件运动间的关系?3.机械上的平衡力是否一定为驱动力?4.低速机构是否需要作动态静力分析?高速机构呢?5.何为动态静力分析?6.分别在下列几种情况下分析构件的惯性力,惯性力矩?1)匀速移动的滑块. 2) 加速移动的滑块.3)匀速定轴转动的曲柄(质心S在转轴,质心S不在转轴).4)加速定轴转动的曲柄(质心S在转心处,质心S不在转心处).5)做平面运动构件的惯性力和惯性力矩.7.总惯性力是如何求得的?(当已知F i,M i如何合成F i总)8.质量代换应满足的三个条件?9.何为动代换,何为静代换,哪一种代换求出来的总惯性力与采用一般力学方法求出的总惯性力完全等效?4--31.分别在三种情况下讨论移动副中的摩擦力F f和摩擦系数f ,f v.1)平滑块. 2)v形槽滑块. 3)半圆形槽滑块.2.转动副的摩擦的总反力作用的位置?其对转心所取力矩与构件转动的关系如何?3.滑动副总反力的作用位置和与构件相对运动的关系如何?4.摩擦圆直径等于多少?5.轴端摩擦力矩如何求?1)未跑合轴端. 2)跑合轴端.6.不考虑摩擦时,下列情况的运动副反力的方向和大小(或作用点)两因素哪个是未知.1)转动副的F R(大小,方向,作用点);2)移动副的F R (大小,方向,作用点);3)高副中的F R (大小,方向,作用点);7.每个构件可列出几个独立的力平衡方程?8.构件组的静定条件是什么?第八章四杆机构1.铰链四杆机构的基本类型有几种？2.原动件运动规律一定时，可通过改变各构件的相对杆长而使从动件具有不同的运动规律（对；错？）3.连杆机构中有曲柄的条件是什么？4.四杆机构中的周转副、摆动副的含义？5 .图8—2中，杆AB为主动件时，求机构该位置的压力角和传动角？6.双曲柄有几种类型？它们各自的运动特征为什么？（共3种类型）7.等腰梯形机构是什么机构？8.曲柄滑块机构是由什么机构演化而来的？滑块是哪个杆演化而来的？如何演化的？9.图8—16（a）、（b）两机构的关系？10.在曲柄滑块的基础上通过机构的倒置，可分别获得哪些机构？（第197页，图8—17）11.运动副元素的逆换？（第199页，图8—22）12.四杆机构的急回运动特性可用哪两个参数来描述13.行程速比系数K和极位夹角θ的关系是什么？K=？θ=？有急回运动？K=？θ=？无急回运动？14.何为机构的极位？何为机构的极位夹角？何为摇杆的最长摆角？15.何为机构的压力角、传动角？这两个角在哪个构件的哪一点上？16.为何用传动角来描述四杆机构的传力特征？17.最小传动角的位置？18.对应机构的极位，曲柄的位置是什么？19.当连杆与摇杆间所夹的位置角为锐角（钝角）时，传动角与其位置角的关系是什么？20.四杆机构在什么条件下具有死点？死点的位置是什么？死点产生的原因是什么？21.举例说明死点的利与弊？22.掌握四杆机构如下设计方法：按给定的行程速比系数设计。
机构的结构分析与运动分析总复习题及解答
第一章 机构的结构分析与运动分析一、 考点提要（一）机构的结构分析1.机器与机构机器具有以下三大本质属性：（1）人为实物的组合体、（2）各实物（称为构件）间具有确定的相对运动，能够传递和变换运动。
（3）能对外完成有用的机械功或实现能量转换。
机器是由机构组成的，机构是具有各自特点的，能传递和变换运动的基本组合体。
机构只具有机器的前两个属性。
（1）从结构、运动方面看，机器、机构无区别,机构是机器的组成单元；机器可以有一个或多个机构组成。
（2）从功能方面看，机器、机构有区别。
机器实现能量转换或作机械功而机构是实现运动、动力的传递。
2.机械从结构和运动的角度看，机构和机器是相同的，一般统称为机械。
3.构件与零件构件是机构中的组成元件也是运动单元，零件是机械中的制造单元；构件是由一个或若干个零件固定连接组合而成的，各个零件间不能再有相对运动。
构件在图形表达上是用规定的最简单的线条或几何图形来表示的．但从运动学的角度看，构件又可视为任意大的平面刚体。
机构中的构件可分为三类：(1) 机架。
用来支承活动构件(运动构件)的构件，作为研宪机构运动时的参考坐标系。
每个机构都必须有机架，但尽管机构中的活动构件可以在多处和机架组成运动副，但每个机构仅有一个机架。
机架并不一定是固定不动的构件，而是我们选做静参考系的构件，在分析机构时看作是不动的。
(2) 原动件(主动件)。
输入运动的构件，也是运动规律已知的活动构件，即作用有驱动力的构件。
每个机构至少有一个原动件。
(3) 从动件。
其余随主动件的运动而运动的活动构件，其中至少有一个是运动输出的构件。
4.运动副运动副是两个构件组成的可动联接。
两构件上能够参加接触而构成运动副的表面称为运动副元素。
运动副是约束运动的，因而一个运动副至少引入一个约束，也至少保留一个自由度。
至于两构件组成运动副后还能产生哪些相对运动，则与运动别的类型有关。
运动副按其接触方式分为高副(点线接触)和低副(面接触)，低副又可按相对运动形式分为转动副和移动副，判断依据是看两构件的相对运动轨迹是直线还是圆弧。
第2章 机构的结构分析
F 3n 2PL 0
虚约束的作用 ⑴ 改善构件的受力情况，分担载荷或平衡惯性力，如多 个行星轮。 ⑵ 增加结构刚度，如轴与轴承、机床导轨。 ⑶ 提高运动可靠性和工作的稳定性。 注意 机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的， 如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成实际有效的约 束，从而使机构不能运动。
§2-4 机构的组成原理、结构分类及结构分析
转 动 副
移 动 副 平 面 高 副
2、构件的简图表示方法：
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。
含有两个低副的构件
含有三个低副的构件
三、绘制机构运动简图的步骤和原则：
1.绘制步骤：
（1）.分析机构的组成及运动情况，确定机构中的 机架、原动部分、传动部分和执行部分，以确定运 动副的数目。
原动件数F,运动链内部 各构件运动关系确定。 运动链成为机构。
平面四杆运动链
F3n2pLpH3324 1 原动件数 F ，运动链内 部的运动关系将发生矛盾， 其中最薄弱的构件将会损 坏。 运动链不能成为机构。 原动件数 F ，运动链内 部各构件运动关系确定。 运动链成为机构。
平面低副 闭链机构
平面低副开链机构
低副机构：完全由低副连接而成的机构
高副机构：只要含有一个高副的机构
§ 2-2 机构运动简图的绘制
一、机构运动简图： 用简单的线条和符号来代表构件和运动 副，并按照一定的比例表示出各个运动副的 相对位置，这种用于说明机构各构件间的相 对运动关系的简单图形称为机构运动简图。
二、运动副及其分类
1、运动副：指两构件直接接触并能产生相对运动的联接。 运动副元素：指两个构件直接接触而构成运动副的部分。
2、运动副分类 （1）、按两构件的接触方式分类 高副：点或线接触的运动副
机械原理习题及答案
?第1章平面机构的结构分析解释下列概念1.运动副；2.机构自由度；3.机构运动简图；4.机构结构分析；5.高副低代。
验算下列机构能否运动，如果能运动，看运动是否具有确定性，并给出具有确定运动的修改办法。
题图题图绘出下列机构的运动简图，并计算其自由度(其中构件9为机架)。
计算下列机构自由度，并说明注意事项。
计算下列机构的自由度，并确定杆组及机构的级别(图a所示机构分别以构件2、4、8为原动件)。
?题图题图??第2章平面机构的运动分析试求图示各机构在图示位置时全部瞬心。
题图在图示机构中，已知各构件尺寸为l AB=180mm , l BC=280mm , l BD=450mm ,l CD=250mm ,l AE=120mm ,φ=30o, 构件AB上点E的速度为v E=150 mm /s ,试求该位置时C、D两点的速度及连杆2的角速度ω2。
在图示的摆动导杆机构中，已知l AB=30mm , l AC=100mm , l BD=50mm ,l DE=40mm ,φ1=45o,曲柄1以等角速度ω1=10 rad/s沿逆时针方向回转。
求D点和E点的速度和加速度及构件3的角速度和角加速度（用相对运动图解法）。
题图题图在图示机构中，已知l AB=50mm , l BC=200mm , x D=120mm , 原动件的位置φ1=30o, 角速度ω1=10 rad/s，角加速度α1=0，试求机构在该位置时构件5的速度和加速度，以及构件2的角速度和角加速度。
题图图示为机构的运动简图及相应的速度图和加速度图。
（1）在图示的速度、加速度多边形中注明各矢量所表示的相应的速度、加速度矢量。
（2）以给出的速度和加速度矢量为已知条件，用相对运动矢量法写出求构件上D点的速度和加速度矢量方程。
（3）在给出的速度和加速度图中，给出构件2上D点的速度矢量和加速度矢量。
题图在图示机构中，已知机构尺寸l AB=50mm,l BC=100mm, l CD=20mm , 原动件的位置φ1=30o, 角速度ω1=ωrad/s，试用相对运动矢量方程图解法求图示位置时构件2的角速度ω2和角加速度α2的大小和方向。
1平面机构的结构分析
假设平面机构有n个活动构件： 3n个自由度, 有Pl个低副和Ph 个高副：引入(2 Pl +Ph)约束
低副约束数 2 × PL
高副约束数
1 × Ph
平面机构的自由度计算公式：
F=3n-2 Pl - Ph
活动构件数 低副数 高副数
例题 计算曲柄滑块机构的自由度。 解：活动构件数n = 3 低副数PL= 4 高副数PH= 0 F=3n － 2PL － PH =3×3 － 2×4 =1 S3 1
1.1 机构的组成
1.运动副的概念——由两构件组成的可动联接。 (使两构件直接接触，又能产生一定的相对运动的联接)。
移动副
转动副
高副
2.运动副的分类 （1）按运动副接触形式分
运 动 副
低副 ——两构件通过面接触而构成的运动副。 高副 ——两构件通过点或线接触而构成的运动副。
（2） 按构成运动副的两构件的相对运动分
注意：复合铰链只存在于转动副中。
例:2： 试计算图示圆盘锯机构的自由度。
n=7
Pl = 10 Ph = 0
F=3n-2Pl-Ph =37-210–0 =1
★ 局部自由度F′（Passive DOF）
——构件所具有的与其他构件运动无关的局部运动。
n = 3、Pl = 3、Ph = 1 F=3n-2Pl-Ph =33-23–1
实际尺寸（m) 1 图示尺寸（m m)
4）画图。
现以颚式破碎机为例，具体说明机构运动简图的绘制步骤。
分析： 该机构有 6 个构件 和7个转动副。
1
实际尺寸（m) 图示尺寸（m m)
1 F O
A
2 5 6 4 C B 3 D E
练习
穿针机构 唧筒机构
机械原理 机构的结构分析
第一讲机构的结构分析知识点归纳：一机构的组成1．构件：机器中每一个独立的运动单元，任何机器都是由若干个（两个以上）构件组合而成。
2．零件：机器的独立制造单元。
二、运动副及分类1.运动副：由两构件直接接触而组成的可动联接称为运动副。
而把两构件上能够直接接触而构成运动副的表面称为运动副的元素。
2.运动副的分类根据构成运动副的两构件的接触情况进行分类。
①高副：两构件通过点或线接触而构成的运动副。
常见的高副：凸轮副齿轮副②低副：两构件通过面接触而构成的运动副。
常见的低副有：回转副，移动副，球面副。
3. 约束：平面高副引入的1个约束，自由度为2，低副引入2个约束，自由度为1.三、运动链1．定义：若干个构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统称为运动链。
2．闭链：若运动链的各构件构成了首末封闭的系统，则称其为闭式运动链。
3．开链：若运动链的各构件未构成首末封闭的系统，则称其为开式运动链。
四、机构1．机构：在运动链中，若将某一构件加以固定而成为机架，则这种运动链叫机构。
2．机架：机架是固定不动的构件3．原动件：机构中按给定的已知运动规律独立运动的构件。
（一个工作着机构中，驱动机构的外力所作用的构件，又叫主动件）4．从动件：运动链中除原动件外其余活动构件。
五、机构运动简图思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。
注意事项：1．首先要搞清楚实际构造和运动情况，弄清路线：原传执。
2．高副要绘制接触处的曲线轮廓。
3．选择机构的多数构件的运动平面为投影面。
4．比例尺表示方法。
5．机架间的相对位置很重要（如对心曲柄滑块机构和偏置曲柄滑块机构）。
6．转动副的转动中心，和移动副的移动导路方向。
为了准确地反映构件间原有的相对运动，表示转动副的小圆必须与相对回转轴线重合；表示移动副的滑块，导杆或导槽，其导路必须与相对移动方向一致；表示平面高副的曲线，其曲率中心的位置必须与构件的实际轮廓相等。
机构组成和结构
低副机构
高副机构
第1章 机构的组成和结构
1.1.3 运动链 运动链：两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统
闭式运动链（闭链）
运动链的各构件构成首末封闭的系统
开式运动链（开链）
运动链的各构件未构成首末封闭系统
第1章 机构的组成和结构
1.1.4 机构 机 构：在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一
闭式链机构 开式链机构
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
运动链
具有确定的相对运动 机构
无相对运动
桁架
相对运动不确定 运动链
第1章 机构的组成和结构
分析现有机构 新机械的运动方案设计
第1章 机构的组成和结构
1.2 机构运动简图
用国标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的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图 形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。
例：计算大筛机构自由度
n=7
P4 = 1 P5 = 9 F = 3×7 - 2×9 –1 = 2
第1章 机构的组成和结构
复合铰链？ 局部自由度？ 虚约束？
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
1.4 机构的组成原理和结构分析
机架 构件 + 运动副 运动链 机构 原动件
从动件组合
3. 选择适当的视图平面
4. 绘图
选择机架 提取构件的运动尺寸
确定比例尺 选择机构运动中的一个状态
确定各运动副位置，绘图
编号：A、B、C …表示运动副
1、2、3 …表示构件 O1、O2…表示固定转轴
机构的结构分析
机构是传递运动和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
• • • •
一、构件 二、运动副 三、运动链（区分运动链和机构） 四、机构
一、构件
从制造加工角度： 从制造加工角度：机械由零件组成 零件——制造单元体 制造单元体 零件 从运动和功能实现角度： 从运动和功能实现角度： 构件——独立运动的单元体 独立运动的单元体 构件
图示机构的两 个移动副即属 此种情况。计 算其自由度时， 只按一个移动 ▲两构件在几处接触 而构成移动副且导路 副计算
互相平行或重合。 互相平行或重合。
只有一个运动副起约 束作用,其它各处均为 束作用 其它各处均为 虚约束; 虚约束
3. 若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触点处 若两构件在多处相接触构成平面高副， 的公法线重合,则只能算一个平面高副 则只能算一个平面高副。 的公法线重合 则只能算一个平面高副。若公法线方向不 重合，将提供各2个约束。 重合，将提供各 个约束。 个约束
★ 局部自由度
机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运 把这种局部运动的自由度称为局部自由度。数目用f′表示 表示. 动, 把这种局部运动的自由度称为局部自由度。数目用 表示
★ 虚约束
指机构在某些特定几何条件或结构条件下 指机构在某些特定几何条件或结构条件下，有些运动 特定几何条件或结构条件 副带入的约束对机构运动实际上起不到独立的约束作用, 副带入的约束对机构运动实际上起不到独立的约束作用 这些对机构运动实际上不起约束作用的约束称为虚约束， 这些对机构运动实际上不起约束作用的约束称为虚约束， 表示。 用P′表示。 表示 注意：在计算自由度时，应将机构中构成虚约束的 注意：在计算自由度时， 构件连同其所附带的运动副全都除去不计。 构件连同其所附带的运动副全都除去不计。
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机构的自由度F为：
F=3n－(2Pl+Ph)=3n－2Pl－Ph
§2—4 机构自由度的计算
二 机构具有确定运动的条件
1 2 B 1 A
3 n=2, P5=3,F=0 C B2 1 A 3 4 E
2 C 3 D 4
E
结论：
机构具有确定 运动的条件是：
n=3, P5=5, F= 1 B 1 1 A 2 C
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：(5)Fra bibliotek机构中对运动起重复限制作用的对称部分引入 虚约束。
2 O 2' 1 2"
3
F=3 3 - 2 3 – 2 = 1
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
(6 ) 如果两构件在多处 接触而构成平面高副，且各 接触点处的公法线彼此重合， 则只能算一个平 面高副，其 余为虚约束。
（2）合理选择投影面及原动件适当的投影瞬
时位置。 （3）选择适当的比例尺。 （4）用简单的线条和规定的符号绘图。
（5）检验。
§2—3 机构运动简图
例题：插齿机
§2—3 机构运动简图
例题：破碎机机构
§2—4 机构自由度的计算
一 平面机构自由度的一般公式
作空间运动的自由构件有6个独立运动（自由度）， 作平面运动的自由构件有3个独立运动（自由度） 。 若平面机构中有n个活动构件，各构件之间共构成了 Pl个低副和Ph个高副，则它们共引入(2Pl+Ph)个约束。
D
机构自由度数F1
3 4 D
且等于主动件数。
5 n=4, P5=5,F=2
n=3, P5=4,F=1
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项
1. 复合铰链
由两个以上构件在 同一处构成的重合转动
1 2 3 1 3 2
如图所示F、B、D、C
副称为复合铰链。
由m个构件在一处组
处是复合铰链
成轴线重合的转动副。实
3、运动链
把两个以上的构件通过运动副的联接而构成 的相对可动的系统称为运动链。
开式运动链 闭式运动链
单闭环运动链 多闭环运动链 平面运动链 空间运动链
闭式运动链 简单运动链
开式运动链 复杂运动链
空间运动链
4、机构
运动链中，若固定某一构件（机架），并给 另一个或数个构件以确定的独立的运动（原动 件），使其余构件（从动件）的运动随之确定 的这种运动链(kinetic chain)称为机构。
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
（2）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合 时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。
F=3 2 -2 2 – 1=1
F=3 3-2 4 =1
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
（3）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则
运动副。而把两构件上能够参加接触
而构成运动副的表面称为运动副元素。
例：轴1与轴承2的配合
运动副元素：圆柱面、圆孔面
例：滑块1与导轨2的接触
运动副元素：棱柱面、棱孔面
例：两齿轮轮齿的啮合
运动副元素：两齿廓曲面
运动副分类：
（1）按引入约束的数目分。 I级副、Ⅱ级副、Ⅲ级副、Ⅳ级副、Ⅴ级副。
1
2
球面副（
目的
在综合新机构时，需要知道机构是怎样
组合起来的，而且在什么条件下，才能实现 确定的运动； 为新机构的创造提供途径。
为举一反三地研究机构的运动分析和动力
分析提供方便。
§2—2 机构的组成
1．构件(link) 构件— 机器中每一个独立的运动单元体。
2．运动副(kinetic pair)
两个构件组成的可动的联接称为
A 1
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项 3. 虚约束
虚约束——机构中那些对构件间的相对运动不起独 立限制作用的重复约束。或称消极约束。 常见的虚约束： （1）机构中联结构件与被联结构件的轨迹重合。 B 4 2 D 1 A AD=BD=DC C3
F = 3*4 - 2*6 = 0？
F = 3*3 - 2*4= 1
B 1 A
2
C 3 D
4
§2—3 机构运动简图
用简单的线条和规定的符号
表示组成机构的构件和运动副，
并按一定的比例尺表示运动副的
相对位置的简单图形称为机构运
动简图(Kinematical Diagrams) 。
§2—3 机构运动简图
步骤：
（1）分析机构的运动情况，定出其原动部
分、工作部分，搞清楚传动部分。
际上有(m-1)个转动副。
F = 3*7 - 2*10 = 1
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项 2. 局部自由度
局部自由度——机构中个别构件所具有的不影响 其它构件运动，即与整个机构运动无关的自由度。
在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。
C 3 B 2 A 1 C 3 B 2
4
F = 3*3 - 2*3 – 1 = 2？ F = 3*2 - 2*2 – 1 = 1
例 3 计算图所示机构的自由度 (若存在局
部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。
D
虚约束
5 F 6 G H
局部自由 度
2
4 C
B 1
3 E
n 6 ; PL 8 ; PH 1 F 3n 2 PL PH 3 6 2 8 1 1
只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
（4）机构运动过程中，其中某两构件上两点之间的距离始
终不变，则将两点以构件联接，则将会引入一个虚约束。
B 2 1 5 A E D
C
4
AB=CD， BC=EF， 3 BE=CF， AE=DF。 F
F=3n-2p-p=3*4-2*6=0 ??? F=3n-2p-p=3*3-2*4=1
第二章 机构的结构分析
§2—1 机构结构分析的内容及目的
§2—2 机构的组成
§2—3 机构运动简图
§2—4 机构自由度的计算
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项
§2—1 机构结构分析的内容及目的
机构结构分析的内容主要有以下几个方面： (1) 研究机构的组成及其具有确定运动的条件。 (2) 根据结构特点进行机构的结构分类。 (3) 研究机构的组成原理。
级副）
球销副（Ⅳ副）
转动副（副Ⅴ）
运动副分类：
（2）按两构件的接触情况进行分。 高副：点或线接触而构成的运动副； 低副：面接触而构成的运动副。
球面高副
转动副
齿轮副
运动副分类：
（3）按两构件之间的相对运动的不同分。
转动副或回转副、移动副、螺旋副、球面副、
平面运动副、空间运动副。
球销副
螺旋副
移动副
转动副