1平面机构的自由度优秀课件
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第一节平面机构运动简图及自由度计算ppt课件
b）常见类型：凸轮机构中的滚子从动件及类似滑动摩擦改为滚 动摩擦处。
c)处理方法：自由度计算时应将局部自由度除去，可设想把滚 子与从动件固成一体。
d)自由度计算实例
d)实例：计算下列图示机构自由度。
3C 2 B 1
A
实例
a)概念：机构中与其他运动副所起的限制作用重复，对机构运动 不起新的限制作用的约束，称为虚约束。
学习提要
1.了解相关基本概念：机器、机构、构件、零件、机械、 平面机构、运动副、低副、高副、约束、平面机构运动简 图、平面机构示意图、自由度。 2.掌握平面机构运动简图的绘制。 3.掌握平面机构自由度计算。 4.掌握平面机构自由度计算时几种特殊情况的处理。
(1)复合铰链 （2）局部自由度 （3）虚约束
x
F=3n-2PL-PH
A O
式中：F-机构的自由度 n-机构中活动构件数目
PL-机构中低副的数目 PH-机构中高副的数目
y
低副和高副的约束各是多少？
移动副动画
转动副动画
5）例题：计算内燃机的自由度
F 8
A2
1
3
6
B
E
4
7D
C
5
内燃机运动简图
➢2.平面机构具有确定相对运动的
平面机构只有机构自由度大于零，才可能运动。 ♥ 平面机构具有确定相对运动的条件是：
撇开实际机构中与运动无关的因素，用简单的线条和符号表 示构件和运动副，并按一定比例定出各运动副的位置，表示机构各构 件间相对运动关系的图。
➢2.机构示意图
只是定性地表示机构的组成及运动原理，而不用严格按比例绘 制的简图，通常称为机构示意图。
机构运动简图
F 8
A2
第02章--平面机构及自由度计算PPT课件
由度，故平面机构的自由度F为
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。
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。
机构自由度课件.ppt
B
2
C F=33-(24+0)=1
A
1
D
3
4
E
5
F
若以构件5在点E，F处铰接，必产生虚约束。 计算机构自由度时应去掉。
如下情况出现虚约束：
1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同； 2, 两构件组成多个导路平行的移动副； 3, 两构件组成多个轴线重复的转动副； 4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持 不变，两点以构件铰接。
B
C
A
D
E
F
如下情况出现虚约束：
4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持 不变，两点以构件铰接。
B
C
D A
E
F
如下情况出现虚约束：
4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持 不变，两点以构件铰接。
B
C
D A
E
F
如下情况出现虚约束：
4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持 不变，两点以构件铰接。
B
平行四边形机构
3
E
2 F
A 1
C 4 D
若加入构件5（EF），则构 件5上的点E与构件3上的点 E的轨迹相同而不起实际约 束作用。
3
E
B
2
5
F
A 1
C 4 D
对运动不起实际限制作用约束称为虚约束。 计算机构自由度时应去掉。
计算机构自由度F，去掉构件5及其相连的运动副
3
E
B
C
2
5
4
F
A
D
1
计算机构自由度F，去掉构件5及其相连的运动副
8
9
n=? Ph=? Pl=?
自由度的计算(经典PPT)
由m个构件组成的复合铰 链，共有(m-1)个转动副。
1
复合铰链数=构件数-1
1
2
3
2
3
一、复合铰链
F 3n 2 pl ph
复合铰链——由个m构件在一处 组成轴线重合的转动副。
24
C
3
实际有(m-1)个转动副。 F=3×5-2×6=3 ？ F=3×5-2×7=1
B2
3 A1
D
4 E 5
6
如图所示F、B、D、C处是复合铰链
内燃机
键 轴
齿轮
机构的组成(2/16)
空间运动: 6个自由度 一个自由构件
平面运动: 3个自由度
2.运动副
机构的组成(3/16)
运动副 是两构件直接接触而构成的可动连接；
运动副元素是两构件参与接触而构成运动副的表面。
约束 两构件上组成运动副时相对运动受到限制，这种对 独立运动的限制称约束
自由度减少数目等于约束数目。引入约束数目与运动副种 类有关。根据引入约束数目分Ⅰ、Ⅱ……Ⅴ级副。
构件与零件的区别： 构件是运动单元体 零件是加工制造单元体
构件——运动单元体。
零件——制造单元体。
构件是由一个或若干个零件组成刚性系统。
固定构件——机架
构件
活动构件 主动件 从动件
主动件（或原动件。）
作用有驱动力（矩）的活动构件称为
输入运动或动力的主动件称为输入件。 输出运动或动力的从动件称为输出件。
此机构能动，须给定一个原动件
4）
n=4 pl=5 ph=1 p’=0 F’=0
F=3n-(2pl+ph-p’)-F’ =3*4-(2*5+1-0)-0=1
复合铰链：A(2)
1
复合铰链数=构件数-1
1
2
3
2
3
一、复合铰链
F 3n 2 pl ph
复合铰链——由个m构件在一处 组成轴线重合的转动副。
24
C
3
实际有(m-1)个转动副。 F=3×5-2×6=3 ？ F=3×5-2×7=1
B2
3 A1
D
4 E 5
6
如图所示F、B、D、C处是复合铰链
内燃机
键 轴
齿轮
机构的组成(2/16)
空间运动: 6个自由度 一个自由构件
平面运动: 3个自由度
2.运动副
机构的组成(3/16)
运动副 是两构件直接接触而构成的可动连接；
运动副元素是两构件参与接触而构成运动副的表面。
约束 两构件上组成运动副时相对运动受到限制，这种对 独立运动的限制称约束
自由度减少数目等于约束数目。引入约束数目与运动副种 类有关。根据引入约束数目分Ⅰ、Ⅱ……Ⅴ级副。
构件与零件的区别： 构件是运动单元体 零件是加工制造单元体
构件——运动单元体。
零件——制造单元体。
构件是由一个或若干个零件组成刚性系统。
固定构件——机架
构件
活动构件 主动件 从动件
主动件（或原动件。）
作用有驱动力（矩）的活动构件称为
输入运动或动力的主动件称为输入件。 输出运动或动力的从动件称为输出件。
此机构能动，须给定一个原动件
4）
n=4 pl=5 ph=1 p’=0 F’=0
F=3n-(2pl+ph-p’)-F’ =3*4-(2*5+1-0)-0=1
复合铰链：A(2)
《机械设计基础》课件 第1章 平面机构的自由度和速度分析
机构运动简图和原机构具有相同的运动特性。
13
§1-2 平面机构运动简图
机构示意图 —— 不按比例绘制
三、机构运动简图的作用
是机构分析和设计的工具
四、机构中构件的分类
分为三类：
1）固定构件（机架）：用来支承活动构件的构件。在研究机构
中活动构件的运动时，常以固定构件作为参考坐标系；
2）原动件（主动件）：运动规律已知（外界输入）的构件；
61
3. 直动从动件凸轮机构
求构件2的速度？
62
课后作业：
5、7、9、11、13、15
63
1
1
1
2）移动副
17
§1-2 平面机构运动简图
3）高副：应画出接触处的曲线轮廓
18
§1-2 平面机构运动简图
六、机构运动简图中构件的表示方法
轴、杆
机架
永久连接
固定连接，如轴和齿轮
19
§1-2 平面机构运动简图
参与组成两转动副的构件
一个转动副+一个移动副的构件
参与组成三个转动副的构件
20
§1-2 平面机构运动简图
4
3
2
2
1
4
32
§1-3 平面机构的自由度★
平面机构自由度：
所有活动构件相对于机架所能具有的独立运动数目之和。
作用：
讨论机构具有确定运动的条件。
C
C
D
B
A
B
D
A
E
F
33
§1-3 平面机构的自由度★
一、平面机构自由度计算公式
1. 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度
34
2. 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度
13
§1-2 平面机构运动简图
机构示意图 —— 不按比例绘制
三、机构运动简图的作用
是机构分析和设计的工具
四、机构中构件的分类
分为三类：
1）固定构件（机架）：用来支承活动构件的构件。在研究机构
中活动构件的运动时，常以固定构件作为参考坐标系；
2）原动件（主动件）：运动规律已知（外界输入）的构件；
61
3. 直动从动件凸轮机构
求构件2的速度？
62
课后作业：
5、7、9、11、13、15
63
1
1
1
2）移动副
17
§1-2 平面机构运动简图
3）高副：应画出接触处的曲线轮廓
18
§1-2 平面机构运动简图
六、机构运动简图中构件的表示方法
轴、杆
机架
永久连接
固定连接，如轴和齿轮
19
§1-2 平面机构运动简图
参与组成两转动副的构件
一个转动副+一个移动副的构件
参与组成三个转动副的构件
20
§1-2 平面机构运动简图
4
3
2
2
1
4
32
§1-3 平面机构的自由度★
平面机构自由度：
所有活动构件相对于机架所能具有的独立运动数目之和。
作用：
讨论机构具有确定运动的条件。
C
C
D
B
A
B
D
A
E
F
33
§1-3 平面机构的自由度★
一、平面机构自由度计算公式
1. 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度
34
2. 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度
机械设计基础课件01平面机构及自由度
约 束：是对独立运动所加的限制。每加上一个约束，构 件便失去一个自由度。
一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动数。如图 所示，在Oxy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。即一个作平面运动的自由构件具有 三：在机构中由两构件直接接触形成的一种可动联接。 运动副对构件产生约束，约束的多少和特点取决于运动副 型式。 运动副分类： • 按照接触的特性，分为低副和高副。面接触的运动副称
（4）对称结构：在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链 来传递运动时，只有一组起独立传递运动的作用，则其余各组引 入的约束为虚约束。如图1-16所示轮系中有2个行星轮，计算自由 度时只需考虑一个。
虚约束虽不影响机构的运动，但却可以增加构件的刚性，改善 其受力状况，因而在结构设计中被广泛使用。必须指出，只有在 特定的几何条件下才能构成虚约束，如果加工误差太大，满足不 了这些特定的几何条件，虚约束就会成为实际约束，从而使机构 失去运动的可能性。
1.3.1 平面机构的自由度
机构的自由度: 机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目 称为机构的自由度。
一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。因此，平面机构 中的每个活动构件，在未用运动副联结之前，都有三个自由度。 • 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度； • 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。
移动副：是使构件的一个相对移动和相对转动受到约束， 而只有一个方向独立相对移动自由度的运动副。也称为棱 柱副。如汽缸与活塞、滑块与导轨等，如右图所示。
2 高副（平面高副）
平面高副：构件间沿公法线方向的移动受到约束，但可以 沿接触点切线的方向独立移动，还可以同时绕点独立转动， 是具有一个约束而相对自由度等于２的平面运动副。如齿 轮副、凸轮副等，如图所示。
一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动数。如图 所示，在Oxy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。即一个作平面运动的自由构件具有 三：在机构中由两构件直接接触形成的一种可动联接。 运动副对构件产生约束，约束的多少和特点取决于运动副 型式。 运动副分类： • 按照接触的特性，分为低副和高副。面接触的运动副称
（4）对称结构：在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链 来传递运动时，只有一组起独立传递运动的作用，则其余各组引 入的约束为虚约束。如图1-16所示轮系中有2个行星轮，计算自由 度时只需考虑一个。
虚约束虽不影响机构的运动，但却可以增加构件的刚性，改善 其受力状况，因而在结构设计中被广泛使用。必须指出，只有在 特定的几何条件下才能构成虚约束，如果加工误差太大，满足不 了这些特定的几何条件，虚约束就会成为实际约束，从而使机构 失去运动的可能性。
1.3.1 平面机构的自由度
机构的自由度: 机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目 称为机构的自由度。
一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。因此，平面机构 中的每个活动构件，在未用运动副联结之前，都有三个自由度。 • 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度； • 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。
移动副：是使构件的一个相对移动和相对转动受到约束， 而只有一个方向独立相对移动自由度的运动副。也称为棱 柱副。如汽缸与活塞、滑块与导轨等，如右图所示。
2 高副（平面高副）
平面高副：构件间沿公法线方向的移动受到约束，但可以 沿接触点切线的方向独立移动，还可以同时绕点独立转动， 是具有一个约束而相对自由度等于２的平面运动副。如齿 轮副、凸轮副等，如图所示。
平面机构的自由度计算课件
平面机构的自由度 计算课件
目录
• 平面机构基本概念 • 平面机构自由度计算公式推导 • 典型平面机构自由度计算实例分析 • 复杂平面机构自由度计算方法论述 • 平面机构具有确定运动条件总结归纳 • 平面机构自由度计算中常见问题解析与讨
论
01
平面机构基本概念
机构定义及分类
机构定义
由两个以上的构件通过活动联接以形成的具有一定相对运动 的系统。
为了使机构具有确定的运动，必须已知构件的惯性特性，包括构件的质量、质心位置、转 动惯量等参数。这些参数对于分析机构的动态特性和优化机构设计具有重要意义。
06
平面机构自由度计算 中常见问题解析与讨 论
局部自由度问题解析
局部自由度定义
01
在机构中，常出现一种与输出构件运动无关的自由度，称为局
部自由度或内部自由度。
机构分类
根据构件间相对运动的不同，机构可分为平面机构和空间机 构。其中，平面机构所有构件的运动都在同一平面或相互平 行的平面内，而空间机构的运动则不在同一平面内。
平面机构特点
运动特点
平面机构的运动相对简单，各构 件之间的相对位置关系易于确定
和分析。
结构特点
平面机构的构件一般呈平面形状 ，易于加工和制造。此外，平面 机构中的运动副也多为平面运动 副，其摩擦和磨损相对较小，使
THANKS
感谢观看
必要条件阐述
机构自由度等于原动件数
机构自由度是指机构中独立运动的构 件数减去机构中的运动副数。为了使 机构具有确定的运动，机构的自由度 必须等于原动件数。
运动副类型和数目确定
构件尺寸和形状已知
为了使机构的运动轨迹和速度等特性 是确定的，必须已知构件的尺寸和形 状，以便计算出机构的运动学参数。
目录
• 平面机构基本概念 • 平面机构自由度计算公式推导 • 典型平面机构自由度计算实例分析 • 复杂平面机构自由度计算方法论述 • 平面机构具有确定运动条件总结归纳 • 平面机构自由度计算中常见问题解析与讨
论
01
平面机构基本概念
机构定义及分类
机构定义
由两个以上的构件通过活动联接以形成的具有一定相对运动 的系统。
为了使机构具有确定的运动，必须已知构件的惯性特性，包括构件的质量、质心位置、转 动惯量等参数。这些参数对于分析机构的动态特性和优化机构设计具有重要意义。
06
平面机构自由度计算 中常见问题解析与讨 论
局部自由度问题解析
局部自由度定义
01
在机构中，常出现一种与输出构件运动无关的自由度，称为局
部自由度或内部自由度。
机构分类
根据构件间相对运动的不同，机构可分为平面机构和空间机 构。其中，平面机构所有构件的运动都在同一平面或相互平 行的平面内，而空间机构的运动则不在同一平面内。
平面机构特点
运动特点
平面机构的运动相对简单，各构 件之间的相对位置关系易于确定
和分析。
结构特点
平面机构的构件一般呈平面形状 ，易于加工和制造。此外，平面 机构中的运动副也多为平面运动 副，其摩擦和磨损相对较小，使
THANKS
感谢观看
必要条件阐述
机构自由度等于原动件数
机构自由度是指机构中独立运动的构 件数减去机构中的运动副数。为了使 机构具有确定的运动，机构的自由度 必须等于原动件数。
运动副类型和数目确定
构件尺寸和形状已知
为了使机构的运动轨迹和速度等特性 是确定的，必须已知构件的尺寸和形 状，以便计算出机构的运动学参数。
《平面机构自由度》课件
局部自由度对整体自由度的影响
在计算平面机构自由度时，需要考虑局部自由度对整体自由度的影响。如果忽略 了局部自由度，可能会导致自由度计算错误。
平面机构自由度计算中的注意事项
01
正确理解约束和自由度的关系
约束和自由度是相对的概念，一个约束可以减少一个自由度。在计算自
由度时，需要正确识别和计算约束的数量。
02
注意机构的连接方式
机构的连接方式会影响其运动性质和自由度的数量。例如，不同连接方
式的连杆机构会有不同的自由度数。
03
考虑机构的实际工作状态
在某些情况下，机构在特定的工作状态下可能表现出不同的自由度数。
因此，在计算平面机构自由度时，需要考虑其实际工作状态。
04
平面机构自由度在机械设 计中的应用
机构运动分析中的应用
未来研究的方向与展望
01
02
03
04
发展更为精确、高效的平面机 构自由度计算方法，以适应各 种复杂机构的自由度分析需求
。
深入研究平面机构自由度与机 构性能之间的关系，为机构优
化设计提供理论依据。
探索平面机构自由度的实验验 证方法，提高研究的可重复性
和可推广性。
将平面机构自由度的研究成果 应用于实际工程中，促进相关
用提供理论支持。
平面机构自由度的研究有助于 推动机构学理论的完善和发展 ，促进相关领域的技术进步和
创新。
当前研究的不足与挑战
平面机构自由度的计算方法仍不够完善，对于某 些复杂机构的自由度分析仍存在困难。
平面机构自由度与机构性能之间的关系尚不明确 ，需要进一步深入研究。
平面机构自由度的实验验证方法有待发展，以提 高研究的可靠性和实用性。
分类
在计算平面机构自由度时，需要考虑局部自由度对整体自由度的影响。如果忽略 了局部自由度，可能会导致自由度计算错误。
平面机构自由度计算中的注意事项
01
正确理解约束和自由度的关系
约束和自由度是相对的概念，一个约束可以减少一个自由度。在计算自
由度时，需要正确识别和计算约束的数量。
02
注意机构的连接方式
机构的连接方式会影响其运动性质和自由度的数量。例如，不同连接方
式的连杆机构会有不同的自由度数。
03
考虑机构的实际工作状态
在某些情况下，机构在特定的工作状态下可能表现出不同的自由度数。
因此，在计算平面机构自由度时，需要考虑其实际工作状态。
04
平面机构自由度在机械设 计中的应用
机构运动分析中的应用
未来研究的方向与展望
01
02
03
04
发展更为精确、高效的平面机 构自由度计算方法，以适应各 种复杂机构的自由度分析需求
。
深入研究平面机构自由度与机 构性能之间的关系，为机构优
化设计提供理论依据。
探索平面机构自由度的实验验 证方法，提高研究的可重复性
和可推广性。
将平面机构自由度的研究成果 应用于实际工程中，促进相关
用提供理论支持。
平面机构自由度的研究有助于 推动机构学理论的完善和发展 ，促进相关领域的技术进步和
创新。
当前研究的不足与挑战
平面机构自由度的计算方法仍不够完善，对于某 些复杂机构的自由度分析仍存在困难。
平面机构自由度与机构性能之间的关系尚不明确 ，需要进一步深入研究。
平面机构自由度的实验验证方法有待发展，以提 高研究的可靠性和实用性。
分类
平面机构的自由度计算PPT课件
5）画出各运动副和机 构符号，并表示出各构 件
齿轮10
自用盘编号JJ321002
精选ppt
（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。
自用盘编号JJ321002
螺旋副
精选ppt
球面副
15
§2.2 平面机构的运动简图
一、机构运动简图的概念
1、机构运动简图：用简单的线条和规定符号表 示构件和运动副，并按一定的比例确定运动副 的相对位置及与运动有关的尺寸，这种表明机 构组成和各构件间真实运动关系的简单的图形。
28
自用盘编号JJ321002
精选ppt
29
自用盘编号JJ321002
原动机
精选ppt
30
自用盘编号JJ321002
精选ppt
31
自用盘编号JJ321002
精选ppt
32
自用盘编号JJ321002
（二）绘机构运动简图的步骤
1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件 的数目；
2）确定所有运动副的类型和数目；
精选ppt
18
自用盘编号JJ321002
3. 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。
精选ppt
19
自用盘编号JJ321002
4. 平面高副
两构件组成平面高副时，其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。
精选ppt
精选ppt
5
自用盘编号JJ321002
运动副元素：两构件直接接触而构成运动副的点、 线、面部分。
例如：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。凸轮与滚子间构成运动 副，凸轮与滚子接触部分为运动副元素。
第1章平面机构的自由度计算PPT课件
• 1处局部自由度 • 活动构件数为：n = 8 • 低副数为： P L = 11 • 高副数为： P H = 1 • 自由度数为：
• F = 3n - 2 P L - P H • = 3 8 - 2 11 -1 = 1 • 一个原动件，运动确定
• 活动构件数为：n = 8 • 低副数为： P L = 11 • 高副数为： P H = 0 • 自由度数为：
定
• 缝纫机送布机构
练习
• 注意事项： • 1处局部自由度 • 2 处虚约束 • 活动构件数为：n = 4 • 低副数为： P L = 4 • 高副数为： P H = 2 • 自由度数为：
• F = 3n - 2 P L - P H • = 3 4 -2 4 -2 = 2 • 2个原动件，运动确定。
• 1个原动件，运动确定
• 活动构件数为：n = 4 • 低副数为： P L = 4 • 复合铰链1处 • 高副数为： P H = 2 • 自由度数为：
• F = 3n - 2 P L - P ห้องสมุดไป่ตู้ • = 3 4 -2 4 -2 = 2 • 2个原动件，运动确定
• 局部自由度、复合铰链、 虚约束各1处
• 活动构件数为：n = 8 • 低副数为： P L = 11 • 高副数为： P H = 1 • 自由度数为：
• F = 3n - 2 P L - P H • = 3 8 -2 11 -1 = 1 • 1个原动件，运动确定
• F = 3n - 2 P L - P H • = 3 8 - 2 11 - 0 = 2 • 2个原动件，运动确定
测量仪表机构
• 活动构件数为： • n=6 • 低副数为： P L = 8 • 高副数为： P H = 1 • 自由度数为： • F = 3n - 2 P L - P H • = 3 6 -2 8 -1 = 1 • 一个原动件，运动确
• F = 3n - 2 P L - P H • = 3 8 - 2 11 -1 = 1 • 一个原动件，运动确定
• 活动构件数为：n = 8 • 低副数为： P L = 11 • 高副数为： P H = 0 • 自由度数为：
定
• 缝纫机送布机构
练习
• 注意事项： • 1处局部自由度 • 2 处虚约束 • 活动构件数为：n = 4 • 低副数为： P L = 4 • 高副数为： P H = 2 • 自由度数为：
• F = 3n - 2 P L - P H • = 3 4 -2 4 -2 = 2 • 2个原动件，运动确定。
• 1个原动件，运动确定
• 活动构件数为：n = 4 • 低副数为： P L = 4 • 复合铰链1处 • 高副数为： P H = 2 • 自由度数为：
• F = 3n - 2 P L - P ห้องสมุดไป่ตู้ • = 3 4 -2 4 -2 = 2 • 2个原动件，运动确定
• 局部自由度、复合铰链、 虚约束各1处
• 活动构件数为：n = 8 • 低副数为： P L = 11 • 高副数为： P H = 1 • 自由度数为：
• F = 3n - 2 P L - P H • = 3 8 -2 11 -1 = 1 • 1个原动件，运动确定
• F = 3n - 2 P L - P H • = 3 8 - 2 11 - 0 = 2 • 2个原动件，运动确定
测量仪表机构
• 活动构件数为： • n=6 • 低副数为： P L = 8 • 高副数为： P H = 1 • 自由度数为： • F = 3n - 2 P L - P H • = 3 6 -2 8 -1 = 1 • 一个原动件，运动确
机械设计基础第1章平面机构的自由度和速度分析
按接触特性分类（点、线、面）： 低副和高副。
§1 – 1 运动副及其分类
1.低 副 两构件通过面接触组成的运动副
①转 动 副(铰链): 组成运动副的两构件只能在平面内相对转动。
§1 – 1 运动副及其分类
②移 动 副: 组成运动副的两构件只能沿某一方向相对移动。
§1 – 1 运动副及其分类
2.高副：
F 3n2pLpH33241
§1 – 3 平面机构的自由度
⑷ 机构中对传递运动不起独立作用的对称部分
2B
3
4
1
A
DC
2 2
B
3 2
4
1
A
行星轮系
对称布置的两个行星轮2和2以及相应的两个转动副D、 C和4个平面高副提供的自由度
F322214 2 即引入了两个虚约束。 未去掉虚约束时 F 3n2pLpH352516 1 去掉虚约束后 F 3n2pLpH3323121
§1 – 3 平面机构的自由度 例
分析图c)，可知： n=4，PL=6，PH=0 该平面机构的自由 度为：
F 3 n 2 P L P H 3 4 2 6 0 0
例:
复合
解: 1.如不考虑上述 2
3
因素，解得： 1
K=9, n=K－1=8
PL=10，PH=1，
虚 5局
6
7
8
4 9
§1 – 3 平面机构的自由度
机构具有确定运动的条件 （1）机构的自由度F >0。
（2）机构的原动件数等于机构的自由度F。
§1 – 3 平面机构的自由度
机构的自由度和原动件的数目与机构运动的关系
1)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动； 2)若Ｆ>０且与原动件数相等，则机构各构件间
§1 – 1 运动副及其分类
1.低 副 两构件通过面接触组成的运动副
①转 动 副(铰链): 组成运动副的两构件只能在平面内相对转动。
§1 – 1 运动副及其分类
②移 动 副: 组成运动副的两构件只能沿某一方向相对移动。
§1 – 1 运动副及其分类
2.高副：
F 3n2pLpH33241
§1 – 3 平面机构的自由度
⑷ 机构中对传递运动不起独立作用的对称部分
2B
3
4
1
A
DC
2 2
B
3 2
4
1
A
行星轮系
对称布置的两个行星轮2和2以及相应的两个转动副D、 C和4个平面高副提供的自由度
F322214 2 即引入了两个虚约束。 未去掉虚约束时 F 3n2pLpH352516 1 去掉虚约束后 F 3n2pLpH3323121
§1 – 3 平面机构的自由度 例
分析图c)，可知： n=4，PL=6，PH=0 该平面机构的自由 度为：
F 3 n 2 P L P H 3 4 2 6 0 0
例:
复合
解: 1.如不考虑上述 2
3
因素，解得： 1
K=9, n=K－1=8
PL=10，PH=1，
虚 5局
6
7
8
4 9
§1 – 3 平面机构的自由度
机构具有确定运动的条件 （1）机构的自由度F >0。
（2）机构的原动件数等于机构的自由度F。
§1 – 3 平面机构的自由度
机构的自由度和原动件的数目与机构运动的关系
1)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动； 2)若Ｆ>０且与原动件数相等，则机构各构件间
自由度(原理)(共102张PPT)可修改全文
=1
2
3
4
②计算铰链五杆机构的自由度。
解：活动构件数n= 4
2
低副数P = 5 3)
5)
Ｆ运动>0副，分原类动：件数>F，构件不能运动或产L生破坏。
②低副－面接触的运动副，应力低 。
1
典型Ⅱ级组： n=2 p=3 二杆三副
高副数P = 0 （部分Ⅲ、IV 级杆组）
F=3n － 2PL － PH
H
5
第1章 平面机构的结构分析
1－1 机构组成及运动简图的绘制 1－2 平面机构自由度计算 1－3 机构组成原理和结构分析
1－1 机构组成及运动简图的绘制 一 机构组成 1 目的及内容
1)机构的组成及其具有确定运动的条件
目的是弄清机构包含哪几个部分?各部分如何相联才能保证具有确定的相 对运动？这对于设计新的机构显得尤其重要。
解：F=3n － 2PL － PH =3×9－2×12 － 2×1 =1
9)计算图示包装机送纸机构的自由度。 分析：
复合铰链: 位置D ，2个低副
局部自由度 2个 虚约束 1处, 去掉后
n= 6，PL= 7，PH= 3
F=3n － 2PL － PH
=3×6 －2×7 －3 =1
例8复2ຫໍສະໝຸດ 71356
1 箱体 2 活塞 3 连杆
4 曲轴 5、6 齿轮
7
凸轮 8 推杆
连杆机构 齿轮机构 凸轮机构
内燃机
箱体+
活塞、连杆、曲轴
连杆机构
齿轮
齿轮机构
凸轮、推杆
凸轮机构
内燃机的机构运动简图
◆ 画机构运动简图的方法
例题三、图示为一冲床。绕固定中心A转动的菱形盘1为原动件， 与滑块2在B点铰接，滑块2推动拨叉3绕固定轴C转动，拨叉3与 圆盘4为同一构件，当圆盘4转动时，通过连杆5使冲头6实 现冲压运动。试绘制其机构运动简图。
2
3
4
②计算铰链五杆机构的自由度。
解：活动构件数n= 4
2
低副数P = 5 3)
5)
Ｆ运动>0副，分原类动：件数>F，构件不能运动或产L生破坏。
②低副－面接触的运动副，应力低 。
1
典型Ⅱ级组： n=2 p=3 二杆三副
高副数P = 0 （部分Ⅲ、IV 级杆组）
F=3n － 2PL － PH
H
5
第1章 平面机构的结构分析
1－1 机构组成及运动简图的绘制 1－2 平面机构自由度计算 1－3 机构组成原理和结构分析
1－1 机构组成及运动简图的绘制 一 机构组成 1 目的及内容
1)机构的组成及其具有确定运动的条件
目的是弄清机构包含哪几个部分?各部分如何相联才能保证具有确定的相 对运动？这对于设计新的机构显得尤其重要。
解：F=3n － 2PL － PH =3×9－2×12 － 2×1 =1
9)计算图示包装机送纸机构的自由度。 分析：
复合铰链: 位置D ，2个低副
局部自由度 2个 虚约束 1处, 去掉后
n= 6，PL= 7，PH= 3
F=3n － 2PL － PH
=3×6 －2×7 －3 =1
例8复2ຫໍສະໝຸດ 71356
1 箱体 2 活塞 3 连杆
4 曲轴 5、6 齿轮
7
凸轮 8 推杆
连杆机构 齿轮机构 凸轮机构
内燃机
箱体+
活塞、连杆、曲轴
连杆机构
齿轮
齿轮机构
凸轮、推杆
凸轮机构
内燃机的机构运动简图
◆ 画机构运动简图的方法
例题三、图示为一冲床。绕固定中心A转动的菱形盘1为原动件， 与滑块2在B点铰接，滑块2推动拨叉3绕固定轴C转动，拨叉3与 圆盘4为同一构件，当圆盘4转动时，通过连杆5使冲头6实 现冲压运动。试绘制其机构运动简图。
平面机构的自由度计算-PPT.pptx
低副：
移动副：组成运动副的两构 转动副：组成转动副的两
件只能沿某一轴线相对移动。 构件只能在一个平面内相
限制自由度数为2。
对转动。限制自由度数为2.
——机电工程分院
学习情境三 平面机构的自由度
二、运动副约束（constraint）
高副：
组成运动副的两构件只能沿某一方向的相对移动和 平面的转动。限制自由度数为1。
——机电工程分院
学习情境三 平面机构的自由度
三、机构自由度（freedom）
机构自由度：机构具有确定运动时所给定独立运动数目。
机构自由度=构件总自由度-运动副总约束
F=3n-（2PL+PH）
n—活动构件数
PL—低副数
PH—高副数
——机电工程分院
学习情境三 平面机构的自由度
四、平面机构自由度计算举例（ example）
运动的自由度，称为机构的局部自由度.
在计算机构自由度时，应预先排除。
F=3n-2 PL-PH=3×2-2×2-1=1
——机电工程分院
学习情境三 平面机构的自由度
五、计算自由度时的注意事项（ attention）
（3）虚约束（重复约束、消极约束） 在机构中与其他约束重复
而不起限制运动作用的约束称 为虚约束。 在计算机构自由度时，应当除去不计
——机电工程分院
机构中n=3，PL=4， PH=0，则机 构自由度为：
F=3n-2PL-PH =3×3-2×4-0=1
——机电工程分院
学习情境三 平面机构的自由度
课堂练习
计算图示惯性筛的自由度
惯性筛
——机电工程分院
学习情境三 平面机构的自由度
总结：平面机构的自由度计算 预习：平面机构的运动分析
移动副：组成运动副的两构 转动副：组成转动副的两
件只能沿某一轴线相对移动。 构件只能在一个平面内相
限制自由度数为2。
对转动。限制自由度数为2.
——机电工程分院
学习情境三 平面机构的自由度
二、运动副约束（constraint）
高副：
组成运动副的两构件只能沿某一方向的相对移动和 平面的转动。限制自由度数为1。
——机电工程分院
学习情境三 平面机构的自由度
三、机构自由度（freedom）
机构自由度：机构具有确定运动时所给定独立运动数目。
机构自由度=构件总自由度-运动副总约束
F=3n-（2PL+PH）
n—活动构件数
PL—低副数
PH—高副数
——机电工程分院
学习情境三 平面机构的自由度
四、平面机构自由度计算举例（ example）
运动的自由度，称为机构的局部自由度.
在计算机构自由度时，应预先排除。
F=3n-2 PL-PH=3×2-2×2-1=1
——机电工程分院
学习情境三 平面机构的自由度
五、计算自由度时的注意事项（ attention）
（3）虚约束（重复约束、消极约束） 在机构中与其他约束重复
而不起限制运动作用的约束称 为虚约束。 在计算机构自由度时，应当除去不计
——机电工程分院
机构中n=3，PL=4， PH=0，则机 构自由度为：
F=3n-2PL-PH =3×3-2×4-0=1
——机电工程分院
学习情境三 平面机构的自由度
课堂练习
计算图示惯性筛的自由度
惯性筛
——机电工程分院
学习情境三 平面机构的自由度
总结：平面机构的自由度计算 预习：平面机构的运动分析
第1章2平面机构自由度-PPT课件
45
§ 1-3 平面机构的自由度
机构运动时，如果两构件上两点间的距离 始终保持不变，将此两点用构件和运动副联结， 会带进虚约束。
46
§ 1-3 平面机构的自由度
两个构件之间组成多个轴线重合的回转副时
只有一个回转副起作用，其余都是虚约束。例 如：两个轴承支持一根轴只能看作一个回转副。
(b)
47
29
§ 1-3 平面机构的自由度
若某平面机构共有K个构件，除去固定件，机 构中活动构件数为 n=k-1，未用运动副联接之 前，这些活动构件的自由度总数应为3n，当用 运动副将构件连接起来组成机构之后，机构中 各构件具有的自由度数减少了，若机构中低副 的数目为PL个，高副的数目为PH个，则机构中 全部运动副所引入的约束总数为2PL+PH，则 机构自由度数目 =
8
§ 1-1 运动副及其分类
高副（ higher pair） 齿轮副 凸轮副
车轮与 钢轨
限制一个移动 自由度，保留 二个的自由度
9
§ 1-2 平面机构运动简图
1. 平面机构运动简图
(Kinematical Sketch of Mechanism)
机器是由机构组成，因此，在对现有机构 进行分析，或是构思新机械的运动方案和对 组成新机械的各种机构作进一步的运动及动 力设计时，需要一种表示机构的简明图形— —机构运动简图。 撇开构件外形和运动副具体构造，仅用 简单的线条和符号表示构件和运动副，并按 比例定出各运动副的位置，以说明机构中各 构件间相对运动关系的简单图形。
10
§ 1-2 平面机构运动简图
2. 运动副的表示方法
1
2 12 1 2
2
1
1
2
2
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F＝3n－2PL－PH 由公式可知，机构自由度F取决于活动构件的数 目以及运动副的性质和数目。
机构的自由度数也即是机构所具有的独立 运动的数目。（从动件不能独立运动）
22
例3 计算图示颚式破碎机主体结构的自由度
解： n＝3，PL＝4，PH ＝0，则有
F＝3n－2PL－PH ＝3 x 3 －2 x 4－0＝1
机构自由度 F=0
2
F 3 4 2 6 0 0
1
4
3
构件间没有相对运动
5
机构→刚性桁架
机构自由度 F<0
F 3 3 2 5 0 1
（多一个约束）超静定桁架
29
结论：
F≤0，构件间无相对运动，不成为机构。 原动件数=F，运动确定
F>0, 原动件数<F，运动不确定 原动件数>F，机构破坏
23
例4 计算图示活塞泵的自由度
解：n＝4， PL＝5，PH ＝1，则有 F＝3n－2PL－PH ＝3 x 4 －2 x 5－1＝1
24
二、机构具有确定运动的条件
2
1
1
3 4
图1-15 平面连杆机构
F 3 3 2 4 0 1
原动件数=机构自由度
25
2
1
3
4
图1-16 平面连杆机构
F 3 3 2 4 0 1
1 y
2
o
x
z
图1-12 回转副约束
18
（2）移动副
如图1-13所示，约束了沿y轴方向的移动和在 平面内转动两个自由度，只保留沿x轴方向移动的 自由度。
y
o
2
1
x
图1-13 移动副约束
19
2．高副
n
如图1-14所示，只约 束了沿接触处公法线n-n方 向移动的自由度，保留绕 接触处的转动和沿接触处
3）从动件 随原动件运动而 运动的其它活动构件。其中输 出预期运动的从动件称为输出 构件。
图1-8 平面连杆机构
13
五、机构运动简图的绘制
1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目； 2）确定所有运动副的类型和数目； 3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；
4）确定比例尺； l 图 实上 际尺 尺 (m m 寸 寸 m)
复
复
复
复
图1-19 圆盘锯机构 32
2、局部自由度：
与输出构件运动无关的自由度。（多余自由度） 在计算时要排除。
二、运动副表示方法
图1-6 平面运动副的表示方法
10
三、构件的表示方法
图1-7 构件的表示方法
11
常用机构运动简图符号
在
机 架 上 的
凸 轮 传 动
电
机
带
外啮
传
合圆
动
柱齿
轮传
动
12
四、构件分类：
1）机架（固定构件） 每个 机构中必有，常用作参考坐标 系。
2）原动件（输入构件） 运 动规律已知的构件。必有一个 或几个，其运动规律由外界给 定。
Foundation of Machine Design
能源动力与机械工程学院 机械教研室
滕伟
1
平面机构的自由度和速度分析
平面机构：所有构件都在相互平行的 平面内运动的机构。（否则称为“空 间机构” ）
实际构件的外形和结构往往比较复杂，在 研究机构运动时，常用简单的线条和符号 来表示，以便于分析和研究。
机构具有确定运动的条件： 自由度 F > 0，且等于原动件个数
30
计算平面机构自由度的注意事项
1、复合铰链：
两个以上构件同时在一处用转动副相联接。 若K个构件构成一复合铰链，则具有K－1个转动副。
31
例5 圆盘锯机构
F＝3n－2PL－PH ＝3 －7 2 6－ 0 ＝9 ?
F＝3n－2PL－PH ＝3 7－2 10－ 0 ＝1
t 公切线t-t方向移动的两个 自由度。
2 t
A
1
n
图1-14 高副约束
20
结论:
① 每个低副引入两个约束，使机构失去两个自由度； ② 每个高副引入一个约束，使机构失去一个自由度。
21
若一平面机构有K个构件，除去固定件（1个）， 活动构件数n＝K－1，若机构中低副数目为PL， 高副数目为PH，则该机构自由度 F 的计算公式为：
5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)
举例：绘制破碎机和活塞泵的机构运动简图。
14
例1 颚式破碎机
2
A
B 1
3
D 4 C
图1-9 颚式破碎机及机构的运动简图
15
例2 活塞泵
运动副？
图1-10 活塞泵及机构的运动简图
16
§1—3 平面机构的自由度
机构是具有确定运动的构件 组合体，即该机构中的所有构件 在任一瞬时的运动都是完全确定 的。什么是机构具有确定运动的 条件呢？
2
§1－1 运动副及其分类
图1-1 平面运动刚体的自由度
3
• 自由度：构件相对于参考坐标系的独立 运动。
• 一个作平面运动的自由构件具有三个独 立运动。
• 结论：一个作平面运动的自由构件具有 三个自由度。
4
一、运动副定义： 两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接称为
运动副。
两构件组成运动副，其接触不外乎点、线、面。
原动件数>机构自由度 26
铰链五杆机构
2 1
3 4
图1-17 铰链五杆机构
F 3 4 2 5 0 2
原动件数<机构自由度数， 机构运动不确定（任意乱动）
27
铰链五杆机构
2 1
3 4
图1-18 铰链五杆机构
F 3 4 2 5 0 2
原动件数=机构自由度数，机构运动确定 28
二、运动副分类： 1、低副：两构件通过面接触组成的运动副。如活塞
与气缸、活塞与连杆 。
1）转动副（铰链）：只能在一个平面内相对转动 的运动副。如图1-2a
图1-2a 转动副
（固定铰链）
5
图1-2 b 转动副（活动铰链） 2）移动副：只能沿某一轴线相对移动的运动副。如图1-3
图1-3 移动副
6
2、高副：两构件通过点或线接触组成的运动副。如凸轮与 从动件、齿轮与齿轮。如图1-4
一、平面机构的自由度及其计算
一个作平面运动的自由构件 有三个自由度（在直角坐标系 中），即沿x、y轴方向的移动以 及在xoy平面内的转动。
构件组成运动副后相对运动 受到约束，自由度数目减少。
y x
o
1
y
图1-11
x
17
1．低副
（1）回转副 如图1-12所示，约束了沿x、y轴移动的自由度，
只保留一个转动的自由度。
图1-4 平面高副
7
图1-4 a 凸轮副
图1-4 b5 空间运动副
图1-5ａ 螺旋副
图1-5ｂ 球面副 9
§1—2 平面机构运动简图
一、机构运动简图：说明机构各构件之间相对运动关系
的简单图形。 1）用简单线条和符号表示构件和运动副。 2）按一定比例定出各运动副位置。
机构的自由度数也即是机构所具有的独立 运动的数目。（从动件不能独立运动）
22
例3 计算图示颚式破碎机主体结构的自由度
解： n＝3，PL＝4，PH ＝0，则有
F＝3n－2PL－PH ＝3 x 3 －2 x 4－0＝1
机构自由度 F=0
2
F 3 4 2 6 0 0
1
4
3
构件间没有相对运动
5
机构→刚性桁架
机构自由度 F<0
F 3 3 2 5 0 1
（多一个约束）超静定桁架
29
结论：
F≤0，构件间无相对运动，不成为机构。 原动件数=F，运动确定
F>0, 原动件数<F，运动不确定 原动件数>F，机构破坏
23
例4 计算图示活塞泵的自由度
解：n＝4， PL＝5，PH ＝1，则有 F＝3n－2PL－PH ＝3 x 4 －2 x 5－1＝1
24
二、机构具有确定运动的条件
2
1
1
3 4
图1-15 平面连杆机构
F 3 3 2 4 0 1
原动件数=机构自由度
25
2
1
3
4
图1-16 平面连杆机构
F 3 3 2 4 0 1
1 y
2
o
x
z
图1-12 回转副约束
18
（2）移动副
如图1-13所示，约束了沿y轴方向的移动和在 平面内转动两个自由度，只保留沿x轴方向移动的 自由度。
y
o
2
1
x
图1-13 移动副约束
19
2．高副
n
如图1-14所示，只约 束了沿接触处公法线n-n方 向移动的自由度，保留绕 接触处的转动和沿接触处
3）从动件 随原动件运动而 运动的其它活动构件。其中输 出预期运动的从动件称为输出 构件。
图1-8 平面连杆机构
13
五、机构运动简图的绘制
1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目； 2）确定所有运动副的类型和数目； 3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；
4）确定比例尺； l 图 实上 际尺 尺 (m m 寸 寸 m)
复
复
复
复
图1-19 圆盘锯机构 32
2、局部自由度：
与输出构件运动无关的自由度。（多余自由度） 在计算时要排除。
二、运动副表示方法
图1-6 平面运动副的表示方法
10
三、构件的表示方法
图1-7 构件的表示方法
11
常用机构运动简图符号
在
机 架 上 的
凸 轮 传 动
电
机
带
外啮
传
合圆
动
柱齿
轮传
动
12
四、构件分类：
1）机架（固定构件） 每个 机构中必有，常用作参考坐标 系。
2）原动件（输入构件） 运 动规律已知的构件。必有一个 或几个，其运动规律由外界给 定。
Foundation of Machine Design
能源动力与机械工程学院 机械教研室
滕伟
1
平面机构的自由度和速度分析
平面机构：所有构件都在相互平行的 平面内运动的机构。（否则称为“空 间机构” ）
实际构件的外形和结构往往比较复杂，在 研究机构运动时，常用简单的线条和符号 来表示，以便于分析和研究。
机构具有确定运动的条件： 自由度 F > 0，且等于原动件个数
30
计算平面机构自由度的注意事项
1、复合铰链：
两个以上构件同时在一处用转动副相联接。 若K个构件构成一复合铰链，则具有K－1个转动副。
31
例5 圆盘锯机构
F＝3n－2PL－PH ＝3 －7 2 6－ 0 ＝9 ?
F＝3n－2PL－PH ＝3 7－2 10－ 0 ＝1
t 公切线t-t方向移动的两个 自由度。
2 t
A
1
n
图1-14 高副约束
20
结论:
① 每个低副引入两个约束，使机构失去两个自由度； ② 每个高副引入一个约束，使机构失去一个自由度。
21
若一平面机构有K个构件，除去固定件（1个）， 活动构件数n＝K－1，若机构中低副数目为PL， 高副数目为PH，则该机构自由度 F 的计算公式为：
5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)
举例：绘制破碎机和活塞泵的机构运动简图。
14
例1 颚式破碎机
2
A
B 1
3
D 4 C
图1-9 颚式破碎机及机构的运动简图
15
例2 活塞泵
运动副？
图1-10 活塞泵及机构的运动简图
16
§1—3 平面机构的自由度
机构是具有确定运动的构件 组合体，即该机构中的所有构件 在任一瞬时的运动都是完全确定 的。什么是机构具有确定运动的 条件呢？
2
§1－1 运动副及其分类
图1-1 平面运动刚体的自由度
3
• 自由度：构件相对于参考坐标系的独立 运动。
• 一个作平面运动的自由构件具有三个独 立运动。
• 结论：一个作平面运动的自由构件具有 三个自由度。
4
一、运动副定义： 两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接称为
运动副。
两构件组成运动副，其接触不外乎点、线、面。
原动件数>机构自由度 26
铰链五杆机构
2 1
3 4
图1-17 铰链五杆机构
F 3 4 2 5 0 2
原动件数<机构自由度数， 机构运动不确定（任意乱动）
27
铰链五杆机构
2 1
3 4
图1-18 铰链五杆机构
F 3 4 2 5 0 2
原动件数=机构自由度数，机构运动确定 28
二、运动副分类： 1、低副：两构件通过面接触组成的运动副。如活塞
与气缸、活塞与连杆 。
1）转动副（铰链）：只能在一个平面内相对转动 的运动副。如图1-2a
图1-2a 转动副
（固定铰链）
5
图1-2 b 转动副（活动铰链） 2）移动副：只能沿某一轴线相对移动的运动副。如图1-3
图1-3 移动副
6
2、高副：两构件通过点或线接触组成的运动副。如凸轮与 从动件、齿轮与齿轮。如图1-4
一、平面机构的自由度及其计算
一个作平面运动的自由构件 有三个自由度（在直角坐标系 中），即沿x、y轴方向的移动以 及在xoy平面内的转动。
构件组成运动副后相对运动 受到约束，自由度数目减少。
y x
o
1
y
图1-11
x
17
1．低副
（1）回转副 如图1-12所示，约束了沿x、y轴移动的自由度，
只保留一个转动的自由度。
图1-4 平面高副
7
图1-4 a 凸轮副
图1-4 b5 空间运动副
图1-5ａ 螺旋副
图1-5ｂ 球面副 9
§1—2 平面机构运动简图
一、机构运动简图：说明机构各构件之间相对运动关系
的简单图形。 1）用简单线条和符号表示构件和运动副。 2）按一定比例定出各运动副位置。