第二章机构的组成原理和机构类型综合2011
第2章第1讲_机构的组成及分类
第2章机构的结构分析研究内容：1. 机构组成及其简图表达2. 机构的运动确定性及其自由度计算3. 机构的组成原理及结构分析与设计第1讲机构的组成及分类2.1.1 机构组成要素2.1.2 机构组成结构2.1.3 机构的分类——构件、运动副——运动链与机构1．构件零件 构件 观点：任何机器都是由许多零件组合而成螺钉垫圈连杆头连杆体 连 杆 机器运动观点：任何机器都是由若干个构件组合而成的机器构造 —— 独立运动单元体—— 独立制造单元体2．运动副运动副——两构件的可动连接运动副元素——两构件参与接触的表面实例轴与轴承滑块与导轨两轮齿啮合运动副自由度f 和约束度s 的关系：f = 6 –s运动副的分类1) 按引入的约束数目分：Ⅰ级副、Ⅱ级副、……、Ⅴ级副2) 按接触形式分：高副：点、线接触的运动副低副：面接触的运动副3) 按保持接触的形式分：4）按相对运动形式分：转动副（回转副或铰链）移动副力封闭运动副（重力、弹簧力）几何封闭或形封闭运动副螺旋副球面副5）基本运动副与复合运动副3．运动链运动链——构件通过运动副构成的相对可动的系统闭式运动链（闭链）与开式运动链（开链）平面运动链与空间运动链4．机构机构——具有固定构件的运动链机架——相对固定的构件原动件——已知独立运动的构件（用转向箭头表示）从动件——其余从动运动的构件运动观点：机构是由机架，原动件和从动件组成的；同一运动链当取不同构件为机架时可以获得不同的机构的类型。
：刚性机构、柔性机构、挠性传动机构、气动机构、液压机构以及其他广义机构 ：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、棘轮机构、槽轮机构、螺纹机构、摩擦传动机构2.1.3 机构的分类4) 根据组成机构的构件性质 机构的分类1) 根据运动副的组成情况 2) 根据机构的运动情况 3) 根据机构的构件的情况和机构的工作原理 ：低副机构、高副机构：平面机构、空间机构。
机械原理课件第2章机构的组成原理和机构类型综合
如果不考虑复合铰链，低副数目为6个，则计算的自由度数为9，显然计算有误！
1
2
3
4
5
6
7
8
A
B
C
D
E
F
作者：潘存云教授
圆盘锯机构
3）计算平面机构自由度时应注意的事项
例题⑥计算图示两种凸轮机构的自由度。
解：如果不考虑局部自由度，那么有 n=3 , PL = 3, PH = 1
第二章 机构的组成原理和机构类型综合
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2.1 内容提要及基本概念
2.1.1 内容提要 掌握平面运动副的类型及其提供的约束条件、运动链成为机构的条件、平面机构运动简图的绘制方法和步骤、平面机构自由度的计算方法。 了解机构的组成原理。
2.1.2 基本概念复习
构件(link) ——独立的运动单元；零件(part) ——独立的制造单元
作者：潘存云教授
套筒
连杆体
螺栓
垫圈
螺母
轴瓦
连杆盖
内燃机连杆
1. 机构的组成及运动简图 1）构件与运动副
运动副——两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的连接。 注意：三个条件缺一不可： a)两个构件，b) 直接接触，c) 有相对运动 运动副元素——两构件构成运动副的直接接触的部分（点、线、面） 例如凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
123ຫໍສະໝຸດ BO1AO2
a)
C
若高副两元素之一为一直线(如下图a)，则因其曲率中心在无穷远处，所以这一端的转动副将转化为移动副，其瞬时代替机构如图b或图c：
2
3
B
机械原理第2章机构的结构分析(机构的组成原理和机构类型综合11
（a）
（b）
（c）
5.机构运动简图应满足的条件
(1)构件数目与实际相同； (2)运动副的数目、类型与实际相符； (3)运动副之间的相对位置及构件尺寸与实际机构成比例。
绘制机构运动简图的思路：先定原动部分，再定工作部 分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，找 出中间构件，确定构件数目及运动副的类型，并用符号 表示出来。 顺口溜：先两端，后中间，从头至尾走一遍，
组成运动副的两构件上参与接触的点、线、 面称为运动副元素。
运动副有多种分类。
(4) 运动副的表示方法
(4) 运动副的表示方法
转动副的符号
两构 件为 活动 转 构件 动 副 有一 个构 件固 定
1 2
1 1
2
1 2
1 2
2
1
2
2
1
移动副的符号
两构 件为
2
活动
2
移 构件
1
1
2 1
2 1
动
副 有一
4.机构 （mechanism）
（2）原动件：按给定运动规律独
立运动的构件；
原动件
（3）从动件：机构中其余活动构
件，其运动取决于原动件的运动规
2 从动件 3
律、机构的结构和构件的尺寸。
1
机架
4
机构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。
空间铰链四杆机构
机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件
闭式运动链（简称闭链） 开式运动链（简称开链）
2
3
1
4
平面闭式运动链
2 3
1 4
23
1
4
空间闭式运动链 平面开式运动链
机构的结构分析和综合
机构的结构分析和综合第二章机构的结构分析和综合§2-1 平面运动及其分类一.平面运动副：1.概念：在同一平面中两构件直接接触而构成的可动联接。
2.分类(按所占空间位置)：运动副??=??=空间运动副凸轮副齿轮副点、线高副移动副回转副）周转副（铰链转动副低副（面）平面运动副2::)(1://:F F F —Freedom 二.自由度：（重点、难点）1.构件的自由度：构件具有的独立运动的数目。
2.平面中一个构件的自由度：平面中一个点有2个自由度。
F=2 空间中一个点有3个自由度。
F=3 平面中一个构件有3个自由度。
F=3 空间中一个构件有6个自由度。
F=6平面中，要确定任意瞬时该构件的位置，要给定三个独立的运动参数。
X A Y A α当A 点固定（限制）后：如图C 与X 轴焊死，AC 与AB 绕A 点能转动—转动副 A 点X A ,Y A 均为常数，α即可描述。
F=1。
加一个约束，失去一个自由度，约束数等于自由度减少数。
A 点：两约束 F=3-2=1。
3.说明：平面运动副至少有一个自由度（即一个相对运动）所以，任何平面运动副最多只能引入两个约束。
一个构件的自由度 F=3-约束数。
一个低副引入两个约束，一个高副引入一个约束。
（P 8表2-1）按运动副所引入的约束数分：Ⅰ级副：引入1个约束的运动副Ⅱ级副：引入2个约束的运动副运动副… …5个约束的运动副电脑动画§2-2 平面机构运动简图 P 9三一. 引入的目的：如内燃机、外形复杂，但其运动和外形无关，只与运动副及其相对位置有关。
所以，用简单线条绘制出其主要特征，为研究提供方便。
机构运动简图与原机构具有完全相同的运动特征，可以根据运动简图进行分析。
正确、简单、清晰为原则。
照相、美术绘制的机构运动简图机构示意图：不按比例形称为机构运动简图相对运动关系的简单图比例表示机构各构件间的线条和符号按一定的机构运动简图：用简单如：二.㈠机构1.在支架上的电机机构：2.带传动机构：3.链传动机构：4.外啮合齿轮机构（P121表5-1）:5.内啮合齿轮机构：（图4-2）6.齿轮齿条传动机构：（图4-3）7.圆锥齿轮传动机构：（图4-5）8.圆柱蜗杆传动机构：（图4-89.凸轮传动机构：（p43图3-3）10.棘轮机构：㈡构件表示：1.杆、轴类构件：2.固定构件（机架）：⑵⑵3.同一构件:⑶4.⑷5.三副构件：三. 机构运动简图的绘制：1.绘制步骤：分析、选择、画运动副、连结、标注。
第2章 机构的结构分析
2.两构件构成多个移动副，且 导路平行。
动画1, 2, 3
3. 两 构 件 构 成 多 个 转 动 副 ， 且同轴。
4. 运 动 时 ， 两 构 件 上 的 两点距离始终不变。
E
F
5.对运动不起作用的对称部 分。如多个行星轮。
6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。 如等宽凸轮
注意：
法线不重合时， 变成实际约束！
参数 。
定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的 独立运动参数称为机构的自由度。
原动件——能独立运动的构件。 ∵一个原动件只能提供一个独立参数
∴机构具有确定运动的条件为：
自由度＝原动件数
• 2、机构自由度的意义及具有确定运动的条件
• 机构的自由度数目和机构原动件的数目与机构 的运动有着密切的关系：
机构的自由度。
B 2E
C
1
4
3
A
F
D 虚约束
重新计算：n=3, PL=4, PH=0
F=3n － 2PL － PH =3×3 －2×4 =1
特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：
AB＝CD＝EF
出现虚约束的场合： 1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，
如平行四边形机构，火车轮 椭圆仪等。(需要证明)
机构是组成机器的基础，任何一部机器都是由 若干机构组成的.
机构由许多零件组合而成，零件是机构的制造 单元体。若干个零件的刚性联接体称为构件。
构件是机构中的刚性系统，机构中各构件之间 保持一定相对运动
• 独立运动构件的自由度：平面运动 3
•
空间运动 6
2.运动副 定义：运动副——两个构件直接接触组成的仍能产 生某些相对运动的联接。
定义：最简单的F＝0的构件组，称为基本杆组。
第二章-常见机构及传动原理ppt课件
应用举例：缝纫机脚踏 板机构、工业平缝机 抬牙机构。
28.02.2024
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11
双摇杆机构
两连架杆均为摇杆的 四杆机构
运动特点
应用举例：包缝机双 弯针机构
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12
曲柄滑块机构
曲柄和滑块组成，滑 块即沿固定导路作直 线往复运动的构件
平面连杆机构 空间连杆机构
凸轮机构
齿轮机构
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9
平面连杆机构
四种基本形式 ： 1、曲柄摇杆机构
2、双摇杆机构
3、曲柄滑块机构
4、摆动导杆机构
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10
曲柄摇杆机构
在此机构中，两连架杆 一个为曲柄，另一个为 摇杆。
运动特点：一般曲柄主
从动件是被凸轮直接推动的构件。 特点：机构简单紧凑，是点接触或线接触的
高副机构，因此多用在传力不大的场合 。
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15
分类
凸轮的类型： 平面凸轮：送布凸轮 空间凸轮：挑线凸轮
凸轮机构运动过程：
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16
从动件的类型
1、尖端从动件
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22
斜齿轮传动
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斜齿条传动
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直齿条传动
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25
直齿轮传动
第2章机构的结构分析(机构的组成原理和机构类型综合-讲2
3.除去虚约束 (formal constraint)
定义：对机构的运动实际不起作用的约束。计算自由 度时应除去虚约束。
出现虚约束的场合：
1)轨迹重合 两构件连接前后，连接点的轨迹重合。
B 2 1 A
E
C 3 D
C
3 B 1 4 A
4
F
O
2
2)连接两点距离不变 运动时，两构件上的两点距离始终不变。
3 两个转动副
2
两个转动副
两个转动副
例题1
求图示圆盘锯机构的自由度。
解：在B、C、D、E 四处各有三个构件
形成复合铰链，每处有2个运动副，
活动构件数 n = 7， 低副数 pL = 10。
D 4 1 2 3 B 8 5 6
F
7
F=3n － 2pL － ph =3×7 －2×10－0 =1
如果不考虑复合铰链，低副数目 为6个，则计算的自由度数为9， 显然计算有误！
式中：n ：机构的活动构件数目；
pl ：机构的低副数目； ph ：机构的高副数目。 要求：记住上述公式，并能熟练应用。
例题1
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
1
2 3
曲柄滑块机构
①改善构件的受力情况，如多个行星轮。
②增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。
③使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。
小结
复合铰链
存在于转动副处 处理方法：复合铰链处有 m 个构件则有 (m-1)个转动副。
局部自由度
常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变 成滚动摩擦所增加的滚子处。
第二章 机构的组成-1 (1)
机构的自由度通常用F表示。
机构是可动的，所以机构的自由度必须大于或等于1。
P39
1
2
θ1
3
S’3 S3
2 1 θ2
θ1
3
θ3 4 θ4
1）按引入约束数分，有：
I 级副（class I pairs）、II 级副、III 级副、IV 级副、V 级副。
引入1个约束
引入2个约束
引入3个约束 引入4个约束 引入5个约束
x
I 级副
球面高副
II 级副
球与方槽接触
II 级副
柱面副
Ⅳ 级副
球销副
P15
III级副
球面低副
IV级副
圆柱套筒副
V级副1
V级副2
④了解平面机构的组成原理，能正确判断机构结构合理性。
2. 本章重点、难点
重点: 机构运动简图绘制，机构结构分析，机构的自由
度计算；
难点: 机构结构分析及虚约束的判断。
§2－1 平面机构的组成
P5
机构是由具有确定 相对运动的“实物”— —一些相对独立运动的 单元体（构件）组成。
各构件组成机构时是按照一定的方式联接而 成的。由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。
从动件(driven link、follower) ——机构中随原动件运动的其他活 动构件。
例如：在连杆机构中，汽缸11为机架， 活塞10为原动件，而连杆3和曲轴4为 从动件。
P8
说明：
机构中各构件可以是刚性的，某些构件也可以是挠 性或弹性的，或是由液压、气动、电磁件构成的。即 机构不一定是由纯刚性构件组成的。
机械原理第2章机构的结构分析(机构的组成原理和机构类型综合11
2 从动件
3 4
1原动件
机架
平面铰链四杆机构
机械原理第2章机构的结构分析(机构 的组成原理和机构类型综合11
4.机构 （mechanism）
（2）原动件：按给定运动规律独
立运动的构件；
原动件
（3）从动件：机构中其余活动构
③确定各运动副之间的相对位置，选取适当比例尺，根据机 构的运动尺寸定出各运动副之间的相对位置（转动副的中心， 移动副的导路方向及高副的接触点等），画出相应的运动副 符号，用构件符号将各运动副连接起来，标出构件号数字、 运动副的字母代号、原动件的运动方向箭头。 ④检验机构是否满足运动要求。
机械原理第2章机构的结构分析(机构 的组成原理和机构类型综合11
z
y
x
I级副
II级副
III级副
机械原理第2章机构的结构分析(机构 的组成原理和机构类型综合11
(3)运动副的分类
1)按引入的约束数分有:I级副、II级副、III级副、IV级 副、V级副。
提供4个约束条件的，称为Ⅳ级副，提供5个约束条 件的，称为Ⅴ级副。
z
x
IV级副
y
V级副-1
V级副-2
V级副-3
机械原理第2章机构的结构分析(机构 的组成原理和机构类型综合11
构件可以是一个零件；也可以是由几个零件组成。图示内燃 机中的连杆就是由单独加工的连杆体、连杆盖、轴瓦、螺杆、螺 母、轴套等零件组成的。这些零件分别加工制造，但是当它们装 配成连杆后则作为一个整体运动，相互之 间不产生相对运动。
套筒
内燃机 连杆 螺栓
垫圈 螺母
连杆体 轴瓦
机械原理课件第2章机构结构分析
斜盘机构应用
常见于发动机的气门传动机构
曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构简介
由一个摇杆、一个曲柄和一个连 杆组成，常用于产生往复运动或 转动运动
苏格兰摇臂曲柄机构
由一个摇臂和一个曲柄组成，常 用于产生往复直线运动
偏心摇杆机构
由一个摇杆和一个偏心轴组成， 用于产生往复直线运动或转动运 动
各种机构的运动分析
1
工业机械臂
用于完成各种重复性、精确性 和危险性高的工业操作任务
结论和要点
1 机构结构对机械系统
运动有重要影响
选择合适的机构结构可以 实现所需的运动形式
2 各种机构的特点和应
用领域
了解不同机构的特点和应 用可以提供设计方案和解 决问题的思路
3 机构分析和运动分析
的方法
通过分析机构的几何关系 和运动规律来研究机械系 统的运动
机械原理课件第2章机构 结构分析
机构结构是机械系统中相互连接的零件组成的一个整体结构，它对机械系统 的运动有重要影响。本章将介绍机构结构的定义和分类。
机构结构分类
1 平面机构
由于零件的运动轨迹或轴线均在一个平面内
2 空间机构
零件的运动轨迹或轴线存在于三维空间内
3 点机构
只有一个定点的相对运动机构
4 线机构
连杆机构分析
通过连杆的几何关系和运动规律来分析机械系统的运动情况
2
速度分析
计算连杆各点的速度大小和方向
3
加速度分析
计算连杆各点的加速度大小和方向
机构的应用举例
发动机活塞连杆机构
将往复运动转化为旋转运动， 推动发动机的活塞进行往复运 动
汽车悬挂系统
通过各种机构传递力量和减震， 提高汽车驾驶的舒适性和安全 性
第2章机构的结构分析(机构的组成原理和机构类型综合-讲3)
n2 4 p4
n2 n3 6 2n2 3n3 2 p
n2 4 n3 2 p7
三副杆
三副杆
双副杆
二副杆 四杆运动链 六杆运动链
二副杆
2.平面机构结构的型综合
Watt型
Stephensen型
四杆运动链
六杆运动链
另外闭式运动链有运动链环数与杆数、转动副的关系：
LpN1
其中有两个三副杆。
机构命名方式：
按所含最高杆组级别命名，如Ⅱ级机构，Ⅲ级机构等。 称只有机架和原动件构成的驱动杆组为I 级机构。 Ⅰ级机构：只由机架和原动件组成的机构。 II级机构：机构中基本杆组的最高级别为II级。 III级机构：机构中基本杆组的最高级别为III级。
需要强调指出: ①杆组的所有外端副不可以同时加在同一个构 件上，否则将成为刚体。例如下图中两种情况杆组都不能运动。
1 F O A 2 3 B C 5 6 E
F
外副
1 O
外副
A 3
6
2 F=3×1-2×1=1
外副
D 4
C
B
D
内副 4
E
外副
内副 5
F=3×3-2×4=1
F=3×2-2×3=0
F=3×2-2×3=0
定义：最简单的F＝0的构件组，称为基本杆组。 机构的组成原理：任何机构都可以看作是由若干个基本 杆组依次连接于原动件和机架上而构成的。
F=3n - 2pl - ph n=2
pl = 2 ph =1
F=3*2- 2*2 – 1=1
齿轮传动自由度计算:
Q
A P3 B 2 1
F=3n - 2pl - ph n=3
pl = 3 ph =2
第2章机构的组成和结构分析.ppt
41
处理方式：应在计算结果中加上虚约束数，或先将产生 虚约束的构件和运动副去掉，然后再进行计算。
(avi)
B
3
C
2
4
A 1
D
F=3n-2p-p=3*3-2*4=1
(avi)
B
3
M
C
2
5
4
A
N
1
1
D
F=3n-2p-p=3*4-2*6=0 ??? 42
常见的虚约束有以下几种情况: 1) 当两构件组成多个移动副，且其导路互
(avi)
10
二、运动副的分类 机构的运动副的类型决定机构的运动形式。
约束--运动副对构件间的相对运动自由度 所施加的限制。
11
刚体的自由度
一个完全独立的刚体
在空间直角坐标系下的自
由 度 为 sx ， sy ， sz ， x ，
y，z ，即自由度数 f
6。
z
z
平面运动刚体的自由
度为sx，sy，z，即自由度
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。
E' E
(avi)
带虚约束的凸轮机构
43
2) 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。
(avi)
带虚约束的曲轴
44
3）法线始终重合的高副
45
4）两构件以运动副联接， 且联接前后在相联接点的运 动轨迹重合
1
概述
平面机构：机构中所有构件均在一个或几个相互平行的平面 内运动。
2
2
3
1
3 1
4
4
(avi)
《机械原理》第02章机构的结构分析与综合
(1)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；
(2)若Ｆ>0，且多于原动件 数，则构件间的运动是不 确定的；
F=0、
F= 0
静定结构
F=- 1 超静定结构
(3)若机构自由度Ｆ≤0，则机构不能动；
总结
• (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，则机构各构件间的相 对运动是确定的；这就是机构具有确定运动的条件。 • (3)若Ｆ>0，且多于原动件数，则构件间的运动是不确 定的； • (4)若Ｆ>0，且少于原动件数，则构件间不能运动或产 生破坏。
• （二）平面机构的级别 • （三）结构分析
（一）基本杆组及其级别
• 1． 定义
不能再分解的零自由度的构件组。（阿苏尔杆组）
• 2． 满足条件： 3n-2PL=0 PL=3n /2
n=2, PL=3 ; n=4, PL=6 • Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级杆组的基本类型*
Ⅱ级组的五种类型
Ⅲ级组的几种组合形式
Ⅳ级组
例：摆动从动件盘形凸轮机构
(2)若两接触轮廓之一为一点，其替代方法如图所示。
例：尖底直动从动件盘形凸轮机构
例：确定如图所示平面高副机构的级别。
例7
§2-5 平面机构的结构综合
平面机构的结构综合（设计）：是结构分析的逆过程 是根据运动输入和输出特性进行机构运动简图的设计过程。 研究一定数量的构件和运动副可以组成多少种机构类型的综合过 程。机构设计：设计新机构运动简图。 基本杆组叠加法；平面机构如果没有高副，可按公式(2-4)综合出 各种类型的基本杆组，再利用串联、并联等方式将基本杆组与I
三、计算平面机构自由度时应注意的事项
机构的组成原理和机构类型综合
第二章 机构的组成原理和机构类型综合（3学时）一、教学目的和教学要求1、目的：使学生了解机构的组成以及机构具有确定运动条件，了解能表征机构运动情况的简单图形（即机构运动简图的画法），为对已有机构进行分析或创造新的机构提供条件。
本课程的研究对象主要是各种机构，为了对机构进行研究，显然首先需要知道机构是如何构成的？在什么条件下机构具有确定的运动？以及在设计新机构时或对已有的机构进行分析时如何把研究的机构用简单的图形表示出来？ 2、教学要求1) 了解机构的组成、搞清楚运动副、运动链、约束和自由度等基本概念。
2) 能绘制常用机构的机构运动简图。
3) 能计算平面机构的自由度。
4) 对高副低代和平面机构的组成原理有所了解。
二、本章重点教学内容及教学难点1、重点：运动副、运动链等的概念，机构运动简图的绘制，机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。
2、难点：机构自由度的计算中有关虚约束的识别和处理问题（但不是教学重点），要求对虚约束有一个明确的概念，并对机构中存在虚约束的一些比较常见的情况有所了解；平面机构的组成原理、结构分类，以及高副低代。
§2-1 机构的组成及运动简图一、构件与运动副1．名词解释：构件： 组成机构的每一个独立运动单元体。
运动副：两构件直接接触而又能产生一定形式的相对运动的连接。
运动副元素：参与接触而构成运动副的点、线、面。
运动副分类：按组成运动副的两构件间的相对运动是平面运动还是空间运动，分为平面运动副和空间运动副两类。
自由度：构件所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）。
作平面运动的自由构件具有三个自由度。
约束：对独立运动所加的限制。
两构件间约束的多少和约束的特点完全取决于运动副的形式。
2．各种平面运动副的约束特点：1）图2-1a 所示运动副，构件2沿x 轴和y 轴的两个相对移动受到约束，构件2只能绕垂直于xoy 平面的轴相对转动。
这种具有一个独立相对转动的运动副称为转动副。
机构的组成原理（上海工程技术大学陆宁老师课件）
机构的组成原理（上海⼯程技术⼤学陆宁⽼师课件）1.3.22-6机构的组成原理、结构分类及结构分析⼀、机构的组成原理1）基本机构由⼀个原动件和⼀个机架组成的双杆机构。
a)原动件作移动(如油缸、⽓缸、直线电机等)b)原动件作转动(如电动机)2121构件+ 运动副?运动链?机构1.3 .2 机构的组成原理和结构分析机架原动件从动件组合F= 0基本杆组：最简单的不可再拆的⾃由度为零的构件组，简称为杆组。
2）基本杆组基本杆组━━最简单的F ＝0的构件组。
机构具有确定运动的条件是:F=1F=0设想：将机构中原动件和机架断开，则原动件与机架构成基本机构，其F ＝1。
剩下的构件组必有F ＝0将构件组继续拆分成更简单F ＝0的构件组，直到不能再拆为⽌。
原动件数＝⾃由度1. 杆组（基本杆组、基本组、Assur 组）●定义：F=0不可再分的构件组。
●结构公式：F=3n －2P L－P H = 3n －2P L = 0P L＝3n/2⼆、机构的结构分析∵P L 为整数，∴n 只能取偶数。
n ＝24n>4已⽆实例了!P L ＝36n=2的杆组称为Ⅱ级组━━应⽤最⼴⽽⼜最简单的基本杆组。
共有5种类型设基本杆组中有n 个构件，则由条件F ＝0有：F ＝3n －2P L －P h ＝0P L ＝3n/2(低副机构中P h ＝0)●分类(1)Ⅱ级组(n=2，P L =3)P L ＝3n/2(a)(b)(c)(d)(e)外接副内接副Ⅱ级组的结构特征：两个含有外接副的构件直接⽤运动副联接。
=6)（2）Ⅲ级组(n=4，PL中⼼构件Ⅲ级组基本型Ⅲ级组其它型举例Ⅲ级组的结构特征：三个含有外接副的构件与同⼀构件（⽤运动副）联接。
Ⅲ级组基本型Ⅲ级组其它型举例第四种形式称为IV级组。
结构特点：有两个三副杆，且4个构件构成四边形结构内端副━━杆组内部相联。
外端副━━与组外构件相联。
机构按所含最⾼杆组级别命名，如Ⅱ级机构，Ⅲ级机构等。
杆组：⾃由度为零的不可再分的运动链。
机构的组成原理
机 构 的 自 由 度 计 算 及 其 机 构 运 动 确 定 条 件
复合铰链 局部自由度 虚约束
计 算 平 面 机 构 自 由 度 时 应 注 意 的 事 项
计 算 平 面 机 构 自 由 度 时 应 注 意 的 事 项
fL P F
计 算 平 面 机 构 自 由 度 时 应 注 意 的 事 项
1
平 面 机 构 中 高 副 低 代 的 方 n 法
n A
O1
r1
2
O2
r2
n A 3
4 1 B 2
B 3
a) 高副机构
b)
曲率圆
1 r2 C O2 2 B
n
O1 1 4
O2 2
B 3
r1 O1 A 3
A
a)
任意曲线轮廓高副机构
b)
若高副两元素之一为一点(如下图a)，则因其曲率半径为零，所以曲 率中心与两构件的接触点C重合，其瞬时代替机构如图b：
V级副1
V级副2
V级副3
根据运动副提供的约束数目分类
螺旋副也属V级副。
构 件 与 运 动 副
常用运动副及其代表符号
构 件 与 运 动 副
根据组成运动副两构件相对运动分类
根据组成运动副两构件相对运动：
球面副
平面运动副、空间运动副
构 件 与 运 动 副
转动副
球销副
按照运动副元素的不同分类
通常把面接触的运动副称为低副，点接触或线接触的运动副称 为高副。 在平面机构中，一个低副有两个约束条件，一个高副有一个约 束条件。
超静定桁架
• F＜=0时，机构蜕变为刚性桁架，构件之间没有相对运动。
机 构 具 有 确 定 运 动 的 条 件
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动
副的相对位置。这种能准确表达机构运动情况的简化图形称为机构运
简
动简图。
图
机构示意图－若图形不按精确的比例绘制，仅仅为了表达机械的结
构特征，这种简图称为机构示意图。
构件和运动副的表示方法
平 面 机 构 运 动 简 图
构件和运动副的表示方法
平 面 机 构 运 动 简 图
绘制平面机构运动简图的主要步骤
运 斜面机构取q 2,
动
确 定
F 2(N 1) (2 1)P1 2(N 1) PL
条
件
机构自由度计算举例
机
构
的
自
由
度
计
算
及
其
机
构
运
动
确 定
自动驾驶仪操舵装置的空间四杆机构
条
件
机构自由度计算举例
机
构
的
自
由
度
计
算
及
其
机
构
运
动
斜面机构
确
定
条
件
机构自由度计算举例
机 构 的 自 由 度 计 算 及 其 机 构 运 动 确 定 条 件
构 件 与 运 动 副
滑块与导轨联
接（接触平面）
两齿轮轮齿啮 合（齿廓曲面）
3、运动副约束
作空间自由运动的构件具有六个自由度。
对构件一个独立运动的限制称为一个约束条件。
自由度与约束数之总和应等于6
对每个构件的约束数最多为5，最少引入一个约束。
构 件 与 运 动 副
4、平面构件的自由度
当没有约束时，构件作平面运动具有三个自由度： 即可以沿x轴和y轴方向移动，以及绕垂直于运动平面xOy的z轴的转动。
根据组成运动副两构件相对运动分类
根据组成运动副两构件相对运动： 平面运动副、空间运动副
球面副
构 件 与 运 动 副
转动副
球销副
按照运动副元素的不同分类
通常把面接触的运动副称为低副，点接触或线接触的运动副称为 高副。 在平面机构中，一个低副有两个约束条件，一个高副有一个约束 条件。
构 件 与 运 动 副
机 构 的 自 由 度 计 算 及 其 机 构 运 动 确 定 条 件
机构自由度计算举例
机
构
的
自
由
度
计
算
及
其
机
构
运
动
确
3-RRR平面机构
定
条
件
机构自由度计算举例
机
构
的
自
由
度
计
算
及
其
机
构
运
动
确
定 条
平面四杆机构
件
PFfL
二、机构具有确定运动的条件
机
铰链四连杆机构
一个原
构
动件
的
自
由
度
计
算
及
其
F 33 240 1
C l7
P l8 F
C l2
l7 P
P l8
β l6
F θ5
析 和 组 成
l2
β l6
θ5
l3
θ3
B
l1 A
θ2
θ1
l5 α
l4
θ4D
l10
γ
E
l9 θ6 G
B θ2
B l1 θ1 A
l3
θ3
D
l4 D θ4
E
l9 θ6
G
原
x
理
图4-8 转动输出七杆机构的正运动学分析
Fig.4-8 The kinematic analysis of seven-bar mechanism with rotating output
b)
若高副两元素之一为一直线(如下图a)，则因其曲率中心在无穷远处， 所以这一端的转动副将转化为移动副，其瞬时代替机构如图b或图c：
平
面
机
1
构
中A
O2 C
O1
2
B
C 4
1 O1 A
2 B
高
副
低
a)
代
的
3
b)
3 C4
1
A
2 B
方
法
3
c)
摆动从动件盘形凸轮机构
平 面 机 构 中 高 副 低 代 的 方 法
机
构
运
两个原
动
动件
确
定
• F＞0时，
条
•原动件数大于机构的自由度，则在机构的薄弱处遭到破坏。
件
PFfL
铰链五杆机构
机
构
具
有
确
定
运
动
F 34250 2
的
条
• F＞0时，
件
•原动件数 < 机构的自由度，各构件没有确定的相对运动
PFfL
机
构
具
有
确
定
F 34 260 0
运
F 33 25 0 1
3-RPS 并联机构
机构自由度计算举例 Stewart并联机构-6-UPS
机
构
的
自
由
度
计
算
及
其
机
构
Steward结构力敏元件
运
动
确 定
Stewart并联机构可用于飞行员训练模拟器，并联机床，地震模拟器
条
件
机构自由度计算举例
机
构
的
自
由
度
计
算
及
其
机
构
运
动
确
定 条
3-RRR球面机构
件
机构自由度计算举例
局部自由度
Stewart并联机构-6-SPS
计
算
平
面
机
构
自
由
度
时
应
Steward结构力敏元件
注
意
的
Stewart并联机构可用于飞行员训练模拟器，并联机床，地震模拟器
事
项
局部自由度 计 算 平 面 机 构 自 由 度 时 应 注 意 的 事 项
小型压力机
PFfL
计
算
平
面
3
机
构
自
由
度
时
应
注
意
的
事
项
动
刚性桁架
的
超静定桁架
条
• F＜=0时，机构蜕变为刚性桁架，构件之间没有相对运动。
件
机
构 具 结论：
有
机构具有确定运动的条件是：
确
机构的原动件的数目=机构的自由度的数目
定
运
动
的
条
件
PFfL 三、计算平面机构自由度时应注意的事项
机 构
在用自由度计算公式计算机构自由度时，有时会
的
出现按公式计算的结果与机构实际自由度不相得合的
构
件
与
y
运 动
θ
副
x
构件的独立运动的数目或者确定构件位置的独立参数的数目称为自由度数。
5、运动副的分类
根据运动副提供约束数目
根据组成运动副两构件相对运动
构 件
按照运动副元素
与
运
动
副
根据运动副提供的约束数目分类
根据运动副提供约束数目，运动副可分为五级
提供一个约束条件的，称为I级运动副(简称I级
高副
低副
6、常见平面运动副及其自由度
构
件
与
运
动
转动副(低副）
副
(自由度为1）
可以绕铰链轴转
动
转动副
构
件
与
运
动
移动副(低副）
副
(自由度为1）
可以沿导路移动
移动副
齿轮副，凸轮(高副）
（自由度为2）
可以沿切线移动
可以绕接触点或线
构
转动
件
与
运
动
副
高副
7、空间低副
机
构
的
H
组
螺旋副
成
及
运
动
简
图
球面副
S
C
一、构件与运动副
机器:是由各种机构所构成的系统。例如内燃机就包含了
曲柄滑块机构、齿轮机构和控制进、排气的凸轮机构。
机 构
机构的组成:
的
组
成
构件 运动副
及
运
动
运动链
简
图
机构
1、构件 构件 运动副
构
运动链
件
与
运
机构
动
副 构 件：组成机构的每一个独立运动单元体称为构件，机器中的构件
可以是单一的零件，也可以由若干个零件刚性联接而成。
计
算
平 面
3
机
构
自
由
度
时
应
注
意
的
事
项
PFfL
计
算
平
面
3
机
构
自
由
度
时
应
注
意
的
事
项
计
算
平 面
3
机
构
自
由
度
时
应
注
意
的
事
项
计
算
平 面
3
机
构
自
由
度时应注意的事
项
虚约束
计 情况六： 在机构运动过程中，当不同构件上两点间 算 的距离保持恒定时，用一个构件和两个转动副将此两 平 点相联，也将带入一个虚约束。 面 机 构 自 由 度 时 应 注 意 的 事 项