第3章 机构的结构
机械设计基础第3章凸轮机构
2）运动线图（推程）：表3-1
s
h
3）运动特点：产生刚性冲击
ψ
∵ 从动件在运动开始和终止的瞬
Φ
t
时，因速度有突变，则加速度 v
a在理论上出现瞬时的无穷大，
hω/Φ
ψ
导致从动件突然产生非常大的 a
t
惯性力，因而使凸轮机构受到
ψ
极大的冲击，这种冲击称为刚
t
性冲击。
4）适用场合：低速运动或不宜单独使用。
ψ
点作各自的垂线与水平线，交点
v
Φ
即为s曲线上的点，光滑连接这
些点，得到s图。
ψ a
3）运动特点：产生柔性冲击
∵在首、末两点从动件的加速度
ψ
有突变，因此也有柔性冲击。
4）适用场合：中、低速运动。
4、正弦加速度（摆线）运动规律 从动件在运动过程中加速度呈正弦曲线规律变化。
1）运动方程：表3-1 s=h[ψ/Φ-sin(2πψ/Φ)/2π]
一、压力角α与作用力的关系
（前面已讲过）压力角α（或传动角γ）的大小反映 了机构传动性能的好坏。α↓( 或γ↑)，机构的传动性能越好。
压力角α：作用在从动件上的驱动力 方向（即沿接触点处的法线方向）与该力 作用点的绝对速度方向之间所夹的锐角。 注意：对于滚子从动件，压力角要作在
理论廓线上。
F可分解为：F′= Fcosα——有效分力
4 2 3
1
图3-4
如图所示的靠模车削机 构，工件1转动时，并和靠模 板3一起向右移动，由于靠模 板的曲线轮廓推动，刀架2带 着车刀按一定的运动规律作 横向运动，从而车削出具有 曲线表面的手柄。
如图所示的绕线机构，当 具有凹槽的圆柱凸轮转动时， 迫使从动件作往复移动，从而 均匀地将线绕在轴上。
高等机构学第三章
第三章 机构的结构理论本章介绍机构的组成理论，空间开链与空间闭链机构的自由度计算方法，平面机构的结构分析，运用图论讨论平面运动链的结构综合，介绍空间运动链的型综合，为机构类型的创新设计提供理论基础。
3-1机构的组成理论机构是表示机器组成情况和运动特征的数学模型。
机器中的运动部件转化为机构中的构 件，机器中各运动部件的可动连接转化为机构中的运动副。
这种表明机器组成和运动情况的 数学模型以机构运动简图的方式出现。
这样大大简化了机械的设计与分析的步骤，也促进了 机构学的迅猛发展。
机械种类繁多，结构复杂，特别是机械装置与电子装置、机械技术与液压技术、气动技术、传感技术、光电技术、控制技术的互相渗透结合，已形成机电一体化的高科技的系列化机械产品c 传统机械中的刚性运动部件有时可以被流体、弹性体、挠性体、磁场、电场等取代，所以，构件已不单纯为刚性体。
但本书的研究范围仍把构件局限在刚性体范畴之内。
无论科学技术如何发展，机械是水存的。
机械运动实现的主要手段仍以机械装置为主，所以，本书仍以刚性构件组成的机构为研究对象。
1．运动副的自由度如图3—1所示，一个构件在三维空间中有6个自由度，分别是绕3个坐标轴的转动和沿3个坐标轴的移动。
当用运动副把两构件连接时，构件的运动就会受到运动副的约束作用。
运动副的种类不同，所提供的约束数目不同。
如果运动副提供6个约束，则被连接的构件将失去可动性，连接件与被连接件成为一个刚体。
如果运动副提供0个约束，则被连接件仍保留运动的自由性，从而失去了连接作用。
因此运动副所能提供的最小约束为min 1C =，最大约束为max 5C =。
而运动副的自由度数为6减去运动副提供的约束数。
即 6f C =-式中 f 为运动副的自由度；c 为运动副提供的约束数。
运动副的自由度在1~ 5之间。
2．运动副的分类可以根据运动副提供的约束数日分类，也可以根据运动副的自由度数分类。
两种分类方法行有特色，本书按运动副的自由度分类。
机械设计基础(陈立德第三版)课后答案(1-18章全)
当 、 、 时的位移 、 、 分别为
（1）用极标法求理论轮廊上对应点的坐标值。
选取凸轮转轴中心为坐标原点，OX通过从动件的运动起始点，则理论轮廊上某点的极坐标方程为
因该凸轮机构为对心直动从动件，故 、 、 、
可求得
当 时：
当 时：
当 时：
（2）用极坐标方法出实际轮廓上对应点的坐标值。
紧螺栓连接中，螺纹部分受轴向力作用产生拉伸正应力σ，因螺纹摩擦力矩的作用产生扭转剪应力τ，螺栓螺纹部分产生拉伸与扭转的组合变形，根据强度理论建立强度条件进行强度计算。
7.10铰制孔用螺栓连接有何特点？用于承受何种载荷？
答：铰制孔用螺栓连接在装配时螺栓杆与孔壁间采用过渡配合，没有间隙，螺母不必拧得很紧。工作时螺栓连接承受横向载荷，螺栓在连接结合面处受剪切作用，螺栓杆与被连接件孔壁相互挤压。
5.7用作图法求出下列各凸轮从如题5.7所示位置转到B点而与从动件接触时凸轮的转角 。（可在题5.7图上标出来）。
题5.7图
答：
如题5.7答案图
5.8用作图法求出下列各凸轮从如题5.8图所示位置转过 后机构的压力角 。（可在题5.8图上标出来）
题5.8图
答：
如题5.8答案图
题5.9答案图
5.10一对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮顺时针匀速转动，基圆半径 ，行程 ，滚子半径 ，推程运动角 ，从动件按正弦加速度规律运动，试用极坐标法求出凸轮转角 、 、 时凸轮理论轮廊与实际轮廓上对应点的坐标。
11.12 试分析如题11.12图所示的蜗杆传动中，蜗杆、蜗轮的转动方向及所受各分力的方向。
题11.12
答：蜗杆、蜗轮的转动方向及所受各分力的方向如题11.12答案图所示。
第3章 机构设计(3小车运行机构)
第三节小车运行机构一、概述在岸边集装箱起重机上，实现集装箱或吊具吊梁作水平往复运动的机构总成称为小车运行系统。
包括运行小车总成，小车运行机构，小车钢丝绳卷绕和安全保护装置。
自行式的驱动机构布置在运行小车上，钢丝绳牵引式的驱动机构一般是布置在机器房内，有时也可将驱动机构布置在机器房下面的大梁内。
而运行小车则通过行走车轮，沿敷设在前、后大梁的轨道上运行来实现集装箱装卸作业。
对小车运行机构的要求：（1）运行小车上悬挂有司机室，司机可以在司机室内操作和控制起重机的各种作业动作。
（2）对于钢丝绳牵引式运行小车应设有机械式或液压式牵引钢丝绳张紧装置。
（3）驱动装置的减速器中的传动齿轮啮合的齿侧间隙要小，要求有较高的啮合精度，以减小运行过程中由于双向受力引起的冲击。
（4）小车运行系统还设置有各种安全保护装置和缓冲器，以保证运行小车在各种情况下都能安全可靠地工作。
（5）一般不设应急机构，近年来随着岸桥的外伸距加大，有的用户也提出要求装设应急机构。
二、运行小车的类型运行小车按其驱动型式和结构形式分类如下：（一）自行式运行小车1．小车的组成运行小车的驱动机构直接布置在小车架上。
一般采用交流变频电机驱动，经减速器减速后，直接传到车轮轴上来驱动车轮转动，从而实现小车的横移运动。
自行式运行小车包括驱动机构，车轮组、滑轮组、小车架、司机室、缓冲器、水平轮、锚定装置、顶升和防坠装置、安全限位装置，有的还包括小车分离装置等组成。
驱动机构则包括电机，联轴器、制动器、减速器、万向节传动轴等组成。
2．布置型式（1）板梁型自行式运行小车（图5-3-3.1）图5-3-3.1板梁型自行式运行小车1—液压缓冲器；2—小车架；3—小车滑轮组；4—小车分离装置；5—驱动机构；6—操纵室；7—小车车轮组（2）双箱梁自行式运行小车（图5-3-3.2）图5-3-3.2双箱梁自行式运行小车1—小车滑轮组；2—小车架；3—驱动机构；4—液压缓冲器；5—操纵室；6—钢丝绳托辊；7—小车车轮组；8—水平轮；9—限位安全装置（3）单箱梁自行式运行小车（图5-3-3.3）图5-3-3.3单箱梁自行式运行小车1—缓冲器；2—水平轮；3—驱动机构；4—起升滑轮组；5—安全限位装置；6—操纵室；7—小车架；8—小车车轮组（二）钢丝绳牵引式运行小车1．小车的组成牵引式运行小车包括驱动机构，钢丝绳缠绕系统，小车车轮组，小车起升滑轮组、小车架、司机室、缓冲器、水平轮、顶升和防坠装置、安全限位装置，有的还包括小车防摇分离装置。
机械原理 第3章 平面机构高副低代
F = 3×1 - 2×2 = -1
§2-6 平面机构的组成原理和结构分析
条件二：代替前后机构的瞬时速度和加速度不变 高副接触的低副代换图例
虚线部分为瞬时替代机构
图示机构中，构件1，2构成高副。
O1O2 = R1+ R2 n
故可作图 b 的等效替代
1
o1
R1 R2
o2
n
o1
1 O1
o2
C
2
2
O2
ALeabharlann （图 a ）Bo1 o2
用一个双低副的构件来替代高副，将 转动副中心置于高副元素曲率中心处。 可以保证替代前后瞬时运动关系不变。
1 2
A
（图 b ）
B
举例
O1 C 1
A B
2
2 C
O1 1
O2
O2
§2-6 平面机构的组成原理和结构分析
2.6.4 平面机构的高副低代
高副低代——采用低副代替高副进行变通处理的方法 代换原则 :
1.代换前后保持机构的自由度不变 2.代换前后保持机构的运动关系不变
要点——找出两高副元素的接触点处的公法线和曲率中心
§2-6 平面机构的组成原理和结构分析
2.6.4 平面机构的高副低代
§2-6 平面机构的组成原理和结构分析
例题：机构的结构分析（高副低代）
§2-6 平面机构的组成原理和结构分析
第三章 凸轮机构
图3-9 等加速、等减速 运动规律线图
3.2.2.3 简谐运动规律(余弦加速度运动规律)
图3-10 简谐运动线图 当一质点在圆周上作匀速运动时，该点在这个圆的直径上
的投影所构成的运动，称为简谐运动。从动件的位移按简 谐运动变化的运动规律，称为简谐运动规律。 如图3-10所 示，设从动件升程h为直径，其从动件的位移方程为 h (3-4) s (1 cos ) 2 由图3-10可知，当θ=π时，φ=φ0，故θ=πφ/φ0代入上式可导 出从动件推程时简谐运动方程为
单，是凸轮最基本的形式。盘形凸轮分为两种：利用外轮 廓推动从动件运动的称为盘形外轮廓凸轮，如图3-1、图3-2 所示；利用曲线沟槽推动从动件运动的称为盘形槽凸轮， 如图3-4所示。 盘形凸轮作等速回转时，从动件在垂直于凸轮轴线的平面 内运动(往复移动或摆动)，因此，盘形凸轮机构属于平面凸 轮机构。由于从动件的行程或摆动太大会引起凸轮径向尺 寸变化过大，不利于机构正常工作。因此，盘形凸轮机构 一般用于从动件行程或摆动较小的场合。
凸轮轮廓，便可得到从动件所需的运动规律。 缺点：凸轮与从动件属高副接触，压强大，易磨损。适用 于传力不大的控制机构和调节机构中。
3.1.2 凸轮机构的类型
3.1.2.1 按凸轮的形状分类
按凸轮的形状可分为盘形凸轮、移动凸轮和柱体凸轮3类。
(1) 盘形凸轮。是一个具有变化半径的圆盘形构件，结构简
图3-10 简谐运动线图
3.余弦加速度运动规律
5 特点: 4 加速度变化连续平缓. 3 始、末点有软性冲击. 2 6
S
7
8 H
d0
1 0
1 V
2
3
4
5
6
7
第3章 平面连杆机构(第3.1节)
`第三章平面连杆机构机构中的运动副全为低副，称机构为连杆机构。
根据机构中构件的相对运动情况，连杆机构可分为平面连杆机构、空间连杆机构和球面连杆机构。
本章讨论平面连杆机构。
根据平面连杆机构自由度的不同，又可将其分为单自由度、两自由度和三自由度平面连杆机构。
根据运动链的结构型式，可分为开式链和闭式链机构，本章讨论闭式链机构，开式链机构将在第8章中介绍。
对于闭式链机构，一般将机构中含有五个以上构件的平面连杆机构统称为平面多杆机构。
本章主要讨论单自由度平面四连杆机构，简要介绍平面多杆机构。
第一节平面四连杆机构的类型一、平面四连杆运动链表3-1 平面四连杆运动链类型平面四连杆机构是由四个构件通过四个低副构成的闭式链机构。
四个构件和四个低副只有一种基本闭式运动链型式。
四个低副可以是转动副也可以是移动副，组合后有表3-1所示的六种型式。
为叙述方便，用R表示转动副，P表示移动副，每种运动链可用运动链中运动副的类型和排列顺序来表示，如RRRR型等。
在RRRR、RRRP、RRPP和RPRP四种运动链中，只要指定某一构件为机架，就可得到自由度为1的平面四连杆机构。
将RRRR型机构称为平面铰链四杆机构，RRRP型机构称为含有一个移动副的平面四连杆机构，RRPP和RPRP型机构称为含有两个移动副的平面四连杆机构。
在RPPP和PPPP运动链中，运动链的公共约束为4，即4族机构，此时构成的机构的自由度为2，本书中不讨论。
在表3-1的第二列中，已列出了每种运动链可以取作为机架的特征构件的类型，第三列中列出了取不同运动副特征构件为机架得到的相应机构的名称。
如RRRR型运动链，取作为机架的构件运动副特征只有一种，即含有两个转动副的构件；对RRRP型运动链，取作机架的构件的运动副特征有两种可能性，即含有两个转动副的构件和含有一个转动副一个移动副的构件。
二、 平面铰链四杆机构图3-1 平面铰链四杆机构对表3-1中的平面铰链四杆运动链，取任一构件为机架，可得到如图3-1所示平面铰链四杆机构。
高等机构学第三章 机构结构理论
F=1+1+1+2+1+1=7
3、单环闭链机构的自由度计算
p
单环闭链机构的特点是p-n=1，故有：F fi 6 i 1
C C
C R
C
S
R
R
左图R3C机构中，F=1+2+2+2-6=1 右图SCRR中，F=3+2+1+1-6=1
根据运动副提供的约束计算机构自由度
每个Ⅳ类运动副有4个自由度，提供2个约束，
若机构中有 P4 个Ⅳ类副，将提供 2P4个约束。
每个Ⅴ类运动副有5个自由度，提供1个约束，
若机构中有 P5 个Ⅴ类副，提供 P5 个约束
机构自由度应为各可动构件自由度之和减 去各类运动副提供的约束总和
F 6n 5 p1 4 p2 3p3 2 p4 p5
4) Ⅳ类副：自由度f=4的运动副
Ⅳ类副中，提供2个约束，即C=2。 球槽副(用SG表示,sphere groove pair )
圆柱平面副(用CE表示,cylindrical even pair)
5) Ⅴ类副：自由度f=5的运动副
Ⅴ类副中，提供1个约束，即C=1。 球平面(SE, sphere even pair)为其代表，
根据运动副的自由度数分类的运动副
1) Ⅰ类副：自由度f = 1的运动副 Ⅰ类副中，共提供5个约束，故C=5
转动副（用R表示，revolute pair） 移动副（用P表示，prismatic pair ） 螺旋副（用H表示，helical pair ）
2) Ⅱ类副：自由度f=2的运动副
Ⅱ类副中，共提供4个约束，即C=4。
0 第3章 (1-4)凸轮机构
当凸轮与轴做成一体时：rb r rr (2 ~ 5) mm
当凸轮装在轴上时： rb rn rr (2 ~ 5) mm
r——凸轮轴的半径，mm； rn——凸轮轮毂的半径，mm；一般rn=(1.5~1.7)r； rr——滚子半径，mm； 2. 根据αmax≤[α]确定rb 已知推程运动角、行程和最大压力角，由诺模图求得。
盘形凸轮的结构设计
三、滚子半径的选择 （1）当滚子半径rr<ρ时，实际轮廓的曲率半径ρ'>0，即比
较圆滑;
（2）当滚子半径rr=ρ时， 实际轮廓的曲率半径ρ'=0， 出现尖点； （3）滚子半径rr>ρ时,实 际轮廓的曲率半径ρ'<0,轮 廓线发生叠交，叠交阴影 部分在实际加工过程中将 被切去。工作时，这一部 分的运动规律无法实现， 这种现象称为运动失真。
盘形凸轮的结构设计
Fx F sin
Fy F cos
由上述关系式知，压力角
α愈大，有效分力Ｆy愈小，有 害分力Ｆx愈大。当a角大到某
一数值时，必将会出现Fy<Fx 的情况。这时，不论施加多大
的Fn力，都不能使从动件运动， 这种现象称为自锁。因此，为
了保证凸轮机构的正常工作，
必须对凸轮机构的压力角进行
盘形凸轮的结构设计
图解法设计凸轮轮廓曲线时，假设凸轮的基圆半径、滚 子半径等尺寸均为已知。而在实际设计时，则需根据机构的 受力情况，并考虑结构的紧凑性、运动的可靠性等因素，合 理确定这些尺寸。
一、压力角
不考虑从动件与凸轮 接触处的磨擦，凸轮对从 动件的作用力F沿接触点 A的法线n方向，直动从动 杆的速度v沿导路方向。 从动件所受作用力F与受 力点速度ν间所夹的锐角 称为凸轮机构的压力角， 用α表示。
第三章 配气机构
第三章配气机构§3-1凸轮机构凸轮机构的分类：按凸轮形状分：1）盘形凸轮2）移动凸轮3）圆柱凸轮按从动件型式分：1）尖底从动件；2）滚子从动件；3）平底从动件按维持高副接触分（锁合）；1）力锁合→弹簧力、重力等2）几何锁合：等径凸轮；等宽凸轮凸轮机构的优点：结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。
缺点：1）点、线接触易磨损；2）凸轮轮廓加工困难；3）行程不大§3-2配气机构的作用是按照发动机每一缸内所进行的工作循环和发火顺序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜可染混合气（汽油机）或空气（柴油机）得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排除。
新鲜空气或可染混合气被吸入气缸越多，则发动机可能发出的功率越大，新鲜混合气或空气充满气缸的程度，用充气效率来表示。
充气效率=在进气行程中实际进入气缸的新鲜空气或可染混合气的质量/充满气缸工作容积的质量。
充气效率越高，表明进入气缸内的新鲜空气或可染混合气质量越多，燃烧混合气可能发出的热量越大，发动机的功率越大。
对一定容积的发动机而言，V一定，质量与进气终了的T和P有关，进气的T和P越低，进气质量越大，充气效率越高。
但由于进气系统对气体造成阻力使进气终了时的气缸内压力下降，有因为上一轮循环中残余的高温废气，使进气终了气体温度升高，实际进入气体的质量总小于在一般张态下的充满气缸气体的质量。
也就是说，充气效率总小于1。
一般为0.8~0.9。
一、配气机构的分类配气机构可以从不同角度分类。
按气门的布置型式，主要有气门顶置式和气门侧置式；按凸轮轴的布置位置，可分为凸轮轴下置式，凸轮轴中置式；和凸轮轴上置式；按曲轴和凸轮轴的传动方式，可分为齿轮传动式和链条传动式和齿带传动式。
按每气缸气门数目，有二气门式、四气门式等。
1．气门的分布型式气门顶置式配气机构应用最广泛，其进气门和排气门都倒挂在气缸上。
第三章中央银行制度的类型和组织结构
一．单一制中央银行制度（或称一元制） 单一制中央银行制度（或称一元制） 是指国家建立单独的央行机构， 是指国家建立单独的央行机构，使之 全面行使央行职能。 全面行使央行职能
特点：权力集中，职能齐全， 特点：权力集中，职能齐全，有较多的分 支机构。 支机构。
香港：中央银行职能分别由几个公私金融机构共同行使。 香港：中央银行职能分别由几个公私金融机构共同行使。 在货币发行方面， 在货币发行方面，港府授权汇丰银行和渣打银行共同发行法 偿货币，辅币由港府自己发行。1994年 偿货币，辅币由港府自己发行。1994年5月，中国银行也成 功地参与发行港钞； 功地参与发行港钞； 货币政策方面，由港府金融管理局管理外汇基金， 货币政策方面，由港府金融管理局管理外汇基金，负责币制 与汇率的重大决策。1981年成立的 香港银行公会” 年成立的“ 与汇率的重大决策。1981年成立的“香港银行公会”也参与 协调银行的货币和信贷政策。 协调银行的货币和信贷政策。 服务方面， 服务方面，汇丰银行和渣打银行是接受政府存款和保管其他 公款的主要银行，在金融紧急时刻也充当“最后贷款人” 公款的主要银行，在金融紧急时刻也充当“最后贷款人”的 角色。 角色。 另外，汇丰银行独家管理票据交换所， 另外，汇丰银行独家管理票据交换所，集中其他银行与金融 机构清算准备金； 机构清算准备金；金融监管职能由香港银行监理处和证券监 理专员负责。 理专员负责。 中国人民银行将在必要时对香港的金融稳定提供支持 。
四、中央银行的分支机构设置 中央银行的分支机构设置 1. 按经济区域设置，体现商品经济规律的要 按经济区域设置， 有利于排除政府的过度干预。 求，有利于排除政府的过度干预。 2. 按行政区域设置，不符合经济规律要求， 按行政区域设置，不符合经济规律要求， 增加政府干预机会。 增加政府干预机会。 3. 以经济区域为主，兼顾行政区划设置 以经济区域为主，兼顾行政区划设置。
第三章 外交机构的组成及其职能
王稼祥
李 克 农
章 汉 夫 右 与 乔 冠 华
()
苏联大使罗申向毛泽东主席递交的国书
新中国任命的首批15位大使
• 驻苏联大使 王稼祥
驻瑞典大使兼丹麦公使 耿飚
• 驻缅甸大使 姚仲明
驻罗马尼亚大使 王幼平
• 驻捷克斯洛伐克大使 谭希林
• 驻波兰大使 彭明治
驻印度尼西亚大使 王任叔
• 驻匈牙利大使 黄镇
二、 当代各国外交的机构的 组成及其职能
• 外交机构分为： 外交的决策机构
外交的专职执行机构
外交的代表机构
1．外交决策机构
• （1）、定义：是一个国家组织和协调外交活动 的最高机构。
• 外交决策权一般都掌握在一个国家最高领导或实 际掌握一国最高行政权力的执行机关手中。
• 目前，中国的外交最高决策权一般都在中央外事 领导小组。毛泽东时代，毛个人决策作用很大。 第三代领导核心更加注重科学决策。
• 与资本主义国家谈判建交
新中国的外交形势
苏联首任驻华大使罗申向毛泽东主席递交国书后的留影
与资本主义国家建交的三条原则
• 第一，凡愿与我建交的国家必须同台湾当局断 绝外交关系；
• 第二，对我国采取友好态度，支持新中国恢复 在联合国的合法席位；
• 第三，通过谈判证实其尊重我国主权的诚意。
区别对待三类不同类型的资本主义国家
• 2、从各大军区调来的领导骨干。
• 3、从大学选出来的文科毕业生。 • 4、少量起义的旧外交人员担任专家或顾问。
由外事机构到外交部的演变
1938年武汉 对外宣传小组
1939年重庆外事组
1946年 中共代表团南京办事处
1947年山西临城 中共中央外事组
第3章 回转机构
变位 特点
② 小齿轮可减少到12个齿，齿顶厚加大，
③ 标准中心距，便于计算； ④ 啮合时不发生干涉，小齿轮不发生根切；
⑤ 加工可以采用标准设备和刀具。
§3-4 回转机构传动方式及特点
一. 对回转机构的基本要求：
①在角加速度和回转力矩不超过允许值的前提下， 应尽可能缩短回转时间。 ② 回转时工作装置的动载系数不应超过允许值。 ③ 回转能量损失最小。
第三章
回转机构
1. 回转机构的传动形式
目的
2. 回转支承的结构和特点 3. 回转支承的选型计算 4. 转台运动分析与最佳转速的计算
§3-1 回转机构的结构
一. 类型
1.半回转机构
回转角度：90°～270°
①. 双油缸驱动 实例
§3-1 回转机构的结构
一. 类型
1.半回转机构
回转角度：90°～270°
考虑通用性，二排滚球直径尽量相等。 组合滚子 接触角可到90°，
三. 常用的回转支承结构
1. 单排滚球 式 2. 双排滚球 式
3. 交叉滚柱 式 4. 组合滚子 式
滚动体呈圆柱形或圆锥形，相邻滚柱按轴线交叉排列； 接触角通常为45°； 滚道为平面，滚柱与滚道理论上是线接触； 对连接构构件的刚性和安装精度的要求比滚球式高。
WK
G2
起制动力矩 PS
回转齿轮啮合力： PN 自然载荷：风载、坡载
挖掘工况
回转工况
G3 G土
计算：GP，H P , M
§3-2 回转支承的受力分析
一. 回转机构的受力分析
挖掘工况 回转工况
G4
HP
计算：GP，H P , M
陈立德第五版-机械设计基础 第3章 平面机构结构分析
注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的 ! 虚约束的作用： 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。
第三章
平面机构结构分析
上节课重点内容回顾
机械：是机器和机构的总称
机器：根据使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，可用 来变换或传递能量、物料和信息。包含另一个或多个机构。 机器的特征：
1. 人为装配组合而成的实物体； 2. 各实物体之间具有确定的相对运动； 3. 能完成有用的机械功或转化机械能。
a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动 三个条件，缺一不可
运动副元素——两构件上直接接触而构成运动副的表面。 (构成运动副的点、线、面)。
运动副元素不外乎
为点、线、面。
自由度——构件所具有的独立运动个数 。
空间构件：——6个
移动：X、Y、Z；转动：X、Y、Z
平面构件：——3个
在XOY平面，移动X、Y；转动Z
=0
2 3
1
4
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0
=1
3 2
1
4
5
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－0
=2
F =3n－2pl－ph = 3 2－2 2－1
=1
B
C A
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 = 1
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－ 1 = 1
3. 虚约束
是重复约束或对机构运动不起限制作用的约束， 又叫消极约束。
意义：
增加构件的刚度、使构件受力均衡； 要求制造精度高，加工误差大可能会将虚约束变成 实际约束。
第三章 曲柄连杆机构
制作：程金铭
裙部表面的保护 1）镀锡 ）
油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。 油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。
2）涂石墨(柴油机） ）涂石墨 柴油机 柴油机） 易脆断可加速磨合，自润滑。 易脆断可加速磨合，自润滑。 3）表面粗糙化 ） 有规律的粗糙化，可加速磨合， 有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存 机油润滑。 机油润滑。
制作：程金铭
（1）按气缸体与 ） 油底壳安装平面位 置不同分为
名称 性能
油底壳安装平 面和曲轴旋转 中心在同一高 度。
应用
机体高度小、 机体高度小、重 492Q汽油 汽油 一般式 量轻、结构紧凑， 量轻、结构紧凑， 机，90系 系 平分式） 便于加工拆卸。 （平分式） 便于加工拆卸。 列柴油机。 列柴油机。 刚度和强度差。 刚度和强度差。 龙门式 捷达轿车、 捷达轿车、 强度和刚度较好。 强度和刚度较好。 富康轿车、 富康轿车、 工艺性差、 工艺性差、结构 桑塔纳轿 笨重、加工困难。 笨重、加工困难。 车 结构紧凑、 结构紧凑、刚度 负荷较大 和强度好。 和强度好。难加 的柴油机 工艺性差、 工、工艺性差、 上。 曲轴拆卸不方便。 曲轴拆卸不方便。 油底壳安装 平面低于曲 轴的旋转中 心。 气缸体上曲 轴的主轴承 孔为整体式。 孔为整体式。
制作：程金铭
三、工作条件
承受机械载荷： 承受机械载荷： 1、气体压力、惯性力、离心力、摩擦力 、气体压力、惯性力、离心力、 2、汽车行驶中产生的冲击力。 、汽车行驶中产生的冲击力。
制作：程金铭
§3.2 机体组
机体组组成： 机体组组成：
气缸垫 气缸盖 油道和水道 气缸体 曲轴箱
油底壳 气缸
制作：程金铭
连杆组件分解图
机械原理 第3版 第3章 平面连杆机构的运动分析
3、瞬心位置的确定
2）两个构件之间没有用运动副连接时，可
用三心定理求出的瞬心位置
Kennedy Theorem
Aronhold-Kenndy Theorem
1）两个构件之间用运动副连接时，可直接
判断出的瞬心位置
primary center
10
1. 选择一个适当的比例尺画出机构运动简图;
2. 找出机构的全部瞬心并标注在机构简图上;
17
已知机构尺寸和主动件角速度1，求2和3
1、利用Vp12求2
18
2、利用Vp13求3
求3的思路
19
P12
P23
1、利用瞬心P12,求V2
已知凸轮角速度1,求推杆速度V2
P13
P23
20101011-04-2-08
速度瞬心法 相对运动图解法
复数法 矩阵法 矢量法
二、运动分析的方法
6
1、瞬心概念：作平面相对运动的两构件，以 看成是围绕一个瞬时重合点作相 对转动，该重合点称为瞬时速度 中心，简称瞬心。
24
第三节 用相对运动图解法对机构进行运动分析
一、相对运动图解法的基本原理
理论力学知识1、同一构件上两点之间的速度、加速度的关系2、两构件重合点处的速度与加速度关系
25
速度关系
加速度关系
1、同一构件上两点之间的速度、加速度的关系
牵连运动是移动，相对运动是转动。
26
2.两构件重合点处的速度和加速度矢量关系
第三章 平面机构的运动分析
2010.10.13 第5次课
21
复 习
1.平面机构的结构分析把一个机构分解为原动件和杆组的过程。机构结构分析的一般步骤 a计算自由度确定原动件 b高副低代，去掉局部自由度和虚约束 c开始拆杆组注意：拆去杆组后，剩余部分仍然是机构 同一个机构选用不同构件作原动件时，其机构的级别可能不同
第三章曲柄连杆机构
第三章 曲柄连杆机构
为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气
缸和气缸盖进行适当地冷却。
第三章 曲柄连杆机构
二、气缸套
气缸直接镗在气缸体上称为整体式气缸，整体式气
缸强度和刚度都好，能承受较大的载荷，但这种气缸对
材料要求高，成本高。
干式气缸套
第三章 曲柄连杆机构
湿式气缸套
第三章 曲柄连杆机构
三、气缸盖
气缸盖安装在气缸体的上面, 从上部密封气缸并构
成燃烧室。
第三章 曲柄连杆机构
四、汽油机燃烧室
第三章 曲柄连杆机构
五、气缸垫
气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其作用是保证气缸 盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。
活塞环密封面
气环开口形状
第三章 曲柄连杆机构
气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、扭曲环、 锥面环、梯形环和桶面环。
第三章 曲柄连杆机构
第三章 曲柄连杆机构
第三章 曲柄连杆机构
2. 油环
第三章 曲柄连杆机构
三、活塞销
活塞销的作用是连接活塞和连杆小头，并把活塞承受 的气体压力传给连杆。
第三章 曲柄连杆机构
第三章 曲柄连杆机构
3. 连杆大头
（1）连杆大头的形式
1）平分
第三章 曲柄连杆机构
2）斜分
斜分式连杆及其定位方法
第三章 曲柄连杆机构
（2）连杆轴瓦 为了减小摩擦阻力和曲轴连杆轴颈的磨损, 连杆大头 孔内装有瓦片式滑动轴承， 简称连杆轴瓦。
连杆轴瓦 1—钢背 2—油槽 3—定位凸键 4—减磨合金杆轴瓦
第三章 曲柄连杆机构
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=1
3.4.3.2
空间机构自由度的计算公式
F 6n (5 p5 4 p4 3 p3 2 p2 p1 )
F 6n kpk
k 1 5
… … … … … … … … … … (4-2) … … … … …(4-2’)
其中：
F ─空间机构自由度； n ─机构中的活动构件数；
（4-3）
q 其中， 为公共约束数。
举例： 圆锥齿轮机构
所有构件的三个移动自由 度均被约束，故机构有三 q3 个公共约束
p5 2
p4 1
由
F n (6 q )
得 F (6 3) 2 2 (5 3) 1 (4 3) 1
k q 1
(k
链接1
链接2 链接3
链接1 2 3
链接1 2
绘制机构运动简图
绘制思路：
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。
绘制步骤：
运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目； 测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），
引子：机构结构探讨
中间传动构件 （从动件） 主动件
执行构件 （从动件）
3.5
机构的组成原理
3.5.1 基本杆组
机构具有确定运动的条件是原动件数＝自由度。 现设想将机构中的原动件和机架断开，则原动件与机架 构成了基本机构，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。
有连接为1，无连接为0
邻接矩阵：刻画了拓扑图中边与边之间的邻接关系。
v1 v2 v3 v4 v5 v6 v1 v2 Am v3 v4 v5 v6 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0
邻接为1，非邻接为0
例： 已知：AB＝ CD ＝ EF，图示平行四边形 求机构的自由度。 2 E B 求解： 1 4 n=4，PL =6， Ph =0 F=3×4 －2×6 =0 A C 3 D
F
分析：FE＝AB ＝CD ，故增加构件4前后E点的轨迹都 是圆弧，增加的约束不起作用，应去掉构件4。 虚约束－－对机构的运动实际不起作用的约束。 计算自由度时应去掉虚约束。
机构运动简图－用以说明机构中各构件之间的相对
运动关系的简单图形。
作用： 表示机构的结构和运动情况； 作为运动分析和动力分析的依据
机构运动简图：按照国家标准中规定的符号和线条、
并按比例表达出来，从而反映出机构的运动特性。 （构件、运动副的表示） 机构示意图－若不考虑各运动副间的相对位置，不按 比例绘制的机构简图 （运动方案设计阶段）
B
F 6 3 2 5 1 4 1 3 1
公共约束
公共约束: 是指在机构中由于运动副的特性及布
置的特殊性，使得机构中所有的活动构 件共同失去了某些自由度，即对机构中 所有活动构件同时施加的约束。
F n (6 q )
k q 1
(k
5
q) p k
5
q) p k
3.4.4
过约束
过约束: 公共约束和虚约束的统称。 这些约束均与构件的尺寸、加工和装配精度有密切 的关系。 如果虚约束的条件不能满足的话，“虚约束”也同 样会起到运动约束的作用，工程中常常出现的机构运转 不灵活、甚至“卡死”等现象往往是由于没有满足虚约 束条件而造成的。 由此可见，有公共约束和虚约束的机构在设计、制 造和装配等方面将会提出更高的要求。
邻接矩阵是一个对角线元素为0的对称矩阵
机构简图
求解流程解析 v1
邻接矩阵
v1 v2 v4 v5 v6
e1 A 1 1 0 0 0 0
v2 v3 v4 v5 v6 1 0 0 0 1 0
e3 C 0 0 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1
e2 B 0 1 0 0 1 0
0 0 0 1 0 1
e4 D 0 0 1 0 0 1
动画链接
常见的虚约束
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、椭圆仪等。
2.两构件构成多个移动副，且导路平行
动画链接1、2
3.两构件构成多个转动副，且同轴 2 2' C
B
A
1 3
D
动画链接1 2 3
4.运动时，两构件上的两点距离始终不变
5.对运动不起作用的对称部分。如多个 行星轮。
通常采用将构件表示为顶点、运动副表示为边的方法。
其中：V1～V6表示构件1～6； e1～e7表示运动副A～G 拓扑图中，比较重要的是关联和邻接的概念：一条边的 顶点与该边关联，反之，一条边与其顶点也关联；与同 一条边关联的两个顶点互相邻接，反之，有公共顶点的 两条边也互相邻接。
3.3.2 机构拓扑图的关联矩阵和邻接矩阵 关联矩阵：刻画了拓扑图中边与顶点之间的关联关系。
θ
θ
4
链接1、链接2
例题3： 计算图示凸轮机构的自由度 求解过程：
活动构件数 低副数 高副数 PL=2 Ph =1 1 F=3n － 2PL － Ph = 3×2 －2×2－1 =1
运动演示
n=2 2
3
自由度计算中的特殊问题
例题4: 计算图示圆盘锯机构的自由度。
求解过程： 活动构件数 低副数 PL=6 n=7 1 D 4 E 5 6 7 C F
B
8
动画演示
局部自由度
分析：
对于左边的机构，有：
n=3，PL =3， Ph =1 F=3×3 －2×3 －1=2
3 2 1
3
2
1
对于右边的机构，有：
n=2，PL =2， Ph =1
F=3×2 －2×2 －1=1
比较两种凸轮机构的自由度
事实上，两个机构的运动相同，且F=1
动画演示
虚约束
B 1 2 A C H I F 3 5 6 7 G 8
复合铰链
D 4 E
虚约束
K 9
求解： n=8，PL =11， Ph =1
F =3n － 2PL － Ph
=3×8 －2×11 －1 =1
D 4 5 F 6 G B 1 2 3 E I A 7 H
局部自由度
C
虚约束
求解： n=6，PL =8， Ph =1 F =3n － 2PL － Ph =3×6 －2×8 －1
第 3 章 机构的结构和设计
3.1 运动链、机构
1.运动链
运动链－两个以上的构件通过运动副的联接 而构成的系统。或构件通过运动副联接而成 的装配体，称为运动链。
闭式运动链：如果运动链中的每一个构件都与两
个或两个以上构件相连接，这样的运动链为闭链；
开式运动链：如果运动链中至少有一个构件上只
有一个运动副元素，这样的运动链为开链。
链接1
链接2
3.4.2
机构的自由度与原动件数
原动件——指将运动和驱动力传入到机构中的构件。
∵ 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
3.4.3 机构自由度的计算公式
3.4.3.1 平面机构自由度的计算公式
作平面运动的刚体在空间的位
置需要三 个独立的 参数 （x ， y, θ）才能唯一确定。
动画演示1、2、3
平面运动链：如果运动链中所有构件上点的运动轨迹都 在平行的平面上，则称运动链为平面运动链；否则，为 空间运动链 。
2.机构
机构：将运动链中的一个构件或运动副 与机架连接在一起，便成为一个机构。 相应运动链的分类 开链机构 闭链机构 平面机构 空间机构
作者：潘存云教授
链接
链接
3.2 机构运动简图
关联矩阵或邻接矩阵：
描述构件的作用和构件之间相互联系。
拓扑图：
为得到机构的关联矩阵或邻接矩阵，将机构的运动 简图进一步抽象为机构的拓扑图。 机构 机构运动简图 拓扑图 关联矩阵或邻接矩阵
3.3.1 机构与机构的拓扑图 拓扑图: 用来描述某一事物（物体）与
另外一些事物（物体）之间联系的抽象模 型。事物（物体）用顶点表示，事物（物 体）之间的联系用连接顶点的边表示 。
（ k 1,2, ,5）─运动副的级； p k （k 1,2, ,5）─机构所含Ⅰ～Ⅴ级副的个数。
k
自动驾驶仪操纵机构
A: 构件1、2之间形成的圆 柱副，属Ⅳ级副 B: 构件2、3之间形成的转 动副，属Ⅴ级副
D
A C
C: 构件3、4之间形成的球 面副，属Ⅲ级副
D: 构件3、4之间形成的转 动副，属Ⅴ级副
1 0 1 0 0 0
e5 E 0 0 1 1 0 0
0 1 0 0 0 1
e6 F 1 0 0 1 0 0
1 0 1 0 1 0
e7 G 1 0 0 0 0 1
Am v3
关联矩阵 v1
v2 v3 v4 v5 v6
拓扑图
3.4 机构的自由度
3.4.1 机构自由度的概念
(Freedom)
定义1：确定机构相对机架位置的独立广义坐 标数称为机构的自由度。 定义2：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。
绘制示意图。
按比例绘制运动简图。
简图比例尺： μl =实际尺寸 m / 图上长度mm 检验机构是否满足运动确定的条件。
顺口溜：
先两头，后中间，从头至尾走一遍， 数数构件是多少，再看它们怎相联。
例1：绘制图示颚式破碎机的机构运动简图
动画演示
分析：该机构有6个构件和7个转动副。