机械原理机构结构分析
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机械原理—平面机构的结构分析
齿轮齿廓
作者：潘存云教授
活塞与缸套
§2-1 运动链与机构
按两构件之间相对运动方式分：
运动副
转动副——两构件之间的相对 运动为转动的运动副
移动副——两构件之间的相对 运动为平动的运动副
对于空间机构，还有螺旋副和球面副
§2-1 运动链与机构
按两构件之间接触方式分：
运动副
低副——两构件之间为面接触 的运动副
第二章 平面机构的结构分析
§2-1 运动链与机构 §2-2 机构运动简图 §2-3 机构自由度的计算 §2-4 机构分析与创新 §2-5 机构结构的拓展内容简介
§2-1 运动链与机构
机构是传递机械运动的装置，也就是传递机械运动、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。
在
机 架 上
齿 轮 齿
的 电 机
条 传 动
圆
带
锥
传
齿
动
轮
传
动
§2-2 机构的运动简图
链
圆柱
传
蜗杆
动
蜗轮
传动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
凸 轮 传 动
§2-2 机构的运动简图
内啮
棘
合圆
轮
柱齿
机
轮传
构
动
§2-2 机构的运动简图
（3）构件表示时的注意事项:
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动 副的性质。
C D4
A1 1 B
3 2
5
E
6
冲床传动机构运动简图
§2－2 平面机构运动简图
§2－2 平面机构运动简图
§2－2 平面机构运动简图
机械原理第1章机构组成原理及机构结构分析
常用机械零部件名词解析
连杆 滑块 齿轮
皮带
用于连接不同部件的刚性杆件，传递力和运动。
具有直线运动轨迹的零件，常用于变换运动方向。
通过齿轮的啮合传递运动和力，常用于调整速度和 扭矩。
用于传递运动和力的带状零件，具有较好的柔性和 缓冲性能。
传动链的定义和分类
传动链是指通过传动装置将动力和运动从一个部件传递到另一个部件的系统。
分类
机构按照构件的排列方式和运动副的类型等进行分类， 如平行机构、串联机构、单自由度机构等。
机构运动分析方法
1 图解法
使用图示的方式分析机构的运动特性，包括图线法和位移法等。
2 解析法
使用数学和物理方法，通过建立运动方程来分析机构的运动。
3 模拟法
使用计算机仿真软件对机构进行建模和分析，得到运动的详细信息。
分类
机构按照运动的类型、工作原理和用途等进行分类， 如平面机构、空间机构、齿轮机构、摆线机构等。
机构元素及其种类
机构元素
构成机构的基本组成部分，如构件、连接件、运动副等。
种类
常见的机构元素有连杆、滑块、齿轮、皮带等，它们在机械系统中起到关键的作用。
机构的基本组成及其分类
基本组成
机构通常由若干个运动副和构件组成，通过连接件连接 在一起，形成特定的结构。
定义
传动链是由多个传动副组成的机构系统，用于传递力 和运动。
分类
传动链按照传递方式、传递元件和特点等进行分类， 如正隙传动、斜隙传动和无隙传动。
齿轮传动及其种类
概述
齿轮传动是一种常见的传动方式，通过齿轮的啮合传递 运动和力。
种类
常见的齿轮种类有直齿轮、Hale Waihona Puke 齿轮、锥齿轮等，用于不 同的应用场景。
机械原理平面机构的结构分析主要内容：
第一章平面机构的结构分析本章主要内容：１）平面机构运动简图的绘制２）平面机构自由度的计算及机构具有确定运动的条件３）机构的组成原理及结构分析1-1. 研究机构结构的目的(1) 探讨机构运动的可能性及其具有确定运动的条件(2) 将各种机构按结构加以分类，并按分类建立运动分析和动力分析的一般方法(3) 了解机构的组成原理(4) 绘制机构运动简图1-2. 运动副、运动链和机构一、运动副基本概念：1运动副：两构件直接接触形成的可动联接运动副1 运动副2 运动副2运动副元素：参与接触而构成运动副的点、线、面。
3自由度：构件所具有的独立运动的数目4约束：对独立运动所加的限制运动副的分类：1根据运动副的接触形式，运动副归为两类:1）低副：面接触的运动副。
如转动副、移动副。
2）高副：点或线接触的运动副。
如齿轮副、凸轮副。
2根据两构件的空间运动形式，可将运动副分为平面运动副和空间运动副。
1）平面运动副：组成运动副两构件间作相对平面运动，如转动副、移动副、凸轮副、齿轮副。
2）空间运动副：组成运动副两构件间作相对空间运动。
如螺旋副，球面副运动副的约束特点：具有两个约束而相对自由度等于一的平面运动副：转动副和移动副。
具有一个约束而相对自由度等于二的运动副：高副约束一个相对转动而保留两个相对移动的运动副是不可能存在的。
二、运动链•运动链：两个以上构件以运动副联接而成的系统。
•闭链：组成运动链的每个构件至少包括两个运动副元素，该运动链为封闭系统。
•开链：运动链中有的构件只包含一个运动副元素。
三、机构从运动链的角度，机构需具有下列特点:•1) 运动链中有机架•2) 各构件间有确定的运动1-3．平面机构运动简图一、机构运动简图的定义及作用说明机构各构件间相对运动关系的简单图形.机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表示构件和运动副，并按一定比例表示各运动副的相对位置.•组成：线条和符号•符号：表示运动副二、机构运动简图的绘制1.运动副的表示符号：1)两构件构成转动副2)两构件构成移动副3)两构件组成平面高副用两构件接触点（线）附近的两段轮廓表示2.构件的表示方法将该构件上的运动副元素按其位置表示出来，再用简单的线条将这些运动副联接起来，就可表示这个构件。
机械原理第1讲结构分析
杆、轴构 件
固定构件
同一构件
两副构件
三副构件
3、机构的表示方法 机构运动简图：用规定符号和简单线条代表运动副和构件，并按一定比例表示各运动
副的相对位置。
机构示意图： 用规定符号和简单线条表示运动副和构件。
差别：机构运动简图需按比例表达出运动副间的相对位置，机构示意图仅能表达机构
的结构情况。
4、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）；
掌握 （3） 机架、原动件、从动件的联系与区别
（4） 运动副的分类与判断
（5） 运动副的表示方法、平面机构运动简图的绘制
熟练掌握 （1） 自由度的计算，机构确定运动的条件
三、重要名词解释 1、机构：能够实现预期的机械运动的各部件的基本组合体称为机构。 2、机器：根据某种使用要求设计，将一种或多种机构组合在一起，用以实现预定运动或用 来传递和交换能源、物料和信息的装置。 3、机械：机器与机构的总称。 4、原动件：驱动力作用的构件。 5、机架：凡本身固定不动的构件，或相对地球运动但固结于给定坐标参考系统并视为固定 不动的构件成为机架。 6、从动件：随着原动件运动而运动的构件。 7、运动副：凡两构件直接接触且能够保证有一定相对运动的联结成为运动副。 8、高副、低副：面接触的运动副称为高副，点或线接触的运动副称为低副。 9、自由度：在机构中，独立运动的数目或确定构件位置的独立参数的数目称为自由度。 10、约束：机构运动副中由于相对运动受限导致自由度减少的限制较约束 11、复合铰链：两个以上的构件在同一轴线上用转动副联接而成的结构。 12、局部自由度：机构中存在与否不影响整个机构运动规律的自由度。
机械原理典型例题第二章机构分析
A
A
B
C
运动链能够成为机构的条件是，运动链相对于机架的自由度大于零，且等于原动件的数目。 平面机构的级别取决于机构能够分解出的基本杆组的级别。
Y
N
1
2
3
2.判断题：
作业评讲
2-8: 图示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A来连续回转，而固定在A轴上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动达到冲压的目的。试绘出机构运动简图，分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。
例4：图示机构中，AB∥=EF ∥=CD，试计算机构自由度。
解： C处为复合铰链， m=3； G处为局部自由度；有一个虚约束。 I处有一个高副虚约束。 机构ABCDEF为平行四边形机构，构件EF及引入的约束为虚约束。 机构自由度F n=6, Pl=7, Ph=2 F=3n-2Pl- Ph =3×6-2×7-2 =2
F=3×8-2×10-2 =2
局部自由度
复合铰链
F=3×7-2×9-2 =1
虚约束
2-14(b):图示凸轮—连杆组合机构的自由度。在D处为铰接在一起的两个滑块。
虚约束
局部自由度
F=3×5+2×6-2=1
2-17: 试计算所示惯性筛机构的自由度，判断机构是否具有确定的运动（标箭头的构件为原动件）。
不同的原动件，组成机构的杆组与级别不相同。
例9：图示牛头刨机构设计方案图。设计者的意图是动力由曲柄1输入，通过滑块2使摆动导杆3做往复摆动，并带动滑枕4往返移动以达到刨削的目的。试分析此方案有无结构组成原理上的错误，若有，请说明原因并修改。（作业：补充修改方案）
解： 机构的自由度， n = 4, pl = 6, ph = 0 F = 3n - 2 pl - ph = 3×4－2×6－0 =0 F＜机构原动件数 不能运动。 修改： 增加机构自由度的方法是：在机构的适当位置添加一个活动构件和一个低副或者用一个高副代替原来机构中的一个低副。AEBDCFG
A
B
C
运动链能够成为机构的条件是，运动链相对于机架的自由度大于零，且等于原动件的数目。 平面机构的级别取决于机构能够分解出的基本杆组的级别。
Y
N
1
2
3
2.判断题：
作业评讲
2-8: 图示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A来连续回转，而固定在A轴上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动达到冲压的目的。试绘出机构运动简图，分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。
例4：图示机构中，AB∥=EF ∥=CD，试计算机构自由度。
解： C处为复合铰链， m=3； G处为局部自由度；有一个虚约束。 I处有一个高副虚约束。 机构ABCDEF为平行四边形机构，构件EF及引入的约束为虚约束。 机构自由度F n=6, Pl=7, Ph=2 F=3n-2Pl- Ph =3×6-2×7-2 =2
F=3×8-2×10-2 =2
局部自由度
复合铰链
F=3×7-2×9-2 =1
虚约束
2-14(b):图示凸轮—连杆组合机构的自由度。在D处为铰接在一起的两个滑块。
虚约束
局部自由度
F=3×5+2×6-2=1
2-17: 试计算所示惯性筛机构的自由度，判断机构是否具有确定的运动（标箭头的构件为原动件）。
不同的原动件，组成机构的杆组与级别不相同。
例9：图示牛头刨机构设计方案图。设计者的意图是动力由曲柄1输入，通过滑块2使摆动导杆3做往复摆动，并带动滑枕4往返移动以达到刨削的目的。试分析此方案有无结构组成原理上的错误，若有，请说明原因并修改。（作业：补充修改方案）
解： 机构的自由度， n = 4, pl = 6, ph = 0 F = 3n - 2 pl - ph = 3×4－2×6－0 =0 F＜机构原动件数 不能运动。 修改： 增加机构自由度的方法是：在机构的适当位置添加一个活动构件和一个低副或者用一个高副代替原来机构中的一个低副。AEBDCFG
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：第二章机构的结构分析
斜齿轮机构
两个齿轮的齿廓为斜线，实现直线的 运动传递，同时具有较好的承载能力 和传动平稳性。
02
CHAPTER
机构的运动分析
机构运动简图
总结词
机构运动简图是表示机构运动关系的图形，通过图形化方式展示机构的组成和运 动传递路径。
详细描述
机构运动简图是一种抽象的图形表示，它忽略了机构的实际尺寸和形状，只关注 机构中各构件之间的相对运动关系。通过绘制机构运动简图，可以清晰地了解机 构的组成、运动传递路径以及各构件之间的相对位置和运动方向。
常见的受力分析方法
详细描述：常见的受力分析方法包括解析法、图解法和 有限元法等，每种方法都有其适用范围和优缺点，应根 据具体情况选择合适的方法。
机构的平衡分析
总结词
理解机构平衡的概念是进行平衡 分析的前提。
详细描述
机构平衡是指机构在静止或匀速 运动状态下，各作用力相互抵消 ，机构不会发生运动状态的改变 。
轮系
定轴轮系
各齿轮的转动轴线固定，齿轮的 运动由一个主动轮通过各齿轮的
啮合传递到另一个从动轮。
行星轮系
其中一个齿轮的转动轴线绕着另 一固定轴线转动，行星轮既可绕 自身轴线自转，又可绕固定轴线
公转。
混合轮系
由定轴轮系和行星轮系组合而成， 既有定轴轮系的自转运动，又有
行星轮系的公转和自转运动。
凸轮机构
机构运动分析的方法
总结词
机构运动分析的方法主要包括解析法和图解法两种。
详细描述
解析法是通过建立数学模型，运用数学工具进行求解的方法。这种方法精度高，适用于对机构进行精确的运动学 和动力学分析。图解法是通过作图和测量来分析机构运动的方法，这种方法直观易懂，适用于初步了解机构的运 动关系。
机械原理02(本)- 机构的结构分析
2
平 面 运 动 副
1
1
1 2
1
平 面 高 副 2 螺 旋 空 副 间 运 动 球 副 面 副 球 销 副 1 2 1
2 1 1 2 1 2 1 1 2
2
1 2
1 2
1 2
1 2
2 1
1 2
3. 运动链 运动链-----两个以上的构件通 两个以上的构件通 运动链 过运动副的联接而构成的系统。 过运动副的联接而构成的系统。
4 1 2 3
F=3n － 2Pl － Ph =3×3 － 2×4 × × =1
②计算五杆铰链机构的自由度。 计算五杆铰链机构的自由度。 解：活动构件数n= 4 活动构件数 低副数P 低副数 l= 5 高副数P 高副数 h= 0 F=3n － 2Pl － Ph =3×4 － 2×5 × × =2
1 5 2 3
§2－3 机构运动简图
1.什麽是机构运动简图 什麽是机构运动简图 机构运动简图： 机构运动简图：表示机构运动特征的一种工 程用图 和运动有关的：运动副的类型、数目、 和运动有关的：运动副的类型、数目、相对 位置、 位置、构件数目 和运动无关的：构件外形、截面尺寸、 和运动无关的：构件外形、截面尺寸、组成 构件的零件数目、 构件的零件数目、运动副的具体构造 机构示意图-------不按比例绘制的简图 不按比例绘制的简图 机构示意图
§2-6 计算平面机构自由度时应注意的事项 一 、要正确计算运动副数目 实例分析1：计算图示圆盘锯机构 实现无导轨 实例分析 ：计算图示圆盘锯机构 (实现无导轨 直线运动)自由度 直线运动 自由度
D 4 1 2 F 8 3 A B 5 6 7 C E
解：F=3n-2 pl – ph =3×7 - 2×6-0=9
机械原理A1平面机构结构分析
=1
甘肃工业大学专用
§2－6 自由度计算中的特殊问题
④计算图示圆盘锯机构的自由度。
D5
F
解：活动构件数n= 7 低副数PL= 6
1
4
7
6 C
E
高副数PH=0
F=3n － 2PL － PH
B
=3×7 －2×6 －0
2 3
8A
=9
计算结果肯定不对！
甘肃工业大学专用
1.复合铰链 multiple pin joints －－两个以上的构件在同一处以转动副相联。 计算：m个构件, 有m－1转动副。
1个或几个
若干
§2－3 机构运动简图
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： 1.表示机构的结构和运动情况。
2.作为运动分析和动力分析的依据。 机动示意图－不按比例绘制的简图 P15表2－2摘录了部分GB4460－84机构示意图。
甘肃工业大学专用
在 机 架 上 的 电 机
成比例。
甘肃工业大学专用
绘制机构运动简图 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。
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。
步骤： 1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目； 2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），绘制
甘肃工业大学专用
y
y
y
x
2
θ1 x
12
x
S
1
2
R=2, F=1 运动副 回转副 移动副
高副
R=2, F=1
R=1, F=2
甘肃工业大学专用
§2－6 自由度计算中的特殊问题
④计算图示圆盘锯机构的自由度。
D5
F
解：活动构件数n= 7 低副数PL= 6
1
4
7
6 C
E
高副数PH=0
F=3n － 2PL － PH
B
=3×7 －2×6 －0
2 3
8A
=9
计算结果肯定不对！
甘肃工业大学专用
1.复合铰链 multiple pin joints －－两个以上的构件在同一处以转动副相联。 计算：m个构件, 有m－1转动副。
1个或几个
若干
§2－3 机构运动简图
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： 1.表示机构的结构和运动情况。
2.作为运动分析和动力分析的依据。 机动示意图－不按比例绘制的简图 P15表2－2摘录了部分GB4460－84机构示意图。
甘肃工业大学专用
在 机 架 上 的 电 机
成比例。
甘肃工业大学专用
绘制机构运动简图 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。
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。
步骤： 1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目； 2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），绘制
甘肃工业大学专用
y
y
y
x
2
θ1 x
12
x
S
1
2
R=2, F=1 运动副 回转副 移动副
高副
R=2, F=1
R=1, F=2
第2章机械原理 机构的组成及结构分析
3
2 1
错
移动副导路平行 结论：在计算机构自由 转动副轴线重合 度时，虚约束应先去除 平面高副接触点共法线 不计
“移动副”
“转动副”
A
B
F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 4－ 0 =1
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2－1 =1
A
B
转动副轴线重合——两构件有多
处接触而构成转动副且转动轴线相互 重合时，只有一个转动副起约束作用， 如右图，曲轴的两转动副A 、B之一为
运动副元素——两构件相互接触的点、线、面。
运动副分类: 1、按运动副两构件接触的特性分为低副和高副。
转动副
移动副
特点：面接触、相对转动或相对移动 低副
●
齿轮副
凸轮副
特点：点或线接触、沿接触点切线方向相对移动 绕接触点的转动 高副 2、按运动副两构件间的相对运动是平面还是空间运动分 为平面运动副和空间运动副。
第2章
机构的组成及结构分析
内 容
•构件及其运动副
•机构运动简图的绘制
•平面机构自由度的计算
重 点
•
运动副和运动链的概念、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。
§2－1 研究机构结构的目的
其目的是：
１、研究组成机构的组成及机构具有确定运动的条件
▲弄清机构包含哪几个部分
▲各部分如何相联？ ▲怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？
F＝3n－2PL－PH ＝3 2 －2 2 1 － ＝1
3.注意事项（续） 虚约束 不产生实际约束效果的重复约束
虚约束常发生在下列情况 （1）两构件间构成多个运动副 F＝3n－2PL－PH F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2 1 － ＝3 2－2 3 1 － ＝1 对 ＝-1
2 1
错
移动副导路平行 结论：在计算机构自由 转动副轴线重合 度时，虚约束应先去除 平面高副接触点共法线 不计
“移动副”
“转动副”
A
B
F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 4－ 0 =1
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2－1 =1
A
B
转动副轴线重合——两构件有多
处接触而构成转动副且转动轴线相互 重合时，只有一个转动副起约束作用， 如右图，曲轴的两转动副A 、B之一为
运动副元素——两构件相互接触的点、线、面。
运动副分类: 1、按运动副两构件接触的特性分为低副和高副。
转动副
移动副
特点：面接触、相对转动或相对移动 低副
●
齿轮副
凸轮副
特点：点或线接触、沿接触点切线方向相对移动 绕接触点的转动 高副 2、按运动副两构件间的相对运动是平面还是空间运动分 为平面运动副和空间运动副。
第2章
机构的组成及结构分析
内 容
•构件及其运动副
•机构运动简图的绘制
•平面机构自由度的计算
重 点
•
运动副和运动链的概念、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。
§2－1 研究机构结构的目的
其目的是：
１、研究组成机构的组成及机构具有确定运动的条件
▲弄清机构包含哪几个部分
▲各部分如何相联？ ▲怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？
F＝3n－2PL－PH ＝3 2 －2 2 1 － ＝1
3.注意事项（续） 虚约束 不产生实际约束效果的重复约束
虚约束常发生在下列情况 （1）两构件间构成多个运动副 F＝3n－2PL－PH F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2 1 － ＝3 2－2 3 1 － ＝1 对 ＝-1
机械原理考研讲义第一章 平面机构结构分析
高副元素
曲线和曲线
曲线和直线
曲线和点
点和直线
高副机构
B
A
1
3
2
C
C
3
替代机构
B
1
A 3
4 D
2 C
2 3
2 1
A B
4 1A
B
3 2 B
C1 A
3 2 B
4
A
C
1
B
2 C
1
A 3
B
2 C
4
1
A 3
【例题 1.10】 将图示 1-8 杆组组合成两种形式的六杆机构（画出机构见图），并计算自由度。（东华大 学 2012）
算自由度时应当排除这类自由度。 ③ 虚约束 在运动副中，有些约束对机构自由度的影响是重复的，这类重复的约束称为虚约束。计算自由度
时应当去除这类自由度。 存在虚约束的情况： 1、如果两个构件上的两点之间的距离始终保持不变，在这两点之间加一个构件，并用运动副连接，
则将引入一个虚约束。 2、机构中某些不影响机构运动传递的重复部分或对称部分所引入的约束为虚约束。 3、如果用转动副连接的是两个构件上运动轨迹相重合的点，则该连接将引入一个虚约束。
第一章 平面机构结构分析
第一章 平面机构结构分析
1-1 机构的组成
★构件
① 零件是独立的加工单元； ② 构件是由一个或若干个零件固连在一起，不产生任何的相对运动，可以视为一个整体（刚体）， 它是机构运动的单元体，是组成机构的基本要素。
★运动副
机构中存在相对运动的构件之间的联接形式称为运动副。 按接触型式分：转动副——两构件间用销轴与孔联接；移动副——滑块与导路联接；齿轮副——构 件间用齿轮轮廓联接；凸轮副——两构件间用凸轮与从动件联接。 按接触的特性分：低副——面接触的运动副（移动副、转动副）；高副——点、线接触的运动副（齿 轮副、凸轮副）。 由于构件组成运动副之后，相对运动受限，故自由度减少，这种对相对运动的限制称为约束。低副 的约束数为 2，高副的约束数为 1。
机械原理第二章机构的结构分析
运动链成为机构的条件
Fa = 3×2 - 2×3 = 0 Fb运= 3动×链3的- 2自×由5度= -F1= ?
F 0 运动链运不动能链的运运动动，情不况成如为何机? 构
F = 3×4 - 2×5 = 2 1 个原动件
F > 0，但原动件数目小 于自由度数目，运动链 运动不确定，不能成为 机构。
小滚子的运动并不影响整 个机构的运动 → 局部自由度
改善受力情况,减少磨损， 假想 2、3 件焊接在一起
F = 3*2 - 2*2 - 1 = 1
问题3：虚约束
在特定的几何条件或结构条件下，某些运动副所引入 的约束可能与其它运动副所起的限制作用是一致的。这 种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。
机构运动简图(2/2)
（1）步骤 1）搞清机械的构造及运动情况，原动件开始沿着运动传递路线
查明构件数、运动副的类别及其位置；
2）依据机构某个瞬时运动位置选定视图平面； 3）选适当比例尺作出各运动副的相对位置，再画出各运动 副和常用机构的符号，最后用简单线条或几何图形连接即成。
（2）举例
鄂式破碎机简图绘制 内燃机简图绘制
机构的组成(5/5)
4.机构
机 构 ——具有固定构件的运动链
组成：
3
机 架 —— 相对固定的构件
2 从动件
4
—1 原动件
原动件—— 已知独立运动的构件 （用转向箭头表示）
机架 平面铰链四杆运机动构链
从动件 ——其余从动运动的构件 原动件 2
分类： 平面机构与空间机构 平面机构的应用最为广泛
1
机架
3 从动件 4
(2) 举例
1）铰链四杆机构 F＝3n－(2pl＋ph)
＝3×3 －2×4 －0 ＝1
机械原理机构的结构分析
增强机械效率
通过适当的设计和优化，机 械原理机构可以提高机械系 统的效率和性能。
机械原理机构的分类
1 平面机构
由于运动发生在一个平面内，平面机构常用 于需要二维运动的应用，如挖土机的铲斗。
2 空间机构
运动发生在三维空间中，空间机构常用于需 要复杂运动的应用，如机械臂。
机械原理机构的元件
连杆
连杆是机械原理机构中最常见的元件之一，用于连接其他部件并传递力量和运动。
机械原理机构在制造业和机械工 程中被广泛应用，用于创造各种 机械设备。
汽车工程
汽车中的各种传动系统和悬挂系 统都依赖于机械原理机构的设计 和运动控制。
航空航天工程
航空航天器中的机械元件和机械 原理机构承载着重要的任务，确 保飞行安全和性能稳定。
机械原理机构的优化设计
1
结构优化
2
通过结构优化，我们可以减少零件数量、
降低质量和提高效率，实现更好的பைடு நூலகம்计。
3
材料选择
优化机械原理机构的设计时，选择合适 的材料可以提升其强度、耐久性和性能。
可持续发展
考虑环境影响和资源利用效率，将机械 原理机构设计与可持续发展原则相结合。
机械原理机构的实际应用
机械工程
机械原理机构的结构分析
欢迎来到本次演示，我们将深入探讨机械原理机构的结构分析，探索其分类、 元件、工作原理以及实际应用。让我们开始吧！
机械原理机构的目的
实现特定运动
机械原理机构被设计用来产 生和控制特定的机械运动， 满足工程需求。
传递和转换力量
这些机构在机械系统中传递 和转换力量，使得机器能够 执行其功能。
齿轮
齿轮是用来传递力量和控制运动的机械元件，常见于各种机械系统中。
机构的结构分析__机械原理
（一）第1章机构的组成和结构机构：具有确定运动的实物组合体1.1 机构的组成及机构运动简图1.2 机构具有确定运动的条件1.3 机构的组成原理和结构分析1.1 机构的组成及运动简图在组成机构的构件中，必有且仅有一个构件是用于支持和安装其它构件的，称之为机架。
由于在分析机构运动时取机架为静参考系，常称之为固定杆。
每个机构必有且仅有一个机架。
输入运动的构件称原动件。
每个机构至少一件。
其余的构件为从动件。
运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接两个相邻构件直接接触两者之间允许一定的相对运动每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接机构简图：用简单的符号和线条表示机构的组成情况和运动情况构件间直接接触的点，线，面称运动副元素。
低副：面接触高副：点，线接触。
{移动副转动副运动副与构件运动简图：1.必要性为简明地表达机构的运动特性和工作原理，要去掉与运动无关的尺寸，外性等因素。
2。
用规定的符号表达构件和运动副的相对位置和性质。
构件表达中去除与运动传递无关的因素：B A AB(a)(b)B A A B (a)(b)常用平面运动副表示法v运动轨迹为直线移动副转动副平面高副齿轮副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。
例题规定符号构件的表达：用简单线条连接运动副运动简图的绘制1. 分析整个机构的工作原理2.沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动关系，确定运动副的类型和数目3. 选择适当的视图平面例1：已知一机构如图所示，试绘制该机构的运动简图动画按钮1234ab c1234abca b c 141223344-----1-------2------3-----4例1：已知一机构如图所示，试绘制该机构的运动简图1234abc a b c 4-----1-------2------3-----4例1：已知一机构如图所示，试绘制该机构的运动简图B C1234A B C动画按钮A B CBC动画按钮2134移动副的演化包容面与被包容面可互换移动副可平移123123R转动副演化动画按钮动画按钮运动链：若干个构件和运动副所连接成的可动系统。
机械原理(机构的结构分析)
生虚约束的构件和运动副去掉，然后再进行计算。
B 2E
C
1
3
A
D
F 33 24 1
B 2E
C
1
4
3
A
F
D
5
AB CD EF
F 34 26 0？
F=3×4－(2×6＋0－1)－0=1
分析：当增加一个活动构件和两个转动副时，就等于多引 入了一个约束，而此约束对机构的运动只起重复约束的作 用，因而是一个虚约束。在计算机构自由度时，应从机构 的约束数中减去虚约束数。
3 =2×2＋4－3×2=2
F＝3n(2PL+PH－p ′) －F ′
= 3×5 －（2×5＋6－2）－0=1
自由度计算方法2
2'
2" F＝3n(2PL+PH) －F ′
= 3×3 －（2×3＋2）－0=1
常见的虚约束：
（1）机构中联接构件与被联接构件的轨迹重合。
❖在该椭圆机构中，BC=BD， ∠CAD=90°，构件2上的C2点 与构件3上的C3点轨迹重合，为 虚约束。
3
1 2C
A
2
3
F=3 2 -2 2 – 1=1
4 虚约束
真实约束
F 33 24 1
1 F=3 2 -2 3 – 1= -1
（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。
真实约束
B
2' 2
C
虚约束
A
1 3D
（4）机构运动过程中，其中某两构件上两点之间的
第2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 机构具有确定运动的条件 §2-5 机构自由度的计算 §2-6 计算平面机构自由度时应注意的事项
B 2E
C
1
3
A
D
F 33 24 1
B 2E
C
1
4
3
A
F
D
5
AB CD EF
F 34 26 0？
F=3×4－(2×6＋0－1)－0=1
分析：当增加一个活动构件和两个转动副时，就等于多引 入了一个约束，而此约束对机构的运动只起重复约束的作 用，因而是一个虚约束。在计算机构自由度时，应从机构 的约束数中减去虚约束数。
3 =2×2＋4－3×2=2
F＝3n(2PL+PH－p ′) －F ′
= 3×5 －（2×5＋6－2）－0=1
自由度计算方法2
2'
2" F＝3n(2PL+PH) －F ′
= 3×3 －（2×3＋2）－0=1
常见的虚约束：
（1）机构中联接构件与被联接构件的轨迹重合。
❖在该椭圆机构中，BC=BD， ∠CAD=90°，构件2上的C2点 与构件3上的C3点轨迹重合，为 虚约束。
3
1 2C
A
2
3
F=3 2 -2 2 – 1=1
4 虚约束
真实约束
F 33 24 1
1 F=3 2 -2 3 – 1= -1
（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。
真实约束
B
2' 2
C
虚约束
A
1 3D
（4）机构运动过程中，其中某两构件上两点之间的
第2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 机构具有确定运动的条件 §2-5 机构自由度的计算 §2-6 计算平面机构自由度时应注意的事项
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弹簧力封闭
重力封闭
3、运动链
◆ 运动链:指两个以上的构件通过运动副连接而构成可相对运 动的系统。
★ 闭链: 运动链 的各构件构成首 尾封闭的系统。
★ 开链: 运动 链的各构件未 构成首尾封闭 的系统。
★平面运动链:各构件间的相对运动为平面运动的运动链。 ★ 空间运动链:各构件间的相对运动为空间运动的运动链 。
空间运动链
4. 机构
2 3
1 4
运动链
2
3
1
4
固定一个构件
机构
满足条件
其余构件运动 是否确定？
机架 原动件 从动件系统
1个
至少1个
2
3
1
4
在另一个（或几个） 构件上加上已知运动
机构
4、机构
原动件
◆机构:在运动链中将一构 件加以固定, 而其余构件都 具有确定的运动，则运动链 便成为机构。 ◆机架：机构中固定不动构件。
连杆体 轴瓦
内燃机连杆
零件(Part)是机械的制造单元。
连杆盖
2. 运动副
两个构件以一定几何形状和尺寸的表面相互直接接触 所形成的可动连接。
运动副元素—两个构件上相互接触的表面。
运动副元素不外乎
为点、线、面。
◆ 构件自由度与约束
1. 构件的自由度：指一 个构件相对另一个构件 可能出现的独立运动。 一个自由构件在空间具 有6个自由度。
2. 约束：指通过运动副连接的两构件之间的某些相对独 立运动所受到的限制。
运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。
运动副引入的约束数：最多为5个。
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。
第一章 平面机构的结构分析
本章教学目的
◆ 了解机构的组成，搞清运动副、运动链、自由度 等概念； ◆ 能绘制常用机构的机构运动简图； ◆ 能计算平面机构的自由度； ◆了解平面机构组成的基本原理； ◆ 掌握平面机构结构分析的方法。
第一章 平面机构的结构分析
本章教学内容
1-1 平面机构的组成 1-2 平面机构的运动简图 1-3 平面机构自由度 1-4 机构的组成原理及结构分析 1-5 平面机构中的高副低代
机构的运动：与原动件运动规律、运动副类型、机构 运动尺寸有关。
机构运动简图：指根据机构的运动尺寸, 按一定的比例尺定 出各运动副的位置, 并用国标规定的简单线条和符号代表构 件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。
机构运动简图应满足的条件： ⑴ 构件数目与实际机构相同； ⑵ 运动副的性质、数目与实际机构相符； ⑶ 运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构
运动副举例
球面–平面副 Sphere-plane pair
空间I 级高副
圆柱–平面副 Cylinder-plane pair
空间II 级高副
球面副
Spherical pair 空间III 级低副
球销副
Sphere-pin pair 空间IV 级低副
圆柱副
Cylindric pair 空间IV 级低副
第一节 平面机构的组成
1. 构件(Link) 机械的独立运动单元，传 递运动和力的载体。 实例：内燃机中的缸体、 活塞、连杆、曲轴等。
内燃机连杆
构件可以是一个零件,也可以由几个零件刚性连接组成。 实例：连杆由连杆体、轴瓦、连杆盖、螺栓、垫圈、螺 母、连杆衬套等相互刚性连接组成。
连杆衬套
螺栓
垫圈 螺母
z
z
y
y y
sy
x
O
z
x
x
sz
O
sx 空间运动刚体的自由度
y
平面运动刚体的自由
度为sx，sy，z，即自由度
数 F3。
sy
z
(x , y)
O
x
sx
平面运动刚体的自由度
观察图示两构件组成的圆柱副
y
两构件保留的相对运动
sz和z，即自由度数 F 2。
sz
两构件之间受限制的相对运动 z
1
1
22
1 2
1
平 面
平 面
2
运高
动副 副
1
2
螺
1
旋
空副 2
间
1
运
动
副
球
1
面
副
球
2
销
副
2 1
2 1
1
2
2 1
2 1
1 2
1 2
2
1
2 1
杆、轴构件 固定构件 同一构件
构件的表示方法
两副构件 三副构件
构件的表示方法
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。
常用机构运动简图符号（摘自GB/T4460-1984）
通用零件 专用零件
机构
机架
零件
静联接
构件
动联接 机构
与动力
机器
(运动副)
源组合
平面机构是应用最广泛的机构。 平面运动副的约束数为1 s 2。 点、线接触的平面运动副—平面高副
滚动副 凸轮副 齿轮副
面接触的平面运动副—平面低副 转动副 移动副
§1-2
◆ 机构运动简图
机构运动简图
为什么要画机 构运动简图？
机架
◆原动件: 机构中按给定的 运动规律独立运动的构件。
◆从动件:机构其余活动构件。
◆ 平面机构: 机构中各构件间的相对运动为平面运动。
◆ 空间机构: 机构中各构件间的相对运动为空间运动。
机器的组成
(从运动观点看)由构件组成 (从制造观点看)由零件组成
机械
机器
原动构件
构件 从动构件
零件
成比例。
◆ 机构示意图
机构的示意图：指为了表明机构结构状况, 不要求严格 地按比例而绘制的简图。
◆ 常用运动副和构件的表示方法
运动副 名称
常用运动副的符号
运动副符号
两运动构件构成的运动副
两构件之一为固定时的运动副
2
2
2
2
转
动
副
平
1
1
1
1
面
运
动 副
2
2
2
移
动ห้องสมุดไป่ตู้
1
1
副
2
22
11
1
2
2
22
1 1
2
1 2 1
螺旋副
Helical pair 空间V 级低副
轴承 Bearing
转动副
Revolute pair 平面V 级低副
铰链 Hinged joint
移动副
Prismatic pair, Sliding pair 平面V 级低副
运动副的封闭 保持运动副元素之间的接触称为运动副的封闭。 ● 几何封闭(Geometric closure) ● 力封闭(Forced closure)
在 机 架 上 的 电 机
O x
sx，sy ，x和y，即约束数 s 4。 z
运动副的分类 ● 按运动副引入的约束数分类
I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。 ● 按运动副的接触形式分类
点、线接触的运动副—高副 面与面接触的运动副—低副 ● 按两构件相对运动的形式分类 平面运动副 空间运动副 ● 按接触部分的几何形状分类 圆柱副、球面副、螺旋副、球面–平面副、平面–平面副、 球面–圆柱副、圆柱–平面副等等。