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
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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
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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
机械原理第二章机构的结构分析
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机构具有确定运动的条件§2-5机构自由度的计算§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析§2-6计算平面机构自由度时应注意的事项§2-1机构结构分析的内容及目的主要内容及目的是: ■研究机构的组成及机构运动简图的画法;■ 了解机构具有确定运动的条件；■研究机构的组成原理及结构分类。
§2-2机构的组成1・构件任何机器都是由许多零件组合而成的。
零件是机器中的一个独立制造单元体; 构件是机器中的一个独立运动单元体。
从运动来看,任何机器都是由若干个构件组合而成的。
2.运动副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。
例2・1轴与轴承、滑块与导轨、两轮齿啮合。
活塞连杆头连杆体齿轮(1) 运动副的分类 1)按其引入的约束数目分：1级副、II 级副、……V 级副。
2)按其接触形式分］咼副:点、线接触的运动副 低副:面接触的运动副转动副(回转副或较链)运动副还可分为平面运动副与空间运动副两类。
・►3) 按其相对运动形式分\移动副 螺旋副(2)运动副符号运动副常用规定的简单符号来表达(GB4460 — 84)。
各种常用运动副模型常用运动副的符号表3.运动链构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统。
闭式运动链(简称闭链)开式运动链(简称开链)平面闭式运动链空间闭式运动链平面开式运动链空间开式运动链@ A4.机构具有固定构件的运动链称为机构o机构中的固定构件。
一般机架相对地面固定不动，但当机构安装在运动的机械上时则是运动的O原动件——按给定已知运动规律独立平面較链四杆机运动的构件;常以转向箭头表示。
从动件机构中其余活动构件。
其运动规律决定于原动件的运动规律和机构的结构及构件的尺寸。
机构常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。
机械原理第二章结构分析
圆柱套筒副
★ 平面运动副 A. 低副
B. 高副
移动副
凸轮副
转动副 齿轮副
三、运动链与机构 开式运动链
闭式运动链
机构
运动链的类型：
闭式运动链(闭式链)
平面运动链
特点：每个构件均与两个构
件形成运动副
开式运动链(开式链)
特点：至少有一个构件只与一
个构件形成运动副
闭式运动链
简单运动链
简单运动链
特点：每个构件最多与两个构 件形成运动副
第二章 平面机构的结构分析
§2-1 概 述
运动平面
平面机构：机构中所有构件均在一个或几个平行平面上
运动。
2
2
3
3
1
1
4
4
另有空间机构概念。
研究目的之一：机构运动的可能性及具有确定运动的条件。
2 1
3
2
2
3
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1
4
4
5
研究目的之二：绘制机 构运动简图。
研究目的之三：研究机构的组成原理。
§2-2 机构的组成
结论——机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数等 于机构的自由度数。
三、计算机构自由度时应注意的事项
7
46
1
5
3 2
8
F = 3n-2pl-ph = 3×7-2×6-0 = 9 ???
1.复合铰链 2. 由两个以上构件在同一处构成的重合转动副称为 复合铰链。
12 3
1
2
3
由m个构件构成的复合铰链应当包含(m-1)个转动副。
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。
西北工业大学机械原理课后答案第2章
第二章 机构的结构分析题2-11 图a 所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 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构使冲头4上下运动，以达到冲压的目的。
试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。
解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。
(图2-11a)2)要分析是否能实现设计意图,首先要计算机构的自由度。
尽管此机构有4个活动件，但齿轮1和凸轮2是固装在轴A 上，只能作为一个活动件，故 3=n 3=l p 1=h p01423323=-⨯-⨯=--=h l p p n F原动件数不等于自由度数，此简易冲床不能运动，即不能实现设计意图。
分析：因构件3、4与机架5和运动副B 、C 、D 组成不能运动的刚性桁架。
故需增加构件的自由度。
3)提出修改方案：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或用一个高副来代替一个低副。
(1) 在构件3、4之间加一连杆及一个转动副(图2-11b)。
(2) 在构件3、4之间加一滑块及一个移动副(图2-11c)。
(3) 在构件3、4之间加一滚子(局部自由度)及一个平面高副(图2-11d)。
11(c)题2-11(d)54364(a)5325215436426(b)321讨论：增加机构自由度的方法一般是在适当位置上添加一个构件（相当于增加3个自由度）和1个低副（相当于引入2个约束），如图2-1（b ）（c ）所示，这样就相当于给机构增加了一个自由度。
用一个高副代替一个低副也可以增加机构自由度，如图2-1（d ）所示。
题2-12 图a 所示为一小型压力机。
图上，齿轮1与偏心轮1’为同一构件，绕固定轴心O 连续转动。
在齿轮5上开有凸轮轮凹槽，摆杆4上的滚子6嵌在凹槽中，从而使摆杆4绕C 轴上下摆动。
同时，又通过偏心轮1’、连杆2、滑杆3使C 轴上下移动。
最后通过在摆杆4的叉槽中的滑块7和铰链G 使冲头8实现冲压运动。
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
机械原理——第2章 机构的的组成及结构分析
2
1 1 2
2
1
2 1 2
1
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1
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1
2
1
2
2 1
1 2
3. 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。 工业 机器人
闭式链、
开式链
4. 机构能够用来传递运动和动力的可动装置。 机架－作为参考系的构件，如机床床身、车辆 底盘、飞机机身。
原（主）动件－按给定运动规律运动的构件。 从动件－其余可动构件。
⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形 机构的自由度。 B C 2 E 解：n= 4， PL= 6， PH=0 1 F=3n － 2PL － PH 4 3 =3×4 －2×6 F D A =0 3.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。 ∵ 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。
1.杆组的各个外端副不可以同时加在同
一个构件上，否则将成为刚体。如：
2.机构的级别与原动件的选择有关。
§2－8 平面机构中的高副低代
高副低代：为了使平面低副机构的结构分析和运动
分析的方法能适用于含有高副的平面机构，根据一 定条件将机构中的高副虚拟地以低副代替的方法。 高副低代条件：
1、代替前后机构的自由度不变
一般构件的表示方法
杆、轴构件
固定构件
同一构件
一般构件的表示方法
两副构件
三副构件
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。
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机 带 传 动 齿 轮 齿 条 传 动 圆 锥 齿 轮 传 动
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-第2章机构的结构分析(机构的组成原理和机构类型综合1-1
z
y
x
I级副 II级副 III级副
(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
y x
IV级副
V级副-1 V级副-2 V级副-3
(3)运动副的分类
2)按运动副接触形式分有
低副：面接触的运动副；
3.机构示意图
不按精确比例绘制的机构简图。 机构运动简图符号已经有国家标准，该标准对运 动副、构件及各种机构的表示符号作了规定，下表为 构件与部分机构的表示方法。
4.表示构件的符号
固 定 构 构 件
件 同 一 构 件
4.表示构件的符号
双 构 副
件 三 副
常用机构运动 简 图 符 号
机构的真实运动仅与机构中的运动副的机构情况
3 2
作者：潘存云教授
1 4
偏心真空泵的运动简图
例
绘制图示牛头刨床机构的运动简图
1 机架
2.3 齿轮
4 滑块
5 导杆
6 连杆
7 刨头
解： （1）从主动件开始，按运动 传动顺序，分析各构件之间相对 运动性质，并确定联接各构件的 运动副类型。 （2）合理选择视图。本题选 择与各回转轴线垂直的平面作为 视图平面。 （3）合理选择长度比例尺 (m/mm)，绘制机构运动简图。
机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件
1个 1个或几个 若干
5.绘制机构运动简图的步骤
①分析机构中原动件与运动 传递路线，构件的数目，相 邻构件之间的运动副类型与 数目； ②选视图平面（选与运动平面 平行的平面），测量各运动副 之间的尺寸，绘制示意图； ③确定各运动副之间的相对位 置，选取适当比例尺，画出相 应的运动副符号，用构件符号 将各运动副连接起来。
y
x
I级副 II级副 III级副
(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
y x
IV级副
V级副-1 V级副-2 V级副-3
(3)运动副的分类
2)按运动副接触形式分有
低副：面接触的运动副；
3.机构示意图
不按精确比例绘制的机构简图。 机构运动简图符号已经有国家标准，该标准对运 动副、构件及各种机构的表示符号作了规定，下表为 构件与部分机构的表示方法。
4.表示构件的符号
固 定 构 构 件
件 同 一 构 件
4.表示构件的符号
双 构 副
件 三 副
常用机构运动 简 图 符 号
机构的真实运动仅与机构中的运动副的机构情况
3 2
作者：潘存云教授
1 4
偏心真空泵的运动简图
例
绘制图示牛头刨床机构的运动简图
1 机架
2.3 齿轮
4 滑块
5 导杆
6 连杆
7 刨头
解： （1）从主动件开始，按运动 传动顺序，分析各构件之间相对 运动性质，并确定联接各构件的 运动副类型。 （2）合理选择视图。本题选 择与各回转轴线垂直的平面作为 视图平面。 （3）合理选择长度比例尺 (m/mm)，绘制机构运动简图。
机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件
1个 1个或几个 若干
5.绘制机构运动简图的步骤
①分析机构中原动件与运动 传递路线，构件的数目，相 邻构件之间的运动副类型与 数目； ②选视图平面（选与运动平面 平行的平面），测量各运动副 之间的尺寸，绘制示意图； ③确定各运动副之间的相对位 置，选取适当比例尺，画出相 应的运动副符号，用构件符号 将各运动副连接起来。
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》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
机械原理第九版第2章机构的结构分析
若干构件通过运动副连接而成的可 动系统称运动链。
闭链
开链
机械中一般采用闭链 开链多用在机械手中
若将运动链中的一个构件相对固定，运动链则成 为机构。
机构中构件的分类： 1、机架（描述运动的参考系） 2、原动件（运动规律已知的构件） 3、从动件
运动副类型小结
• 平面低副: 转动副、移动副 （面接触） • 平面高副: 齿轮副、凸轮副 （点、线接触）
三、平面机构的结构分析
解：3）分析6为原动件情况
再试拆Ⅲ级杆组，即拆除构件 3，2，1，9，移动副E和五个 转动副，由于剩余部分仍是一 个完整机构，故拆除成功。然 后再依次拆除两个Ⅱ级杆组： 构件7，8和转动副G，H，I； 构件4，5和转动副K，L，M。 最后剩下由原动件6和机架组成 的Ⅰ级机构，如图c所示。由于 组成的机构的基本杆组的最高 级别为Ⅲ级组，故该机构为Ⅲ 级杆组。
（通常，原动件为含低副构件且与机架相连, 只有一个自由度。）
●
例: n= 6 , PL = 8 , PH =1 (3与5同一构件)
F=3n－2PL－PH=3×6－2×8－1 =1 Ｆ＝原动件 →机构有确定运动
3
3.注意事项 1）要正确计算运动副数目 复合铰链
m个构件(m3)在同一处构成 共轴线的转动副
3 ．恰当选择投影面，一般选择多数构件的运动平面为 投影面；
4 ．选定比例尺，先确定位置固定的运动副，从原动件 开始，用规定符号按传递顺序依次画出。
注意： • 观察重点：各构件间构成的运动副类型 • 良好习惯：各种运动副和构件用规定符号表达 • 误 区：被构件外形所迷惑
例1 颚式破碎机
2
A
B
1
3
D 4 C
●
机械原理2机构的结构分析全解
G
l
h
36 27 2 2
CB
2，该机构没有确定运动。成为机构的
E
A
条件：应有两个起始构件
D
例5 计算图示机构的自由度，并指出存在的复合铰链、局 部自由度和虚约束处。并说明成为机构的条件。
解： 1， F 3n 2P P
l
h
34 2511
2, D处为局部自由度，E、F处
有一处为虚约束；
4
E
＝1 √
示意图
❖在该机构中，构件2上的C2点与构件3 上的C3点轨迹重合，为虚约束。
❖也可将构件4上的 D4当作虚约束，将构 件4及其引入的约束铰链 D去掉来计算，
效果完全一样。
（6）机构中对运动不起作用的对称部分
F21
F21
F2 21
2 1
1
4
行星轮系
3
4
F31
F ＝ 3n － 2PL － PH ＝33-23-2
基本 杆组
1
1
3=
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
+
2 3
4
F=3n－2PL－PH =3×3 －2 ×4 －0
=1
F=3n－2PL－PH =3×1 －2 ×1－0
=1
注意：基本杆组自由度为零
F=3n－2PL－PH =3×2 －2 ×3－0
=0
２. 平面机构的结构分类
｛ 基本杆组分类
Ⅱ级杆组 Ⅲ级杆组
Ⅱ级杆组的特征—具有三个低副的两杆件组合 Ⅲ级杆组的特征—具有六个低副的四杆件组合
即： F ＝3n 2PL PH
例：
2
3
1
4
F＝3n2PL PH ＝3324 0 ＝1
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（1）机架：机构中特殊的构件， 一般情况下机架相对地面固定不 动，即机构中的固定构件。
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
连杆盖 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.运动链 （kinematic chain）
运动链：通过运动副的连接而构成的可相对运动的构件 系统。分为闭式运动链和开式运动链两种。
闭式运动链
开式运动链
作者：潘存云教授
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.运动链 （kinematic chain）
（1）运动链分类
运动副：两个构件之间接触，而又能产生一定相对运动 的可动连接，称为运动副。
运动链：两个以上的构件通过运动副的连接而构成的可 相对运动的构件系统。
机构：将运动链中某一构件固定作为参考系，并有一个
或几个构件给定运动规律（主动件或原动件），而使其
余构件（从动件）具有确定的运动，则此种运动链称为
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
2.运动副 （kinematic pair, joint）
(1)运动副
机构中各个构件之间需要有确定的相对运动。因此，构件 的连接既要使两个构件接触，又能产生一定的相对运动，这种 互相接触的可动连接称为运动副。
运动副: 是两构件互相接触而构成的可动联接。条件是： a)两个构件，b) 互相接触，c) 相对运动。
（a）
（b）
（c）
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
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。
转动副
移动副
齿轮副
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。 构件每加上一个约束，便失去一个自由度，自由度与
约束数之和为6。提供一个约束条件的，称为I级副，提供 两个约束条件的，称为II级副。其余依此类推。
(3)运动副的分类
低副：面接触的运动副； 2)按运动副接触形式分有
高副：点或线接触的运动副。 低副的例子：如转动副、移动副等； 高副的例子：如齿轮副、凸轮副等。
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
低副的例子
转动副（曲面接触）
移动副（平面接触）
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
2.3 机构运动简图
在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘 出其机构运动简图。
1.机构运动简图
根据机构的运动尺寸，按比例定出各运动副的位置， 采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的表示方法， 将机构运动传递情况表示出来的简化图形。
2.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。
平面高副
平面低副
齿轮副 凸轮副
转动副
y 1
x 2
移动副
y 1
x 2
引入约束：1个 自 由 度：2个
平面I级副
引入约束:2个
引入约束:2个
自由度:1个
自由度:1个
平面II级副
平面II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
运动副小结
两个构件之间接触，而又能产生一定相对运 动的可动连接，称为运动副。
2 1
2 1
2
2
2
1
1
1
2
2
2
1
1 1
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.运动链小结
通过运动副的连接而构成的可相对运动的构件系统。 分为闭式运动链和开式运动链两种。
闭式运动链
开式运动链
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.机构小结
将运动链中的某一构件固定作为参考系，并有一个 或几个构件给定运动规律（原动件），从而使其余构件 （从动件）具有确定的运动，此种运动链称为机构。
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
2020/11/18
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
2.1 机构结构分析的内容及目的
1. 机构的组成 认识机构 2.机构运动简图的绘制 会画图 3.机构具有确定运动的条件 必须知道 4.机构自由度的计算 机构的分析设计 5.机构的组成原理及结构的分类 机构的开发设计
固 定 构 构件
件同 一 构 件
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.表示构件的符号
双 副 构
件 三 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
常用机构运动 简图符号
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
机构的真实运动仅与机构中的运动副的机构情况 （转动副、移动副及高副等）和机构的运动尺寸（由各 运动副的相对位置确定的尺寸）有关，而与机构的外形 尺寸等因素无关。
运动链
按运动分
按结构分
平面运动链 空间运动链
闭式运动链（简称闭链） 开式运动链（简称开链）
平面闭式运动链 空间闭式运动链 平面开式运动链 空间开式运动链
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）闭式链
首尾两构件相互联 接形成一个封闭的可动 系统，称为闭式链。
四杆闭式链
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)按相对运动范围分有 平面运动副: 产生平面运动( plannar kinematic pair ) 例如：转动副、移动副。 空间运动副: 产生空间运动( spatial kinematic pair ) 例如：球面副、螺旋副。
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
5）常用的平面运动副及其自由度和约束
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
2.2 机构的组成
1.构件 （link）
从运动角度来看，任
何机器（或机构）都是由
许多运动单元组合而成的，
这些运动单元称为构件。
活塞
连杆
曲轴
构件：独立的运动理第2章机构的结构分析(机构 的组成原理和机构类型综合11
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
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
移动副的符号
两构 件为 活动 移 构件 动 副 有一 个构 件固 定
2 1
2 1
2
2
2
1
1
1
2
2
2
1
1 1
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)表示构件的符号
双 副 构
件 三 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
2.运动副小结
(1)运动副 构件之间的可动连接。两个构件之间接触，而又能
产生一定相对运动的可动连接，称为运动副。 (2)运动副元素
运动副的几何形状。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。
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。
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) 运动副的表示方法
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
连杆盖 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.运动链 （kinematic chain）
运动链：通过运动副的连接而构成的可相对运动的构件 系统。分为闭式运动链和开式运动链两种。
闭式运动链
开式运动链
作者：潘存云教授
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.运动链 （kinematic chain）
（1）运动链分类
运动副：两个构件之间接触，而又能产生一定相对运动 的可动连接，称为运动副。
运动链：两个以上的构件通过运动副的连接而构成的可 相对运动的构件系统。
机构：将运动链中某一构件固定作为参考系，并有一个
或几个构件给定运动规律（主动件或原动件），而使其
余构件（从动件）具有确定的运动，则此种运动链称为
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
2.运动副 （kinematic pair, joint）
(1)运动副
机构中各个构件之间需要有确定的相对运动。因此，构件 的连接既要使两个构件接触，又能产生一定的相对运动，这种 互相接触的可动连接称为运动副。
运动副: 是两构件互相接触而构成的可动联接。条件是： a)两个构件，b) 互相接触，c) 相对运动。
（a）
（b）
（c）
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
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。
转动副
移动副
齿轮副
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。 构件每加上一个约束，便失去一个自由度，自由度与
约束数之和为6。提供一个约束条件的，称为I级副，提供 两个约束条件的，称为II级副。其余依此类推。
(3)运动副的分类
低副：面接触的运动副； 2)按运动副接触形式分有
高副：点或线接触的运动副。 低副的例子：如转动副、移动副等； 高副的例子：如齿轮副、凸轮副等。
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
低副的例子
转动副（曲面接触）
移动副（平面接触）
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
2.3 机构运动简图
在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘 出其机构运动简图。
1.机构运动简图
根据机构的运动尺寸，按比例定出各运动副的位置， 采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的表示方法， 将机构运动传递情况表示出来的简化图形。
2.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。
平面高副
平面低副
齿轮副 凸轮副
转动副
y 1
x 2
移动副
y 1
x 2
引入约束：1个 自 由 度：2个
平面I级副
引入约束:2个
引入约束:2个
自由度:1个
自由度:1个
平面II级副
平面II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
运动副小结
两个构件之间接触，而又能产生一定相对运 动的可动连接，称为运动副。
2 1
2 1
2
2
2
1
1
1
2
2
2
1
1 1
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.运动链小结
通过运动副的连接而构成的可相对运动的构件系统。 分为闭式运动链和开式运动链两种。
闭式运动链
开式运动链
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.机构小结
将运动链中的某一构件固定作为参考系，并有一个 或几个构件给定运动规律（原动件），从而使其余构件 （从动件）具有确定的运动，此种运动链称为机构。
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
2020/11/18
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
2.1 机构结构分析的内容及目的
1. 机构的组成 认识机构 2.机构运动简图的绘制 会画图 3.机构具有确定运动的条件 必须知道 4.机构自由度的计算 机构的分析设计 5.机构的组成原理及结构的分类 机构的开发设计
固 定 构 构件
件同 一 构 件
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.表示构件的符号
双 副 构
件 三 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
常用机构运动 简图符号
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
机构的真实运动仅与机构中的运动副的机构情况 （转动副、移动副及高副等）和机构的运动尺寸（由各 运动副的相对位置确定的尺寸）有关，而与机构的外形 尺寸等因素无关。
运动链
按运动分
按结构分
平面运动链 空间运动链
闭式运动链（简称闭链） 开式运动链（简称开链）
平面闭式运动链 空间闭式运动链 平面开式运动链 空间开式运动链
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）闭式链
首尾两构件相互联 接形成一个封闭的可动 系统，称为闭式链。
四杆闭式链
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)按相对运动范围分有 平面运动副: 产生平面运动( plannar kinematic pair ) 例如：转动副、移动副。 空间运动副: 产生空间运动( spatial kinematic pair ) 例如：球面副、螺旋副。
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
5）常用的平面运动副及其自由度和约束
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
2.2 机构的组成
1.构件 （link）
从运动角度来看，任
何机器（或机构）都是由
许多运动单元组合而成的，
这些运动单元称为构件。
活塞
连杆
曲轴
构件：独立的运动理第2章机构的结构分析(机构 的组成原理和机构类型综合11
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
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
移动副的符号
两构 件为 活动 移 构件 动 副 有一 个构 件固 定
2 1
2 1
2
2
2
1
1
1
2
2
2
1
1 1
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)表示构件的符号
双 副 构
件 三 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
2.运动副小结
(1)运动副 构件之间的可动连接。两个构件之间接触，而又能
产生一定相对运动的可动连接，称为运动副。 (2)运动副元素
运动副的几何形状。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。
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。
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) 运动副的表示方法
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