第二章 机构的组成及自由度计算
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第二章 平面机构的结构分析
同一运动链可以生成的不同机构
B
1
2
3
A
4
C
B
1
2
3
A 4
B
1
C 2
3
A
4
B
C
2
1 A
曲柄滑块机构 摇块机构 导杆机构
4
3
运动链的生成是创造、获取新机构的重要手段。运动链的设计只关
注构件数和联接这些构件的运动副的数量和类型，所以又称为机构的型
数综合(Type and number synthesis)。
球面高副
柱面高副
齿轮副
凸轮副
★ 运动副元素以面接触的运动副称为低副(lower pair)。
球面低副 回转副
移动副
3. 根据组成运动副两个构件的相对运动形式分类 ★ 空间运动副
球销副
螺旋副
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(Kinematical Chain)与机构 构件通过运动副的连接而构成的可相对运动的系统称为运动链。
4. 运动简图绘制举例
1) 绘制牛头刨床主运动机构的运动简图
选取比例尺l = m/mm
2) 绘制破碎机的机构运动简图
选取比例尺l
3) 绘制图示机构的运动简图
§2-3 机构自由度(Degrees of Freedom)的计算
一、平面机构自由度的计算公式 1. 构件的自由度与约束
构件具有确定运动时所必须给定的独立运动参 数的数目称为机构的自由度。F
由两个以上构件（包括活动构件与机架）在同一处 构成的重合转动副称为复合铰链。
7
46
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。
自由度的计算(经典课件)
高副
n
t n2 t
21
1
约束特点：n方向移动
自由度数目 约束数目
2
1
机构的组成(13/14)
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）
2
3
1
4
2 3
1 4
平面闭式运动链 空间闭式运动链
23
1
4
平面开式运动链
4
3
5
2 1
空间开式运动链
三、运动链
2
和机构的结构及构件的尺寸。
1
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。
机架
3 从动件
4
空间铰链四杆机构
平面运动链的自由度计算
机构自由度：机构中各活动构件相对于机架的可能独立运动 的数目。
讨论：
C
单个平面活动构件的自由度：F=3 3
两构件以运动副相联后自由度： D 4
B2 A1
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)
第二章 机构运动简图和自由度计算
和运动无关的：构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的 具体构造。
1、构件
构件均用直线或小方（圆）块等来表示，画有斜线的表示机架。
2、转动副
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。
4、高副
两构件组成高副时，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。
a)固定铰链
b)活动铰链转动副
固定铰链和活动铰链模型
（2） 移动副：只允许两构件作相对移动。
结论:
两构件用低副联接，失去两个自由度。
2、高副：两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副（点接触）
齿轮副（线接触）
结论:
两构件用高副联接，失去一个自由度。
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。
F=3n- 2PL-PH
二、平面机构具有确定相对运动的条件
例1：四杆机构（绿杆为机架）
n＝ ３，ＰL＝４，ＰH＝０ Ｆ＝３×３－２×４－０＝１ 铰 链 四 杆 机 构
结论：应有一个原动件，任取黑色/蓝色
构件为原动件，机构有确立的运动。 给出一个角度Φ1， 其他构件便有一 个相应位置）
B
例2：三杆机构（刚性桁架）
3
2
1
n = 3, PL = 4, PH = 0 F = 3×3 - 2×4 – 0=1
F=3n － 2PL － PH =3×2 －2×2－1 =1
例3：简易牛头刨床
解： n =5, Pl = 7, Ph = 0 F = 3n – 2Pl – Ph
= 3×5 – 2×7 – 0
=1
1、构件
构件均用直线或小方（圆）块等来表示，画有斜线的表示机架。
2、转动副
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。
4、高副
两构件组成高副时，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。
a)固定铰链
b)活动铰链转动副
固定铰链和活动铰链模型
（2） 移动副：只允许两构件作相对移动。
结论:
两构件用低副联接，失去两个自由度。
2、高副：两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副（点接触）
齿轮副（线接触）
结论:
两构件用高副联接，失去一个自由度。
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。
F=3n- 2PL-PH
二、平面机构具有确定相对运动的条件
例1：四杆机构（绿杆为机架）
n＝ ３，ＰL＝４，ＰH＝０ Ｆ＝３×３－２×４－０＝１ 铰 链 四 杆 机 构
结论：应有一个原动件，任取黑色/蓝色
构件为原动件，机构有确立的运动。 给出一个角度Φ1， 其他构件便有一 个相应位置）
B
例2：三杆机构（刚性桁架）
3
2
1
n = 3, PL = 4, PH = 0 F = 3×3 - 2×4 – 0=1
F=3n － 2PL － PH =3×2 －2×2－1 =1
例3：简易牛头刨床
解： n =5, Pl = 7, Ph = 0 F = 3n – 2Pl – Ph
= 3×5 – 2×7 – 0
=1
第2章 平面机构的运动简图及其自由度
如图a所示为五构件运动链。其自由度为：
F=3n－2PL－PH=3×4－2×5－0=2
若给定一个原动件(构件1)的角位移规律为φ1=φ1(t)，此时构件2、 3、4的运动并不能确定。
说明当原动件数少于机构的自由度时，其运动是不确定的。
又如图b所示四构件机构，其自由度为：
F=3n－2PL－PH=3×3－2×4－0=1
Hale Waihona Puke 零件－连杆体1、连杆头2、轴套3、轴瓦4和5、螺杆6、螺母7、开口销8
二、运动副及其分类
1、构件的自由度——构件所具有的独立运动数目。
在三维空间内自由运动的构 件具有六个自由度。
作平面运动的构件(如图所 示)则只有三个自由度，这 三个自由度可以用三个独立
的参数x、y和角度θ表示。
2、运动副
F=3n-2PL-PH
(2-1)
由上式可知：机构自由度F取决于活动构件的件数与运动副的
性质（高副或低副）和个数。
试机算图示航空照相机快门机构的自由度。
解：该机构的构件总数N=6,活动构件数n=5,6个转 动副、一个移动副，没有高副。由此可得机构的 自由度数为：
F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=1
两个构件间形成的运动副引入多少个约束， 限制了构件的哪些独立运动，则完全取决于运动 副的类型。
由此可见，在平面机构中，每个转动副引入 两个约束，使构件失去两个自由度。
转动副的表示方法
⑵ 移动副——两构件间只能作相对移动的低副称为移动副， 移动副及其简图符号表示如下图所示。
移动副
移动副的表示方法
缝纫机下针机构
23 1
4
机构模型
2 3
1 4
§2-3 平面机构的自由度
F=3n－2PL－PH=3×4－2×5－0=2
若给定一个原动件(构件1)的角位移规律为φ1=φ1(t)，此时构件2、 3、4的运动并不能确定。
说明当原动件数少于机构的自由度时，其运动是不确定的。
又如图b所示四构件机构，其自由度为：
F=3n－2PL－PH=3×3－2×4－0=1
Hale Waihona Puke 零件－连杆体1、连杆头2、轴套3、轴瓦4和5、螺杆6、螺母7、开口销8
二、运动副及其分类
1、构件的自由度——构件所具有的独立运动数目。
在三维空间内自由运动的构 件具有六个自由度。
作平面运动的构件(如图所 示)则只有三个自由度，这 三个自由度可以用三个独立
的参数x、y和角度θ表示。
2、运动副
F=3n-2PL-PH
(2-1)
由上式可知：机构自由度F取决于活动构件的件数与运动副的
性质（高副或低副）和个数。
试机算图示航空照相机快门机构的自由度。
解：该机构的构件总数N=6,活动构件数n=5,6个转 动副、一个移动副，没有高副。由此可得机构的 自由度数为：
F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=1
两个构件间形成的运动副引入多少个约束， 限制了构件的哪些独立运动，则完全取决于运动 副的类型。
由此可见，在平面机构中，每个转动副引入 两个约束，使构件失去两个自由度。
转动副的表示方法
⑵ 移动副——两构件间只能作相对移动的低副称为移动副， 移动副及其简图符号表示如下图所示。
移动副
移动副的表示方法
缝纫机下针机构
23 1
4
机构模型
2 3
1 4
§2-3 平面机构的自由度
第二章 平面机构及自由度
图1-3 移动副
平面机构中低副引入两个约束，仅保留一个自 由度。
图1-4 （a）凸轮高副
图1-4 （b）齿轮高副
平面机构中高副引入一个约束，保留两个自由 度。
空间运动副
图1-5ａ 螺旋副
图1-5ｂ 球面副
二、运动链
运动链：两个以上的构件以运动副连接而构成的系统。 如图1-5所示，若运动链中各构件首尾相连，则称之为闭式运动链，否 则称为开式运动链。
图1-1 自由度
一、运动副及其分类
1)运动副：两构件之间直接接触并能产生一定的相对运
动的连接称为运动副。 运动副元素：两构件上直接参与接触而构成运动副的部分— —点、线或面。
2) 运动副的分类
运 动 副
平面 运动副
高副：点、线接触 低副：面接触 球面副 螺旋副
运动副 转动副
空间 运动副
图1-2 转动副
(2)处理办法：将具有虚约束运动副的构件连 同它所带入的与机构运动无关的运动副一 并不计。
常见虚约束
1）两构件构成多个导路平 行的移动副，如图1-18所示。
图1-18 两构件构成多个导路平行的移动副
多个导路平行的移动副 多个轴线重合的回转副
图1-22 轴线重合的虚约束
图1-21 缝纫机引线机构
（2）两构件组成多个轴线互相重合的转动副，如 图1-19所示。
1）机构自由度数 F≥1。 2） 原动件数目等于机构自由度数F。
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
机构具有确定运动的条件： 自由度 F > 0，且等于原动件个数
机械工业技术学 2平面机构
三杆机构
F≤0 机构不能运动
Fa=3n-2PL-PH =3n=3X2 =3 2-2X3-0=0 3 不能动 静定结构) (静定结构) Fb= 3n-2PL-PH 3n=3X3 =3 3-2X5-0=-1 5 0=不能动 超静定结构） （超静定结构）
二、机构具有确定运动的条件
四杆机构
F>0 原动件数= 原动件数=F：确定运动 原动件数> 原动件数>F: 机构被破坏
高副
高副：减少一个自由度。 高副：减少一个自由度。
三.机构
按组成机构的各构件之间的相对运动是平面运动还 是空间运动分： 是空间运动分：
平面机构——各构件的运动平面相互平行 各构件的运动平面相互平行 平面机构 空间机构——各构件不在平行平面内运动 空间机构 各构件不在平行平面内运动
按组成机构的各构件之间的运动副分： 按组成机构的各构件之间的运动副分：
平面机构虚约束常见情况处理方法
举 例 消除办法 只算一个回转 副B，其余的回转 副（如B’）都视 ） 为虚约束去掉 只算一个平面 高副A 高副A，其余的平 面 高 副 ( 如 A’) 都 ) 视为虚约束去掉
序 虚约束出现的场合 号 重复回转副 3 两构件组成多个 轴线重合的回转副 时，存在虚约束 重复高副 两构件组成多个 4 接触处公法线彼此 重合平面高副时， 重合平面高副时 ， 存在虚约束
锯床进给机构
F=3nF=3n-2PL-PH (2× =3×7-2× (2×4+2)=1
局部自由度
局部自由度：与整个机构运 局部自由度： 动无关的局部运动的自由度 处理局部自由度的方法: 处理局部自由度的方法: 说明： 说明：局部自由度虽然不影响整个机械的运 将局部自由度除去不计
但可将滑动摩擦变为滚动摩擦， 动，但可将滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大 大减轻磨损，在实际机器当中经常采用。 大减轻磨损，在实际机器当中经常采用。
F≤0 机构不能运动
Fa=3n-2PL-PH =3n=3X2 =3 2-2X3-0=0 3 不能动 静定结构) (静定结构) Fb= 3n-2PL-PH 3n=3X3 =3 3-2X5-0=-1 5 0=不能动 超静定结构） （超静定结构）
二、机构具有确定运动的条件
四杆机构
F>0 原动件数= 原动件数=F：确定运动 原动件数> 原动件数>F: 机构被破坏
高副
高副：减少一个自由度。 高副：减少一个自由度。
三.机构
按组成机构的各构件之间的相对运动是平面运动还 是空间运动分： 是空间运动分：
平面机构——各构件的运动平面相互平行 各构件的运动平面相互平行 平面机构 空间机构——各构件不在平行平面内运动 空间机构 各构件不在平行平面内运动
按组成机构的各构件之间的运动副分： 按组成机构的各构件之间的运动副分：
平面机构虚约束常见情况处理方法
举 例 消除办法 只算一个回转 副B，其余的回转 副（如B’）都视 ） 为虚约束去掉 只算一个平面 高副A 高副A，其余的平 面 高 副 ( 如 A’) 都 ) 视为虚约束去掉
序 虚约束出现的场合 号 重复回转副 3 两构件组成多个 轴线重合的回转副 时，存在虚约束 重复高副 两构件组成多个 4 接触处公法线彼此 重合平面高副时， 重合平面高副时 ， 存在虚约束
锯床进给机构
F=3nF=3n-2PL-PH (2× =3×7-2× (2×4+2)=1
局部自由度
局部自由度：与整个机构运 局部自由度： 动无关的局部运动的自由度 处理局部自由度的方法: 处理局部自由度的方法: 说明： 说明：局部自由度虽然不影响整个机械的运 将局部自由度除去不计
但可将滑动摩擦变为滚动摩擦， 动，但可将滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大 大减轻磨损，在实际机器当中经常采用。 大减轻磨损，在实际机器当中经常采用。
平面机构及自由度计算
低副的形状简单，容易制造，而
且在承受相同的荷载时，低副接触处 的压强较小，所以低副耐磨损，承载 能力较强，寿命较长，高副则相反。
2.1.2 运动链和机构
1. 运动链
两个以上的构件通过运
动副联接而成的系统称 为运动链。若运动链中 各构件组成首末封闭的 系统，称为闭式传动链 (简称闭链)；否则称为开 式运动链(简称开链)，各 种机械中，一般多采用 闭式传动链。
3. 虚约束
在机构中与其他约束作用重复而对机构运动不 起独立限制作用的约束，称为虚约束。
在工程实际中，虽然虚约束不影响机构的运动， 但它却可以保证机构顺利运动，或增加机构的刚性， 改善机构的受力情况，所以虚约束的应用十分广泛。
虚约束是在特定的几何条件下形成的，计算机构 的自由度时，应将其除去不计。
平面机构运动简图明确地反映出机构中各个构 件之间的相对运动关系
2.2.2 运动副和构件的表示方法
1. 运动副的表示方法
(1) 转动副
转动副用一个小圆圈表示， 其圆心代表相对转动的轴线。图 (a)表示组成转动副的两个构件都 是活动构件，称为活动铰链；图 (b)左图表示组成运动副的两个构 件之一为机架，在代表机架的构 件上画短斜线，称为固定铰链， 习惯上用右图形式来表示固定铰 链。
2-3 简答
1. 机构具有确定运动的条件？ 2. 计算机构的自由度时需要注意哪些问题？
2-4 试计算下列图示机构的自由度(若有复合铰链、局部自由度或虚约束， 必须明确指出)。
(2) 移动副
下图是两个构件组成移动副的表示方法。在组成 移动副的两个构件中，习惯上将长度较短的块状构件 称为滑块，而将长度较长的杆状或槽状构件称为导杆 或导槽。其中图 (a)表示导杆1与滑块2组成移动副；图 (b)表示滑块2与导槽1组成移动副；图 (c)表示导杆2与 导槽1组成移动副。
且在承受相同的荷载时，低副接触处 的压强较小，所以低副耐磨损，承载 能力较强，寿命较长，高副则相反。
2.1.2 运动链和机构
1. 运动链
两个以上的构件通过运
动副联接而成的系统称 为运动链。若运动链中 各构件组成首末封闭的 系统，称为闭式传动链 (简称闭链)；否则称为开 式运动链(简称开链)，各 种机械中，一般多采用 闭式传动链。
3. 虚约束
在机构中与其他约束作用重复而对机构运动不 起独立限制作用的约束，称为虚约束。
在工程实际中，虽然虚约束不影响机构的运动， 但它却可以保证机构顺利运动，或增加机构的刚性， 改善机构的受力情况，所以虚约束的应用十分广泛。
虚约束是在特定的几何条件下形成的，计算机构 的自由度时，应将其除去不计。
平面机构运动简图明确地反映出机构中各个构 件之间的相对运动关系
2.2.2 运动副和构件的表示方法
1. 运动副的表示方法
(1) 转动副
转动副用一个小圆圈表示， 其圆心代表相对转动的轴线。图 (a)表示组成转动副的两个构件都 是活动构件，称为活动铰链；图 (b)左图表示组成运动副的两个构 件之一为机架，在代表机架的构 件上画短斜线，称为固定铰链， 习惯上用右图形式来表示固定铰 链。
2-3 简答
1. 机构具有确定运动的条件？ 2. 计算机构的自由度时需要注意哪些问题？
2-4 试计算下列图示机构的自由度(若有复合铰链、局部自由度或虚约束， 必须明确指出)。
(2) 移动副
下图是两个构件组成移动副的表示方法。在组成 移动副的两个构件中，习惯上将长度较短的块状构件 称为滑块，而将长度较长的杆状或槽状构件称为导杆 或导槽。其中图 (a)表示导杆1与滑块2组成移动副；图 (b)表示滑块2与导槽1组成移动副；图 (c)表示导杆2与 导槽1组成移动副。
第2章-机构自由度的计算 共29页PPT资料
三、计算机构自由度时应注意的问题
1．复合铰链 三个或三个以上构件在同一处构成共
轴线转动副的铰链，我们称为复合铰链。
若有m个构件组成复合铰链，则 复合铰链处的转动副数应为（m-1）个。
2个低副
三、计算机构自由度时应注意的问题
三、计算机构自由度时应注意的问题
2．局部自由度
左图：n=2，PL=2，Ph＝1， F=3x2-2x2-1=1
第2章 机器的组成及机构运动要素
2.1 机器的组成及其设计方法 2.2 机构、构件及运动副 2.3 平面机构运动简图 2.4 平面机构自由度的计算
活塞泵的机构运动简图
曲柄、连杆、齿扇、 齿条活塞、机架。 曲柄为原动件， 其余为从动件， 当曲柄匀速转动时， 活塞在汽缸中往复移 动。 F=3n-2pL-ph=3x4-2x5-1=1
（2）两构件某两点间的距离始终不变，将此两点用构 件和运动副连接会带进虚约束。
（3）两构件组成多个移动方向一致的运动副
虚约束经常出现在以下几种情况中： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合， （2）两构件某两点间的距离始终不变，将此两点用构件
和运动副连接会带进虚约束。 （3）两构件组成多个移动方向一致的运动副
凸轮机构自由度计算
四杆机构的自由度计算
n=2 pL=2 ph=1 F=3n-(2pL+ph)=1
n=3 pL=4 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1
原动件数=机构自由度
铰链五杆机构
n=4 pL=5 ph=0 F=3n-(2pL+ph)=2
原动件数<机构自由度数，机构 运动不确定（任意乱动）
虚约束消除平行四边形运动不确定性
3、虚约束：
第二章 平面机构
面相平行的平面作为投影面。
4. 选择适当的比例尺, 定出各运动副之间的相对位置，用规
定的简单线条和各种运动副符号, 将机构运动简图画出来。
§2-3 平面机构自由度
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。 单个自由平面构件的自由度为 3 θ (x , y) y
凸轮机构
2. 按构成运动低副的两构件的相对运动分
转动副:——两构件之间的相对运动为转动 移动副:——两构件之间的相对运动为移动
螺旋副：——螺旋运动 球面副：——球面运动
转动副
移动副
螺旋副：——螺旋运动 球面副：——球面运动
螺旋副
球面副
三、由基本概念看机构的组成
固定 联接 零件 构件
可动 联接
F=3n - 2Pl - Ph
虚约束常出现的情况：
1. 如果转动副联接的是两构件上运动轨迹相重合的点，则该 联接引入1个虚约束;
正确计算： ●将因虚约束而减少的自由度 再加上。 p – p F=3n-2
l h
F=3n-2 P6-0=0+ P′ =3×4 - 2× l – Ph
=3×4 - 2×6-0+1=1
例题 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 S3 1
2
3
>0 F=3n-(2 Pl + Ph)=3n-2Pl -Ph =0 <0
可以运动，可能成为机构。
不能运动，为桁架结构。 不能运动，为超静定结构。
★ 局部自由度F′（Passive DOF）
——构件所具有的与其他构件运动无关的局部运动。
第二章 机构的组成及其自由度的计算
(2)运动副所引入的约束
机构具有确定运动的条件及平面机构的自由度
机构具有确定运动的条件及平面机构的自由度
一个机构中: 为机构的活动构件数目; 一个机构中:n为机构的活动构件数目; pl 为机构的低副数目; 为机构的低副数目; ph为机构的高副数目. 为机构的高副数目. 则机构自由度的计算公式: 则机构自由度的计算公式: F=3n-(2pl+ph) 举例: 举例:
若机构的自由度数等于零,则机构为静定架; 若机构的自由度数等于零,则机构为静定架; 若原动件数小于机构的自由度数,则机构的运动不能确定; 若原动件数小于机构的自由度数,则机构的运动不能确定; 若原动件数大于机构的自由度数,则机构的最薄弱环节损坏. 若原动件数大于机构的自由度数,则机构的最薄弱环节损坏.
1
2
4
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
机构的组成
4.机构 4.机构 具有固定构件的运动链称为机构. 具有固定构件的运动链称为机构. 机 机构中的固定构件; 机构中的固定构件 架 ——机构中的固定构件; 3 1原动件 机架 2 从动件
一般机架相对地面固定 不动, 不动,但当机构安装在运动 的机械上时则是运动的. 的机械上时则是运动的.常 以转向箭头表示. 以转向箭头表示.
F =3N-(2pl+ph) - =3 ×3-(2 ×4+0) =1
F =3N-(2pl+ph) - =3 ×4-(2 ×5+0) =2
机构具有确定运动的条件及平面机构的自由度
N=6 Pl =7
(4 revolute pairs A.B.C.D 3 sliding pairs)
ph =3 F =3N-(2pl+ph) - =3 ×6-(2 ×7+3) =1
机构运动简图及平面机构自由度
第二章机构运动简图及平面机构自由度主讲：张祖涛机械设计教研室2314567,8实际工程设计问题一：优化设计汽车发动机使汽车油耗降低？通过机构运动图简化，抛开与运动无关的复杂外形，用简单的线条和标准化的符号，按照一定的比例，绘制机构的运动简图，以便于后续的优化设计！！机构运动简图C AB C DD工业设计问题二：分析简单四足步行机器人的运动？简单四足步行机器人1234平面机构自由度计算第二章机构运动简图与自由度§1 机构运动简图§2 平面机构自由度§1 机构运动简图一、机构的组成机构——若干构件以运动副相联接并具有相对运动的组合体。
构件运动副§1 机构运动简图术语：运动副由两个构件组成的可动联接。
运动副低副高副——点、线接触的运动副其他：空间运动副回转副移动副根据运动副两接触面情况不同，常如下分类：球面副n低副——面接触a ）回转副（铰链）——相对转动§1 机构运动简图b ）移动副——相对移动o高副——点、线接触零件构件静联接机构动联接机器协调组合2314567,8二、机构运动简图1、机构运动简图功用对现有机器进行运动分析和受力分析。
新机器的方案设计、方案比较及主要参数的确定。
§1 机构运动简图机构运动简图机构运动简图：用简单线条、符号表达用简单的线条和符号等代表构件和运动副，并按照一定比例表示各种运动副的相对位置，保持原机构运动特征不变的图形，用于表达复杂机械中各构件的相互联系、运动特性。
机构运动简图中常用的符号：2、机械运动简图作图方法1)、分析机构的运动情况，辨别构件的类型（固定件、原动件和从动,并在构件上标上编号；2)、分析各构件的相对运动性质，确定运动副的种类和数目；3)、确定回转副转动中心位置和移动副中心线位置，选定适当的比例尺，绘出机构运动简图；4)、检查运动的可能性和确定性请画出图示缝纫机下针机构的机构运动简图§1 机构运动简图§1 机构运动简图例：鳄式破碎机1.构件：机架1，偏心轴2，动鳄3，衬板42.运动副：1—2：转动副；2—3：转动副；3—4：转动副；4—1：转动副。
★2第二章自由度计算汇总
点击播放 a)转动副
b)移动副
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图2-3平面低副
平面机构运动简图
在研究或设计机构时，为了减少和避免机构复杂的结构外 形对运动分析带来的不便和混乱，我们可以不考虑机构中与运 动无关的因素，仅用简单的线条和符号来表示构件和运动副， 并按比例画出各运动副的相对位置。这种用规定符号和简单线 条表示机构各构件之间相对运动及运动特征的图形称为机构运 动简图，本教材研究机构的组成及运动状态时都是以机构运动 简图为基础来研究的。 机构运动简图所表示的主要内容有：机构类型、构件数目 、运动副的类型和数目以及运动尺寸等。 对于只为了表示机构的组成及运动情况，而不严格按照比 例绘制的简图，称为机构示意图。
R=2, F=1 自由度数 约束数 1（θ） + 2（x，y） 1（x） + 2（x,θ）+ 1（y）
=3
=3
2（y，θ） =3
结论：构件自由度＝3－约束数
平面机构的自由度
三、平面机构的自由度计算
1、平面机构自由度的计算公式 活动构件数 构件总自由度 低副约束数 n 3× n 2 × PL (低副数) 高副约束数 1 × Ph (高副数)
运动副及其分类
运动副
构件与构件之间既保证直接接触和制约，又保持确定 运动的可动联接称为运动副。 构件间通过点或线接触所构成的运动副称为高副，常 见的平面高副有凸轮副和齿轮副，如图2-2所示。
点击播放 凸轮副 图2-2 平面高副 齿轮副
点击播放
运动副及其分类
两构件通过面接触所构成的运动副称为低副，平面低副 按其相对运动形式又可分为转动副和移动副。 （1）转动副 两构件间只能产生相对转动的运动副称为 转动副，如图2-3a所示。 （2）移动副 两构件间只能产生相对移动的运动副称为 移动副，如图2-3b所示。
第二章平面机构的运动简图及自由度
错误
F=3n-2PL-PH= 3*3-2*(2+1)-1=2
正确
F=3n-2PL-PH= 3*2-2*2-1=1
2 局部自由度
• 对整个机构运动无关 的自由度称为局部自 由度。在计算机构自 由度时，局部自由度 应当舍弃不计。如凸 轮机构中的滚子带来 一个局部自由度
3 虚约束
• 不起独立限制作 用的约束称为虚 约束。如图所示 的平行四边形机 构中，加上一个 构件5，便形成具 有一个虚约束的 平行四边形机构。
出机构预期运动规律的从动件为输出构 件
• 绘制机构运动简图的步骤 • 1）确定机构中的原动部分和工作部分，然后
再把两者之间的传动搞清楚，从而找出组成机
构的所有构件并确定构件间的运动副类型。
• 2）恰当地选择投影面。一般选择机构中与多
数构件的运动平面相平行的面为投影面。
• 3）选择适当的比例尺，绘制出机构的运动简
高副两构件通过点或线接触组成的运动副?空间运动副球面副螺旋副等yz平面内有两个自由度即平面高副提供1个约束球面低副球面高副螺旋副22平面机构运动简图?用简单的线条和符号来表示构件和运动副按比例尺寸画出机构中各构件间相对运动关系的简单图形?运动副的表示方法转动副移动副?机架abcd?构件的表示方法构件的分类
8
9 10
H
C:复合铰链
G
E
F
C B
A
滚子为局部 自由度
E'
E：虚约束
D
F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1
推土机机构 •F=3*5-2*7=1
锯
木
机 机
•F=3*8-2*11-1=1
构
•
•F=3*6-2*8-1=1 平 炉 渣 口 堵 塞 机 构
第二章 平面机构简图及自由度
第二章 平面机构的运动简图 及其自由度（P15）
平面机构——所有构件都在同一平面或 平行平面内运动的机构。
机构是由若干相互间形成可动联接的构件组成的系统。
机构通常具有确定运动规律。
1）各构件组合后能否运动？ 2) 在什么条件下具有确定的运动？
2-1 运动副及其分类
机构是具有确定相对运动的构件组合体。在对实际 机械的分析中，可以看出，这种“构件的组合”实际上就 是将一定数量的构件按一定的方式两两联接在一起。为了 使构件间能具有“确定的相对运动”，构件的联接显然不 应是刚性的，这种联接只是引入了某些约束，而保留了构 件间某些相对运动的可能性。
2. 传递运动和动力（约束会产生约束反力或约束 反力矩）。
2.3.2 机构具有确定运动的条件
F 3n 2PL PH 3 4 2 5 0 2
F 3n 2PL PH 3 3 2 4 0 1
机构具有确定运动的条件：
1.机构的F > 0;
2.2.2 平面机构的运动简图
用简单线条和规定符号来表示机构运动特征的简单 图形。
参见表2-1 P18
绘制原则:
忽略机构中与运动无关的部分，只表现与运动有关的因素
影响机构运动的主要因素有： 1. 组成机构的各运动副的类型(与运动副的实际结构形式 无关) 2. 同一构件上所有运动副元素间的相对位置尺寸(与构件 的实际结构形状无关) 3. 机构原动件的运动规律
运动副的分类 在机构中，运动副分为高副和低副两类。
高副：两构件通过的运动副（移动
副和转动副）
1. 低副
（1） 转动副
（2） 移动副
2. 高副
2.2 平面机构运动简图
2.2.1 平面机构的组成 任何一个机构都是由若干构件组成，这些构件可以 分为三类： 固定构件（机架）:支承活动构件和作为 研究运动的参考坐标。 构件 主动件（原动件）：作用有驱动力或力矩 的构件 从动件：机构中除了原动件和机架以外的 活动构件
平面机构——所有构件都在同一平面或 平行平面内运动的机构。
机构是由若干相互间形成可动联接的构件组成的系统。
机构通常具有确定运动规律。
1）各构件组合后能否运动？ 2) 在什么条件下具有确定的运动？
2-1 运动副及其分类
机构是具有确定相对运动的构件组合体。在对实际 机械的分析中，可以看出，这种“构件的组合”实际上就 是将一定数量的构件按一定的方式两两联接在一起。为了 使构件间能具有“确定的相对运动”，构件的联接显然不 应是刚性的，这种联接只是引入了某些约束，而保留了构 件间某些相对运动的可能性。
2. 传递运动和动力（约束会产生约束反力或约束 反力矩）。
2.3.2 机构具有确定运动的条件
F 3n 2PL PH 3 4 2 5 0 2
F 3n 2PL PH 3 3 2 4 0 1
机构具有确定运动的条件：
1.机构的F > 0;
2.2.2 平面机构的运动简图
用简单线条和规定符号来表示机构运动特征的简单 图形。
参见表2-1 P18
绘制原则:
忽略机构中与运动无关的部分，只表现与运动有关的因素
影响机构运动的主要因素有： 1. 组成机构的各运动副的类型(与运动副的实际结构形式 无关) 2. 同一构件上所有运动副元素间的相对位置尺寸(与构件 的实际结构形状无关) 3. 机构原动件的运动规律
运动副的分类 在机构中，运动副分为高副和低副两类。
高副：两构件通过的运动副（移动
副和转动副）
1. 低副
（1） 转动副
（2） 移动副
2. 高副
2.2 平面机构运动简图
2.2.1 平面机构的组成 任何一个机构都是由若干构件组成，这些构件可以 分为三类： 固定构件（机架）:支承活动构件和作为 研究运动的参考坐标。 构件 主动件（原动件）：作用有驱动力或力矩 的构件 从动件：机构中除了原动件和机架以外的 活动构件
第二章机构的组成及其自由度的计算
第二章机构的组成及其自由度的计算一、学习要求1.搞清构件、运动副、约束、自由度及运动链等重要概念。
2.能绘制比较简单的机械的机构运动简图。
3.能正确计算平面机构的自由度并能判断其是否具有确定的运动。
4.对虚约束对机构工作性能的影响有所认识。
二、本章重点及难点本章的重点是构件、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。
本章的难点是机构中虚约束的判定问题。
三、思考题1．何谓构件?构件与零件有何区别?2．何谓高副?何谓低副?在平面机构中高副和低副一般各带入几个约束?齿轮副的约束数应如何确定?3．何谓运动链?运动链与机构有何联系和区别?4．何谓机构运动简图?它与机构示意图有何区别?绘制机构运动简图的目的和意义是什么?绘制机构运动简图的主要步骤如何?5．何谓机构的自由度?在计算平面机构的自由度时应注意哪些问题?6．什么是虚约束?虚约束对机构有哪些重要影响?7．机构具有确定运动的条件是什么?该条件是在什么前提下获得的?若不满足这一条件,机构将会出现什么情况?四、练习题2-1 试画出图2-1所示泵机构的机构运动简图,并计算其自由度。
2-2 试画出图2-2所示冲压机构的机构运动简图,并判断其是否有确定的相对运动。
2-3 试计算图2-3所示凸轮-连杆组合机构的自由度。
2-4 试确定图2-4所示机构的自由度。
图2-1 图2-2图2-3图2-42-5 图2-5所示为一小型压力机，试绘制其机构运动简图，并计算其自由度。
图2-52-6 试计算图2-6中所示两种压力机的自由度。
图2-62-7 试计算图2－7中所示凸轮－连杆组合机构的自由度。
图2-72-8 试计算图2-8中所示各平面高副机构的自由度。
a) b)图2-13。
第二章 平面机构及自由度计算
D 5 4 1 2 E 3 A 6 7 C F
解：活动构件数n=7 活动构件数 低副数PL= 10 低副数 F=3n － 2PL － PH =3×7 －2×10－0 － =1
B
8
圆盘锯机构
计算图示两种凸轮机构的自由度。 计算图示两种凸轮机构的自由度。 解：n= 3， PL= 3， PH=1 ， ， F=3n － 2PL － PH =3×3 －2×3 －1 =2 对于右边的机构， 对于右边的机构，有： F=3×2 －2×2 －1=1 事实上，两个机构的运动相同， 事实上，两个机构的运动相同，且F=1
3 2 1 1 3 2
或计算时去掉滚子和铰链： 或计算时去掉滚子和铰链： F=3×2 －2×2 －1 =1 滚子的作用：滑动摩擦⇒滚动摩擦。 滚子的作用：滑动摩擦⇒滚动摩擦。
已知： ＝ ＝ ， 已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形 机构的自由度。 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 虚约束 对机构的运动实际不起作用的约束。 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。 计算自由度时应去掉虚约束。 故增加构件4前后 前后E ∵ FE＝AB ＝ CD ， 故增加构件 前后 ＝ 点的轨迹都是圆弧， 点的轨迹都是圆弧，。 增加的约束不起作用，应去掉构件4。 增加的约束不起作用，应去掉构件 。
3 2 1 1
3 2
2.局部自由度 局部自由度 定义：构件局部运动所产生的自由度。 定义：构件局部运动所产生的自由度。 出现在加装滚子的场合， 出现在加装滚子的场合 ， 计算时应去掉F 计算时应去掉 p。 本例中局部自由度 FP=1 F=3n － 2PL － PH －FP =3×3 －2×3 －1 －1 =1
解：活动构件数n=7 活动构件数 低副数PL= 10 低副数 F=3n － 2PL － PH =3×7 －2×10－0 － =1
B
8
圆盘锯机构
计算图示两种凸轮机构的自由度。 计算图示两种凸轮机构的自由度。 解：n= 3， PL= 3， PH=1 ， ， F=3n － 2PL － PH =3×3 －2×3 －1 =2 对于右边的机构， 对于右边的机构，有： F=3×2 －2×2 －1=1 事实上，两个机构的运动相同， 事实上，两个机构的运动相同，且F=1
3 2 1 1 3 2
或计算时去掉滚子和铰链： 或计算时去掉滚子和铰链： F=3×2 －2×2 －1 =1 滚子的作用：滑动摩擦⇒滚动摩擦。 滚子的作用：滑动摩擦⇒滚动摩擦。
已知： ＝ ＝ ， 已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形 机构的自由度。 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 虚约束 对机构的运动实际不起作用的约束。 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。 计算自由度时应去掉虚约束。 故增加构件4前后 前后E ∵ FE＝AB ＝ CD ， 故增加构件 前后 ＝ 点的轨迹都是圆弧， 点的轨迹都是圆弧，。 增加的约束不起作用，应去掉构件4。 增加的约束不起作用，应去掉构件 。
3 2 1 1
3 2
2.局部自由度 局部自由度 定义：构件局部运动所产生的自由度。 定义：构件局部运动所产生的自由度。 出现在加装滚子的场合， 出现在加装滚子的场合 ， 计算时应去掉F 计算时应去掉 p。 本例中局部自由度 FP=1 F=3n － 2PL － PH －FP =3×3 －2×3 －1 －1 =1
第2章 平面机构及自由度计算1
• 视图平面一般选择与各运动平面相平行的平面。 • 根据图纸的幅面及构件的实际长度选择合适的比例尺 机构示意图
不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的简图。
平面机构及自由度计算
单缸内燃机的机构运动简图
缝纫机引线 内燃机机构
平面机构及自由度计算
思考题1
球面副
螺旋副
平面机构及自由度计算
机构的四大要素
主动 件
运动副
机架
从动 件
平面机构及自由度计算
平面机构运动简图
平面机构及自由度计算
运动副及构件的表示法
• 构件常用直线或小方块来表示，划有斜线的表示机架，机 架固定不动。 • 转动副的表示方法
– 图中圆圈表示转动副，其圆心代表相对转动轴线。 – 一个构件具有多个转动副时，则应在两线交界处涂黑，或在其内 画上斜线。
平面机构及自由度计算
机构的组成
机架 机构中相对不动的构件 原动件 驱动力（或力矩）所作用的构件。→输入构件 从动件 随着原动构件的运动而运动的构件。→输出构件
思考： 指出机架、 原动件、 从动件 。
鄂式破碎机简图画法
平面机构及自由度计算
自由度与约束
自由度
y A
α
构件具有独立运动参数的数目（相对于参考系）
– A. 转动副： 两构件只能作相对转动，又称作铰链。 自由度数 1，只能转动； 约束数 2，失去了沿X、Y方向的移动。
转动副的表示方法
平面机构及自由度计算
运动副类型及其代表符号
2. 高副——两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副
齿轮副
轮轨副
平面机构及自由度计算
运动副类型及其代表符号
• 其它：空间运动副
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总目录
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结 束
一、基本术语
机械：机构和机器的总称。 机构：由若干构件组成，用以传 递运动和动力， 构件间有确定 相对运动。 构件：由若干个零件组成，各零件间无相对运动的组合体。 指刚体构件（弹性构件——弹簧；柔性构件——带、链；气 液体构件——气压与液压传动的气体、液压油等） 机器：根据某种运动要求设计的机械运动装置。 零件：机器中不可再分的单元。是组成机器的基本要素。 零件分为 通用零件——齿轮，轴 专用零件——曲轴，活塞 标准零件——螺栓，滚动轴承。
三、运动副及其分类
概念：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接。 两构件上能够参加接触而构成运动副的表面称为运动副元素。 类型： （一） 低副 两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。根据两构件间 的相对运动形式，低副又可分为转动副和移动副。 1.转动副 （或铰链） 两构件只能在一个平面内作相对转动
2 1
3 2 1
F=3n- 2PL-PH =3*5-2*6-0 =3
F=3n-2PL-PH =3*5-2*7-0 =1
3
总目录
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结 束
2、局部自由度 在机构中，某些构件具有不影响其它构件运动的自由度。 多余的自 由度是滚子2 绕其中心转动 带来的局部自 由度，它并不 影响整个机构 的运动，在计 算机构的自由 度时，应该除 掉。 F=3n- 2PL-PH =3*3-2*3-1=2 总目录 F=3n- 2PL-PH =3*2-2*2-1=1 上一页 下一页 结 束
C 3
2 3 1 4
D' D 4 4 E
1
F>0
原动件数<F，运动不确定
2 B 1 A 1
C'
5
原动件数>F，机构破坏 总目录 上一页 下一页 结 束
试计算图示挖土机的自由度，并说明为什么要配置三个油 缸。
总目录
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结 束
缝纫机刺布机构 总目录 上一页
油泵 下一页 结 束
雷达天线
第 五 章 机 械 的 平 衡
第 六 章 机 械 运 转 及 速 度 波 动 调 整
第 七 章 平 面 连 杆 机 构 及 其 设 计
第 八 章 凸 轮 机 构 及 设 计
第 九 章
齿 轮 机 构 及 设 计 1 7
第 九 章
齿 轮 机 构 及 设 计 8
第 十 章 轮 系
( ~ )
( ~ 10 )
PL个低副： 限制 2PL个自由度
PH个高副： 限制 PH 个自由度
机构的自由度以F表示：
F=3n- 2PL-PH
总目录 上一页 下一页 结 束
F=3n- 2PL-PH =3*7-2*8-4 =1
总目录
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结 束
总目录
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下一页
结 束
二 注意事项
1.复合铰链 两个以上个构件在同一条轴线上形成的转动副.由K个构件组 成的复合铰链包含的转动副数目应为（K-1）个。
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结 束
第二章 机构的组成及自由度的计算
§2-1 平面机构的组成
一、机构的组成与分类
链接8Βιβλιοθήκη 1、概念：机构是具有确定相对运动的构件的组合，是由构件和运 动副组成。用来运动和动力的可动装置。 构件：机构中的（最小）运动单元，是组成机构的基本要素之 一，一个或若干个零件刚性联接而成 （1）、实际的构件可以是一个独运动的零件，也可以是若干个零 件而连在一起的一个独立运动的整体 （2）、构件是机构中的刚性系统，构件中各零件间不能相对运动 （3）、构件的图形在表达上是用最简单的线条或几何图形来表达。
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结 束
2、组成： 机架：固定不动的构件 原动件：输入运动规律的构件 从动件：其它的活动构件 3、平面机构：各构件的相对运动在同一平面或互相平行 空间机构：各构件相对运动不完全在同一平面或相互 平行，即平面空间交错
曲柄滑块机构
蜗杆传动
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结 束
二、自由度
一个作平面运动的自由构件有三个独立运动的可能性。构 件所具有的这种独立运动的数目称为构件的自由度。所以一个 作平面运动的自由构件有三个自由度。 但当这些构件之 间以一定的方式联接 起来成为构件系统时， 各个构件不再是自由 构件。两相互接触的 构件间只能作一定的 相对运动，自由度减 少。这种对构件独立 运动所施加的限制称 为约束。 总目录 总目录 下一页 下一页 结 束 结束 束 上一页 上一页 下一页 结
总目录
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结 束
单缸内燃机
颚式破碎机 总目录 上一页 下一页 结 束
关系：
组成
零件
构件
组成
组成
机构 机械
机器
总目录
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结 束
§1—2 机械设计基础课程的内容、性质和任务
一、课程的内容 搞清基本概念，理解常用机构和通用零部件的工作原理、运动特点、结构 特点、基本的设计理论和设计方法（不考虑零件的材料、强度、结构及工艺性 的机构运动尺寸的设计）。 二、课程的性质 性质：技术基础课 作用：承上启下 特点：科学性，综合性，实践性 三、课程的任务 1.了解常用机构的结构，运动特性，初步具有分析和设计常用机构的能力。 2.掌握通用零件的工作原理、结构特点、设计计算和维护等知识。并初步具有 设计简单机械传动装置的能力。 3. 具有运用标准，规范，手册，查阅相关技术资料能力。 4.获得本学科实验技能的初步训练。 5.通过本课程的学习为后续专业课程打好基础。
由此可知，同 一机构以不同构件 为原动件，杆组级 别不同 1.4.3 平面机构的结构分析 1、计算机构自由度，确定原动件 2、从远离原动件的构件开始拆分基本杆组 3、先试拆Ⅱ级杆组，若不成再拆分Ⅲ级杆组 4、每拆一个基本杆组，留下的部分应与原机构自由度相同， 至拆出全部杆组，余下原动件和机架为止 平面机构的结构分析了解平面机构的组成，确定平面机构 的级别。
3、虚约束 重复而不起独立限制作用的约束称为虚约束。计算机构的自 由度时，虚约束应除去不计。 (1)、两构件构成多个导路平行的移动副
F=3n- 2PL-PH =3*3-2*5-0 =-1
(2)、两构件组成多个轴线互相重合的转动副 总目录 上一页 下一页 结 束
(3)、机构中存在对传递运动不起独立作用的对称部分
多媒体教学课件
吉林化工学院
机械设计教研室
高 路
前 言
该课件由西北工业大学出版的《机械原理教程》及《机
械设计教程》两部分组成。增添了一些插图、动画和工程
应用等素材，有利于增强感性认识和提高学习兴趣。
第第 一二 章章 绪机 论构 组 成 及 其 自 由 度 的 计 算
第 三 章 平 面 机 构 的 速 度 分 析
缝纫机踏 板
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四、计算平面机构自由度的实用意义
1 判定机构的运动设计方案是否合理
2 修改设计方案 （1） F=0:增加一构件带进一平面低副 （2） F<>原动件数目：增加一构件带进两平面低副 增加原动件数目 3 判定机构运动简图是否正确
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1.4、平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
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图示为一简易冲床的设计图。试分析设计方案是否合理。 如不合理，则绘出修改后的机构运动简图。
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三、平面机构具有确定相对运动的条件
机构要能运动，它的自由度必须大于零。机构的自由度表明 机构具有的独立运动数。由于每一个原动件只可从外界接受一个 独立运动规律（如内燃机的活塞具有一个独立的移动）因此，当 机构的自由度为1时，只需有一个原动件；当机构的自由度为2时， 则需有两个原动件。故机构具有确定运动的条件是：原动件数目 应等于机构的自由度数目。 F≤0，构件间无相对运动，不成为机构。 原动件数=F，运动确定
限制两个自由度（两个移动）保留一个自由度（转动）
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2.移动副 两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。
限制两个自由度（一个移动，一个转动） 保留一个自由度（移动 ）
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3.高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。
限制一个自由度（一个移动） 保留两个自由度（一个移动，一个转动） 总目录 上一页 下一页 结 束
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2、常用机构和运动 副的表示方法：
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1、运动副的符号
2 2 2 2 2 1 1 1 1
转动副：
1
1 2 2 1 2 2
1 2 1 2
移动副：
1
齿轮副： 总目录 上一页 下一页 结 束
凸轮副：
2 2
1
1
2、构件（杆）：
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3、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； 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
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第一章 绪
论
§1—1 本课程研究的对象与内容
机 器 组 成 辅助系统 原动机 传动装置 控制系统 执行部件
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原动部分——驱动机器的动力源 。 如：电动机、内
燃机等 执行部分——完成机器预定功能的组成部分。如：机 床的刀具加工部分、进给装置等。 传动部分——连接原动部分和执行部分的中间部分， 用以改变原动机的运动形式、运动及动 力参数，以满足执行部分的需要。如： 减速器、变速器、增速器等。