机构的结构分析
机构的结构分析
闭式链
开式链
机构：具有确定相对运动的运动链称为机构 。
§1－3 平面机构运动简图
机构运动简图：用规定的运动副符号和构件线条，按一定
的比例表示各构件和运动副的相对位置，并能完全反映机构 特征的图形。
机构示意图：不按比例绘制的简图。
一、运动副的规定符号
转动副：
2 1
2
2
2
2
1
1
1
移动副：
1 1
2 21 1
2 2
1 2
1 2
高副：
二、构件表示方法：
两副构件
三副构件
三、机构运动简图的绘制：
1. 绘制步骤：
（1）选择合适投影面:一般以它的运动平面为投影面。
（2）选取适当的比例尺，长度比例尺为
l 图 实上 际尺 尺 (m 寸 m寸 m )
（3）从原动件开始，沿着运动传递的线路，采用规定的符号， 依次分别绘出各构件和运动副。
机构中。
滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。
滚子凸轮机构.exe
例7:试计算下述凸轮机构的自由度。
解：n= 2， PL= 2， PH=1
3
3
F=3n － 2PL － PH
2
2
=3×2 －2×2 －1
1
=1
1
3.虚约束：起着相同作用的约束。 计算自由度时，应
去掉虚约束。
如机构中AB＝CD＝EF。 B 2 E
已知各杆件长度，各构件的运
动规律分别用参数θ1、……、θ4、
表示，若仅给定θ1＝θ1（t）,则 θ2 θ3 θ4 均不能唯一确定。
若同时给定θ1和θ4 ，则θ3 θ2 能唯一确定，故该机构需要 给定两个独立运动参数，其它各
机构的结构分析(运动副)
凸轮机构
总结词
凸轮机构是一种通过凸轮和从动件相互作用实现运动的机构，常用于实现间歇性或周期 性的运动。
机构的结构分析(运动副)
• 引言 • 机构的基本类型 • 运动副的分类 • 运动副的特性分析 • 运动副在机构中的应用实例 • 结论
01
引言
主题简介
01
机构的结构分析是机械工程中的 重要概念，主要研究机构中各个 构件之间的连接关系和运动传递 方式。
02
运动副是机构中实现运动传递的 关键部分，通过运动副的组合和 配合，机构可以实现预定的运动 轨迹和功能。
机构与运动副的关系
机构是由多个构件组成的，构件之间 的连接和配合通过运动副来实现。
运动副的种类和特性决定了机构的运 动特性和功能，因此，对运动副的分 析和研究是机构结构分析中的重要环 节。
02
机构的基本类型
连杆机构
总结词
连杆机构是一种通过连接杆件实现运动的机构，广泛应用于各种机械和设备中。
详细描述
运动副优化设计
进一步深入研究运动副的优化设计方 法，以提高机构的整体性能和效率， 例如通过有限元分析、多学科优化等 方法对运动副进行优化。
跨学科合作与交叉融合
加强不同学科领域之间的合作与交叉 融合，例如机械工程、材料科学、控 制工程等，以推动机构结构分析领域 的创新发展。
THANKS
感谢观看
刚度与阻尼
运动副的刚度和阻尼会影响机 构的动态性能。
效率与精度
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1章机构结构分析
图1-11a 铰链五杆机构
2．当构件组的自由度大于0且小于原动件数时，会发生运 动干涉或破坏。
如图2-11b所示的铰链四杆机构，其自由度为1，需提供一 个原动件。如果给定两个原动件，则此机构可能会遭到破坏。
图1-11b 四杆机构
第1章机构结构分析
1.3.1 运动副与构件的表示方法
为了能记录大量的现有机构，并便于改进原机构或构思 新机构方案，需要能够提供一种简单的、便于记录各种机构 特征的记录符号或图形。
从设计的角度来说，机构运动规律主要与原动件的输入 运动规律、联接各构件运动副的类型和机构的运动尺寸有关， 而与运动副的具体形式、构件的外形、断面尺寸、组成构件 的零件数目无关，因此，可以用统一规定的简单符号和线条 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 和构件尺寸。
第1章机构结构分析
1.3.1 运动副与构件的表示方法
在机构运动简图中，常用运动副的表示方法见表1.1。常用 构件的表示方法见表1.2。其余运动副和构件的表示方法可参见 国家标准GB／T4460-1984。
第1章机构结构分析
1.3.1 运动副与构件的表示方法
第1章机构结构分析
1.3.1 运动副与构件的表示方法
第1章机构结构分析
1.3.1 运动副与构件的表示方法
能准确表达机构运动特性的简单图形称为机构运动简图。 仅仅以构件和运动副的符号表示机构，其图形未按照精确 比例绘制，而在于表达机构的结构特征，这种简图称为机构示 意图。 利用运动简图能对机构进行结构、运动和动力等的分析， 它是从事机构研究或机械设计工作要掌握的基本工具。
1 机构的结构分析
1.1 研究机构结构的目的和方法 1.2 机构的组成 1.3 平面机构运动简图 1.4 平面机构的自由度 1.5 平面机构的组成原理和结构分析
机构的结构分析
1、复合铰链—计算在内 2、局部自由度—排除
3、虚约束—排除
例1
复 复合铰链
2
7
1
3
8
例2
5
4
9
虚约束 局部自由度
5
F＝3n－2PL－PH
局部自由局度 4
6
7
＝37－29－1
3
＝2
虚约束
F＝3n－2PL－PH ＝36－2 8－1
2 1
＝1
例3
3 2
4
5 86
7
F＝3n－2PL－PH ＝3 8－2 11－ 1 ＝1
2
三个杆件在一处构成
转动副，其转动副数 1 目为：PL=3－1=2
3
22
44
33 1
F =3n-2PL-PH
=35-26-0
× 5
=3
5
66
F =3n-2PL-PH =35-27-0
=1 √
例 圆盘锯机构
F＝3n－2PL－PH ＝37－26－0
? ＝9 ×
A,B,C,D处为复合铰链
F＝3n－2PL－PH ＝37－210－0
＝1 √
A
F E B
D C
F＝3n－2PL－PH ＝35－27－0 ＝1
2.局部自由度
所谓局部自由度：是指机构中某些构件所具有的 不影响其他构件运动的自由度
C 3 4
C 3
F＝3n－2PL－PH ＝33－2 3－1=2
×
B
A
2
1
B F＝3n－2PL－PH
A 2 ＝32－2 2－1=1 √
常见构件的简图符号
带两个转动 副的构件
带一个转动副和一 个移动副的构件
机构的结构分析与运动分析总复习题及解答
机构的结构分析与运动分析总复习题及解答第⼀章机构的结构分析与运动分析⼀、考点提要（⼀）机构的结构分析1.机器与机构机器具有以下三⼤本质属性：（1）⼈为实物的组合体、（2）各实物（称为构件）间具有确定的相对运动，能够传递和变换运动。
（3）能对外完成有⽤的机械功或实现能量转换。
机器是由机构组成的，机构是具有各⾃特点的，能传递和变换运动的基本组合体。
机构只具有机器的前两个属性。
（1）从结构、运动⽅⾯看，机器、机构⽆区别,机构是机器的组成单元；机器可以有⼀个或多个机构组成。
（2）从功能⽅⾯看，机器、机构有区别。
机器实现能量转换或作机械功⽽机构是实现运动、动⼒的传递。
2.机械从结构和运动的⾓度看，机构和机器是相同的，⼀般统称为机械。
3.构件与零件构件是机构中的组成元件也是运动单元，零件是机械中的制造单元；构件是由⼀个或若⼲个零件固定连接组合⽽成的，各个零件间不能再有相对运动。
构件在图形表达上是⽤规定的最简单的线条或⼏何图形来表⽰的．但从运动学的⾓度看，构件⼜可视为任意⼤的平⾯刚体。
机构中的构件可分为三类：(1) 机架。
⽤来⽀承活动构件(运动构件)的构件，作为研宪机构运动时的参考坐标系。
每个机构都必须有机架，但尽管机构中的活动构件可以在多处和机架组成运动副，但每个机构仅有⼀个机架。
机架并不⼀定是固定不动的构件，⽽是我们选做静参考系的构件，在分析机构时看作是不动的。
(2) 原动件(主动件)。
输⼊运动的构件，也是运动规律已知的活动构件，即作⽤有驱动⼒的构件。
每个机构⾄少有⼀个原动件。
(3) 从动件。
其余随主动件的运动⽽运动的活动构件，其中⾄少有⼀个是运动输出的构件。
4.运动副运动副是两个构件组成的可动联接。
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。
运动副是约束运动的，因⽽⼀个运动副⾄少引⼊⼀个约束，也⾄少保留⼀个⾃由度。
⾄于两构件组成运动副后还能产⽣哪些相对运动，则与运动别的类型有关。
运动副按其接触⽅式分为⾼副(点线接触)和低副(⾯接触)，低副⼜可按相对运动形式分为转动副和移动副，判断依据是看两构件的相对运动轨迹是直线还是圆弧。
机构的机构分析
一、机构结构分析的内容及目的(1) 研究机构的组成及机构具有确定运动的条件。
目的是弄清机构包含哪几个部分，各部分如何相联？以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？这对于设计新的机构显得尤其重要。
(2) 研究机构运动简图的绘制方法。
如何用简单的图形表示机构的结构和运动状况，目的是为机构的运动分析和动力分析作准备。
一、机构结构分析的内容及目的(3) 研究机构的组成原理并按结构特点对机构进行分类。
把各种机构按结构加以分类，其目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足运动确定性的要求，并按其分类建立运动分析和动力分析的一般方法。
机构有简有繁，构件有多有少，不同的机构都有各自的特点，而运动确定是它们的共同特征。
名词术语:构件−独立运动的最小单元体组成机构的基本要素，本课程研究的基本单元单一零件或多个零件刚性联接而成的一个独立运动单元零件−加工制造的最小单元体运动副运动副元素a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动 − 两个构件之间接触式的可动联接 三个条件，缺一不可 − 两构件直接接触的点、线、面 部分 名词术语:运动副作用是限制构件间的相对运动，使相对运动自由度的数目减少，这种限制作用称为约束运动副分类 （2）按相对运动的范围分−平面运动副、空间运动副凡是以面接触的运动副称为低副，而以点或线相接触的运动副称为高副（3）按运动副引入的约束数分 （4）按运动副接触部分的几何形状分如果运动副元素间只能相互作平面平行运动，则称之为平面运动副，否则称为空间运动副将引入一个约束数的运动副称为I 级副，引入两个约束数的运动副称为Ⅱ级副，依此类推点接触高副 线接触高副 球面副 球销副 圆柱副 螺旋副 平面高副 转动副 移动副 等2－1I 级副、II 级副、III 级副、IV 级副、V 级副机构的结构分析 2-1-1 二 机构的组成 （1）按运动副的接触方式分 − 高副、低副运动副是约束运动的，故一个运动副至少引入一个约束，也至少保留一个自由度常见运动副符号的表示:国标GB4460－84 (表2-1)2－2一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一般构件的表示方法注意事项:画构件时，构件上与运动无关的因素（复杂形状等）应略去，只考虑与运动有关的因素。
机构的结构分析
机构是传递运动和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
• • • •
一、构件 二、运动副 三、运动链（区分运动链和机构） 四、机构
一、构件
从制造加工角度： 从制造加工角度：机械由零件组成 零件——制造单元体 制造单元体 零件 从运动和功能实现角度： 从运动和功能实现角度： 构件——独立运动的单元体 独立运动的单元体 构件
图示机构的两 个移动副即属 此种情况。计 算其自由度时， 只按一个移动 ▲两构件在几处接触 而构成移动副且导路 副计算
互相平行或重合。 互相平行或重合。
只有一个运动副起约 束作用,其它各处均为 束作用 其它各处均为 虚约束; 虚约束
3. 若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触点处 若两构件在多处相接触构成平面高副， 的公法线重合,则只能算一个平面高副 则只能算一个平面高副。 的公法线重合 则只能算一个平面高副。若公法线方向不 重合，将提供各2个约束。 重合，将提供各 个约束。 个约束
★ 局部自由度
机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运 把这种局部运动的自由度称为局部自由度。数目用f′表示 表示. 动, 把这种局部运动的自由度称为局部自由度。数目用 表示
★ 虚约束
指机构在某些特定几何条件或结构条件下 指机构在某些特定几何条件或结构条件下，有些运动 特定几何条件或结构条件 副带入的约束对机构运动实际上起不到独立的约束作用, 副带入的约束对机构运动实际上起不到独立的约束作用 这些对机构运动实际上不起约束作用的约束称为虚约束， 这些对机构运动实际上不起约束作用的约束称为虚约束， 表示。 用P′表示。 表示 注意：在计算自由度时，应将机构中构成虚约束的 注意：在计算自由度时， 构件连同其所附带的运动副全都除去不计。 构件连同其所附带的运动副全都除去不计。
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。
机构的结构分析ppt课件
（2）从远离原动件的构件开始拆组。先试拆n=2的杆组 （Ⅱ级组），如不可能，再依次试拆n=4或n=6的杆组。 当分出一个杆组后，第二次仍须从最简单（n=2）的杆组开 始试拆，直到剩下机架和原动件为止。
（3）拆组后，剩余机构不允许残余只属于一个构件的运动 副和只有一个运动副的构件（原动件除外），因为，前者将 引入虚约束，而后者则产生局部自由度。
36
判断机构中虚约束的方法：
（1）在机构中，如 果用转动副联接的是 两构件运动轨迹相重 合的点，则该联接将 带入一个虚约束。
F=3n-（ 2pL +pH ） =3*3-（2*4+0） =1
37
（2）在机构中，如 果两构件上某两点 的距离始终保持不 变，用双转动副杆 将此两点联接，则 该联接将带入一个 虚约束。
=2 错
F=3n-（ 2pL +pH ） =3*2-（2*2+1）
=1 正确
35
三.要除去虚约束
在机构中，某运动副带入的约束，对机构实际上 不起约束作用，这种约束称为虚约束。
F=3n-（ 2pL+pH ） =3*4-(2*6+0)=0 错
F=3n-（ 2pL+pH） =3*3-(2*4+0) =1 正确
（4）两接触轮廓之一为一点
46
§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
一、平面机构的组成原理
（1）基本杆组 把不能再拆的最简单的自由度为零的构件组称为基本
杆组。 （2）机构组成原理 机构是由若干个基本杆组依次联接于原动件和机架上
而构成的。
47
48
注意：添加杆组时， 杆组的各个外接运动 副不能全部并接在同 一构件上。
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
机构的构型分析
摇筛机构C 处侧视图
机构自由度计算的注意事项：
定义：两个以上构件在同一处以转动副 相连接，所构成的运动副称为复合铰链。
解决问题的方法：若有K个构件在 同一处组成复合铰链，则其构 成的转动副数目应为（K-1）个。
l
图上尺寸(mm)
4 从原动件起按规定的简图符号，逐个画出运动副和构 件的位置，直至输出运动构件和机架。 5 最后用箭头标出原动件的运动方向，运动副用英文字 母A，B，C........标注，构件用数字1，2，3，......顺序 编号。
内 燃 机 运 动 简 图
例 试绘制内燃机的机构运动简图
图c所示 n=3 PL=4 PH=0 F=3n-2PL-PH = 1
若取构件1为原动件，则从动画演示中 可以看出，构件1每转过一个角度，构 件2和构件3便有一个确定的相对运动， 也就是说这个运动链能成为机构。 如果同时使构件3 也成为原动 件，则可以看出，运动链内部的运 动关系将发生矛盾，最薄弱的构件 将损坏 。
圆柱副
球面与圆柱副
球面副
圆柱与平面副
螺旋副
工 作 原 理
原动件 1 1‘
传动部分 -->2 -->3 -->4 -->7 -->6' -->5 -->4 -->7
执行部分 -->8 -->8
1、分析机械的动作原理、组成情况和运动情况 工作原理 2、 沿着运动传递路线，分析两构件间相对运动的性 质，以确定运动副的类型和数目 转动副： 偏心轮1和杆件2 杆件2和杆件3 杆件3和杆件4 滑块7和压杆8 槽凸轮6—齿轮6‘和机座9 杆件4和滚子5 机座9和偏心轮1—齿轮1’ 移动副 杆件3和机座9 杆件4和滑块7 压杆8和机座9 高副 齿轮1‘和齿轮6’ 滚子5和槽凸轮6
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)
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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蜗轮蜗杆 传动
约束、自由度及运动链等重要概念，能绘
§2－3 机构运动简图制比较简单的机构运动简图，能正确计算 平面机构的自由度并判断是否具有确定的 运动，对平面机构的组成原理有所了解。
§2－4 机构具有确定运动的条件
§2－5 平面机构自由度的计算
§2－6 自由度计算中的特殊问题
§2－7 机构的组成原理及其结构分类
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。
机构示意图(kinematic scheme)——不按比例绘制的简图。
现摘录了部分GB4460－84机构示意图如下表。
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以下是一些常用的高副，请同学们记住这些 高副的表示方法。
外啮合圆 柱齿轮传 动 Outer-meshed Cylindrical Gear Drive
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内啮合行 星齿轮传 动
Inner-meshed Cylindrical Gear Drive
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Rack and pinion
齿轮齿条传动
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ectric Motor
锥齿轮传动
Cone Gear Drive
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移动副 (sliding pair)。
例如：转动副
(revolute pair)
（回转副
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②高副(high pair)——点、线接触，应力大。 例如：滚动副(rolling pair)、凸轮副(cam pair)、齿轮副 (gear pair)等。
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常用运动副的符号
运动副
运动副符号
名称 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 转 动 平副 1 面 运 动 副移 动 副
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2
1
2 1
2 1
V级付几何封闭
2
2
1
1
2
1 2
1
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22
22
1
1
1
1
2
2
1 2 1
1 2
1 9
IV级副力封闭
平
面
2
2
高
副
1
1
2
2
V级副几何封闭
上一节课的学习重点是“机械原理课程研究的对象及内容”介绍了机械，机构和机器等名 词，并通过实例说明各种机器的主要组成部分是何种机构，从而明确了机构是本课程研究
第二章 的主要对象。 机构的结构分析
（Structural Analysis of Mechanisms）
§2－1 机构结构分析的内容及目的 §2－2 机构的组成 本章的学习内容包括1搞清构件、运动副、
轴套 连杆体
垫圈 螺母
轴瓦
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整理p连pt 杆盖
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2.运动副(kinematic pairs) 机械和机构的定义——各部分如何相联？ 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。
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(pairing element)——直接接触的部分 （点、线、面）
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§2－1 机构结构分析的内容及目的
1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件目的是 ▲弄清机构包含哪几个部分; ▲各部分如何相联？ ▲以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？
2.绘制机构运动简图 目的是为运动分析和动力分析作准备。
3.研究机构的组成原理和结构分类 目的是搞清楚按何种规律组成的复杂机构能
例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
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运动副的分类：解相释对约自束由—度——两—构而件之在后未，构它成们运之动间付的之相前对，运它动们会共受有到6约个 1)按引入的约束束，数而分自由有度：f=6-s
I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。
两构件构成运动付后所要受到的约束数最少为1，最多为5
I级副
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II级副
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III级副
5
两者关联
IV级副
V级副1
V级副
V级副3
2)按相对运动范围分有：
把构成运动副的两构件之间的相对运动为平 面运动的运动副统称为平面运动副。
平面运动副——平面运动 (Planar kinematic pair)
空间运动副——空间运动 (Spatial kinematic pair)
例如：球铰链(spherical pair)、拉杆天线、螺旋(screw pair)。
平面机构——全部由平面运动副组成的机构。
空间机构——至少含有一个空间运动副的机构。
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运动付还常根据构成运动副的两构件的接触情
3)按运动副元素分有：况进行分类
①低副(lower pair)——面接触， 应力低。
螺
旋
1
空副 2
间
1
运
动球 副面
1
副
球 销
2
副 2021/3/6
1
2
2 1
1
1 III级副几何封闭 1
2 2
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ห้องสมุดไป่ตู้
1 2
1 2
2 1
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3. 运动链 (Kinematic chain) 运动链——两个以上的构件通过 运动副的联接而构成的系统。
如果组成运动链的各构件构成了首末封闭的系统
开式链(Open
满足运动确定性的要求。
不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结
构加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动
力分析的一般方法。
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§2－2 机构的组成
名词术语解释: 1.构件(Link) ——独立的运动单元
零件(part) ——独立的制造单元
内燃机 连杆
(coupler ) 螺栓
chain)
闭式链(Close
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4. 机构 定义：在运动链中，如果将其中某一构件加以 固定而成为机架，那么该运动链便成为机构
机架(frame)——作为参考系的构件，如机床床身、车辆底
只是相对于参考系固定不动
盘、飞机机身。
原(主)动件(driving link)——按给定运动规律运动的构 件。 从动件(driven link)——其余可动构件。
输出从动件(output link)
机构的组成：
机构＝机架＋原动件＋从动件
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§2－3 平面机构运动简图
机构运动简图(The kinematic diagram of a mechanism)
—— 撇开与运动无关的构件外形和运动副具体构造，仅用简单 线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置， 用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简图形。