华中科技大学《机械设计》课件教案
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n –活动构件数；Pl –低副数；Ph –高副数
n = 3, Pl= 4 F = 3×3–2×4 = 1
n = 4, Pl = 5 F = 3×4–2×5 = 2
平面机构具有确定运动的条件是：
１）机构自由 度数 F≥1。 2） 原动件数目等于机构自由度数F.
三、计算机构自由度时应注意的几种情况
1) 正确确定运动副的数目 由三个或三个以上构件组成的轴线重
§1–2 平面机构具有确定运动的条件
C B
A
D
四杆机构
C
B A
C' D
五杆机构
D' E
桁架
一 平面机构的自由度 1 构件的自由度 2 两构件用运动副联接后，彼
此的相对运动受到某些约束。
Y
A
O
X
机构自由度是指机构中各活动构件相对于 机架的可能独立运动数目。
3 机构自由度的一般公式
F=3n-2Pl-Ph
运动副：机构中两构件直接接触的可动联接。 运动副元素：两构件上参加接触而构成运动副
的部分，如点、线、面。
约束：两构件用运动副联接后，彼此的相对 运动受到某些限制。 构件自由度：构件所具有的独立运动数目。一
个作平面运动的自由构件具有三个自由ห้องสมุดไป่ตู้。
运动副的分类
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。
B2
A1
C 3
x1
x1 x2 4
3）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。
B A
5）机构中对运动不起作用的自由度F=-1 的对称部分存在虚约束。
行星轮
myh
计算机构的自由度
2
1
3
6
4 5
n = 5 P5= 6 F = 3 ×5 – 2 × 6 = 3
n = 5 P5= 7 F=3×5–2×7=1
构件和零件 构件 机器中的独立运动单元 • 零件 机器中的制造单元
机架（固定构件）
构件分成以下几种
主动件
活动构件
从动件
其中，运动规律已知的活动构件称为原动件，
输出运动或动力的从动件称为输出件。
由若干零件组成 的构件——连杆
1--连杆体 2--螺栓 3--螺母 4--连杆盖
1
2 3
4
二、运动副及其分类
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。
也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。
第一章
平面机构具有确定 运动的条件
思考题
n=3 Pl=4 Ph=1 F=3×3-2 × 4-1 × 1=0
第二章
平面连杆机构及其 设计
一、连杆机构是若干个构件全用低副（转动副、
移动副、球面副、球销副、圆柱副及螺旋副） 联接而成的机构，也称之为低副机构。
四1、平杆2、根面机据根连构二构据杆、、件机机五连之 构构杆杆间 中， 机机的 构空 构构相 件间 、的对数连 六分运 目杆杆类动 分机 机分为构 构为：等。：。
三．平面连杆机构的特点
1）适用于传递较大的动力，常用于动力机械。 2）依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互
接触，且易于制造，易于保证所要求的制造精度 3）能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程
上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构。
4）可实现远距离传递的操纵机构。
不足之处： 1）不易于传递高速运动。 2）可能产生较大的运动累积误差。 3）平面连杆机构的设计较为繁难。
内燃机、压气机、涡轮机、电动机
和发电机等。
机
是完成有用的机械功或者是搬运物
工作机器 品。例如：轧钢机、织布机、缝纫
器
机、汽车、飞机和金属切削加工机
床等。
信息机器
是用来获得和变换信息。例如：机 械式积分仪、计帐机、打字机和绘 图仪。
机器与其它装置的主要区别是：机器一定要作机械 运动，并通过运动来实现能量物料和信息的变换
构件运动，即对整个机构运动无关的自由度。
2、处理办法：在计算自由度时，拿掉这个局
部自由度，即可将滚子与装滚子的构件固接
在一起。
3
n=3 Pl=3 Ph=1 F=33-2 3-1 1=2
C
n=2 Pl=2 Ph=1
3
F=23-2 2-1 1=1
C
B
B
A2 1
2 A 1
3）虚约束
1、虚约束：在机构中与其他运动副作用重 复，而对构件间的相对运动不起独立限制
机械原理 基础篇
绪论
机器
机械(machinery) 机构
课程的性质与任务
是研究机械性能分析与设计的基本理论与 方法的专业基础课程之一。
教学内容
1、研究机构的组成及具有确定运动的条件。 2、研究基本机构的特性、设计方法和强度 计算：
连杆机构，凸轮机构，齿轮机构，间歇 运动机构. 3、常用零件强度与结构设计。轴承、轴、 联结等。
§2-1 平面四杆机构的基本形式、演变 及其应用
作用的约束。 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。拿掉一个F = -1的自由度，即去
掉一个约束。
常见的虚约束
1)机构中某两构件用转动副相联的联结点，在 未组成运动副之前，其各自的轨迹已重合为 一，则此联结带入的约束为虚约束。
虚约束一
虚约束二
2）两构件组成的若干个导路中心线互相平 行或重合的移动副。 x2
合的转动副称为复合铰链。 由m个构件组成的复合铰链应含有
(m-1)个转动副。
1
3 2
n = 7 Pl = 10 F = 3×7–2×10 = 1
43 2
C5 D
B1 A
8
67 E
n =7 Pl = 10 F = 3×7–2×10 = 1
2)局部自由度（多余自由度）
1、局部自由度：机构中个别构件不影响其它
本课程的基本学习方法
1 着重基本概念的理解和基本设计方法的掌握， 不强调系统的理论分析；
2 着重理解公式建立的前提、意义和应用,不 强调对理论公式的具体推导；
3 注意密切联系生产实际，努力培养解决工程 实际问题的能力。
是能量变换的装置，即可将某种形
动力机器 式的能量变换成机械能，或者把机 械能变换成其他形式的能量。例如：
机构和机器的区别
• 机构只是一个构件系统，而机器除构件 系统外，还包含电气、液压等其它系统
• 机构只用来传递运动和力，而机器除传
递运动和力外，还具有变换或传递能量、
物料和信息的功能
机构
机器
1.人为的组合 2。有确定的运动 3。能为人作功
1.人为的组合 2。有确定的运动
机构的组成和运动副
机构的组成要素是构件和运动副
n = 3, Pl= 4 F = 3×3–2×4 = 1
n = 4, Pl = 5 F = 3×4–2×5 = 2
平面机构具有确定运动的条件是：
１）机构自由 度数 F≥1。 2） 原动件数目等于机构自由度数F.
三、计算机构自由度时应注意的几种情况
1) 正确确定运动副的数目 由三个或三个以上构件组成的轴线重
§1–2 平面机构具有确定运动的条件
C B
A
D
四杆机构
C
B A
C' D
五杆机构
D' E
桁架
一 平面机构的自由度 1 构件的自由度 2 两构件用运动副联接后，彼
此的相对运动受到某些约束。
Y
A
O
X
机构自由度是指机构中各活动构件相对于 机架的可能独立运动数目。
3 机构自由度的一般公式
F=3n-2Pl-Ph
运动副：机构中两构件直接接触的可动联接。 运动副元素：两构件上参加接触而构成运动副
的部分，如点、线、面。
约束：两构件用运动副联接后，彼此的相对 运动受到某些限制。 构件自由度：构件所具有的独立运动数目。一
个作平面运动的自由构件具有三个自由ห้องสมุดไป่ตู้。
运动副的分类
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。
B2
A1
C 3
x1
x1 x2 4
3）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。
B A
5）机构中对运动不起作用的自由度F=-1 的对称部分存在虚约束。
行星轮
myh
计算机构的自由度
2
1
3
6
4 5
n = 5 P5= 6 F = 3 ×5 – 2 × 6 = 3
n = 5 P5= 7 F=3×5–2×7=1
构件和零件 构件 机器中的独立运动单元 • 零件 机器中的制造单元
机架（固定构件）
构件分成以下几种
主动件
活动构件
从动件
其中，运动规律已知的活动构件称为原动件，
输出运动或动力的从动件称为输出件。
由若干零件组成 的构件——连杆
1--连杆体 2--螺栓 3--螺母 4--连杆盖
1
2 3
4
二、运动副及其分类
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。
也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。
第一章
平面机构具有确定 运动的条件
思考题
n=3 Pl=4 Ph=1 F=3×3-2 × 4-1 × 1=0
第二章
平面连杆机构及其 设计
一、连杆机构是若干个构件全用低副（转动副、
移动副、球面副、球销副、圆柱副及螺旋副） 联接而成的机构，也称之为低副机构。
四1、平杆2、根面机据根连构二构据杆、、件机机五连之 构构杆杆间 中， 机机的 构空 构构相 件间 、的对数连 六分运 目杆杆类动 分机 机分为构 构为：等。：。
三．平面连杆机构的特点
1）适用于传递较大的动力，常用于动力机械。 2）依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互
接触，且易于制造，易于保证所要求的制造精度 3）能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程
上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构。
4）可实现远距离传递的操纵机构。
不足之处： 1）不易于传递高速运动。 2）可能产生较大的运动累积误差。 3）平面连杆机构的设计较为繁难。
内燃机、压气机、涡轮机、电动机
和发电机等。
机
是完成有用的机械功或者是搬运物
工作机器 品。例如：轧钢机、织布机、缝纫
器
机、汽车、飞机和金属切削加工机
床等。
信息机器
是用来获得和变换信息。例如：机 械式积分仪、计帐机、打字机和绘 图仪。
机器与其它装置的主要区别是：机器一定要作机械 运动，并通过运动来实现能量物料和信息的变换
构件运动，即对整个机构运动无关的自由度。
2、处理办法：在计算自由度时，拿掉这个局
部自由度，即可将滚子与装滚子的构件固接
在一起。
3
n=3 Pl=3 Ph=1 F=33-2 3-1 1=2
C
n=2 Pl=2 Ph=1
3
F=23-2 2-1 1=1
C
B
B
A2 1
2 A 1
3）虚约束
1、虚约束：在机构中与其他运动副作用重 复，而对构件间的相对运动不起独立限制
机械原理 基础篇
绪论
机器
机械(machinery) 机构
课程的性质与任务
是研究机械性能分析与设计的基本理论与 方法的专业基础课程之一。
教学内容
1、研究机构的组成及具有确定运动的条件。 2、研究基本机构的特性、设计方法和强度 计算：
连杆机构，凸轮机构，齿轮机构，间歇 运动机构. 3、常用零件强度与结构设计。轴承、轴、 联结等。
§2-1 平面四杆机构的基本形式、演变 及其应用
作用的约束。 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。拿掉一个F = -1的自由度，即去
掉一个约束。
常见的虚约束
1)机构中某两构件用转动副相联的联结点，在 未组成运动副之前，其各自的轨迹已重合为 一，则此联结带入的约束为虚约束。
虚约束一
虚约束二
2）两构件组成的若干个导路中心线互相平 行或重合的移动副。 x2
合的转动副称为复合铰链。 由m个构件组成的复合铰链应含有
(m-1)个转动副。
1
3 2
n = 7 Pl = 10 F = 3×7–2×10 = 1
43 2
C5 D
B1 A
8
67 E
n =7 Pl = 10 F = 3×7–2×10 = 1
2)局部自由度（多余自由度）
1、局部自由度：机构中个别构件不影响其它
本课程的基本学习方法
1 着重基本概念的理解和基本设计方法的掌握， 不强调系统的理论分析；
2 着重理解公式建立的前提、意义和应用,不 强调对理论公式的具体推导；
3 注意密切联系生产实际，努力培养解决工程 实际问题的能力。
是能量变换的装置，即可将某种形
动力机器 式的能量变换成机械能，或者把机 械能变换成其他形式的能量。例如：
机构和机器的区别
• 机构只是一个构件系统，而机器除构件 系统外，还包含电气、液压等其它系统
• 机构只用来传递运动和力，而机器除传
递运动和力外，还具有变换或传递能量、
物料和信息的功能
机构
机器
1.人为的组合 2。有确定的运动 3。能为人作功
1.人为的组合 2。有确定的运动
机构的组成和运动副
机构的组成要素是构件和运动副