机械原理自由度 ppt课件
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21-自由度计算PPT模板
图11-17 对称机构引入的虚约束
虚约束虽然不影响机构 的运动关系，但可以增强机 构的刚性、保证受力的均匀， 所以工程实际中虚约束仍是 必需的。此外，含有虚约束 的机构在制造和装配时，应 满足所需的几何精度要求， 否则虚约束将变成实约束， 阻碍机构的正常运动。
1.3 计算机构自由度的注意事项
3．虚约束
图11-12 具有复合铰链的平面机构
1.3 计算机构自由度的注意事项
利用式（11-1）可以求解一般平面机构的自由度，但若机构中存在以下三类 特殊情况，应进行相应处理后，才能利用公式求解。
1．复合铰链
经过分析发现，问题出在转动副C处，该处共有构件2，3，4共3个构件。 通常将由3个或3个以上构件组成的共轴线转动副称为复合铰链。如图11-13所示， 由3个构件组成的复合铰链在连接处有2个转动副。同理，m个构件组成复合铰 链时，连接处应视作 m 1 个转动副。因此，图11-12所示的平面机构自由度的正 确计算公式为 F 3 5 - 2 (6 1) 1 。
机械基础
1.1 自由度和约束的概念
自由度是指构件可以进 行的自由运动的数目。在空 间内自由运动的构件具有6 个自由度。如图11-11（a） 所示，平面xOy内的构件AB， 既能沿x，y方向移动，又能 绕平面xOy的垂线转动。故 一个平面内自由运动的构件 具有3个自由度。
如图11-11（b）所示， 若构件AB的A端通过铰链连 接在地面上，形成转动副， 则构件AB沿x，y方向的移动 被限制，只能绕平面xOy的 垂线转动，此时只有1个自 由度。故引入运动副后，构 件的自由运动将受到限制， 自由度将减小。通常把对构 件运动的限制称为约束。
1.4 平面机构具有确定运动的条件
机构具有确定运动是指在原动件的带动下，机构中所有从动件的运动都是确定的，
机械原理自由度课件汇总.ppt
• 用途：分析现有机械，构思设计新机械。
运动副与构件的表示方法
1. 构件的种类
1）固定件或机架；2）原动件；3）从动件 *必须有一个机架，至少有一个原动件，其余为活动构件。
2. 运动副的表示方法
转动副符号
3. 构件的表示方法
移动副符号
.精品课件.
高副符号
13
.精品课件.
14
.精品课件.
15
.精品课件.
发生场合：有滚子的地方，就一定有局部自由度 解决方法：将滚子与安装滚子的构件固结在一起，将 二者视为一个构件。
.精品课件.
37
3．虚约束
在特定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一致，这种不起独 立限制作用的重复约束为序约束 ，计算自由度时去掉。
虚约束经常出现场合： （1）两构件构成多个运动副时 两构件构成多个转动副，但其轴线相重合：为了改善构件 受力情况。
高副：点或线接触的运动副。接触面压强较高，易磨损。
常见低幅
常见高副
.精品课件.
6
（2）按相对运动形式分平面副和空间副
平面副
空间副
.精品课件.
7
运动链
• 由两个或两个以上构件通过运动副联接而 构成的系统。分两类：闭式和开式。
.精品课件.
8
开式运动链
.精品课件.
9
机构
原动件：按给定运动规律独
力运动的构件。
.精品课件.
47
（2）非圆形曲线
由于曲线各处曲率中心的位置不同，故在机构运动中随着 接触点的改变，曲率中心OO1相对于构件1、2的位置及 OO1间的距离也会随之改变。因此对于一般的高副机构， 在不同的位置有不同的瞬时替代机构。实例
《机械原理自由度》课件
机械故障诊断
通过运动分析诊断机械故障的原因 和位置。
控制系统设计
利用运动分析结果设计控制系统的 参数和策略。
机构运动分析的实例
平面四杆机构的运动分析
01
通过解析法计算平面四杆机构的自由度，并分析其运动特性。
凸轮机构的运动分析
02
利用实验法测量凸轮机构的位移、速度和加速度，分析其运动
规律。
机器人臂关节的运动分析
03
通过数值法模拟机器人臂关节的运动行为，优化关节的设计参
数。
04
机构动力学分析
机构动力学的基本概念
机构动力学是研究机 械系统中机构运动及 其与力的关系的学科 。
机构动力学的基本概 念包括力、力矩、加 速度、速度和位移等 。
它涉及到系统的平衡 、运动规律、动态响 应等方面的内容。
机构动力学分析的Байду номын сангаас法
空间机构自由度计算
总结词
空间机构自由度计算是机械原理中一个复杂的概念，它涉及到机构在空间中的 运动自由度数。
详细描述
空间机构的自由度计算公式为F=6n-(3PL + Ph)，其中n为活动构件数，PL为低 副数，Ph为高副数。与平面机构不同，空间机构需要考虑三个方向的自由度， 因此计算更为复杂。
特殊机构自由度计算
通过建立平面连杆机构的运动学和动力学模型，分析其运动规律 和动态响应。
凸轮机构的动力学分析
研究凸轮机构的动态行为，包括从动件的运动规律和受力情况等。
齿轮机构的动力学分析
分析齿轮机构的动态特性，如振动、冲击和噪声等，以提高齿轮传 动的平稳性和可靠性。
05
机构优化设计
机构优化设计的目标和方法
目标
机械设计基础 自由度课件
2.3 平面机构的自由度（重点）
移动副：限制了构件一个移动和绕平面的轴转动， 保留了沿移动副方向的相对移动，所以平面运动的 一个移动副也引入两个约束，保留一个自由度。
2.3 平面机构的自由度（重点）
一个平面高副引入一个约束，保留两个自由度。
动画
2.3 平面机构的自由度（重点）
综上所述，平面机构中，
B
4
2 D 1
AD=BD=DC C3
1.机构中联结构件与被联结构件在联 接处的轨迹重合 2.两构件组成若干个导路中心线 互相平行或重叠的移动副 1 A
A
B
2
3 C 4
F 3 3 2 4 1
2.3 平面机构的自由度（重点）
常见的虚约束： 3.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。 B 2 C 2' 2 1 C B 5 A D 3 A 1 D E
F 3n 2 PL PH 3 4 2 5 1 0 2
F=2
B 1
2
5
3
D
4
A
E
n=4 pL=5 pH=0
2.3 平面机构的自由度（重点）
二、机构具有确定相对运动的条件
结论： 1.机构可能运动的条件是： 1 2 C B 2 机构自由度数 F1。 3 3 A 1 2.机构具有确定运动的条 4 n=2, P5=3,F=0 D 件是： 输入的独立运动数目 n=3, P5=4, P4=1, F=0 等于机构自由度数 F。 即主动件数等于机构 自由度数F 。 1 A B 2 C 3 D 4
2
B
1 A B
D
E
G
复合铰链 6 7 A O
F
C H
E
局部自由度
自由度的计算(经典PPT)
由m个构件组成的复合铰 链，共有(m-1)个转动副。
1
复合铰链数=构件数-1
1
2
3
2
3
一、复合铰链
F 3n 2 pl ph
复合铰链——由个m构件在一处 组成轴线重合的转动副。
24
C
3
实际有(m-1)个转动副。 F=3×5-2×6=3 ？ F=3×5-2×7=1
B2
3 A1
D
4 E 5
6
如图所示F、B、D、C处是复合铰链
内燃机
键 轴
齿轮
机构的组成(2/16)
空间运动: 6个自由度 一个自由构件
平面运动: 3个自由度
2.运动副
机构的组成(3/16)
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。
约束 两构件上组成运动副时相对运动受到限制，这种对 独立运动的限制称约束
自由度减少数目等于约束数目。引入约束数目与运动副种 类有关。根据引入约束数目分Ⅰ、Ⅱ……Ⅴ级副。
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)
1
复合铰链数=构件数-1
1
2
3
2
3
一、复合铰链
F 3n 2 pl ph
复合铰链——由个m构件在一处 组成轴线重合的转动副。
24
C
3
实际有(m-1)个转动副。 F=3×5-2×6=3 ？ F=3×5-2×7=1
B2
3 A1
D
4 E 5
6
如图所示F、B、D、C处是复合铰链
内燃机
键 轴
齿轮
机构的组成(2/16)
空间运动: 6个自由度 一个自由构件
平面运动: 3个自由度
2.运动副
机构的组成(3/16)
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。
约束 两构件上组成运动副时相对运动受到限制，这种对 独立运动的限制称约束
自由度减少数目等于约束数目。引入约束数目与运动副种 类有关。根据引入约束数目分Ⅰ、Ⅱ……Ⅴ级副。
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)
机械设计平面机构的运动简图及自由度ppt课件
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
处理方法：
应除去局部自由度，即把滚 子和从动件看作一个构件。
N = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 3×2 - 2×2 – 1 = 1
与实际相符
一、平面机构的自由度
• 构件未用运动副与其他构件联接前，有 3个自由度
低副使构件失去 2个自由度 高副使构件失去 1个自由度
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
平面机构自由度的计算公式
• 平面机构的自由度：指机构中各活动构件相对机 架的可能独立运动数目；
给定构件1运动参数 1 = 1 (t)，构
件2、3、4的运动是不确定的
再给定构件4运动参数 4 = 4 (t)，
构件2、3的运动是确定的
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
结论：
•构件系统具有确定运动的条件为：
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
内燃机的机构运动简图：
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
§1-3 平面机构的自由度
• 机构的构件之间应具有确定的相对运动，不能产 生相对运动或无规则乱动的一堆构件是不能成为 机构的。要判断构件系统是否为机构，就必须研 究平面机构自由度的计算。
机械设计基础1平面机构的自由度和运动分析ppt课件
(齿轮或摆动从动件凸轮机构) P12 →过接触点的公法线上→三心定理求解
→角速度与连心线被轮廓接触点公法线 所分割的两线段长度成反比
n
→用在 (A)P13
(D)P12n
图1-23
(B)P23
1 LDB 2 LDA
3.直动从动件凸轮机构(同上)图1-24 K=3,N=3×(3－1) /2=3
合点→具同一瞬时绝对速度的重合点
→两刚体相对运动→绕瞬心的转动
┌绝对瞬心(其中一刚体静止) └相对瞬心(两刚体均运动)
V21 1 V12
2
(二)瞬2.心速在度速瞬度心分的析求上法的: 运用
P12
2.速度瞬心的求法
瞬心的数目: N=K(K-1)/2 (1-2)
瞬心的求法: ①知两个重合点的相对速度 →两向量垂线的交点
P24是构件2、4的瞬心 →两者 的同速点
P34
P23
3
4
P24
P12 2 1
P14
E
A
D
∴该点 构件2绝对速度：VE= ω2LEA 构件4绝对速度：VE= ω4LED
2 LED
L 结论：两构件的角速度与其绝对瞬心至相对瞬心的间隔成反比。 4
EA
2.滑动兼滚动接触的高副
3.直动从动件凸轮机构
2.滑动兼滚动接触的高副
2.机构具有确定运 动的条件
作业： P18 1-6, 1-7，1-10, 1-12
§1-4 速度瞬心及其在机构速度分析上的运用
－利用瞬心法求简单机构的速度(速度分析) (一)速度瞬心及其求法
1.速度瞬心的意作义相:对运动的两刚体, 任何时 间总有一点的绝对速度相等→相对速度=0
瞬心→相对运动两刚体上瞬时相对速度为零的重
→角速度与连心线被轮廓接触点公法线 所分割的两线段长度成反比
n
→用在 (A)P13
(D)P12n
图1-23
(B)P23
1 LDB 2 LDA
3.直动从动件凸轮机构(同上)图1-24 K=3,N=3×(3－1) /2=3
合点→具同一瞬时绝对速度的重合点
→两刚体相对运动→绕瞬心的转动
┌绝对瞬心(其中一刚体静止) └相对瞬心(两刚体均运动)
V21 1 V12
2
(二)瞬2.心速在度速瞬度心分的析求上法的: 运用
P12
2.速度瞬心的求法
瞬心的数目: N=K(K-1)/2 (1-2)
瞬心的求法: ①知两个重合点的相对速度 →两向量垂线的交点
P24是构件2、4的瞬心 →两者 的同速点
P34
P23
3
4
P24
P12 2 1
P14
E
A
D
∴该点 构件2绝对速度：VE= ω2LEA 构件4绝对速度：VE= ω4LED
2 LED
L 结论：两构件的角速度与其绝对瞬心至相对瞬心的间隔成反比。 4
EA
2.滑动兼滚动接触的高副
3.直动从动件凸轮机构
2.滑动兼滚动接触的高副
2.机构具有确定运 动的条件
作业： P18 1-6, 1-7，1-10, 1-12
§1-4 速度瞬心及其在机构速度分析上的运用
－利用瞬心法求简单机构的速度(速度分析) (一)速度瞬心及其求法
1.速度瞬心的意作义相:对运动的两刚体, 任何时 间总有一点的绝对速度相等→相对速度=0
瞬心→相对运动两刚体上瞬时相对速度为零的重
简图自由度PPT课件
图 2.33
带虚约束的杆机构
*
本节要求掌握的主要内容
1）机构组成要素中的一些基本概念； 2）掌握机械运动简图的绘制； 3）掌握机构自由度、复合铰链、局部自由度、 虚约束等概念以及机构自由度的计算； 4）机构具有确定运动的条件。
*
习 题
一、计算下列机构的自由度
*
二、计算下列机构的自由度，并指出局部自由度、 复合铰链和虚约束。
1） 机构的自由度Ｆ>０且 2）机构的原动件数等于机构的自由度数；
*
例2.2
例2.3
例2.4
*
机构的自由度Ｆ、机构原动件的数目和机构的运动有着密切的关系： 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； 3)若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不确定的; 4）若Ｆ>０，而原动件数>F，则构件间不能运动或产生破坏。
*
2.5.2 平面机构运动简图 1.意义和作用 对机构进行运动和动力分析时，常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，表示机构的组成和传动情况。这种能准确表达出机构运动特性的简明图形，称为机构运动简图.－－有别于机构示意图！ 作用：1）设计者交流设计思想（讨论／分析 ／评价）的一种共同语言。 2）对机构进行运动和动力分析。
除去凸轮机构的虚约束 导路平行的移动副
２）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。
带虚约束的 曲轴与直轴
3）机构中对运动起重复限制作用的对称部分也往往会引入虚约束。
带虚约束的行星轮系
4）如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引入一个虚约束。
带虚约束的杆机构
*
本节要求掌握的主要内容
1）机构组成要素中的一些基本概念； 2）掌握机械运动简图的绘制； 3）掌握机构自由度、复合铰链、局部自由度、 虚约束等概念以及机构自由度的计算； 4）机构具有确定运动的条件。
*
习 题
一、计算下列机构的自由度
*
二、计算下列机构的自由度，并指出局部自由度、 复合铰链和虚约束。
1） 机构的自由度Ｆ>０且 2）机构的原动件数等于机构的自由度数；
*
例2.2
例2.3
例2.4
*
机构的自由度Ｆ、机构原动件的数目和机构的运动有着密切的关系： 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； 3)若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不确定的; 4）若Ｆ>０，而原动件数>F，则构件间不能运动或产生破坏。
*
2.5.2 平面机构运动简图 1.意义和作用 对机构进行运动和动力分析时，常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，表示机构的组成和传动情况。这种能准确表达出机构运动特性的简明图形，称为机构运动简图.－－有别于机构示意图！ 作用：1）设计者交流设计思想（讨论／分析 ／评价）的一种共同语言。 2）对机构进行运动和动力分析。
除去凸轮机构的虚约束 导路平行的移动副
２）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。
带虚约束的 曲轴与直轴
3）机构中对运动起重复限制作用的对称部分也往往会引入虚约束。
带虚约束的行星轮系
4）如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引入一个虚约束。
机械原理(第二章 自由度)
§2-5 机构自由度的计算
1.平面机构自由度的计算
（1）计算公式
F＝3n－(2pl＋ph)
式中：n为机构的活动构件数目；
pl 为机构的低副数目；
ph为机构的高副数目。
3
(2)举例
1）铰链四杆机构
F＝3n－(2pl＋ph)
＝3×3－2×4 ＝1
3
2）铰链五杆机构
F＝3n－(2pl＋ph)
4
＝3×4－2×5 ＝2
虚约束的作用： ①改善构件的受力情况，如多个行星轮。 ②增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。 ③使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。
计算图示包装机送纸机构的自由度。
分析： 活 动 构 件 数 n ： 复合铰链: 2个低副 局部自由度 2个 虚约束: 1处
E
4 D7
F5G
96 IJ 8
H
B2 C3
轴孔连接（接
触平面）
滑块与导轨联
接（接触平面）
两齿轮轮齿啮 合（齿廓曲面）
运动副元素—两个构件参加接触而构成运动副的表面
面接触的运动副称为低副，
2
转动副 （回转副或铰链）
1
移动副
点接触或线接触的运动副称为高副。
3.平面构件的自由度
当没有约束时，构件作平面运动具有三个自由 度：即可以沿x轴和y轴方向移动，以及绕垂直于 运动平面xOy转动。
2 1
4
2
1 5
3）内燃机机构
F＝3n－(2pl＋ph) ＝3×6－2×7 ＝1
10 C 11
8 ,9 3
7D B
18
4 A1
§2-6 计算平面机构自由度时应注意的事项
1.要正确计算运动副的数目 （1）复合铰链 由m个构件组成的复合铰链，共有(m-1)个转动副。
机械原理 课件 §2-5 机构自由度计算
§2-5 机构自由度计算
机构的自由度F ：相对参考系的独立运动的数目
F=6
F=3 3 F=3
2
y
F=0
机架
Ｏ
1
x
平面上的自由构件有三个自由度
未联接
x, y, z
.
机构自由度计算
用转动副与机架连接后剩一个自由度
n=2 pl=3 ph =0
平面低副引入2个约束 平面高副引入1个约束
y
F=2 F=4 F=1 F=3 机构自由度计算公式 F=3n - (2pl + ph ) 活动构件数：n 低副数： pl 高副数： ph
自由度计算注意事项
n=9 pl =11 ph =3 F’=2 p’=1
点划线
作业：2-16 (a)(b)(c)
.
平面机构的组成原理
研究低副机构
F=3n - 2pl
F=1
平面机构的组成原理
n=5 pl =7 F=1
n=2 pl =3 F=0
基本杆组：不可再分的自由度为0的用运动副连接的构件系统 机构由基本杆组联接于原动件和机架上而构成 n=2 , pl =3 F=3n - 2pl =0 n=3 , 无解 n=4 , pl =6 ……
3 1
n=3 pl =3 ph =1 F=2？ n=7 pl =6？ ph =0 F=9？
2
3 2 1
pl =10
F=1
.
3、虚约束 运动副引入了重复的约束
两构件之间存在多个 *导路互相平行的移动副 *轴线重合的转动副 *法线重合的高副 *不影响机构运动传递的重复部分
自由度计算注意事项
算 一 个 移 动 副
.
例
例：手动冲床 F=3*2-(2*3+0)=0
机构的自由度F ：相对参考系的独立运动的数目
F=6
F=3 3 F=3
2
y
F=0
机架
Ｏ
1
x
平面上的自由构件有三个自由度
未联接
x, y, z
.
机构自由度计算
用转动副与机架连接后剩一个自由度
n=2 pl=3 ph =0
平面低副引入2个约束 平面高副引入1个约束
y
F=2 F=4 F=1 F=3 机构自由度计算公式 F=3n - (2pl + ph ) 活动构件数：n 低副数： pl 高副数： ph
自由度计算注意事项
n=9 pl =11 ph =3 F’=2 p’=1
点划线
作业：2-16 (a)(b)(c)
.
平面机构的组成原理
研究低副机构
F=3n - 2pl
F=1
平面机构的组成原理
n=5 pl =7 F=1
n=2 pl =3 F=0
基本杆组：不可再分的自由度为0的用运动副连接的构件系统 机构由基本杆组联接于原动件和机架上而构成 n=2 , pl =3 F=3n - 2pl =0 n=3 , 无解 n=4 , pl =6 ……
3 1
n=3 pl =3 ph =1 F=2？ n=7 pl =6？ ph =0 F=9？
2
3 2 1
pl =10
F=1
.
3、虚约束 运动副引入了重复的约束
两构件之间存在多个 *导路互相平行的移动副 *轴线重合的转动副 *法线重合的高副 *不影响机构运动传递的重复部分
自由度计算注意事项
算 一 个 移 动 副
.
例
例：手动冲床 F=3*2-(2*3+0)=0
自由度(原理)(共102张PPT)可修改全文
=1
2
3
4
②计算铰链五杆机构的自由度。
解：活动构件数n= 4
2
低副数P = 5 3)
5)
Ｆ运动>0副，分原类动：件数>F，构件不能运动或产L生破坏。
②低副－面接触的运动副，应力低 。
1
典型Ⅱ级组： n=2 p=3 二杆三副
高副数P = 0 （部分Ⅲ、IV 级杆组）
F=3n － 2PL － PH
H
5
第1章 平面机构的结构分析
1－1 机构组成及运动简图的绘制 1－2 平面机构自由度计算 1－3 机构组成原理和结构分析
1－1 机构组成及运动简图的绘制 一 机构组成 1 目的及内容
1)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。
解：F=3n － 2PL － PH =3×9－2×12 － 2×1 =1
9)计算图示包装机送纸机构的自由度。 分析：
复合铰链: 位置D ，2个低副
局部自由度 2个 虚约束 1处, 去掉后
n= 6，PL= 7，PH= 3
F=3n － 2PL － PH
=3×6 －2×7 －3 =1
例8复2ຫໍສະໝຸດ 71356
1 箱体 2 活塞 3 连杆
4 曲轴 5、6 齿轮
7
凸轮 8 推杆
连杆机构 齿轮机构 凸轮机构
内燃机
箱体+
活塞、连杆、曲轴
连杆机构
齿轮
齿轮机构
凸轮、推杆
凸轮机构
内燃机的机构运动简图
◆ 画机构运动简图的方法
例题三、图示为一冲床。绕固定中心A转动的菱形盘1为原动件， 与滑块2在B点铰接，滑块2推动拨叉3绕固定轴C转动，拨叉3与 圆盘4为同一构件，当圆盘4转动时，通过连杆5使冲头6实 现冲压运动。试绘制其机构运动简图。
2
3
4
②计算铰链五杆机构的自由度。
解：活动构件数n= 4
2
低副数P = 5 3)
5)
Ｆ运动>0副，分原类动：件数>F，构件不能运动或产L生破坏。
②低副－面接触的运动副，应力低 。
1
典型Ⅱ级组： n=2 p=3 二杆三副
高副数P = 0 （部分Ⅲ、IV 级杆组）
F=3n － 2PL － PH
H
5
第1章 平面机构的结构分析
1－1 机构组成及运动简图的绘制 1－2 平面机构自由度计算 1－3 机构组成原理和结构分析
1－1 机构组成及运动简图的绘制 一 机构组成 1 目的及内容
1)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。
解：F=3n － 2PL － PH =3×9－2×12 － 2×1 =1
9)计算图示包装机送纸机构的自由度。 分析：
复合铰链: 位置D ，2个低副
局部自由度 2个 虚约束 1处, 去掉后
n= 6，PL= 7，PH= 3
F=3n － 2PL － PH
=3×6 －2×7 －3 =1
例8复2ຫໍສະໝຸດ 71356
1 箱体 2 活塞 3 连杆
4 曲轴 5、6 齿轮
7
凸轮 8 推杆
连杆机构 齿轮机构 凸轮机构
内燃机
箱体+
活塞、连杆、曲轴
连杆机构
齿轮
齿轮机构
凸轮、推杆
凸轮机构
内燃机的机构运动简图
◆ 画机构运动简图的方法
例题三、图示为一冲床。绕固定中心A转动的菱形盘1为原动件， 与滑块2在B点铰接，滑块2推动拨叉3绕固定轴C转动，拨叉3与 圆盘4为同一构件，当圆盘4转动时，通过连杆5使冲头6实 现冲压运动。试绘制其机构运动简图。
机械原理课件—机构自由度的计算
34 2511
2, D处为局部自由度，E、F处 有一处为虚约束；
4
E
D
F
5
A1
2
B
3
C
3, 应有一个起始构件
例6如图所示为牛头刨床设计方案草图。 设计思路为：动力由曲柄1输入，使 摆动导杆3往复摆动，并带动滑枕4作 往复移动，以达到刨削的目的。试问 图示的构件组合是否能达到此目的？ 如果不能，应如何改进？
解： 1，两处虚约束： 凸轮处和导轨E、F处； 一处复合铰链 B 处。
F 3n 2Pl Ph
F
36 27 2 2
G
2，该机构没有确定运动。成为机构的
CB 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 2Pl Ph
n
t
n
转动副引入2个约束 t
t
n
t
移动副引入2个约束
n 高副引入1个约束
结论:
平面低副引入2个约束 平面高副引入1个约束
由此得出平面自由度计算公式
机构的自由度：F= 3活动构件数－2低副数－1高副数
即： F ＝3n 2PL PH
2
例：
3
1
4
F＝3n2PL PH
＝3324 0 ＝1
F＝3n2PLPH ＝32-22-1
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
＝1
虚约束
F＝3n－2PL－PH ＝36－2 8－1
2, D处为局部自由度，E、F处 有一处为虚约束；
4
E
D
F
5
A1
2
B
3
C
3, 应有一个起始构件
例6如图所示为牛头刨床设计方案草图。 设计思路为：动力由曲柄1输入，使 摆动导杆3往复摆动，并带动滑枕4作 往复移动，以达到刨削的目的。试问 图示的构件组合是否能达到此目的？ 如果不能，应如何改进？
解： 1，两处虚约束： 凸轮处和导轨E、F处； 一处复合铰链 B 处。
F 3n 2Pl Ph
F
36 27 2 2
G
2，该机构没有确定运动。成为机构的
CB 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 2Pl Ph
n
t
n
转动副引入2个约束 t
t
n
t
移动副引入2个约束
n 高副引入1个约束
结论:
平面低副引入2个约束 平面高副引入1个约束
由此得出平面自由度计算公式
机构的自由度：F= 3活动构件数－2低副数－1高副数
即： F ＝3n 2PL PH
2
例：
3
1
4
F＝3n2PL PH
＝3324 0 ＝1
F＝3n2PLPH ＝32-22-1
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
＝1
虚约束
F＝3n－2PL－PH ＝36－2 8－1
机械原理__第1章__平面机构的自由度
3 2 1
1
= 3? 3 2? 3 1 = 2
对于图b) 的机构，有： F=3×2 －2×2 －1=1 事实上，两个机构的运动相同，且F=1
2
1
处理的方法：
计算前先将小滚轮焊接在推杆上 a) b)
§1—3 平面机构自由度的计算
三、虚约束 ：对机构的运动不起实际约束作用的约束。 例：平行四边形机构，AB ＝ CD 连杆2作平动，BC线上各点轨迹均为圆 B 2
n K 1
运动副联接前自由度： 3 n 通过运动副联接后，低副产生的约束数 ： 2 Pl 高副产生的约束数： 1 Ph
计算公式： F = 3n - 2Pl - Ph
§1—3 平面机构自由度的计算
例1、计算曲柄滑块机构的自由度。 解：活动构件数n= 低副数Pl = 4 高副数Ph = 0 1
原动件数=F 机构运动确定
§1—3 平面机构自由度的计算
例4、计算自由度 ，Ph = 0 解： n = 2， P l =3
F = 3n - 2Pl - Ph = 3? 2 2? 3 0
1 3 例5、计算自由度 2
，Ph = 0 解： n = 3， P l =5
F = 3n - 2Pl - Ph = 3? 3 2? 5 0 = - 1
2
3
4
F = 3n - 2Pl - Ph = 3? 3 2? 4 0
=1
§1—3 平面机构自由度的计算
二、机构具有确定运动的条件 对不同的机构，自由度不同，给定原动件的个数也应不同， 那么，原动件数与自由度有什么关系，才能使机构具有确定的运 动呢？ 2 3 例2、计算铰链四杆机构的自由度 1 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 4
1
= 3? 3 2? 3 1 = 2
对于图b) 的机构，有： F=3×2 －2×2 －1=1 事实上，两个机构的运动相同，且F=1
2
1
处理的方法：
计算前先将小滚轮焊接在推杆上 a) b)
§1—3 平面机构自由度的计算
三、虚约束 ：对机构的运动不起实际约束作用的约束。 例：平行四边形机构，AB ＝ CD 连杆2作平动，BC线上各点轨迹均为圆 B 2
n K 1
运动副联接前自由度： 3 n 通过运动副联接后，低副产生的约束数 ： 2 Pl 高副产生的约束数： 1 Ph
计算公式： F = 3n - 2Pl - Ph
§1—3 平面机构自由度的计算
例1、计算曲柄滑块机构的自由度。 解：活动构件数n= 低副数Pl = 4 高副数Ph = 0 1
原动件数=F 机构运动确定
§1—3 平面机构自由度的计算
例4、计算自由度 ，Ph = 0 解： n = 2， P l =3
F = 3n - 2Pl - Ph = 3? 2 2? 3 0
1 3 例5、计算自由度 2
，Ph = 0 解： n = 3， P l =5
F = 3n - 2Pl - Ph = 3? 3 2? 5 0 = - 1
2
3
4
F = 3n - 2Pl - Ph = 3? 3 2? 4 0
=1
§1—3 平面机构自由度的计算
二、机构具有确定运动的条件 对不同的机构，自由度不同，给定原动件的个数也应不同， 那么，原动件数与自由度有什么关系，才能使机构具有确定的运 动呢？ 2 3 例2、计算铰链四杆机构的自由度 1 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 4
机构自由度计算PPT课件
机架、原动构件、从动构件 零件：单独加工的制造单元体
通用零件、专用零件
❖ 构件可以由一个零件组成 ❖ 也可以由几个零件组成
.
1 原动件
2 从动件 3
机架 4
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 机构
原动构件
构件 从动构件 机架
零件
通用零件 专用零件
零件
F＝3n－2pl－ph
机构自由度＝3×活动构件数－(2×低副数+1×高副数)
❖ 计算步骤:
确定活动构件数目 确定运动副种类和数目 确定特殊结构: 局部自由度、虚约束、复合铰链 计算、验证自由度
❖ 几种特殊结构的处理:
1、复合铰链—计算在内 2、局部自由度—排除 3、虚约束--重. 复约束—排除
❖ 空间低副: 螺旋副、球面副、圆柱副 （面接触） ❖ 空间高副: 球和圆柱与平面、球与圆柱副 (点、线接触)
❖ 运动副特性:运动副一经形成, 组成它的两个构件间的可能 的相对运动就确定。而且这种可能的相对运动, 只与运动 副类型有关, 而与运动副的具体结构无关。
❖ 工程上常用一些规定的符号代表运动副
❖ 在该机构中，齿轮3是齿轮2的对称部分，为虚约束 ❖ 计算时应将齿轮3及其引入的约束去掉来计算 ❖ 同理，将齿轮2当作虚约束去掉，完全一样 ❖ 目的：为了改善构件的受力情况
动画
1
2
3
F＝3n－2PL－PH
5
＝3 3－2 －3 2
4
＝1 .
虚约束——结论
3
❖ 机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出
3 几种特殊结构的处理
②
2
3
5
2
通用零件、专用零件
❖ 构件可以由一个零件组成 ❖ 也可以由几个零件组成
.
1 原动件
2 从动件 3
机架 4
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 机构
原动构件
构件 从动构件 机架
零件
通用零件 专用零件
零件
F＝3n－2pl－ph
机构自由度＝3×活动构件数－(2×低副数+1×高副数)
❖ 计算步骤:
确定活动构件数目 确定运动副种类和数目 确定特殊结构: 局部自由度、虚约束、复合铰链 计算、验证自由度
❖ 几种特殊结构的处理:
1、复合铰链—计算在内 2、局部自由度—排除 3、虚约束--重. 复约束—排除
❖ 空间低副: 螺旋副、球面副、圆柱副 （面接触） ❖ 空间高副: 球和圆柱与平面、球与圆柱副 (点、线接触)
❖ 运动副特性:运动副一经形成, 组成它的两个构件间的可能 的相对运动就确定。而且这种可能的相对运动, 只与运动 副类型有关, 而与运动副的具体结构无关。
❖ 工程上常用一些规定的符号代表运动副
❖ 在该机构中，齿轮3是齿轮2的对称部分，为虚约束 ❖ 计算时应将齿轮3及其引入的约束去掉来计算 ❖ 同理，将齿轮2当作虚约束去掉，完全一样 ❖ 目的：为了改善构件的受力情况
动画
1
2
3
F＝3n－2PL－PH
5
＝3 3－2 －3 2
4
＝1 .
虚约束——结论
3
❖ 机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出
3 几种特殊结构的处理
②
2
3
5
2
第二章自由度及机构运动简图ppt课件
如多个行星轮。
编辑版pppt
33
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！
n2
n1
A n1
A’ n2
编辑版pppt
W
n1
n2
A
A’
n1
n2
34
注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的 ! 虚约束的作用： ①改善构件的受力情况，如多个行星轮。
②增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。 ③使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。
编辑版pppt
30
⑦已知：AB＝CD＝ B EF， 且AB ∥ CD 1 ∥ EF，试计算图示
平行四边形 机构的 A
自由度。
2C D3 F
E 4
虚约束
解: 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三杆平行且相等。
机动示意图——定性地表示机构的组成及运动原理 而不严格按比例绘制的机构运动简图。
编辑版pppt
13
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机
齿 轮 齿 条 传 动
圆
带
锥
传
齿
动
轮
传
动
编辑版pppt
14
链
圆柱
传
蜗杆
动
蜗轮
传动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
凸 轮 传 动
编辑版pppt
15
内啮
棘பைடு நூலகம்
合圆
轮
编辑版pppt
20
经运动副相联后，构件自由度的变化：
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• 两个以上的构件在同一轴线上用转
动副连接起来形成复合铰链。由K个构 件汇交成的复合铰链应当包含(K－1)个
回转副。计算时不可漏算。
计算自由度 F 3n 2 pL pH 3*5 2*7 1
A为复合铰链
例：计算图所示圆盘锯主体 机构的自由度。
解 机构中有7个活动构件，
n =7， E，B，C，D 4
1.2 运动副、运动链和机构
1、运动副：两个构件直接接触形成的可动联接。
2、运动副元素：两构件构成运动副时直接接触的点、 线、面部分。
自由度和约束
自由度：构件具有的独立运动的数目 （确定构件位置的独立参变量的数目
约束：对独立运动所加的限制
3、运动副分类： （1）按运动副的接触形式分为低幅和高副 低幅：面与面接触的运动副；接触面压强较低。
1、圆弧和圆弧接触 （1）圆形曲线：图示，两构件在c点构成高副，机构 在运动过程中，AO1、BO、O1O长度不变，用一杆 O1O加两副O1和O代替了原高副C。
（2）非圆形曲线
由于曲线各处曲率中心的位置不同，故在机构运动中随着 接触点的改变，曲率中心OO1相对于构件1、2的位置及 OO1间的距离也会随之改变。因此对于一般的高副机构， 在不同的位置有不同的瞬时替代机构。实例
如果是一对齿轮，如何替代？
2、点和圆弧接触
2、直线和圆弧接触
1.4.2 机构的组成原理（低副机构）
任何机构中都包含原动件、机架和从动件系 统三部分，而原动件的个数与自由度相等，所以 去掉原动件，从动件系统的自由度为零。
两构件构成多个运动副时，但其导路相互平行或重 合：为了改善构件受力情况。
两构件组成多个平面高副，但接触点之 间的距离为常数
（2）两构件上某两点间的距离在运动过 程中始终保持不变。
（3）联接构件与被联接构件上联接点的 轨迹重合
（4）机构中对运动不起作用的对称部分
计算图示大筛机构的自由度
复合铰链：C点；局部自由度：滚在9与活塞4视为一体； 虚约束：Ｅ与Ｅ１两处移动副，去掉一个虚约束；弹簧 10不影响机构自由度，去掉。
发生场合：有滚子的地方，就一定有局部自由度 解决方法：将滚子与安装滚子的构件固结在一起，将 二者视为一个构件。
3．虚约束
在特定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一致，这种不起独 立限制作用的重复约束为序约束 ，计算自由度时去掉。
虚约束经常出现场合： （1）两构件构成多个运动副时 两构件构成多个转动副，但其轴线相重合：为了改善构件 受力情况。
以用来表示机构的运动情况，而且还可以根据机构简图
对机构进行运动分析和受力分析，它是一种用简单线条
和符号表示机构的工程图形语言。应表明：机构的种
类，构件的数目及相互传动的路线，运动副的种类、数
目。没有严格按比例绘制的简图称为机构示意图。
• 用途：分析现有机械，构思设计新机械。
运动副与构件的表示方法
1. 构件的种类
高副：点或线接触的运动副。接触面压强较高，易磨损。
常见低幅
常见高副
（2）按相对运动形式分平面副和空间副
平面副
空间副
运动链
• 由两个或两个以上构件通过运动副联接而 构成的系统。分两类：闭式和开式。
开式运动链
机构
原动件：按给定运动规律独 力运动的构件。
从动件：其余的活动构件。 机架：固定不动的构件。
• 自由度——可能出现的独立运动称为构件的自由度。 1.3.1 平面机构自由度及其计算公式
设平面机构共有N个构件，低副和高副数目分别为PL和PH，
如将机构中某一构件固定为机架，则机构中的活动构件数为
n=N－1。由于活动构件给机构带进3n个自由度，而机构中全 部运动副所引入的约束总数为2 PL + PH。因此活动构件的自
机械原理自由度
第1章 平面机构的结构分析
基本要求及重点、难点 运动副及其分类 平面机构运动简图 平面机构的自由度计算
基本要求和重点
了解研究机构结构的目的、机构的组成， 熟练掌握运动简图的绘制和机构自由度的 计算，会进行平面机构组成原理和结构分 析
1.1 研究机构的目的
1、探讨机构运动的可能性和确定性 2、对机构按结构进行分类，并建立运 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
机构分类：闭式链机构和开式链机构。
1.2 平面机构的运动简图 1.2规定
的简单符号和线条表示运动副和构 件，并按一定的比例表示运动副的 位置，这种用来说明机构各构件间 相对运动关系的图形，称为机构运 动简图。
必须与原机构具有完全相同的运动特性，它不仅可
1）固定件或机架；2）原动件；3）从动件 *必须有一个机架，至少有一个原动件，其余为活动构件。
2. 运动副的表示方法
转动副符号
3. 构件的表示方法
移动副符号
高副符号
其他零部件的表示方法可参看GB4460—84“机构运 动简图符号”。
• 绘制小型压力机机构运动简图
1.3 平面机构的自由度
得机构
1.4 机构的组成原理和结构分析 1.4.1 平面机构的高副低代
根据一定条件对机构中的高副以低副代替， 称为高副低代。
代替条件：代替前后机构自由度不变；瞬时 度和瞬时加速度不变。
方法：一个构件加两个低幅。构件：过接触 点法线，两个低幅：即为接触点圆弧曲率中心。
高副接触有三种：圆弧和圆弧接触；点和圆 弧接触；线和圆弧接触。
处都是3个构件汇交成的 复合铰链，各有二个回转
副，故PL=10。
F 3 n 2 P L P H 3 7 2 1 1 0
F与机构原动件个数相等。因此，当原动件8转动时，圆盘中心 E将确定地沿直线EE’移动。
2．局部自由度
机构中某些构件所具有的自由度仅与其自身的局部运 动有关，并不影响其它构件的运动，则称该自由度为局部 自由度。
由度总数减去由运动副引入的约束总数就是该机构的自由度，
用F表示，即
F3n2P LP H
1.3.2 机构具有确定相对运动的条件
机构具有确定相对运动的条件: 机构的自由度等于原动件个数。
原动件活 塞，自由 度为1。 将直线运 动变位往 复摆动。
1.3.3 计算平面机构自由度的注意事项
1．复合铰链
动副连接起来形成复合铰链。由K个构 件汇交成的复合铰链应当包含(K－1)个
回转副。计算时不可漏算。
计算自由度 F 3n 2 pL pH 3*5 2*7 1
A为复合铰链
例：计算图所示圆盘锯主体 机构的自由度。
解 机构中有7个活动构件，
n =7， E，B，C，D 4
1.2 运动副、运动链和机构
1、运动副：两个构件直接接触形成的可动联接。
2、运动副元素：两构件构成运动副时直接接触的点、 线、面部分。
自由度和约束
自由度：构件具有的独立运动的数目 （确定构件位置的独立参变量的数目
约束：对独立运动所加的限制
3、运动副分类： （1）按运动副的接触形式分为低幅和高副 低幅：面与面接触的运动副；接触面压强较低。
1、圆弧和圆弧接触 （1）圆形曲线：图示，两构件在c点构成高副，机构 在运动过程中，AO1、BO、O1O长度不变，用一杆 O1O加两副O1和O代替了原高副C。
（2）非圆形曲线
由于曲线各处曲率中心的位置不同，故在机构运动中随着 接触点的改变，曲率中心OO1相对于构件1、2的位置及 OO1间的距离也会随之改变。因此对于一般的高副机构， 在不同的位置有不同的瞬时替代机构。实例
如果是一对齿轮，如何替代？
2、点和圆弧接触
2、直线和圆弧接触
1.4.2 机构的组成原理（低副机构）
任何机构中都包含原动件、机架和从动件系 统三部分，而原动件的个数与自由度相等，所以 去掉原动件，从动件系统的自由度为零。
两构件构成多个运动副时，但其导路相互平行或重 合：为了改善构件受力情况。
两构件组成多个平面高副，但接触点之 间的距离为常数
（2）两构件上某两点间的距离在运动过 程中始终保持不变。
（3）联接构件与被联接构件上联接点的 轨迹重合
（4）机构中对运动不起作用的对称部分
计算图示大筛机构的自由度
复合铰链：C点；局部自由度：滚在9与活塞4视为一体； 虚约束：Ｅ与Ｅ１两处移动副，去掉一个虚约束；弹簧 10不影响机构自由度，去掉。
发生场合：有滚子的地方，就一定有局部自由度 解决方法：将滚子与安装滚子的构件固结在一起，将 二者视为一个构件。
3．虚约束
在特定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一致，这种不起独 立限制作用的重复约束为序约束 ，计算自由度时去掉。
虚约束经常出现场合： （1）两构件构成多个运动副时 两构件构成多个转动副，但其轴线相重合：为了改善构件 受力情况。
以用来表示机构的运动情况，而且还可以根据机构简图
对机构进行运动分析和受力分析，它是一种用简单线条
和符号表示机构的工程图形语言。应表明：机构的种
类，构件的数目及相互传动的路线，运动副的种类、数
目。没有严格按比例绘制的简图称为机构示意图。
• 用途：分析现有机械，构思设计新机械。
运动副与构件的表示方法
1. 构件的种类
高副：点或线接触的运动副。接触面压强较高，易磨损。
常见低幅
常见高副
（2）按相对运动形式分平面副和空间副
平面副
空间副
运动链
• 由两个或两个以上构件通过运动副联接而 构成的系统。分两类：闭式和开式。
开式运动链
机构
原动件：按给定运动规律独 力运动的构件。
从动件：其余的活动构件。 机架：固定不动的构件。
• 自由度——可能出现的独立运动称为构件的自由度。 1.3.1 平面机构自由度及其计算公式
设平面机构共有N个构件，低副和高副数目分别为PL和PH，
如将机构中某一构件固定为机架，则机构中的活动构件数为
n=N－1。由于活动构件给机构带进3n个自由度，而机构中全 部运动副所引入的约束总数为2 PL + PH。因此活动构件的自
机械原理自由度
第1章 平面机构的结构分析
基本要求及重点、难点 运动副及其分类 平面机构运动简图 平面机构的自由度计算
基本要求和重点
了解研究机构结构的目的、机构的组成， 熟练掌握运动简图的绘制和机构自由度的 计算，会进行平面机构组成原理和结构分 析
1.1 研究机构的目的
1、探讨机构运动的可能性和确定性 2、对机构按结构进行分类，并建立运 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
机构分类：闭式链机构和开式链机构。
1.2 平面机构的运动简图 1.2规定
的简单符号和线条表示运动副和构 件，并按一定的比例表示运动副的 位置，这种用来说明机构各构件间 相对运动关系的图形，称为机构运 动简图。
必须与原机构具有完全相同的运动特性，它不仅可
1）固定件或机架；2）原动件；3）从动件 *必须有一个机架，至少有一个原动件，其余为活动构件。
2. 运动副的表示方法
转动副符号
3. 构件的表示方法
移动副符号
高副符号
其他零部件的表示方法可参看GB4460—84“机构运 动简图符号”。
• 绘制小型压力机机构运动简图
1.3 平面机构的自由度
得机构
1.4 机构的组成原理和结构分析 1.4.1 平面机构的高副低代
根据一定条件对机构中的高副以低副代替， 称为高副低代。
代替条件：代替前后机构自由度不变；瞬时 度和瞬时加速度不变。
方法：一个构件加两个低幅。构件：过接触 点法线，两个低幅：即为接触点圆弧曲率中心。
高副接触有三种：圆弧和圆弧接触；点和圆 弧接触；线和圆弧接触。
处都是3个构件汇交成的 复合铰链，各有二个回转
副，故PL=10。
F 3 n 2 P L P H 3 7 2 1 1 0
F与机构原动件个数相等。因此，当原动件8转动时，圆盘中心 E将确定地沿直线EE’移动。
2．局部自由度
机构中某些构件所具有的自由度仅与其自身的局部运 动有关，并不影响其它构件的运动，则称该自由度为局部 自由度。
由度总数减去由运动副引入的约束总数就是该机构的自由度，
用F表示，即
F3n2P LP H
1.3.2 机构具有确定相对运动的条件
机构具有确定相对运动的条件: 机构的自由度等于原动件个数。
原动件活 塞，自由 度为1。 将直线运 动变位往 复摆动。
1.3.3 计算平面机构自由度的注意事项
1．复合铰链