机构的结构分析和综合
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
爬楼越障机器人机构分析与综合研究
爬楼越障机器人机构分析与综合研究一、本文概述Overview of this article随着科技的飞速发展和城市建设的日新月异，高楼大厦的维护、救援和侦察等任务对机器人的需求日益增加。
爬楼越障机器人作为一种新型移动机器人，具有在复杂环境中自主导航、越障和爬楼的能力，因此受到了广泛关注。
本文旨在对爬楼越障机器人的机构进行深入的分析与综合研究，以期为该类机器人的设计、优化和应用提供理论支持和实践指导。
With the rapid development of technology and the rapid progress of urban construction, the demand for robots in tasks such as maintenance, rescue, and reconnaissance of high-rise buildings is increasing. As a new type of mobile robot, the obstacle climbing robot has the ability to autonomously navigate, overcome obstacles, and climb buildings in complex environments, thus receiving widespread attention. This article aims to conduct in-depth analysis and comprehensive research on the mechanism of climbing and obstacle crossingrobots, in order to provide theoretical support and practical guidance for the design, optimization, and application of such robots.本文首先介绍了爬楼越障机器人的研究背景和意义，阐述了机器人在高楼维护、救援和侦察等领域的应用价值。
机构结构分析和综合
研究机构结构分析和综合的目的如下：(1)研究组成机构的要素及机构具有确定运动的条件，然后判断机构能否运动。
(2) 研究机构的组成原理，并根据结构特点对机构进行分类，以便于对其进行运动分析和力分析。
(3)研究机构运动简图的绘制方法，即研究如何用简单的图形表示机构的结构和运动状态。
(4)研究机构结构综合方法，即研究在满足预期运动及工作条件下，如何综合出机构可能的结构型式及其影响机构运动的结构参数。
一、机构的组成要素(Main Elements of Composing a Mechanism)机构是具有相对运动的构件组合体，是由构件和运动副两个要素组成的。
1.构件(Member)所谓构件是指机器中独立的运动单元。
构件是运动的单元，零件是加工制造的单元。
下图所示齿轮轴构件是由齿轮、轴、键三个零件组成的。
2.运动副(Kinematic Pair)两构件直接接触并能相互产生相对运动而组成的活动联接称为运动副。
两构件参与接触而构成运动副的部分称为运动副元素。
两构件间的运动副所起的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，而仍具有的相对运动叫做自由度（见下面给出的常用运动副的三维动态图）。
3.运动链(Kinematic Chain )由若干个构件通过运动副联接组成相对可动的构件系统称为运动链。
如果运动链中的各构件构成首末封闭的系统则称为闭式链(如图2-3a)，否则称为开式链(如图2-3b )。
在一般机构中，大多采用闭式链，而机器人机构中大多采用开式链。
图2-3a 图2-3b4.机构(Mechanism)如果运动链中的一个构件固定作为机架时则这种运动链称为机构。
二、运动副的分类(Classification of Kinematic Pairs )1. 根据运动副所引入的约束数分类。
把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。
2. 根据构成运动副的两构件的接触情况进行分类。
机械原理与机械设计：机构的组成原理
两个含有外接副的构 件直接用运动副联接。
(e)
（2） Ⅲ级组(n=4，PL=6) 中心构件
Ⅲ级组基本型
Ⅲ级组其它型举例
Ⅲ级组的结构特征： 三个含有外接副的构件与同一构件（用运动副）联接。
Ⅲ级组基本型
Ⅲ级组其它型举例
第四种形式称为IV级组。 结构特点：有两个三副杆，且4个构件构成四边形结构
内端副━━杆组内部相联。 外端副━━与组外构件相联。
J
H
I
G
F
D
C B
AP
Ⅲ级机构
【解】 以GH为原动件进行 结构分析：
H G
J I
Ⅱ级机构
F
D
C B
AP
本章重点小结
机架 一、构件 + 运动副 运动链 机构 原动件
从动件
基本杆组
二、运动链成为机构的条件：F > 0, 原动件数目等于自由度数目 平面运动链自由度计算方法和注意事项
三、机构运动简图的绘制
不能存在只有一个构件的运动副 或只有一个运动副的构件。
每个杆组拆分后自由度不变
每个构件和运动副都只能属于一 个杆组
机构的级别取决于机构中的基本杆组的最高级别
另一种说法：机构的级别与机构中最高级别基本杆组 的级别一致
3.平面机构的结构分析
结构分析的目的 1）了解机构的组成 2） 确定机构的级别 3）为机构受力分析提供简化方法
机构按所含最高杆组级别命名，如Ⅱ级机构，Ⅲ 级机构等。
杆组：自由度为零的不可再分的运动链。 机构可视为由原动件和若干个杆组构成。
组成原理
任何机构都可以看作是若干个自由度为零的基本杆组依次 联接到原动机和机架上而构成的，机构的自由度等于原动件的
机构分析与综合 答题步骤
cos sin 0 Rot z , 0 0 1 0
0
sin cos 0 0
0 0 1 0
0 0 1
0
3）变换矩阵连乘顺序：相对基础系--从右向左，相对运动（当前）系--从左向右 2.求分别位于两个坐标系中两点之间的距离
1
三、平面运动链的结构综合
1.求图的环数和周长 （1）结构综合（全转动副的低副运动链） 1）自由度计算公式： 3n 2 p 1 （n-活动构件数，p-低副数）； 2）运动链结构公式： 3 n 1 2 p 1 3n 2 p 4 （n-所有构件数，p-低副数）； 3）环数、所有构件数、运动副之间的关系： L p n 1 ； n 4）环数计算公式： L 1 【n杆运动链】。 2 （2）图论基本知识 1）图：有一系列边和顶点组成的相互连通的网络【G】； 2）顶/节点：图中两边连接点【 Vi /V】； 3）边：两顶点之间连线【 eij /E】； 4）同构：两个图具有相同的关联矩阵； 5）周长：构成环的边数。 2.画不同构的图及图所对应的运动链 （1）构图原则 1）两顶点之间只能用一条边连接； 2）顶点数V=构件数n，边数E=运动副数p； 3）图中不能有三角形结构（运动链中桁架的交换图的子图）； 4）图中各边只能在节点处相交，不能交叉（一定是平面图）； 5）连接变数多的节点放置在图的上方； 6）外环尽量长，图形按顺序组合。 （2）图与运动链的交换【前一图的顶点对应后一图的边】 1）图中：顶点-运动链中的构件，边-运动副； 2）变换图中：顶点-转动副，边-构件。
T
2 3 nz oz az J1 1 （2）由 2 求 （ 为移动副时按以下算法） J J T n 2 2
机构学和机器人学1空间机构的基础知识
§1-2 空间机构的结构综合
1、单自由度平面机构的结构综合
研究一定数量的构件和运动副可以组成多少机构型 式的综合过程。实质是排列与组合的数学问题。可利用 图论和矩阵工具研究。
单自由度的低副机构是由具有4个自由度的运动链 所组成，自由度为4的运动链应满足下列关系：
(1) n2=4, n3=4 (2) n2=5, n3=2, n4=1 (3) n2=6, n4=2
而成的系统。 闭式链——组成一个或多个封闭形的运动链。 开链——不可组成封闭形的运动链。
简单运动链——运动链中可出现与其它三 个构件相连的构件时。如图a、b、c，否则 称为复杂运动链，如图d。
运动链的自由度——独立相对运动的个数 或各构件相互位置变化所需自由参数（广 义坐标）的个数。例如上图a四个运动参数 θ1、θ2、θ3、θ4中只有一个自由参数（如 θ1）F=1，上图b三个运动参数θ1、θ2、θ3 均为自由参数，F=3。
3、空间单封闭形单自由 度机构的结构综合
1）当λ=6，如表综合可 得12种类型433种机构。
2）综合四杆单封闭形机 构，可得3种类型138 种机构。其中9种具有 特殊实用价值。
3）构成闭合约束数小于 6的机构时，组成条件 需要严格遵守，否则 可能出现不能运动的 刚架。
还有特殊的三类： R-R-R-R R-S-S-R R-C-C-R
Ⅴ级副——约束度为（5－m）
Ⅳ级副——约束度为（4－m）
……
当m=0（零族机构）即可加任何公共约束， 机构自由度计算公式用（1－1）。
m=1（一族机构）不可能 P2 （1－4）
m=2（二族机构）不可能存在Ⅰ、Ⅱ级副
F 4n 3P5 2P4 P3 （1－5）
F 6n 5P5 4P4 3P3 2P2 P1 （1－1）
机构的结构分析和综合
特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：
AB＝CD＝EF
4 平面机构中的虚约束常出现 下列场合： 1、两构件在多处构成移动副，
且导路重合或平行。
2、两构件在多处构成转动副， 且轴线重合
3、法线始终重合的高副
注意：
法线不重合时， 变成实际约束！
2 高副低代的方法 找出构成高副的两轮廓曲线在接触点处的曲率中心，然后 用一个构件和位于两个曲率中心的两个转动副来代替该高副。
如图2-17所示，构件1和构件2分别为绕Ａ和Ｂ转动的两个圆 盘，两圆盘的圆心分别为O1、O2，半径为R1、R2，它们在C点构成 高副，当机构运动时，替代机构如图中虚线所示。图2-18所示机构 的替代机构也如该图中虚线所示。
• 2)拆杆组。要从远离原动件处开始拆，尽量拆成 二级组，拆后剩余部分还应是一个完整的机构。
• 3)确定机构的级别。
• 例2-5计算图2-16所示机构的自由度，并确定机构 的级别。
解：该机构无虚约束和局部自由度， F=3×5－2×7=1
该机构为II级机构。
必须强调指出： 1)杆组的各个外端副不可以同时加在
④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
▲
▲
▲
▲
▲
▲
▲
▲
四、空间机构自由度简述
若n个活动构件中有P1个一级副；有P2个 二级副；有P3个三级副；有P4个四级副；有 P5个五级副，则可得空间机构的自由度公式：
联？以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？
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
1 1
2
1
2
1
2
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。
第2章机构的结构分析(机构的组成原理和机构类型综合-讲3)
n2 4 p4
n2 n3 6 2n2 3n3 2 p
n2 4 n3 2 p7
三副杆
三副杆
双副杆
二副杆 四杆运动链 六杆运动链
二副杆
2.平面机构结构的型综合
Watt型
Stephensen型
四杆运动链
六杆运动链
另外闭式运动链有运动链环数与杆数、转动副的关系：
LpN1
其中有两个三副杆。
机构命名方式：
按所含最高杆组级别命名，如Ⅱ级机构，Ⅲ级机构等。 称只有机架和原动件构成的驱动杆组为I 级机构。 Ⅰ级机构：只由机架和原动件组成的机构。 II级机构：机构中基本杆组的最高级别为II级。 III级机构：机构中基本杆组的最高级别为III级。
需要强调指出: ①杆组的所有外端副不可以同时加在同一个构 件上，否则将成为刚体。例如下图中两种情况杆组都不能运动。
1 F O A 2 3 B C 5 6 E
F
外副
1 O
外副
A 3
6
2 F=3×1-2×1=1
外副
D 4
C
B
D
内副 4
E
外副
内副 5
F=3×3-2×4=1
F=3×2-2×3=0
F=3×2-2×3=0
定义：最简单的F＝0的构件组，称为基本杆组。 机构的组成原理：任何机构都可以看作是由若干个基本 杆组依次连接于原动件和机架上而构成的。
F=3n - 2pl - ph n=2
pl = 2 ph =1
F=3*2- 2*2 – 1=1
齿轮传动自由度计算:
Q
A P3 B 2 1
F=3n - 2pl - ph n=3
pl = 3 ph =2
1机构的结构综合
1.3.3单自由度平面闭式链机构的结构综合
变换图：若一图的节点-节点矩阵是另外一图的 边-边矩阵，则称后者为前者的变换图。
1.3.3单自由度平面闭式链机构的结构综合
三、图与运动链的变换
运用图论中的方法，可把研究运动链种类的问 题转化为研究一定数量的节点与边能够连接成多少 种不同构的图的问题。
六杆运动链应有2个环，故其可能的构型有两 种，瓦特(Watt)型和斯蒂芬森(Stephenson)型
三副件相邻 三副件被二副件隔开
1.3.2单自由度平面闭式链机构的结构综合
八杆运动链应有3个环，其可能的构型有16种
1.3.2单自由度平面闭式链机构的结构综合
十杆运动链应有四个环，其可能的构型有230种。
1.3.3单自由度平面闭式链机构的结构综合
完全连接图：任一节点和其他所有节点都有边 相连接的图。
平面图：各边除在节点相交外，没有其他相交 边的图。
1.3.3单自由度平面闭式链机构的结构综合
支路：图中一系列边的集合，其每两个相继的 边联接于一个节点。
环路：从某一个节点开始又回到该节点的支， 此支路通过各节点不超过一次，又称封闭环。
（原）图中的节点代表构件，边代表转动副。 在原图的变换图中，节点就代表了转动副，边代表 了构件，变换图实际上已成为运动链的图形了。
1.3.3单自由度平面闭式链机构的结构综合
在构（原）图时，需注意以下三点：
(1) 节点数、边数、环数按公式
3N 4 2P
L 1 N 1 2
确定，但应将式中的N视为节点数V，P视为边数E。
(3) 原图中不能含有变换图为固定桁架的子图。即 (不1)能节在点原数图、中边出数现、如环下数的按图公：式
机构的机构分析范文
机构的机构分析范文机构分析是对一个机构的内部和外部环境进行综合评估和分析，以了解该机构的运作模式、竞争力和发展方向。
通过机构分析，可以帮助决策者制定更合理的战略和政策，并有效推动机构的发展。
本文将从以下几个方面对机构进行分析。
一、内部环境分析内部环境分析主要包括机构的组织结构、管理制度、人力资源、财务状况等方面。
1.组织结构：分析机构是否有清晰的组织结构，各部门之间的职责划分是否合理，是否存在管理层级过多或者信息流通不畅的问题。
2.管理制度：评估机构的管理制度是否完善，包括制度的执行情况、业务流程和管理流程的科学性和规范性等。
3.人力资源：分析机构的人才队伍是否稳定并具备相应的专业技能，是否有培训机制和激励措施，以及人员的流动情况等。
4.财务状况：研究机构的财务报表，包括资产负债表、利润表和现金流量表等，分析机构的盈利能力、偿债能力和运营状况。
二、外部环境分析外部环境分析主要包括市场环境、行业竞争和政策法规等方面。
1.市场环境：分析机构所处的市场规模、增长趋势、风险和机遇，以及市场的结构和特点等。
2.行业竞争：了解机构所在行业的竞争格局、竞争对手的实力和策略，并评估机构的竞争优势和劣势。
3.政策法规：分析政府相关政策和法规对机构运营的影响，尤其是对行业监管和准入条件的要求。
三、SWOT分析SWOT分析是机构分析的重要工具，通过评估机构的优势、劣势、机会和威胁，帮助机构制定发展战略。
1.机构的优势：分析机构在资源、技术、品牌等方面所具备的独特优势，以及机构内部的核心竞争力。
2.机构的劣势：识别机构可能存在的劣势，包括管理不善、技术水平不足、市场影响力较弱等问题。
3.机构的机会：发现机构所处环境的机会，包括市场需求的增长、政策支持的利好等。
4.机构的威胁：分析机构可能面临的威胁，包括市场竞争加剧、技术更新换代、政策变化等。
通过以上分析，可以为机构制定发展战略提供参考。
在制定战略时，机构应充分利用自身的优势，抓住市场的机会；同时，要解决自身的劣势，应对可能的威胁。
《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
第3章-机构的结构理论
Sarrus机构
A、B、C三个转动副轴线平行， D、E、F三个转动副的轴线也平行。 A、B、C三个转动副产生：R1 1,PR 2 （“ ”RA轴线的平面，记为P1） 同理： D、E、F产生： R2 1,PR 2 （“ ”RD轴线的平面,记为P2） 因为 P1、P2不共面，所以：总P=3
第二节 机构的自由度
关于平面机构的自由度分析在《机械原理》课程中已介绍过，
这里重点讨论空间机构的自由度计算问题。
2.1 空间闭链机构的自由度计算
设空间闭链机构中含 n 个活动构件，p1 个Ⅰ类副，p2个Ⅱ类副， p5 个Ⅴ类副，则机构自由度应表示为：
F 6n-(5p1+4p2 +3p3 +2p4 +1p5 )
i=1
② 由纯移动副组成的平面机构，公共约束数m=4，
由纯移动副组成的空间机构，公共约束数m=3。
如：楔形面机构
m 4, 2
3
F fi -=3-2=1 i =1
空间4P机构
m 3, 3
3
F fi -=4-3=1 i =1
③ 机构中各转动副轴线相交于一点，则各构件均失去3个移 动自由度，m=3 。
总R=2。
F fi 6 5 1
以上是单环路闭链机构，下面再看多环路闭链机构。 例1：构件1、2、3、4、1及运动副A、B、C、D、G构成环路1；构件1、4、 5、6、1及运动副G、D、E、F构成环路2。 环路1：R=3(显然的)，球副C看成空间3个转动副轴线汇交于一点，其中有一 个转动副与D或G轴线平行，则派生2个移动自由度PR=2 （位于“”D轴的平 面内），再将球副C中的第二个转动副设置成与球销副B平行，则又会派生1个 移动自由度PR=1，且与前面的2个移动自由度不共面。所以环路1中总的1=6。 环路2：是一个平面四杆运动链，所以R=1， PR=2，总的2=3。
机械原理考试知识点
《机械原理》考试知识点第一篇基本机构及常用机构的运动学设计第一章绪论1．了解机械原理的研究对象及主要内容；2．了解机械原理的地位和作用；3．了解机械原理的学习目的和方法。
第二章机构的结构分析与综合1．掌握有关机构的概念，如构件、运动副、运动链、杆组等；2．掌握平面机构运动简图的绘制方法和步骤，能根据实际机械正确绘制机构运动简图；3．掌握机构具有确定运动的条件及平面机构自由度的计算，并注意复合铰链、局部自由度和虚约束等情况；4．掌握平面机构中高副低代的方法，要求代替前后，机构的自由度和机构的瞬时运动不变；5．掌握平面低副机构的结构分析和组成原理，能根据给定的机构运动简图进行拆杆组，进行机构的结构分析，并确定机构的级别。
第三章平面连杆机构及其设计1．了解平面连杆机构的类型、应用及其主要特点；2．掌握平面连杆机构特别是它的基本形式——平面铰链四杆机构的一些基本概念和基本知识及其演化方法和应用；3．掌握平面连杆机构的运动特性和传力特性：如有曲柄的条件、急回特性和行程速度变化系数、压力角与传动角、死点位置、运动连续性等；4．掌握等视角定理及几何法刚体导引机构的设计；5．掌握机构的刚化反转法及几何法函数生成机构的设计；6．掌握急回机构的设计；7．掌握用速度瞬心法作平面机构的速度分析方法；8．掌握用相对运动图解法进行机构的运动分析方法；9．掌握用复数矢量法进行机构的运动分析的方法。
第四章凸轮机构及其设计1．掌握凸轮机构的基本概念、凸轮机构的分类及应用；2．掌握从动件常用的运动规律及从动件运动规律的设计原则；3．掌握凸轮机构的反转法原理；4．掌握图解法设计平面凸轮轮廓曲线的设计方法；5．掌握解析法设计平面凸轮轮廓曲线的设计方法；6．掌握凸轮机构的压力角及基本尺寸的设计。
第五章齿轮机构及其设计1．了解齿轮机构的类型和应用；2．掌握齿廓啮合基本定律；3．掌握渐开线的形成及其性质；4．掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算；5．掌握渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动特点，包括：1）定传动比；2）啮合线与啮合角；3）中心距的可分性；3）正确啮合条件；4）连续传动条件；5）标准中心距和安装中心距；6）无侧隙啮合条件等。
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转 动 平副 面 运 动 副移 动 副
22
1
1
2
1 2 1
2
2
1
1
2
1 2 1
22
22
1
1
1
1
2
2
1 2 1
1 2
1
平
面
2
高
副
1
2
螺
旋
1
空副 2
间
1
运
动球 副面
1
副
球 销
2
副
2 1
2 1
1
2
2 1
2 1
1 2
1 2
1 2
2 1
3. 运动链 (Kinematic chain)
第二章 机构的结构分析和综合
§2－1 研究机构结构的目的 §2－2 机构的组成及其运动简图的绘制 §2－3 机构自由度的计算 §2－4 平面机构的组成原理和结构分析 §2－5 平面机构的结构综合
▲
§2－1 研究机构结构的目的
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
螺旋 副
下一页
运动副的特点
低副移 转动 动副 副
1、面接触——接触比压低，承载能力大。 2、接触面为平面或柱面——便于加工，成本
低，便于润滑。 3、引入二个约束。
高副
1、点、线接触——接触比压高， 承载能力小。 2、接触面为曲面——不便于加工和润滑。 3、引入一个约束。
运动副 名称
常用运动副的符号 运动副符号
说明机构各构件间的相对运动关系的简化图形。
作用： 1)表示机械的组成。 2)作为运动分析和动力分析的依据。
机构示意图－不按比绘制的简图
2.构件的表示方法
杆、轴构件 固定构件 同一构件
两副构件 三副构件
3.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
链 传 动
=1
23 4
②计算五杆铰链机构的自由度。
解：活动构件数n= 4
2
3
低副数PL= 5 高副数PH= 0
1
4
5
F=3n － 2PL － PH =3×4 － 2×5
=2
③计算图示凸轮机构的自由度。
解：活动构件数n= 2
3
2
低副数PL= 2
高副数PH= 1
1
F=3n － 2PL － PH =3×2 －2×2－1
1 θ1 2
3
S’3 S3
2 1 θ1
3 4 θ4
给定构件3位移规律＝S3(t)， 一个独立运动参数
构件1.2唯一确定，该机
构仅需要一个独立参数。
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，该机构需要两个独立
参数 。
机构的自由度是保证机构具有确定运动时所必须给 定的独立运动参数。 ∵一个原动件只能提供一个独立运动参数
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。
▲
§2－2 机构的组成及其运动简图的绘制
一、机构的组成要素 1.构件 (Link) －独立的运动单元
零件(part)－独立的制造单元
内燃机中的连杆
▲
构件由零件组成
2.运动副 (Kinematic pair) 定义：
运动链－两个以上的构件通过运动副的联接 而构成的系统。
闭式链 (Close chain) 、开式链(Open chain)
工业 机器人
机构是由若干构件经运动副联接而成的，很显然，机构归属于运动链，那么，运动链在什么条件下就
4. 机构 能称为机构呢？即各部分运动确定。分别用四杆机构和五杆机构模型演示得出如下结论： 在运动链中，如果以某一个构件作为参考坐标系，当其中另一个（或少数几个）构件相对于该坐标系 按给定的运动规律运动时，其余所有的构件都能得到确定的运动，那么，该运动链便成为机构。 定义：具有确定运动的运动链中某一构件加以 固定而成为机架称为机构 。
2）确定各构件之间的运动副种类及位置 “两两分析相对运动”
3）代表回转副的小圆，其圆心必须与相对运动 回转中心重合。代表移动副的滑块，其导路 方向必须与相对运动方向一致。
4）比例、符号、线条、标号
例1：绘制破碎机的机构运动简图。
例2: 绘制图示偏心泵的运动简图
3 2 1 4
偏心泵 动画
§2－3 、机构具有确定运动的条件
θ
(x , y) x
▲
活动构件数 构件总自由度 低副约束数 高副约束数
n
3×n
2 × PL
1 × Ph
(低副数) (高副数)
计算公式： F=3n－(2PL +Ph )
要求：记住上述公式，并能熟练应用。
举例：
①计算曲柄滑块机构的自由度。
解：活动构件数n= 3
1
低副数PL= 4
高副数PH= 0
F=3n － 2PL － PH =3×3 － 2×4
∴机构具有确定运动的必要条件为：
自由度(F)＝原动件数
F 0 运动链不能运动。 F 原动件数目, 运动不确定。
F 0 F 原动件数目，不能动。 F 原动件数目，运动确定。
§2－4 机构自由度的计算
一、平面机构自由度的计算公式
单个自由构件的自由度为 3
y
低副 引入二个约束。 高副 引入一个约束。
=1
三、计算机构自由度时应注意的事项 1.复合铰链 multiple pin joints －－两个以上的构件在同一处以转动副相联。
m个构件, 有m－1转动副。
①计算图示圆盘锯机构的自由度。
解：活动构件数n=7
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－直接接触的部分（点、线、面）
例如：滚动轴承、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
运动副的分类
回转副
1平面运动副 低副回移转动副副 高副
移动副
高副
2 空间运动副 球面副
球面副 螺旋副
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
圆柱 蜗杆 蜗轮 传动
凸 轮 传 动
内啮
棘
合圆
轮
柱齿
机
轮传
构
动
3.机构运动简图应满足的条件： 1)构件数目与实际相同
2)运动副的性质、数目与实际相符
3)运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。
四杆机构 导杆机构
滑块机构 正切机构
绘制机构运动简图的方法：
1）先找首端——原动件 再找尾端——工作构件(确定构件数)
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－按给定运动规律独立运动的构件。 从动件－其余可动构件。
机构的组成：
机构＝机架＋原动件＋从动件
1个
1个或几个
若干
三、机构运动简图的绘制 1.机构运动简图 ( 运动副---符号, 构件----简单线条 , 按比
例定出各运动副位置)