机械原理第二章
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机械原理
i=1 j=1
5
p
末杆自由度： 末杆自由度：λ
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （3）具有公共约束的单闭环机构自由度计算
F = ∑i ⋅ pi − 6 −m） = ∑fj − λ （
5
p
λ = λr + λtt + λtr
i=1
j=1
基本转动（移动）自由度： 基本转动（移动）自由度： 各轴线都平行于某一个方向：其值=1 1）各轴线都平行于某一个方向：其值=1 分别平行于两个不同方向： 其值=2 2）分别平行于两个不同方向： 其值=2 有不与前两个方向共面的第三个方向， 3）有不与前两个方向共面的第三个方向， 其值=3 其值=3
2.2.1 运动副
构成运动副的点、 构成运动副的点、线、面称为运动副的元素。 面称为运动副的元素。 （1）低副:两构件通过面接触构成的运动副. 低副:两构件通过面接触构成的运动副. （2）高副:两构件通过点或线接触构成的运动副. 高副:两构件通过点或线接触构成的运动副. 点或线接触构成的运动副
2.2.1 运动副
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （4）计算机构自由度重要注意的问题 1）局部自由度
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （4）计算机构自由度重要注意的问题 1）局部自由度
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （4）计算机构自由度重要注意的问题 1）局部自由度
公共约束: 公共约束: 是指在机构中由于运动副的特性及布 置的特殊性， 置的特殊性，使得机构中所有的活动构件共同失 去了某些自由度， 去了某些自由度，即对ห้องสมุดไป่ตู้构中所有活动构件同时 施加的约束，公共约束记为m 施加的约束，公共约束记为m 。
5
p
末杆自由度： 末杆自由度：λ
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （3）具有公共约束的单闭环机构自由度计算
F = ∑i ⋅ pi − 6 −m） = ∑fj − λ （
5
p
λ = λr + λtt + λtr
i=1
j=1
基本转动（移动）自由度： 基本转动（移动）自由度： 各轴线都平行于某一个方向：其值=1 1）各轴线都平行于某一个方向：其值=1 分别平行于两个不同方向： 其值=2 2）分别平行于两个不同方向： 其值=2 有不与前两个方向共面的第三个方向， 3）有不与前两个方向共面的第三个方向， 其值=3 其值=3
2.2.1 运动副
构成运动副的点、 构成运动副的点、线、面称为运动副的元素。 面称为运动副的元素。 （1）低副:两构件通过面接触构成的运动副. 低副:两构件通过面接触构成的运动副. （2）高副:两构件通过点或线接触构成的运动副. 高副:两构件通过点或线接触构成的运动副. 点或线接触构成的运动副
2.2.1 运动副
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （4）计算机构自由度重要注意的问题 1）局部自由度
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （4）计算机构自由度重要注意的问题 1）局部自由度
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （4）计算机构自由度重要注意的问题 1）局部自由度
公共约束: 公共约束: 是指在机构中由于运动副的特性及布 置的特殊性， 置的特殊性，使得机构中所有的活动构件共同失 去了某些自由度， 去了某些自由度，即对ห้องสมุดไป่ตู้构中所有活动构件同时 施加的约束，公共约束记为m 施加的约束，公共约束记为m 。
《机械原理》课件第二章平面机构的结构分
用规定的符号和线条代表构件和运动 副，按比例绘制出机构运动简图。
选择合适的投影面
一般选择机构的多数构件在同一平面 或相互平行的平面内运动的投影面作 为绘制运动简图的投影面。
自由度概念及计算公式
自由度概念
机构具有确定运动的独立参数数目称为机构的自由度。
自由度计算公式
F = 3n - 2PL - PH，其中F为机构自由度，n为活动构件数，PL为 低副数，PH为高副数。
《机械原理》课件第二章平面机构 的结构分析
目 录
• 平面机构基本概念与分类 • 平面机构运动简图及自由度计算 • 平面连杆机构结构分析与设计 • 凸轮机构结构分析与设计 • 齿轮传动系统结构分析与设计 • 其他常见平面机构介绍
01 平面机构基本概念与分类
平面机构定义及特点
定义
平面机构是指所有构件都在相互平行的平面内运动的机构，也称为平面连杆机 构。
采用多个连杆机构和关节组合而成，可实现 复杂的空间运动和操作任务。具有结构紧凑 、灵活性强等特点。
04 凸轮机构结构分析与设计
凸轮机构类型及特点
移动凸轮
凸轮相对机架作直线移动，适用于需要直 线往复运动的场合，如机床的进给机构等。
盘形凸轮
凸轮为绕固定轴线转动且有变化直 径的盘形构件，具有结构简单、紧 凑的特点，广泛应用于各种自动化
尺度和相对位置。具有直观、简便等优点，但精度较低。
02
解析法
通过建立机构的数学模型，利用数学方法求解机构的未知尺度和运动参
数。具有精度高、适用范围广等优点，但计算较复杂。
03
优化设计法
以机构的某项或多项性能指标为优化目标，通过计算机辅助设计软件进
行尺度综合和优化设计。可得到性能更优的机构方案，但需要较高的计
机械原理第二章
3. 讨论--机构的自由度数与原动件数 讨论---机构的自由度数与原动件数
第二章 机构的结构分析和综合
成都大学工业制造学院 孙付春
名词解释
机构的分析—指对现有机构进行 机构的分析 指对现有机构进行 的结构分析、运动分析和动力 的结构分析、 分析。 分析。 机构的综合—指设计新的机构 指设计新的机构， 机构的综合 指设计新的机构， 包括机构的选型、 包括机构的选型、运动设计和动 力设计。 力设计。
自由度与约束分析图
3. 平面机构自由度计算公式
F = 3 n - 2 PL - PH n—表示机构中活动构件总数； 表示机构中活动构件总数； 表示机构中活动构件总数 PL —表示机构中低副总数； 表示机构中低副总数； 表示机构中低副总数 PH —表示机构中高副总数； 表示机构中高副总数； 表示机构中高副总数 F —表示机构的自由度数。 表示机构的自由度数。 表示机构的自由度数
观察下列运动副的约束情况
1.转动副(圆柱铰链) 转动副(圆柱铰链) 转动副
观察下列运动副的约束情况
2.移动副 移动副
观察下列运动副的约束情况
3.柱面高副，线接触，齿轮副也属此 柱面高副，线接触， 柱面高副 类型
观察下列运动副的约束情况
4. 球面副 (球铰链) 球铰链) 球铰链
观察下列运动副的约束情况
分析下列机构的自由度(2) 分析下列机构的自由度
F =3×3-2×5=-1 × - × F = -1 ，说明：不是一个可 说明： 动运动链， 动运动链，是一个超静定桁 比静定桁架更稳定。 架，比静定桁架更稳定。 F =3×4-2×5=2 × - × F = 2 ，说明：机构具有2个 说明：机构具有2 独立运动，若给定2个原动件 独立运动，若给定 个原动件 通常取与机架相联的2个构 (通常取与机架相联的 个构 件为原动件) 件为原动件)，则机构具有确 定的运动。 定的运动。
机械原理第二章
l 1 cos1 l 2 cos 2 = l 4 l 3 cos3 l 1 sin 1 l 2 sin 2 = l 3 sin 3
1
– 第二级
3 φ3
X
• 第三级
C’’
D
4 – 第四级 » 第五级
整理该方程最后可得：
B A 2 B 2 C2 3 = 2arctg AC B l 3 sin 3 2 = arctg A l 3 cos 3
– 第二级 某些构件的角位移、角速度及角加速度。 • 第三级
◆ 机构运动分析的方法 – 第四级
» 第五级
●图解法 ●解析法
速度瞬心法 矢量方程图解法
2
§2-1 瞬时速度中心及其应用 瞬 心
两构件相对运动速度为零的重 合点称为瞬时转动中心，简称瞬 心。绝对速度为零称为静瞬心， 单击以编辑母版文本样式 绝对速度不为零称为动瞬心。
科氏加速度 的矢量式：
决定科氏加速度 k 12 a B3B2 = 22 VB3B2 方向的简单方法
图解法总结：
图解法口诀 单击以编辑母版标题样式
图解分析列方程, • 单击以编辑母版文本样式 等号两端双进军; 多边形里量尺寸, – 第二级 比例乘来信息灵。 • 第三级
– 第四级 » 第五级
因为 v 1× P P = v 3× P P34 13 14 13
• 单击以编辑母版文本样式 13 所以 v 1 P P34
= v 3第二级 – PP
13 14
• 第三级 = v 3× 13 因为 v 2×P P23第四级 P P23 12 –
v 2 P P23 所以 = 13 v3 P P 12 23
C：极点P代表该构件上速度为零的点。（绝对瞬心）。
1
– 第二级
3 φ3
X
• 第三级
C’’
D
4 – 第四级 » 第五级
整理该方程最后可得：
B A 2 B 2 C2 3 = 2arctg AC B l 3 sin 3 2 = arctg A l 3 cos 3
– 第二级 某些构件的角位移、角速度及角加速度。 • 第三级
◆ 机构运动分析的方法 – 第四级
» 第五级
●图解法 ●解析法
速度瞬心法 矢量方程图解法
2
§2-1 瞬时速度中心及其应用 瞬 心
两构件相对运动速度为零的重 合点称为瞬时转动中心，简称瞬 心。绝对速度为零称为静瞬心， 单击以编辑母版文本样式 绝对速度不为零称为动瞬心。
科氏加速度 的矢量式：
决定科氏加速度 k 12 a B3B2 = 22 VB3B2 方向的简单方法
图解法总结：
图解法口诀 单击以编辑母版标题样式
图解分析列方程, • 单击以编辑母版文本样式 等号两端双进军; 多边形里量尺寸, – 第二级 比例乘来信息灵。 • 第三级
– 第四级 » 第五级
因为 v 1× P P = v 3× P P34 13 14 13
• 单击以编辑母版文本样式 13 所以 v 1 P P34
= v 3第二级 – PP
13 14
• 第三级 = v 3× 13 因为 v 2×P P23第四级 P P23 12 –
v 2 P P23 所以 = 13 v3 P P 12 23
C：极点P代表该构件上速度为零的点。（绝对瞬心）。
机械原理第二章
机械原理第二章下面是机械原理第二章的内容，但是不包含标题和重复的文字：1. 引言机械原理是研究机械系统运动和相互作用的科学。
本章将介绍机械原理的基本概念和原理。
2. 平面运动问题2.1 定义和分类机械系统的平面运动可以分为直线运动和曲线运动两类。
本节介绍了这两种运动的定义和分类。
2.2 直线运动直线运动是指物体沿着直线路径移动的运动。
本节讲解了直线运动的基本特点和相关的运动学原理。
2.3 曲线运动曲线运动是指物体沿着曲线路径移动的运动。
本节介绍了曲线运动的特点以及与曲线运动相关的运动学原理。
3. 旋转运动问题3.1 定义和分类机械系统的旋转运动可以分为平面旋转和空间旋转两类。
本节讲解了这两种运动的定义和分类。
3.2 平面旋转平面旋转是指物体围绕一个轴线在平面内旋转的运动。
本节介绍了平面旋转的基本特点和相关的运动学原理。
3.3 空间旋转空间旋转是指物体在三维空间中绕一个轴线旋转的运动。
本节讲解了空间旋转的特点以及与空间旋转相关的运动学原理。
4. 速度和加速度分析4.1 速度分析速度是描述机械系统运动状态的重要参数。
本节介绍了速度的计算方法和分析技巧。
4.2 加速度分析加速度是描述机械系统运动加速度的参数。
本节讲解了加速度的计算方法和分析技巧。
5. 音速和减速控制5.1 音速控制音速控制是调节机械系统的运动速度的一种方法。
本节介绍了音速控制的基本原理和应用。
5.2 减速控制减速控制是调节机械系统的运动速度的另一种方法。
本节讲解了减速控制的基本原理和应用。
6. 总结本章总结了机械原理第二章的内容，并提出了进一步研究的方向和建议。
注意：本文中可能没有具体章节标题，因为要求文中不能有重复的文字。
机械原理第二章2-1
2 1
3 1 4
2
4
3
2. 机构
机构：若将运动链的一个构件固定为机架
时，运动链便成为机构。
构件的分类
机构中的构件可分为三大类： （1）机架 机构中固定不动的构件。 一个机构只有一个机架。 （2）原动件(主动件) 机构中按给定的已知运动规律独立运动的构件。 （3）从动件 机构中除原动件外的其余活动构件。 当确定原动件后，其余从动件随之作 确定的运动。
•根据运动副引入的约束数 •根据构成运动副的两构件之间的相对运动 •根据构成运动副的两构件之间的接触情况 •根据构成运动副的两构件的接触部分几何形状
运动副分类
根据运动副引入的约束数，运动副分为五级 I级副： 引入1个约束的运动副 Ⅱ级副：引入2个约束的运动副 Ⅲ级副：引入3个约束的运动副 Ⅳ级副：引入4个约束的运动副 Ⅴ级副：引入5个约束的运动副
圆柱副(cylindric pair)
球销副(sphere-pin pair)
环运动副(looping pair)
二、运动链(Kinematic Chain)和机构
1.运动链(Kinematic Chain)
2.机构
1.运动链(Kinematic Chain) 运动链
用运动副将两个或两个以上的构件连接 而成的系统称为运动链。
1 2 3 4
3
2 1
如果机构中有一个或多个高 副，则称此机构为高副机构。
机构
平面机构中的所有运动副一定是平面运动副， 但是只包含平面运动副的机构也可能是空间机构。
例如:
万向联轴节是空 间机构，该机构 只包含转动副 （平面运动副）
三、平面机构运动简图
1.机构运动简图的定义和目的 2.机构运动简图的作用 3.运动副和构件的表示方法 4.绘制机构运动简图的步骤
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。
机械原理第二章
1——输入
2 5 1
4——输出
计算自由度:
F=3ㄨ4–2ㄨ4–1ㄨ2=2
4
6）二构件组成若干个平面高副，但接触点间的距离 为常数或各接触点处的公法线彼此重合。
1
2
去掉一个高副
3
计算自由度:
F=3ㄨ2 –2ㄨ2 –1ㄨ2=0
F=3ㄨ2 –2ㄨ2 –1ㄨ1=1
等宽凸轮机构
等径凸轮机构
虚约束的本质是什么?
机构的具有确定运动的条件：
1)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动； 2)若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不 确定的； 3)若Ｆ>０，而原动件数>F，则构件间不能运动或 薄弱处产生破坏； 4)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。
因此，机构具有确定运动的条件是：Ｆ>０且机构 的原动件数等于机构的自由度数。
§2.3.1 运动副和构件的表示方法
1、运动副符号
表示转动副的小圆，圆心必须与相对回转轴重合；表示移 动副的滑块其导路必须与相对移动的方向一致；表示平面 高副的曲线，其曲率中心的位置必须与实际轮廓相符。
2、构件与运动副相联接的表达方法
3、常用机构的简图符号
符号五：
§2.3.2 平面机构运动简图的绘制
2.绘制机构运动简图的方法和步骤
⑴弄清机构的组成情况
按运动传递的顺序，找出原动件、从动件、机架， 确定构件的数目，运动副的数目和类型。
⑵测定与机构运动有关的尺寸
各转动副之间的中心距，轴线固定的转动副到移动 副导路中心线的距离。
⑶正确选择投影平面
选择与机构运动平面相平行的面
⑷选定比例尺按规定符号画出运动简图 （从原动件开始画)）
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(第二章自由度培训课件
2 齿轮比
不同大小齿轮之间的速度和力的比值。
3 设计与分析
理论计算齿轮参数、齿轮传动效率等。
齿轮齿形
齿形几何
齿轮齿形的几何形状和参数。
齿形接触
齿轮齿形接触的面积和位置。
齿形磨损
由于摩擦和磨损引起的齿形变化。
齿轮传动比的计算
1
应用Байду номын сангаас
2
用于调整驱动装置和被驱动装置之间的
速度比。
3
计算公式
根据齿轮数和齿轮直径计算传动比。
物体接触点的几何形状和边界
接触力
两个接触物体之间传递的力
接触表面
物体表面的材料和特性
齿轮与蜗轮传动
1
齿轮传动
通过齿轮将动力传递给另一个齿轮。
蜗轮传动
2
将动力传递给蜗轮以实现转速转向的改
变。
3
应用
齿轮传动广泛应用于各种机械系统中， 如汽车变速器、工厂机械等。
齿轮基础理论
1 齿轮类型
直齿轮、斜齿轮、渐开线齿轮等。
位移
物体的位置发生变化。
速度
描述物体在单位时间内位移的变 化。
加速度
描述速度在单位时间内的变化。
二次运动学
1 定义
描述物体的运动状态和变化规律，如速度和加速度的变化。
2 应用
用于分析和设计各种机械系统，如机械臂、转子等。
运动定理
1
牛顿第一定律
静止的物体保持静止，运动的物体保持
牛顿第二定律
2
匀速直线运动。
物体受力时，加速度与力的大小成正比，
与物体质量成反比。
3
牛顿第三定律
相互作用的两个物体之间的作用力大小 相等，方向相反。
机械原理 第2章-连杆机构
图2-8a
图2-8b
内燃机内的核心构件活塞、连杆、曲轴和缸套就 是曲柄滑块机构。其活塞就是滑块，缸体就相当 于上图的机架，它的制造要求十分精密。
22
2、导杆机构
图2-9(a)就是和图2-8一样的曲柄滑块机构。但如果改AB杆（1杆）为 机架，就变为图（b）所示的导杆机构。在图（b）中，杆4称为导杆，滑 块3相对导杆滑动并一起绕 A点转动，通常把杆2作为原动件。在图（b） 中，由于L1<L 2，两连架杆2 和4 均可相对于机架 1整周回转，称为曲柄转 动导杆机构或转动导杆机构。 但图（b）中如果L1>L2，则图（b）就变成为图2-10了，此时连架杆4 就只能往复摆动，称为曲柄摆动导杆机构或摆动导杆机构。摆动导杆机 构在牛头刨床中应用较多，其简图见右下图。
〖1〗最短杆的对边作为机架，两连架杆就是二个摇杆。 〖2〗这时最短杆与最长杆长度之和不论小于或大于其余两杆长度之和都只 能得到双摇杆机构，且有，如果最短杆和最长杆长度之和大于其余两杆长 度之和，无论哪个构件作机架都只能得到双摇杆机构。
18
（3）双摇杆机构的应用
双摇杆机构有广泛的应用。如下面二图中都是由摇杆机构组成，它们 都是把最短边BC的对边AD作机架。请注意它们的运动轨迹，对左图鹤式 起动机，它能使E点沿水平线EE’移动，这对吊放物体很有利；而对于右 图飞机起落架，放下时ABC成一线，保证了稳定，收起时轮胎成水平，节 约了空间。这些设计十分巧妙，这是我们要学习的。
图2-2e
图2-2e1
图2-2e2 机车车轮联动机构
16
（3）双曲柄机构的应用 双曲柄机构也有一定的应用，如下面惯性筛就是一种， 但用的最多是平行四边形机构，所以又叫平行双曲柄机构。 下面的摄影平台升降机构，就是利用了平行四边形机构运 动中，构件始终保持水平的特点，使人站在上面不觉得倾 斜。
机械原理_第二章-2相对运动图解、解析 ppt课件
2 B
A
ω2
D ω4 α4
ω3 a3 3 C
x
5E (E5,E6) 6 ω6 x
（3） 求vE3: 用速度影像求解
（4） 求vE6: vE6 vE5 vE6E5 大小： ？ √ ?
方向：⊥EF √ ∥xx
（5） 求3、4、5
3
vCB l BC
bcv BCl
rad / s; 4
c´
acbt
n
b
acbn
2）在加速度多边形中，联接绝对加速度矢端两点的矢量，代
表构件上相应两点的相对加速度，例如
:
b
c
代表
aCB
。
3）在加速度多边形中，极点 p´ 代表机构中加速度为零的点。
4） 已知某构件上两点的加速度，可用加速度影象法求该构件上
第三点的加速度。
ppt课件
12
三、两构件重合点间的速度和加速度的关系
取长度比例尺 l
实际尺寸 图示尺pp寸t课件m
/
mm
,
作机构运动简图。
4
（1） 速度关系：
①根据运动合成原理，列出 速度矢量方程式： VC2 VB2 VC2B2
大小： ? ω1lAB ?
方向： ∥xx ⊥AB ⊥BC
②确定速度图解比例尺μv( (m/s)/mm) ③作图求解未知量：
lBC
4
aCt D lCD
n4 ca
lCD
(3) 求aE ：利ppt课用件影像法求解 aE3 pe22a
(4) 求aE6和6
akE6E5 = 25vrE6E5
n3
b
2 B
A
《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
机械原理课件第二章
第二章
机构的组成和结构分析
局部自由度F’ ——与整个机构运动无关的自由度。 凸 轮 机 构
单击……
左图：
F 3n 2PL PH 3 3 2 3 1 2 （计算错误）
右图： F
3n 2PL PH 3 2 2 2 1 1
第二章
机构的组成和结构分析
第二章
机构的组成和结构分析
1 机构结构分析的目的
2 平面机构的组成及运 动简图的绘制
3 机构自由度的计算
4 平面机构的组成原理与 结构分析 5 平面机构的结构综合
第二章
机构的组成和结构分析
绘制机构运动简图
1分析运动、数清构件 2判定运动副性质并表达之 3表达构件
机器
机械 零件 构件 + 运动副→→运动链→→
从动件
结构综合
第二章
机构的组成和结构分析
（1） 研究机构的组成及机构具有确定运动的条件。 （2） 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。 （3）研究机构的组成原理，并根据结构特点对机构进行分 类，以便于对机构进行结构分析。
第二章
机构的组成和结构分析
平面机构：所有构件在同一平面或相互
n＝ ４，ＰL＝５，ＰH＝０
Ｆ＝３×４－２×５－０＝２
（构件１为原动件，处于AB位置时，构
件2、3、4位置不确定。当取构件1和4为 原动件时，机构各构件的运动确定。） 铰链五杆机构
第二章
机构的组成和结构分析
二、机构具有确定运动的条件：
通常，每个原动件只具有一个独立运 动，因此，机构自由度数与原动件的数目 相等时，机构才能有确定的运动。
束数
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本节研究的主要内容及目的是： (1) 研究机构的组成及机构运动简图的画法 (2) 了解机构具有确定运动的条件 (3) 研究机构的组成原理和结构分类以及型综合
.
§2-2 平面机构的组成
1.构件
活塞
任何机器都是由许多零件组合而成的。
零件 ——独立制造单元体 构件 ——独立运动单元体
气缸体 连杆体
螺钉 垫圈
.
P
按接触部分的几何形状分类：移动副 按接触形式分类： 低副 按引入的约束数目分类：五级副 按相对运动形式分类：平面运动副
.
按接触形式分类： 高副 按引入的约束数目分类：四级副 按相对运动形式分类：平面运动副 按接触部分的几何形状分类： 平面高副
.
低副机构
.
高副机构
3.运动链
机构的组成(4/5)
轴 与 轴承 —— 圆柱面与圆孔面 滑块与导轨 —— 棱柱面与棱孔面 两轮齿啮合 —— 两齿廓曲面
结论： 运动副也是组成机构的又一基本要素。 运动副元素是决定运动副具体特征的要素。 运动副自由度 f 和约束数s的关系： f = 6 – s 其约束数最少为1，最多为5。
.
自由度：构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所
运动链 —— 构件通过运动副构成的相对可动的系统
分类：（闭链）常用机械
（开链）机器人或机械手
1）闭式运பைடு நூலகம்链
与开式运动链
2）平面运动链与空间运动链
表达：
2
3
1
4
2 3
1 4
23
4
3
5
1
4
2
1
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(5/5)
4.机构 机 构 ——具有固定构件的运动链
确定各运动副位置，绘图
编号：A、B、C …表示运动副
1、2、3 …表示构件 O1、O2…表示固定转轴
原动件的运动方向
.
§2-4 机构具有确定运动的条件
在分析和设计机械时，都需要绘出其机构运动简图。 1.机构运动简图
机构运动简图 —— 根据机构的运动尺寸，按一定的比例 尺定出各运动副的位置，用运动副及常用机构运动简图符号和 构件的表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简图。
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。
.
国标规定的构件和运动副的表示符号 运动简图的绘制方法
第2章 平面机构的结构分析
§2-1 机构结构分析的内容及目的 §2-2 平面机构的组成 §2-3 平面机构运动简图 §2-4 平面机构自由度的计算 §2-5 平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
2020/7/12
§2-1 机构结构分析的内容及目的
平面机构 —— 组成机构的所有构件都在一个平面或 相互平行的几个平面内运动的机构
选择原则
1 清楚表达机构的主体部分； 2 尽可能反映机构的全面运动； 3 可以选择其他视图平面作为补充。
.
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
.
4. 绘图
选择机架 提取构件的运动尺寸
确定比例尺 选择机构运动中的一个状态
齿轮1`
杆件2
齿轮6`
编号原则：注意区分位置重叠的不 同构件和杆同轴件刚3 性联接的槽多凸个轮零6件。
前加者`以分示别区编别号。，后杆者件采4用一个编号，
滑块7
. 执行构件
压头8
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。
转动副
移动副
平面高副
.
3. 选择适当的视图平面
需的独立变量的数目 自由构件(空间)：F = 6 自由构件(平面)：F = 3
约束：运动副对构件独立运动所加的限制
.
2.运动副 （2）分类 （常用运动副的模型）
机构的组成(3/5)
1）按引入的约束数目分：Ⅰ级副、Ⅱ级副、……Ⅴ级副 2）按接触形式分 高副：点、线接触的运动副
低副：面接触的运动副 几何或 形封闭运动副
.
构件与运动副的表达方法
机架
A B
机架和活动构件通过转动副联接 (内副)
机架和活动构件通过移动副联接 .
两个活动构件联接
.
双副构件 (一个构件和两个外副)
注：点划线表示与其联 接的其他构件
.
双副构件 (一个构件和两个外副)
.
偏心轮
A B
1
2
2
A1 B
.
三副构件 (一个构件和三个外副)
.
三副构件 (一个构件和三个外副)
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
.
小型压力机
1. 分析整个机构的工作原理
机构组成 动作原理和运动情况
原动件 偏心轮1
3）按保持接触的形式分 力封闭运动副（重力、弹簧力）
转动副（回转副 或 铰链） 4）按相对运动形式分 移动副 螺旋副 球面副
5）分平面运动副与空间运动副两类
（3）符号
（常用运动副的符号）
运动副常用规定的简单符号.来表达（GB4460－84）
R
按接触部分的几何形状分类：转动副 按接触形式分类： 低副 按引入的约束数目分类：五级副 按相对运动形式分类：平面运动副
连杆体
连杆头
结论：
连杆
齿轮
构件是组成机构的一个基本要素
曲轴 连杆头 单缸内燃机
构件有的是一个零件而运动的，而往往是由若干个零件刚性
连接的一个整体而运动的
任何机器都是由若干个构. 件组合而成的
机构的组成(2/5)
2.运动副 （1）概念
运动副 —— 两构件间直接接触而形成的可动连接。 运动副元素 ——两构件参与接触的表面。 实例：
.
.
.
原动机
.
• 表示转动副的小圆，圆心必须与相对回 转轴重合；表示移动副的滑块其导路必 须与相对移动的方向一致；表示平面高 副的曲线，其曲率中心的位置必须与实 际轮廓相符
• 具有ｎ个运动副元素的构件，可以ｎ边 形表示
.
2.平面机构运动简图的绘制
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
2 从动件
组成： 机 架 —— 相对固定的构件
3
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
.
空空间间铰铰链链四四杆杆运机动构链
§2-3 平面机构运动简图
.
§2-2 平面机构的组成
1.构件
活塞
任何机器都是由许多零件组合而成的。
零件 ——独立制造单元体 构件 ——独立运动单元体
气缸体 连杆体
螺钉 垫圈
.
P
按接触部分的几何形状分类：移动副 按接触形式分类： 低副 按引入的约束数目分类：五级副 按相对运动形式分类：平面运动副
.
按接触形式分类： 高副 按引入的约束数目分类：四级副 按相对运动形式分类：平面运动副 按接触部分的几何形状分类： 平面高副
.
低副机构
.
高副机构
3.运动链
机构的组成(4/5)
轴 与 轴承 —— 圆柱面与圆孔面 滑块与导轨 —— 棱柱面与棱孔面 两轮齿啮合 —— 两齿廓曲面
结论： 运动副也是组成机构的又一基本要素。 运动副元素是决定运动副具体特征的要素。 运动副自由度 f 和约束数s的关系： f = 6 – s 其约束数最少为1，最多为5。
.
自由度：构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所
运动链 —— 构件通过运动副构成的相对可动的系统
分类：（闭链）常用机械
（开链）机器人或机械手
1）闭式运பைடு நூலகம்链
与开式运动链
2）平面运动链与空间运动链
表达：
2
3
1
4
2 3
1 4
23
4
3
5
1
4
2
1
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(5/5)
4.机构 机 构 ——具有固定构件的运动链
确定各运动副位置，绘图
编号：A、B、C …表示运动副
1、2、3 …表示构件 O1、O2…表示固定转轴
原动件的运动方向
.
§2-4 机构具有确定运动的条件
在分析和设计机械时，都需要绘出其机构运动简图。 1.机构运动简图
机构运动简图 —— 根据机构的运动尺寸，按一定的比例 尺定出各运动副的位置，用运动副及常用机构运动简图符号和 构件的表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简图。
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。
.
国标规定的构件和运动副的表示符号 运动简图的绘制方法
第2章 平面机构的结构分析
§2-1 机构结构分析的内容及目的 §2-2 平面机构的组成 §2-3 平面机构运动简图 §2-4 平面机构自由度的计算 §2-5 平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
2020/7/12
§2-1 机构结构分析的内容及目的
平面机构 —— 组成机构的所有构件都在一个平面或 相互平行的几个平面内运动的机构
选择原则
1 清楚表达机构的主体部分； 2 尽可能反映机构的全面运动； 3 可以选择其他视图平面作为补充。
.
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
.
4. 绘图
选择机架 提取构件的运动尺寸
确定比例尺 选择机构运动中的一个状态
齿轮1`
杆件2
齿轮6`
编号原则：注意区分位置重叠的不 同构件和杆同轴件刚3 性联接的槽多凸个轮零6件。
前加者`以分示别区编别号。，后杆者件采4用一个编号，
滑块7
. 执行构件
压头8
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。
转动副
移动副
平面高副
.
3. 选择适当的视图平面
需的独立变量的数目 自由构件(空间)：F = 6 自由构件(平面)：F = 3
约束：运动副对构件独立运动所加的限制
.
2.运动副 （2）分类 （常用运动副的模型）
机构的组成(3/5)
1）按引入的约束数目分：Ⅰ级副、Ⅱ级副、……Ⅴ级副 2）按接触形式分 高副：点、线接触的运动副
低副：面接触的运动副 几何或 形封闭运动副
.
构件与运动副的表达方法
机架
A B
机架和活动构件通过转动副联接 (内副)
机架和活动构件通过移动副联接 .
两个活动构件联接
.
双副构件 (一个构件和两个外副)
注：点划线表示与其联 接的其他构件
.
双副构件 (一个构件和两个外副)
.
偏心轮
A B
1
2
2
A1 B
.
三副构件 (一个构件和三个外副)
.
三副构件 (一个构件和三个外副)
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
.
小型压力机
1. 分析整个机构的工作原理
机构组成 动作原理和运动情况
原动件 偏心轮1
3）按保持接触的形式分 力封闭运动副（重力、弹簧力）
转动副（回转副 或 铰链） 4）按相对运动形式分 移动副 螺旋副 球面副
5）分平面运动副与空间运动副两类
（3）符号
（常用运动副的符号）
运动副常用规定的简单符号.来表达（GB4460－84）
R
按接触部分的几何形状分类：转动副 按接触形式分类： 低副 按引入的约束数目分类：五级副 按相对运动形式分类：平面运动副
连杆体
连杆头
结论：
连杆
齿轮
构件是组成机构的一个基本要素
曲轴 连杆头 单缸内燃机
构件有的是一个零件而运动的，而往往是由若干个零件刚性
连接的一个整体而运动的
任何机器都是由若干个构. 件组合而成的
机构的组成(2/5)
2.运动副 （1）概念
运动副 —— 两构件间直接接触而形成的可动连接。 运动副元素 ——两构件参与接触的表面。 实例：
.
.
.
原动机
.
• 表示转动副的小圆，圆心必须与相对回 转轴重合；表示移动副的滑块其导路必 须与相对移动的方向一致；表示平面高 副的曲线，其曲率中心的位置必须与实 际轮廓相符
• 具有ｎ个运动副元素的构件，可以ｎ边 形表示
.
2.平面机构运动简图的绘制
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
2 从动件
组成： 机 架 —— 相对固定的构件
3
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
.
空空间间铰铰链链四四杆杆运机动构链
§2-3 平面机构运动简图