机械设计基础第1章 运动简图综述
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机械设计基础第1章运动简图ppt课件
运动简图绘制原则
简化原则
在保证能够准确表达机构运动情况的前提下， 尽量简化图形，突出重点。
清晰原则
图形应清晰易懂，符号、线条和标注应符合规 范。
完整性原则
应完整地表达机构的组成、运动传递关系和运动特性，不遗漏任何重要信息。
运动简图在机械设计中的应用
机构运动分析
通过运动简图可以直观地了解机 构的运动情况，包括速度、加速 度、位移等运动参数的变化规律。
凸轮机构运动简图绘制方法
选择视图平面 一般选择垂直于凸轮回转轴线的平面 作为视图平面
绘制凸轮轮廓线
根据凸轮的实际尺寸和形状，用实线 绘制出凸轮的注出 从动件的长度和位置
标注尺寸和参数
标注出凸轮的回转半径、基圆半径、 偏距等关键尺寸，以及从动件的位移、 速度、加速度等运动参数
机构运动简图绘制方
02
法
机构组成及运动副类型
机构组成
机构是由刚性构件通过运动副连接而成的系统。构件是机构 中的运动单元，可以是单一的整体，也可以是几个零件组成 的刚体。
低副
两构件通过面接触而构成的运动副。根据两构件的相对运动 形式，低副可分为转动副和移动副两种。
运动副类型
运动副是两构件直接接触并能产生相对运动的活动联接。根 据接触形式的不同，运动副可分为低副和高副两大类。
高副的表示
高副用一条通过接触点的公法线来表示，并在公法线上标注出接触点 的位置。
机构运动简图绘制步骤与实例
绘制步骤
1. 分析机构的组成和运动情况，确定机构的类型 和运动副的性质。
2. 选择适当的比例尺，绘制机构示意图，表示出 各构件的相对位置和尺寸关系。
机构运动简图绘制步骤与实例
3. 根据机构示意图，用规定的符号绘制机构运动简图，表示出各构件间的连接关系和相对运动情况。
机械设计基础IA--第一章平面机构的自由度及速度分析--习题与答案
第1章 平面机构的自由度和速度分析本章要点：1、理解运动副及其分类，熟识各种平面运动副的一般表示方法；了解平面机构的组成。
2、熟练看懂教材中的平面机构的运动简图。
3、能够正确判断和处理平面机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和常见的虚约束，综合运用公式F=3n-2P L -P H 计算平面机构的自由度并判断其运动是否确定。
第一节 平面机构的组成基本概念1、平面机构的定义：所有构件都在互相平行的平面内运动的机构2、自由度：构件所具有的独立运动个数3、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 第二节 平面机构的运动简图平时观察机构的组成及运动形式时，不可能将复杂的机构全部绘制下来观看，应该将不必要的零件去掉，用简单的线条表示机构的运动形式：机构的运动简图、机构简图 步 骤1、运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；2、测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面）；3、按比例绘制运动简图；简图比例尺：μl =实际尺寸 m / 图上长度mm4、检验机构是否满足运动确定的条件。
第三节 平面机构的自由度 一、平面机构自由度计算公式机构的自由度保证机构具有确定运动，机构中各构件相对于机架的独立运动数目 一个原动件只能提供一个独立运动 机构具有确定运动的条件为 自由度=原动件的个数平面机构的每个活动构件在未用运动副联接之前，都有三个自由度 经运动副相联后，构件自由度会有变化：自由度的计算公式 F=3n －(2PL +Ph )二、计算平面机构自由度的注意事项活动构件 构件总自由度 3×n 低副约束数 2 × P高副约束数1 × P h n1、复合铰链：两个以上的构件在同一处以转动副相联2、局部自由度：与输出件运动无关的自由度出现在加装滚子的场合，计算时应去掉Fp3、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第四节速度瞬心及在机构速度分析上的应用机构运动分析的任务、目的和方法（1）任务：在已知机构尺寸及原动件运动规律的情况下，确定机构中其他构件上某些点的轨迹、位移、速度及加速度和构件的角位移、角速度及角加速度。
《机械设计基础》课件 第1章 平面机构的自由度和速度分析
机构运动简图和原机构具有相同的运动特性。
13
§1-2 平面机构运动简图
机构示意图 —— 不按比例绘制
三、机构运动简图的作用
是机构分析和设计的工具
四、机构中构件的分类
分为三类：
1）固定构件（机架）：用来支承活动构件的构件。在研究机构
中活动构件的运动时，常以固定构件作为参考坐标系；
2）原动件（主动件）：运动规律已知（外界输入）的构件；
61
3. 直动从动件凸轮机构
求构件2的速度？
62
课后作业：
5、7、9、11、13、15
63
1
1
1
2）移动副
17
§1-2 平面机构运动简图
3）高副：应画出接触处的曲线轮廓
18
§1-2 平面机构运动简图
六、机构运动简图中构件的表示方法
轴、杆
机架
永久连接
固定连接，如轴和齿轮
19
§1-2 平面机构运动简图
参与组成两转动副的构件
一个转动副+一个移动副的构件
参与组成三个转动副的构件
20
§1-2 平面机构运动简图
4
3
2
2
1
4
32
§1-3 平面机构的自由度★
平面机构自由度：
所有活动构件相对于机架所能具有的独立运动数目之和。
作用：
讨论机构具有确定运动的条件。
C
C
D
B
A
B
D
A
E
F
33
§1-3 平面机构的自由度★
一、平面机构自由度计算公式
1. 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度
34
2. 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度
13
§1-2 平面机构运动简图
机构示意图 —— 不按比例绘制
三、机构运动简图的作用
是机构分析和设计的工具
四、机构中构件的分类
分为三类：
1）固定构件（机架）：用来支承活动构件的构件。在研究机构
中活动构件的运动时，常以固定构件作为参考坐标系；
2）原动件（主动件）：运动规律已知（外界输入）的构件；
61
3. 直动从动件凸轮机构
求构件2的速度？
62
课后作业：
5、7、9、11、13、15
63
1
1
1
2）移动副
17
§1-2 平面机构运动简图
3）高副：应画出接触处的曲线轮廓
18
§1-2 平面机构运动简图
六、机构运动简图中构件的表示方法
轴、杆
机架
永久连接
固定连接，如轴和齿轮
19
§1-2 平面机构运动简图
参与组成两转动副的构件
一个转动副+一个移动副的构件
参与组成三个转动副的构件
20
§1-2 平面机构运动简图
4
3
2
2
1
4
32
§1-3 平面机构的自由度★
平面机构自由度：
所有活动构件相对于机架所能具有的独立运动数目之和。
作用：
讨论机构具有确定运动的条件。
C
C
D
B
A
B
D
A
E
F
33
§1-3 平面机构的自由度★
一、平面机构自由度计算公式
1. 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度
34
2. 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度
机械设计基础第1章平面机构运动简图及自由度(包含动画)
平面机构运动简图
一、机构运动简图及其作用 不考虑与运动无关的构件外形和运动副具体结构；只考 虑与运动有关的运动副的类型和构件的运动尺寸，用简 单的线条、规定的符号表示构件和运动副，确定出运动 副的位置并按比例画出的简图。 机构运动简图的作用： 运动副的相对位置 1. 了解机构的组成和类型 机构中构件的类型和数目 运动副的类型和数目
2. 机构运动简图表达一部复杂机器的传动原理，进行 机构的运动和动力分析。
平面机构运动简图
案例1-2 右图所示的四个构件形状迥异，请 分析它们在机构运动学上有何区别？ 做成不同形状的目的是什么？
二、机构运动简图的符号 1. 构件的表示方法
平面机构运动简图
2. 运动副的表示方法
平面机构运动简图
常用运动副的符号
相对运动。请大家思考为何高副和低副的接触应力大小不同？
两构件以点、线的形式接触而组成的运动副
常见的平面运动副：
转
移
动
动
副
副
平面机构的组成
高
高
副
副
常见的空间运动副：
转
柱
动
面
副
高
副
圆
线
柱
高
副
副
平面机构的组成
常见的空间运动副：
球
球
销
副
副
点
螺
高
旋
副
副
平面机构的组成
平面机构的组成
案例1-1分析
自行车机构中由人力直接驱动的构件是脚 踏，而它与大链轮是固连在一起的同一构 件，故大链轮是原动件；在分析自行车的 运动时，应该以车架为静参考系，故车架 是固定件；除大链轮和车架之外的其余构 件都是从动件。
机械设计基础第章运动简图
平面高副
两构件通过点或线接触组成的运动副称
为高副。 图1-3a)中的车轮与钢轨、图b)中凸轮
与从动件、图c)中轮齿1与轮齿2分别在
接触点处组成高副。
第四页，编辑于星期五：十一点 三十七分。
§1-2 机械系统的运动简图设计
实际构件的外形和结构往往很复杂，在 研究机械运动时，为简化问题，有必要撇开 那些与运动无关的构件外形和运动副的具体 构造，仅用简单线条和规定符号来表示构件 和运动副，并按比例定出各运动副的位置。 这种说明机构各构件间相对运动关系的简化 图形，称为机构运动简图。
= 3×2-2×2-1=1
第二十五页，编辑于星期五：十一点 三十七分。
局部自由度
局部自由度 — 与输出构件运动无关的 自由度。
不难看出，在这个机构中，无论滚子是否 转动或转动快慢，滚子中心的运动规律 (即输出构件的运动规律)都不会受到影响。
可设想将滚子与推杆（输出构件）焊成 一体(转动副也随之消失)。
第九页，编辑于星期五：十一点 三十七分。
例：试绘制内燃机的机构运动简图
解：1）分析运动，确定构件的
类型和数量
进气阀3
2）确定运动副的类型和数
目
3）选取比例尺，根据机
构运动尺寸，定出各运动副间的 相对位置
活塞2 顶杆8 连杆5
曲轴6
4）画出各运动副和机构 符号，并表示出各构件
齿轮 10
排气阀 4气缸体 1
第三十页，编辑于星期五：十一点 三十七分。
例3：牛头刨床主体机构
F=3n－2Pl －Ph =3×6－2×8－1=1
第三十一页，编辑于星期五：十一点 三十七分。
小结
第三十二页，编辑于星期五：十一点 三十七分。
《机械设计基础》平面机构运动简图及自由度
1、了解组成、运动传递，弄清原动件、从动件、机架。 2、判断机构中运动副的数目和类型。 3、选择投影面和投影。 4、选择比例尺，测出运动副的相对位置和尺寸。 5、按选定的比例和规定的符号绘出运动简图。
例：鄂式破碎机的运动简图
第三节
平面机构自由度计算
一、平面机构自由度
平面机构自由度：机构相对于机架所具 有的独立运动数目。
步骤：按给定K 算出 置几何关系 + 辅助条件 寸参数。 按极限位 确定机构尺
例：3-1 已知曲柄摇杆机构的摇杆CD的长度,摆 角 和行程速比系数K,设计该机构。
k 1 步骤:(1)求 : k 1 (2)任选D点,选比例,按CD长度和摆角， 作出摇杆的两极限位置C1D、C2D 。 （3）连接C1C2，并作C1C2的垂线C1M 。
的长0.5m和它的两个位置B1C1、B2C2，要求A、D 在同一水平线上。
作法如 前所述
三、按两连架杆预定的位置设计四杆机构
设计思路:当连杆占据一预定位 置,两连架杆就有一组对应位置, 所以本问题可以看作是按连杆 预定位置设计四杆机构. 转化方法:
以CD为机架,D为轴 心反转 (1 2 ) , 不影响构件间的相 对运动。
虚约束对运动不起作用，但可增加构件的刚度和使受 力均匀。
例2-4 计算图示机构的自由度，DE=FG， DF=EG，DH=EI。
B有局部自由 度， D、E为复合 铰链， F、G为虚约 束， 3、4间B为转 动副。
F=3×8－ 2×11－1=1
第三章
第一节
平面连杆机构
概述
平面连杆机构：由若干杆件以低副构成的平面机 构。
左上角 和右下 角的移动副起 同一作用，让 构件沿水平方 向移动。应只 计一个。
例：鄂式破碎机的运动简图
第三节
平面机构自由度计算
一、平面机构自由度
平面机构自由度：机构相对于机架所具 有的独立运动数目。
步骤：按给定K 算出 置几何关系 + 辅助条件 寸参数。 按极限位 确定机构尺
例：3-1 已知曲柄摇杆机构的摇杆CD的长度,摆 角 和行程速比系数K,设计该机构。
k 1 步骤:(1)求 : k 1 (2)任选D点,选比例,按CD长度和摆角， 作出摇杆的两极限位置C1D、C2D 。 （3）连接C1C2，并作C1C2的垂线C1M 。
的长0.5m和它的两个位置B1C1、B2C2，要求A、D 在同一水平线上。
作法如 前所述
三、按两连架杆预定的位置设计四杆机构
设计思路:当连杆占据一预定位 置,两连架杆就有一组对应位置, 所以本问题可以看作是按连杆 预定位置设计四杆机构. 转化方法:
以CD为机架,D为轴 心反转 (1 2 ) , 不影响构件间的相 对运动。
虚约束对运动不起作用，但可增加构件的刚度和使受 力均匀。
例2-4 计算图示机构的自由度，DE=FG， DF=EG，DH=EI。
B有局部自由 度， D、E为复合 铰链， F、G为虚约 束， 3、4间B为转 动副。
F=3×8－ 2×11－1=1
第三章
第一节
平面连杆机构
概述
平面连杆机构：由若干杆件以低副构成的平面机 构。
左上角 和右下 角的移动副起 同一作用，让 构件沿水平方 向移动。应只 计一个。
机械设计基础(第六版)第一章 平面机构的自由度和速度分析
Y S
A
O
X
§1-3 平面机构的自由度
二、平面机构自由度计算公式
1. 运动副对构件自由度的影响 （1）一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。 （2）引入一个转动副约束了构件两个自由度，引入一个
移动副也约束了构件的两个自由度。 （3）引入一个高副约束了构件的一个自由度。
2. 平面机构自由度计算公式
例如：齿轮机构、凸轮机构
1个
1个或几个
若干
机构的组成： 机构＝机架＋原动件＋从动件
§1-2 平面机构运动简图及其画法
忽略构件具体的结构和形状，用简单的线条和符号来 表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置。 这种说明机构各构件间相对运动关系的简化图形，称 为机构运动简图。机构运动简图不仅能充分表示出机 构的传动原理，而且还能表示出机构上各有关点的运 动特性（S，v，a）。 不同运动副的表示形式见教材P8的图1-6，图1-7。
机构自由度计算举例
例4:如图所示, 已知HG=IJ,且相互平行；GL=JK，且相互平行。 计算此机构的自由度 (若存在局部自由度、复合铰链、虚 约束请标出）。
虚约束 I
8 J
9
K 11
复合铰链
H
局部自由度
7
G
6
B
10
C
1
2
A
L
E 3D
4
F
解: n = 8 ; PL = 11; PH = 1
5
F = 3n − 2PL − PH
度沿切线方向，其瞬心应位于过接触点的公法线上，具体 位置还要根据其他条件才能确定；
6.利用三心定理求瞬心。
vA1A2
1
2
B2(B1)
A1(A2)
A
O
X
§1-3 平面机构的自由度
二、平面机构自由度计算公式
1. 运动副对构件自由度的影响 （1）一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。 （2）引入一个转动副约束了构件两个自由度，引入一个
移动副也约束了构件的两个自由度。 （3）引入一个高副约束了构件的一个自由度。
2. 平面机构自由度计算公式
例如：齿轮机构、凸轮机构
1个
1个或几个
若干
机构的组成： 机构＝机架＋原动件＋从动件
§1-2 平面机构运动简图及其画法
忽略构件具体的结构和形状，用简单的线条和符号来 表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置。 这种说明机构各构件间相对运动关系的简化图形，称 为机构运动简图。机构运动简图不仅能充分表示出机 构的传动原理，而且还能表示出机构上各有关点的运 动特性（S，v，a）。 不同运动副的表示形式见教材P8的图1-6，图1-7。
机构自由度计算举例
例4:如图所示, 已知HG=IJ,且相互平行；GL=JK，且相互平行。 计算此机构的自由度 (若存在局部自由度、复合铰链、虚 约束请标出）。
虚约束 I
8 J
9
K 11
复合铰链
H
局部自由度
7
G
6
B
10
C
1
2
A
L
E 3D
4
F
解: n = 8 ; PL = 11; PH = 1
5
F = 3n − 2PL − PH
度沿切线方向，其瞬心应位于过接触点的公法线上，具体 位置还要根据其他条件才能确定；
6.利用三心定理求瞬心。
vA1A2
1
2
B2(B1)
A1(A2)
第1章 平面机构运动简图及其自由度1
=1
C A
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 = 1
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－ 1 = 1
机构自由度举例2：
偏心轮传动机构
F =3n－2pl－ph = 3 5－2 7－ 0
=1
机构自由度举例3：
牛头刨床机构
F =3n－2pl－ph = 3 6－2 8－ 1
③选择恰当的投影面，一般选择机构多数构件的运动平面作为投影面；
④选择合适的比例尺；
l
真实长度(mm) 图上所画长度（mm)
⑤选择合适的位置，定出各运动副间的相对位置，并画出各运动副和构
件；
⑥标出运动副代号、构件编号、原动件运动方向和机架。
实例
实例1
颚 式 破 碎 机
颚式破碎机由六个构件组成。根据机构的工作原理，构件6是 机架，原动件为曲柄1，它分别与机架6和构件2组成转动副，其回 转中心分别为A点和B点。构件2是一个三副构件，它还分别与构件 3和5组成转动副。构件5与机架6、构件3与动颚板4、动颚板4与机 架6也分别组成转动副，它们的回转中心分别为C、F、G、D和E点。 在选定长度比例尺和投影面后，定出各转动副的回转中心点A、B、 C、D、E、F、G的位置，并用转动副符号表示，用直线把各转动副 连接起来，在机架上加上阴影线，即得机构运动简图。
– 通用零件、专用零件
构件可以是单一的整体即一个零件，也可 以是由几个零件（注意：这些零件间没有 相对运动）组成的刚性结构。
注 ：当可以不考虑构件自身变形时，则 称为刚性构件。本书在不作特殊说明时所提 及的构件，均指刚性构件。
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
C A
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 = 1
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－ 1 = 1
机构自由度举例2：
偏心轮传动机构
F =3n－2pl－ph = 3 5－2 7－ 0
=1
机构自由度举例3：
牛头刨床机构
F =3n－2pl－ph = 3 6－2 8－ 1
③选择恰当的投影面，一般选择机构多数构件的运动平面作为投影面；
④选择合适的比例尺；
l
真实长度(mm) 图上所画长度（mm)
⑤选择合适的位置，定出各运动副间的相对位置，并画出各运动副和构
件；
⑥标出运动副代号、构件编号、原动件运动方向和机架。
实例
实例1
颚 式 破 碎 机
颚式破碎机由六个构件组成。根据机构的工作原理，构件6是 机架，原动件为曲柄1，它分别与机架6和构件2组成转动副，其回 转中心分别为A点和B点。构件2是一个三副构件，它还分别与构件 3和5组成转动副。构件5与机架6、构件3与动颚板4、动颚板4与机 架6也分别组成转动副，它们的回转中心分别为C、F、G、D和E点。 在选定长度比例尺和投影面后，定出各转动副的回转中心点A、B、 C、D、E、F、G的位置，并用转动副符号表示，用直线把各转动副 连接起来，在机架上加上阴影线，即得机构运动简图。
– 通用零件、专用零件
构件可以是单一的整体即一个零件，也可 以是由几个零件（注意：这些零件间没有 相对运动）组成的刚性结构。
注 ：当可以不考虑构件自身变形时，则 称为刚性构件。本书在不作特殊说明时所提 及的构件，均指刚性构件。
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
《机械设计基础》第1章_机构运动简图及自由度解析
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： 凸轮 齿轮齿廓 活塞与缸套等。
I级副
II级副
三、运动副的分类 低副和高副（平面机构） 1.低副（1个自由度）
两构件间通过面接触形成的运动副称为低副
(1)转动副
组成运动副的 两构件之间只能绕 某一轴线相对转动， 这种运动副称为转动副。
构件的自由度：
能确定构件 在任一瞬时位置 的一组独立运动 参数的数目。
注意： ① 一个作平面运动的点，有两个自由度； ②一个作平面运动的构件，有三个自由度； ③一个作空间运动的构件，有六个自由度。
二、约束与运动副
约束：对物体运动的限制。 运动副：两构件直接接触而彼此又有一定相对运动 的联接。 注意：构件失去的自由度数目与它受 到的约束数目相等。
三、构件系统具有确定运动的条件
构件系统成为机 构的充分必要条件为：
构件系统的自由
度必须大于零，且原 动件数与其自由度必 须相等。
N F 3 5 2 7 0 1
注意：①机构的原动件数大于自由度，势必使机构卡 死或导致运动副及构件的损坏，不能成为机构。 ②机构的原动件数小于自由度，就会出现运动 不确定情况。
在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束
时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，以 满足虚约束所需要的几何条件。
四、计算平面机构自由度的实用意义
1.判定机构运动设计方案是否合理； 2.改进不合理的运动设计方案，使之具有确定的 相对运动； 3.判定测绘的机构运动简图是否正确。
作业：
习题1-6；
转动副又称为铰链。 铰链中有一构件是 固定的，称为固定铰链。 否则称为活动铰链。
机械基础 教学最好的PPT 第一章平面机构运动简图及其自由度
常用机构运动简图符号（续）
内啮 合圆 柱齿 轮传 动
棘 轮 机 构
机械设计基础
第一章
2. 机构运动简图的绘制 步骤： ⑴ 分析机械的动作原理、组成情况和运动情况，确定 原动件、机架、执行部分和传动部分。 ⑵ 沿着运动传递路线，逐一分析每两个构件间相对运 动的性质，确定运动副的类型和数目。 ⑶ 选择与机械多数构件的运动平面平行的平面，作为 机构运动简图的视图平面。 ⑷ 选择适当的机构运动瞬时位置和比例尺 l(mmm)， 定出各运动副的相对位置，并用各运动副的代表符号、常用 机构的运动简图符号和简单线条，绘制机构运动简图。 ⑸ 从原动件开始，按运动传递顺序标出各构件的编号 和运动副代号。在原动件上标出箭头以表示其运动的方向。
1. 局部自由度 2. 复合铰链 3. 虚约束 计算实例
机械设计基础
第一章
一、运动链的自由度计算 运动链的自由度 —确定运动链中各构件相对于其中某一 构件的位置所需的独立参变量的数目。 考察由N个构件组成的运动链，活动构件数 n=N-1。 空间运动
构件 I级副 总自由度 约束数 p1 6n II级副约 III级副约 束数 束数 2p2 3p3 IV级副 V级副 约束数 约束数 4p4 5p5
机械设计基础
第一章
平面机构运动简图绘制举例
3 2 1 4
偏心泵
机械设计基础
第一章
第三节 平面机构的自由度
机构的自由度：机构具有确定运动时所给定的独立运动参数的 数目。 一、运动链自由度计算公式
F 3 n 2 P P L H
n为活动构件个数;
PL 为低副个数;
PH 为高副个数。
二、运动链成为机构的条件 三、计算平面机构的自由度应注意的事项
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度课件
三个自由度，如图1-7所示。即沿x轴和y轴移 动，以及在Oxy平面内的转动。
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
图1-7 构件的自由度
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
为了使组合起来的构件能产生确定的相对运动，有必要探讨平面机 构自由度和平面机构具有确定运动的条件。
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
解： 除机架外，活塞泵有四个活动构件，n=4；
四个回转副和一个移动副共5个低副， PL=5； 一个高副，PH=1。
由式(1-1)得： F=3n-2PL-PH=34-25-11=1
该机构的自由度等于1。
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
二、 机构具有确定运动的条件 机构的自由度也即是机构所具有的独立运动的个数。由前所述可知，
5、确定各运动副的相对位置，用各运动副的代 表 符号、常用机构运动简图符号和简单线条 绘制机构运动简图。
6、在原动件上标出箭头以表示其运动方向。
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
例1-1 试绘制图1-5a所示颚式破碎机的机构运动简图。
图1-5 颚式破碎机及其机构简图
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
表1-1 部分常用机构运动简图符号（GB446084）
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
机构中的构件可分为三类：
（1）固定件 （2）原动件 （3）从动件
—用来支撑活动构件的构件。 又称机架。
—运动规律已知的活动构件。 它的运动是由外界输入的， 故又称为输入构件。
两构件间的相对运动为直线运动的，称为 移动副，如图1-1所示；
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
图1-7 构件的自由度
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
为了使组合起来的构件能产生确定的相对运动，有必要探讨平面机 构自由度和平面机构具有确定运动的条件。
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
解： 除机架外，活塞泵有四个活动构件，n=4；
四个回转副和一个移动副共5个低副， PL=5； 一个高副，PH=1。
由式(1-1)得： F=3n-2PL-PH=34-25-11=1
该机构的自由度等于1。
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
二、 机构具有确定运动的条件 机构的自由度也即是机构所具有的独立运动的个数。由前所述可知，
5、确定各运动副的相对位置，用各运动副的代 表 符号、常用机构运动简图符号和简单线条 绘制机构运动简图。
6、在原动件上标出箭头以表示其运动方向。
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
例1-1 试绘制图1-5a所示颚式破碎机的机构运动简图。
图1-5 颚式破碎机及其机构简图
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
表1-1 部分常用机构运动简图符号（GB446084）
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
机构中的构件可分为三类：
（1）固定件 （2）原动件 （3）从动件
—用来支撑活动构件的构件。 又称机架。
—运动规律已知的活动构件。 它的运动是由外界输入的， 故又称为输入构件。
两构件间的相对运动为直线运动的，称为 移动副，如图1-1所示；
机械设计基础课件第一章平面机构及其自由度
在平面四杆机构中，通过改变构件的 长度或者选取不同的构件作为机架， 可以得到不同的机构类型，从而实现 不同的运动输出。
平面机构的组成原理应用
平面机构在各种机械系统中得到了广 泛应用，如汽车、航空、轻工、农业 和食品机械等。
在实际应用中，需要考虑机构的运动 学和动力学特性，以及机构的效率和 可靠性等因素，以确保机构能够正常、 稳定地工作。
平面机构的基本组成
构件
运动副
构成机构的基本单元， 通过运动副连接在一起。
构件之间的连接方式， 能够使构件之间产生相
对运动。
运动链
由构件和运动副组成的 封闭回路。
机构
具有确定相对运动的运 动链。
02
平面机构的运动简图
机构运动简图的概念
机构运动简图是一种用简单线条 和符号表示实际机构的方法，用 于描述机构的运动特性和结构组
通过合理设计平面机构，可以实现各 种复杂的运动规律和功能，满足各种 实际需求。
THANKS
感谢观看
绘制出机构的整体结构， 并标注出各构件的名称。
机构运动简图的示例
平面连杆机构的运动简图
01
表示平面连杆机构的基本组成和运动特性，包括曲柄、连杆和
摇杆等构件。
凸轮机构的运动简图
02
表示凸轮机构的基本组成和运动特性，包括凸轮、从动件和机
架等构件。
齿轮机构的运动简图
03
表示齿轮机构的基本组成和运动特性，包括齿轮、齿条和机架
平面机构通常由输入构件、执行构件和传动构件三部分组成，各构件之间通过运动 副相连接。
运动副是机构中各构件之间的联接方式，它能够限制各构件之间的相对运动，从而 实现预定的运动规律。
平面机构的组成原理示例
平面机构的组成原理应用
平面机构在各种机械系统中得到了广 泛应用，如汽车、航空、轻工、农业 和食品机械等。
在实际应用中，需要考虑机构的运动 学和动力学特性，以及机构的效率和 可靠性等因素，以确保机构能够正常、 稳定地工作。
平面机构的基本组成
构件
运动副
构成机构的基本单元， 通过运动副连接在一起。
构件之间的连接方式， 能够使构件之间产生相
对运动。
运动链
由构件和运动副组成的 封闭回路。
机构
具有确定相对运动的运 动链。
02
平面机构的运动简图
机构运动简图的概念
机构运动简图是一种用简单线条 和符号表示实际机构的方法，用 于描述机构的运动特性和结构组
通过合理设计平面机构，可以实现各 种复杂的运动规律和功能，满足各种 实际需求。
THANKS
感谢观看
绘制出机构的整体结构， 并标注出各构件的名称。
机构运动简图的示例
平面连杆机构的运动简图
01
表示平面连杆机构的基本组成和运动特性，包括曲柄、连杆和
摇杆等构件。
凸轮机构的运动简图
02
表示凸轮机构的基本组成和运动特性，包括凸轮、从动件和机
架等构件。
齿轮机构的运动简图
03
表示齿轮机构的基本组成和运动特性，包括齿轮、齿条和机架
平面机构通常由输入构件、执行构件和传动构件三部分组成，各构件之间通过运动 副相连接。
运动副是机构中各构件之间的联接方式，它能够限制各构件之间的相对运动，从而 实现预定的运动规律。
平面机构的组成原理示例
机械设计基础第1章 平面机构的运动简图
虑运动副的性质。
作者：潘存云教授
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机 齿 轮 齿 条 传 动
带 传 动
圆 锥 齿 轮 传 动
链 传 动
圆柱 蜗杆 蜗轮 传动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动 内啮 合圆 柱齿 轮传 动
凸 轮 传 动 棘 轮 机 构
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。
零件——加工制造的单元体 构件——独立运动的单元体 齿轮轴构件由 齿轮、轴、键 三个零件组成
注意：构件可以是单一零件，也可以是几个零件的刚性联接
◆运动副：指两构件直接接触并能产生相对运动的联接。 运动副元素——直接接触的部分（点、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
§1-1 运动副
二、自由度与约束 自由度——构件具有的独立运动的数目称为~。
第一章 平面机构的运动简图
运动副
平面机构运动简图
平面机构具有确定运动的条件
重点：平面机构自由度计算 平面机构具有确定运动的条件 计算自由度要注意的问题 难点：计算自由度要注意的问题
§1-1
运动副
机构是具有确定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。
一、构件和运动副
◆构件：指作为一个整体参与机构运动的刚性单元。
y y 2 x x
1
S
1
2
R=2, F=1
F=3n-(2 pl + ph)=3n-2 pl - ph
R=2, F=1
R=1, F=2
二、机构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： 1) 若机构自由度Ｆ≤0，则机构不能动； 2) 若Ｆ>0
作者：潘存云教授
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机 齿 轮 齿 条 传 动
带 传 动
圆 锥 齿 轮 传 动
链 传 动
圆柱 蜗杆 蜗轮 传动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动 内啮 合圆 柱齿 轮传 动
凸 轮 传 动 棘 轮 机 构
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。
零件——加工制造的单元体 构件——独立运动的单元体 齿轮轴构件由 齿轮、轴、键 三个零件组成
注意：构件可以是单一零件，也可以是几个零件的刚性联接
◆运动副：指两构件直接接触并能产生相对运动的联接。 运动副元素——直接接触的部分（点、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
§1-1 运动副
二、自由度与约束 自由度——构件具有的独立运动的数目称为~。
第一章 平面机构的运动简图
运动副
平面机构运动简图
平面机构具有确定运动的条件
重点：平面机构自由度计算 平面机构具有确定运动的条件 计算自由度要注意的问题 难点：计算自由度要注意的问题
§1-1
运动副
机构是具有确定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。
一、构件和运动副
◆构件：指作为一个整体参与机构运动的刚性单元。
y y 2 x x
1
S
1
2
R=2, F=1
F=3n-(2 pl + ph)=3n-2 pl - ph
R=2, F=1
R=1, F=2
二、机构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： 1) 若机构自由度Ｆ≤0，则机构不能动； 2) 若Ｆ>0
《机械设计基础》第一章平面机构的运动简图和自由度 ppt课件
图1-3 移动副
平面机构中低副引入两个约束，仅保留一个
自由度。
6
机械设计基础
图1-4 （a）凸轮高副
图1-4 （b）齿轮高副
平面机构中高副引入一个约束，保留两个自பைடு நூலகம்
由度。 7
机械设计基础
1.1.3 运动链与机构
• 运动链：两个以上的构件以运动副连接而构 成的系统。
• 如图1-5所示，若运动链中各构件首尾相连， 则称之为闭式运动链，否则称为开式运动链。
图1-1 自由度
2
机械设计基础
3
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
34
机械设计基础
14
机械设计基础
（a）外啮合齿轮；
（b）内啮合齿轮；
（c）齿轮齿条；
（d）锥齿轮；
（e）蜗杆蜗轮
图1-9 齿轮高副的表示方法
15
机械设计基础
图1-10 凸轮副的表示方法
16
机械设计基础
1.2.2 平面机构运动简图的绘制
• 绘制机构运动简图的步骤：
• （1）分析机构的组成，观察相对运动关系，了解其工作原 理。
• 此机构为原动件偏心轴，从动件肋板、构件、 机架共同构成的曲柄摇杆机构。
• 按图量取尺寸，选取合适的比例尺，确定A、 B、C、D四个转动副的位置，即可绘制出机 构运动简图，最后标出原动件的转动方向， 如图1-11（b）所示。
机械设计基础朱龙英平面机构运动简图
6
第六页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
2.移动副
两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。
2022/1/8
限制两个自由度：（一个移动，一个转动）
保留一个自由度（移动 ）
7
第七页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
（二）高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。
2022/1/8
限制一个自由度：（一个移动） 保留两个自由度（一个移动，一个转动）
自由度,
3个
作空间运动的自由构件有 6个自由度。
2022/1/8
当这些构件之间以 一定的方式联接起来成 为机构时，各个构件不 再是自由构件。两相互 接触的构件间只能作一 定的相对运动，自由度 减少。这种对构件独立 运动所施加的限制称 为约束。
5
第五页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
三、运动副及其分类
找出相对转动中心。
1.偏心轮机构
绘制转动副时，转动副的位置是关键：代表转动副小圆的圆心必须与回转中
心重合；两个转动副中心连线的长度一定要精确。
2022/1/8
17
第十七页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
2.圆弧形滑块
绘制移动副时，导路的方向和位置是关键。必须注意：代表移
动副的滑块，其导路的方向必须与相对移动的方向一致；转动副到移 动副导路间的距离要精确。
6）校核计算；
7）绘制零件的工作图，并编写计算说明书。
2022/1/8
1
第一页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
第一章 平面机构的运动简图及自由度
1.平面机构的组成
2.平面机构自由度及其计算 3.平面机构运动简图及绘制画法 4.平面机构具有确定相对运动的条件
《机械设计基础 》课件第1章
2. 因机构由若干具有相对运动的构件组成，所以每个构件 都以一定的方式与其他构件相互联接，这种联接不是固定联 接，而是允许有一定相对运动的联接。这种两个构件直接接 触并允许有一定相对运动的联接称为运动副。例如，轴与轴 承的联接、活塞与汽缸的联接、传动齿轮的两个轮齿间的联 接等都构成运动副。两构件组成运动副后，其独立的相对运
F ＝3n-2PL-PH
(1-1)
式(1-1)就是平面机构自由度的计算公式。由公式可知， 机构自由度F取决于活动构件的数目以及运动副的性质和 数目，F必须大于零，构件组合才能够运动。
1.3.2
机构的自由度也就是机构所具有的独立运动的个数。由 前述可知，从动件是不能独立运动的，只有主动件才能独立 运动。通常每个主动件只具有一个独立运动，因此，构件组 合具有确定的相对运动的条件是：机构自由度F＞0，且F等
例1-1 试绘制如图1-7(a)
图1-7 (Байду номын сангаас) 颚式破碎机；(b)
解 (1) 确定构件数，辨清主、从动件。 颚式破碎机的主体机构由机架1、偏心轴2(与带轮固连)、 动颚3(与衬板固连)、肘板4共四个构件组成。其工作原理是： 当电动机通过带拖动带轮和与之固联的偏心轴2绕轴线A转动 时，驱使动颚3作平面复杂运动，从而将矿石轧碎。显然， 偏心轴2是运动和动力输入构件，即主动件，动颚3是输出构
对于机械中常用的构件和零件，有时也可采用惯用画 法，例如用粗实线或点划线画出一对节圆来表示互相啮合的 齿轮，用完整的轮廓曲线来表示凸轮。其他常用零部件的表 示方法可参看GB 4460—84《机构运动简图符号》
(1) 固定构件(机架)——用来支撑活动构件的构件。研究 机构中活动构件的运动时，一般以固定构件作为参考坐标系。
机械设计基础陈云飞第一章_平面机构的自由度讲解
解：
(a) F =3×7-2×9-2＝1 (b) F =3×4-2×4-2＝2
例、计算大筛机构的自由度 解： Ｆ＝３ｎ－２ＰL－ＰH ＝３×7－２×9－ 1 ＝2
例、计算直线机构的自由度
解： Ｆ＝３ｎ－２ＰL－ＰH ＝３×7－２×10－ ０ ＝1
本章小结
1、自由度的概念、运动副的分类 2、平面机构的运动简图的概念及画法 3、机构自由度的计算公式 4、计算自由度注意事项
4
1原动件
构安装在运动的机械上时则是运动的。 原动件——按给定已知运动规律
机架 平面铰链四杆机构
独立运动的构件；常以转向箭头表示。 原动件
从动件 ——机构中其余活动构件。
2
其运动规律决定于原动件的运动规律 和机构的结构及构件的尺寸。
3 从动件 1
机构常分为平面机构和空间机构 机架
4
两类，其中平面机构应用最为广泛。
计算平面机构的自由度应注意的事项(2/3)
2. 复合铰链
两个以上的构件在同一处以转动副联接，则构成复合铰链。 m 个构件在同一处构成转动副(在机构运动简图上显现为1个转 动副)，但该处的实际转动副数目为（m-1）个。
计算平面机构的自由度应注意的事项(3/3)
3. 虚约束 对机构运动实际上不起限 制作用的约束称为虚约束。 (a) AB、CD、EF平行且相等 (b)平行导路多处移动副 (c)同轴多处转动副 (d) AB=BC=BD且A在D、C 轨 迹交点 (e)两构件上两点始终等距 (f)轨迹重合 (g)全同的多个行星轮 (h)等径凸轮的两处高副 (i) 等宽凸轮的两处高副
计 算
计算如图所示双曲线画规机构和牛头刨床机构的
实
自由度。
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复合铰链
复合铰链 — 两个以上的构件同时 在一处用回转副相连就构成复合铰 链 三个构件在一处构成复合铰链， 由主视图看去只有一个圆圈，但从 俯视图可以看出，这三个构件实际 上组成两个回转副。依此类推，K 个构件汇交而成的复合铰链应视为 (K-1)个回转副。
构件组合具有确定的相对运动的条件
只有原动件才能独立运动，从动件是不能独立运 动的，通常每个原动件只有一个独立运动。 因此机构具有确定的相对运动的条件是： 机构自由度F>0，且F等于原动件的数目。
计算自由度
F=3n-2 Pl - Ph = 3×5-2×6=3
C是复合铰链 F=3n-2 Pl - Ph = 3×5-2×7=1
进气阀3
活塞2 顶杆8 连杆5 曲轴6
排气阀 4 气缸体 1
4）画出各运动副和机 构符号，并表示出各构件
齿轮 10
凸轮7
§1-3 机械系统具有确ห้องสมุดไป่ตู้运动的条件
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。下面讨论机构 具有确定相对运动的条件。
平面机构自由度的计算公式
一个作平面运动的自由构 件有几个自由度？ 具有三个自由度。 当两个构件组成运动副之 后，它们的相对运动就受 到约束，自由度数目随之 减少。不同种类的运动副 引入的约束不同，所以保 留的自由度数也不同。
平面低副约束了几个自由度？
转动副约束了两个移动的自由度，只保留一个 转动自由度；移动副约束了沿一个轴方向的移 动和在平面内的转动，只保留一个移动自由度。
(1) 固定构件(机架) 用来支承活动构件，研究活动构件 的运动时，常以固定构件作为参考坐标系。 (2) 原动件 运动规律已知的活动构件。它的运动由外界 输入，故又称为输入构件。在机构运动简图中，用箭头标 出运动方向的构件都是原动件。 (3) 从动件 机构中随着原动件的运动而运动的其余活动 构件。其中输出预期运动的称为输出构件。 任何一个机构中，必有一个构件被相对地看作固定构件。 例如气缸体虽然跟随汽车运动，但在研究发动机的运动时， 仍把气缸体当作固定构件。 机构中必须有一个或几个原动件，其余的都是从动件。
§1-2 机械系统的运动简图设计
实际构件的外形和结构往往很复杂， 在研究机械运动时，为简化问题，有必要 撇开那些与运动无关的构件外形和运动副 的具体构造，仅用简单线条和规定符号来 表示构件和运动副，并按比例定出各运动 副的位置。这种说明机构各构件间相对运 动关系的简化图形，称为机构运动简图。
构件分类
平面高副约束了几个自由度？
高副约束了沿接触处 公法线n－n方向的移 动自由度，保留沿接 触处公切线t-t方向的 移动自由度和绕接触 点的转动自由度。
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； ＝活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束 总数就是该机构的自由度。 机构自由度 F = 3n - 2PL - PH
运动副表达
其中：a、b、c表示两个构件组成转动副。圆圈表示转 动副，其圆心代表相对转动轴线。代表机架的构件上加 阴影线。 d为移动副：移动副的导路必须与相对移动方向一致。 两构件组成高副时，在简图中应当画出两构件接触处的 曲线轮廓。
构件表达
图a表示参与组成两个转动副的构件；图b表示参与组成 一个转动副和一个移动副的构件。在一般情况下，参与 组成三个转动副的构件可用三角形表示。为了表明三角 形是一个刚性整体，常在三角形内加剖面线或在三个角 上涂以焊缝的标记，如图c所示；如果三个转动副中心 在一条直线上，则可用图d表示。超过三个转动副的构 件的表示方法可依此类推。 还可采用惯用画法表示机械中常用的构件，例如用粗实 线或点划线画出一对节圆来表示互相啮合的齿轮；用完 整的轮廓曲线来表示凸轮。可参看GB4460—84《机构 运动简图符号》。
绘制机构运动简图的一般作图步骤：
绘制图示颚式破 碎机的机构运动 简图 1、确定构件数目， 辨清主、从动件； 2、分析相对运动 性质，从而确定 运动副类型和数 目； 3、选定比例尺， 用线条和规定符 号作图.
例：试绘制内燃机的机构运动简图
解：1）分析运动，确定构 件的类型和数量 2）确定运动副的类型 和数目 3）选取比例尺，根 据机构运动尺寸，定出各运 动副间的相对位置
平面机构具有确定运动的条件
例1：铰链三杆组合体
• 无法运动
平面机构具有确定运动的条件
例2：铰链四杆组合体
• 若给定一个独立运动 参数（ 1 为原动件）， 运动确定。 • 若给定二个独立运动 参数，无法运动。
平面机构具有确定运动的条件
例3：铰链五杆组合体
• 若给定一个独立运动 参数（ 1个原动件）， 乱动。 • 若给定二个独立运动 参数（2个原动件）， 运动确定。
第 1章 机械系统的 运动简图设计
运动副 平面机构运动简图 平面机构具有确定运动的条件 平面机构自由度的计算
§1-1 运动副
两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接称为运动 副。例如轴与轴承的联接、活塞与气缸的联接、传动齿 轮的两个轮齿间的联接等都构成运动副。 根据两构件是点、线接触还是面接触，平面机构中 的运动副可分为：平面低副和平面高副。
运动副
低副：面接触
高副：点、线接触
平面低副
两构件通过面接触而组成的运 动副称为低副。平面机构中的低 副又分为转动副(组成运动副的两 构件只能在一个平面内相对转动， 这种运动副又称为铰链)；移动副 (组成运动副的两构件只能沿某一 轴线相对移动)。
平面高副
两构件通过点或线接触组成的运动 副称为高副。 图1-3a)中的车轮与钢轨、图b)中凸 轮与从动件、图c)中轮齿1与轮齿2 分别在接触点处组成高副。
活动构件数 高副(齿轮副、凸轮副)数目
低副(转动副、移动副)数目
计算图所示颚式破碎机主体机构的自由度
在颚式破碎机主体机构中， 共有4个构件(1、2、3、4)， 除去机架１，活动构件数n ＝3；共有4个转动副，Pl =4； 没有高副， Ph =0。所以由 式(1-1)得机构自由度： F=3n-2 Pl - Ph = 3×3-2×4=1