平面机构的组成
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平面机构的组成原理、结构分类与结构分析
步骤及注意事项
1。 除去机构中 的虚约束和局部自 由度。计算自由度， 2 明确原动件。
3 4
1
6 5
8 9
7
2。 拆杆组。一 般是从远离原动件 处开始拆，应首先 试拆Ⅱ级组，若不 成再试拆高一级杆 组。重复进行直至 原动件。
3 4
F = 38- 211 =2
6 5
8
7
§2–8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
❖ 选择基本杆组搭接新机构 。 ❖（自由度数始终等于原动件数）
要领
杆组的外 接副参与搭接， 但必须搭在运 动已确定处。
§2–8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
二、平面机构的组成原理
1、基本机构
3
（原动件 + 机架）
4
2、机构的组成 2
（基本机构 + 杆组）
5 6
1
要领
❖ 按机构实际所需的自由度和
杆组的级别按其中所含最大封闭形边数确定。 概念：杆组的外接副、内接副。
外接副
内接副
§2–8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
一、基本杆组的概念
3、杆组的演化
杆组的演化途径
转动副变移动副 杆长的变化
n =2 ；
1
B
A
PL =3
2
Ⅱ级组的基本型 C
§2–8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
一、基本杆组的概念
1
B A
O2
2
O1 C
1 O2
思考题：
P38 2-6、2-7
作业：
P45 2-20、2-21
O1O2 = R1+ R2
故可作图 b 的等效替代
o1
第二章 平面机构的结构分析
同一运动链可以生成的不同机构
B
1
2
3
A
4
C
B
1
2
3
A 4
B
1
C 2
3
A
4
B
C
2
1 A
曲柄滑块机构 摇块机构 导杆机构
4
3
运动链的生成是创造、获取新机构的重要手段。运动链的设计只关
注构件数和联接这些构件的运动副的数量和类型，所以又称为机构的型
数综合(Type and number synthesis)。
球面高副
柱面高副
齿轮副
凸轮副
★ 运动副元素以面接触的运动副称为低副(lower pair)。
球面低副 回转副
移动副
3. 根据组成运动副两个构件的相对运动形式分类 ★ 空间运动副
球销副
螺旋副
圆柱套筒副
★ 平面运动副 A. 低副
B. 高副
移动副
凸轮副
转动副 齿轮副
三、运动链(Kinematical Chain)与机构 构件通过运动副的连接而构成的可相对运动的系统称为运动链。
4. 运动简图绘制举例
1) 绘制牛头刨床主运动机构的运动简图
选取比例尺l = m/mm
2) 绘制破碎机的机构运动简图
选取比例尺l
3) 绘制图示机构的运动简图
§2-3 机构自由度(Degrees of Freedom)的计算
一、平面机构自由度的计算公式 1. 构件的自由度与约束
构件具有确定运动时所必须给定的独立运动参 数的数目称为机构的自由度。F
由两个以上构件（包括活动构件与机架）在同一处 构成的重合转动副称为复合铰链。
7
46
《平面机构的组成》课件
机构中两构件之间通过接触而形 成的相对运动约束。
平面机构的特点
01
02
03
结构简单
平面机构通常由简单的几 何形状组成，如直线、圆 弧等，易于设计和制造。
运动规律简单
平面机构的运动规律通常 比较简单，如直线往复、 旋转等，便于控制和实现 。
承载能力较强
平面机构通常具有较高的 承载能力，能够承受较大 的力和力矩。
平面机构的设计实例
曲柄滑块机构
用于实现往复运动，广泛应用于内燃机和冲 压机。
凸轮机构
用于实现复杂的运动规律，常用于自动化装 置中。
齿轮机构
用于传递运动和动力，在各种机械设备中广 泛应用。
间歇运动机构
用于实现间歇输送或间歇转动，例如凸轮间 歇运动机构和槽轮间歇运动机构。
06
平面机构的优化与改进
Chapter
平面机构的改进设计
总结词
适用性改进
改进设计主要是针对现有机构存在的问题 和不足，进行有针对性的改进和调整，提 高机构的适用性和可靠性。
根据实际应用需求，调整机构的结构和尺 寸，使其更好地适应特定的工作环境和条 件。
可靠性改进
性能提升
加强机构的关键元件和部件，提高其耐久 性和稳定性，降低故障率和维修成本。
通过改进机构的设计参数和材料，提高机 构的性能指标，如传动精度、负载能力和 效率等。
平面机构的发展趋势
总结词
随着科技的不断进步和应用需求的不断变 化，平面机构也在不断发展演变，呈现出 一些新的发展趋势和方向。
人机协作
发展人机协作型机构，降低人工干预和操 作难度，提高生产效率和安全性。
智能化
利用传感器、控制器和执行器等智能元件 ，实现机构的智能化控制和管理，提高自 动化和智能化水平。
平面机构的特点
01
02
03
结构简单
平面机构通常由简单的几 何形状组成，如直线、圆 弧等，易于设计和制造。
运动规律简单
平面机构的运动规律通常 比较简单，如直线往复、 旋转等，便于控制和实现 。
承载能力较强
平面机构通常具有较高的 承载能力，能够承受较大 的力和力矩。
平面机构的设计实例
曲柄滑块机构
用于实现往复运动，广泛应用于内燃机和冲 压机。
凸轮机构
用于实现复杂的运动规律，常用于自动化装 置中。
齿轮机构
用于传递运动和动力，在各种机械设备中广 泛应用。
间歇运动机构
用于实现间歇输送或间歇转动，例如凸轮间 歇运动机构和槽轮间歇运动机构。
06
平面机构的优化与改进
Chapter
平面机构的改进设计
总结词
适用性改进
改进设计主要是针对现有机构存在的问题 和不足，进行有针对性的改进和调整，提 高机构的适用性和可靠性。
根据实际应用需求，调整机构的结构和尺 寸，使其更好地适应特定的工作环境和条 件。
可靠性改进
性能提升
加强机构的关键元件和部件，提高其耐久 性和稳定性，降低故障率和维修成本。
通过改进机构的设计参数和材料，提高机 构的性能指标，如传动精度、负载能力和 效率等。
平面机构的发展趋势
总结词
随着科技的不断进步和应用需求的不断变 化，平面机构也在不断发展演变，呈现出 一些新的发展趋势和方向。
人机协作
发展人机协作型机构，降低人工干预和操 作难度，提高生产效率和安全性。
智能化
利用传感器、控制器和执行器等智能元件 ，实现机构的智能化控制和管理，提高自 动化和智能化水平。
第2章 平面机构的运动简图及其自由度
如图a所示为五构件运动链。其自由度为：
F=3n－2PL－PH=3×4－2×5－0=2
若给定一个原动件(构件1)的角位移规律为φ1=φ1(t)，此时构件2、 3、4的运动并不能确定。
说明当原动件数少于机构的自由度时，其运动是不确定的。
又如图b所示四构件机构，其自由度为：
F=3n－2PL－PH=3×3－2×4－0=1
Hale Waihona Puke 零件－连杆体1、连杆头2、轴套3、轴瓦4和5、螺杆6、螺母7、开口销8
二、运动副及其分类
1、构件的自由度——构件所具有的独立运动数目。
在三维空间内自由运动的构 件具有六个自由度。
作平面运动的构件(如图所 示)则只有三个自由度，这 三个自由度可以用三个独立
的参数x、y和角度θ表示。
2、运动副
F=3n-2PL-PH
(2-1)
由上式可知：机构自由度F取决于活动构件的件数与运动副的
性质（高副或低副）和个数。
试机算图示航空照相机快门机构的自由度。
解：该机构的构件总数N=6,活动构件数n=5,6个转 动副、一个移动副，没有高副。由此可得机构的 自由度数为：
F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=1
两个构件间形成的运动副引入多少个约束， 限制了构件的哪些独立运动，则完全取决于运动 副的类型。
由此可见，在平面机构中，每个转动副引入 两个约束，使构件失去两个自由度。
转动副的表示方法
⑵ 移动副——两构件间只能作相对移动的低副称为移动副， 移动副及其简图符号表示如下图所示。
移动副
移动副的表示方法
缝纫机下针机构
23 1
4
机构模型
2 3
1 4
§2-3 平面机构的自由度
F=3n－2PL－PH=3×4－2×5－0=2
若给定一个原动件(构件1)的角位移规律为φ1=φ1(t)，此时构件2、 3、4的运动并不能确定。
说明当原动件数少于机构的自由度时，其运动是不确定的。
又如图b所示四构件机构，其自由度为：
F=3n－2PL－PH=3×3－2×4－0=1
Hale Waihona Puke 零件－连杆体1、连杆头2、轴套3、轴瓦4和5、螺杆6、螺母7、开口销8
二、运动副及其分类
1、构件的自由度——构件所具有的独立运动数目。
在三维空间内自由运动的构 件具有六个自由度。
作平面运动的构件(如图所 示)则只有三个自由度，这 三个自由度可以用三个独立
的参数x、y和角度θ表示。
2、运动副
F=3n-2PL-PH
(2-1)
由上式可知：机构自由度F取决于活动构件的件数与运动副的
性质（高副或低副）和个数。
试机算图示航空照相机快门机构的自由度。
解：该机构的构件总数N=6,活动构件数n=5,6个转 动副、一个移动副，没有高副。由此可得机构的 自由度数为：
F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=1
两个构件间形成的运动副引入多少个约束， 限制了构件的哪些独立运动，则完全取决于运动 副的类型。
由此可见，在平面机构中，每个转动副引入 两个约束，使构件失去两个自由度。
转动副的表示方法
⑵ 移动副——两构件间只能作相对移动的低副称为移动副， 移动副及其简图符号表示如下图所示。
移动副
移动副的表示方法
缝纫机下针机构
23 1
4
机构模型
2 3
1 4
§2-3 平面机构的自由度
机械工业技术学 2平面机构
三杆机构
F≤0 机构不能运动
Fa=3n-2PL-PH =3n=3X2 =3 2-2X3-0=0 3 不能动 静定结构) (静定结构) Fb= 3n-2PL-PH 3n=3X3 =3 3-2X5-0=-1 5 0=不能动 超静定结构） （超静定结构）
二、机构具有确定运动的条件
四杆机构
F>0 原动件数= 原动件数=F：确定运动 原动件数> 原动件数>F: 机构被破坏
高副
高副：减少一个自由度。 高副：减少一个自由度。
三.机构
按组成机构的各构件之间的相对运动是平面运动还 是空间运动分： 是空间运动分：
平面机构——各构件的运动平面相互平行 各构件的运动平面相互平行 平面机构 空间机构——各构件不在平行平面内运动 空间机构 各构件不在平行平面内运动
按组成机构的各构件之间的运动副分： 按组成机构的各构件之间的运动副分：
平面机构虚约束常见情况处理方法
举 例 消除办法 只算一个回转 副B，其余的回转 副（如B’）都视 ） 为虚约束去掉 只算一个平面 高副A 高副A，其余的平 面 高 副 ( 如 A’) 都 ) 视为虚约束去掉
序 虚约束出现的场合 号 重复回转副 3 两构件组成多个 轴线重合的回转副 时，存在虚约束 重复高副 两构件组成多个 4 接触处公法线彼此 重合平面高副时， 重合平面高副时 ， 存在虚约束
锯床进给机构
F=3nF=3n-2PL-PH (2× =3×7-2× (2×4+2)=1
局部自由度
局部自由度：与整个机构运 局部自由度： 动无关的局部运动的自由度 处理局部自由度的方法: 处理局部自由度的方法: 说明： 说明：局部自由度虽然不影响整个机械的运 将局部自由度除去不计
但可将滑动摩擦变为滚动摩擦， 动，但可将滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大 大减轻磨损，在实际机器当中经常采用。 大减轻磨损，在实际机器当中经常采用。
F≤0 机构不能运动
Fa=3n-2PL-PH =3n=3X2 =3 2-2X3-0=0 3 不能动 静定结构) (静定结构) Fb= 3n-2PL-PH 3n=3X3 =3 3-2X5-0=-1 5 0=不能动 超静定结构） （超静定结构）
二、机构具有确定运动的条件
四杆机构
F>0 原动件数= 原动件数=F：确定运动 原动件数> 原动件数>F: 机构被破坏
高副
高副：减少一个自由度。 高副：减少一个自由度。
三.机构
按组成机构的各构件之间的相对运动是平面运动还 是空间运动分： 是空间运动分：
平面机构——各构件的运动平面相互平行 各构件的运动平面相互平行 平面机构 空间机构——各构件不在平行平面内运动 空间机构 各构件不在平行平面内运动
按组成机构的各构件之间的运动副分： 按组成机构的各构件之间的运动副分：
平面机构虚约束常见情况处理方法
举 例 消除办法 只算一个回转 副B，其余的回转 副（如B’）都视 ） 为虚约束去掉 只算一个平面 高副A 高副A，其余的平 面 高 副 ( 如 A’) 都 ) 视为虚约束去掉
序 虚约束出现的场合 号 重复回转副 3 两构件组成多个 轴线重合的回转副 时，存在虚约束 重复高副 两构件组成多个 4 接触处公法线彼此 重合平面高副时， 重合平面高副时 ， 存在虚约束
锯床进给机构
F=3nF=3n-2PL-PH (2× =3×7-2× (2×4+2)=1
局部自由度
局部自由度：与整个机构运 局部自由度： 动无关的局部运动的自由度 处理局部自由度的方法: 处理局部自由度的方法: 说明： 说明：局部自由度虽然不影响整个机械的运 将局部自由度除去不计
但可将滑动摩擦变为滚动摩擦， 动，但可将滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大 大减轻磨损，在实际机器当中经常采用。 大减轻磨损，在实际机器当中经常采用。
第二章 机构的组成-1 (1)
机 构 的 自 由 度 —— 是 指 机 构 可 能 实 现 独 立 运 动 的 数 目 （保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数 〈独立的广义坐标〉的数目）。
机构的自由度通常用F表示。
机构是可动的，所以机构的自由度必须大于或等于1。
P39
1
2
θ1
3
S’3 S3
2 1 θ2
θ1
3
θ3 4 θ4
1）按引入约束数分，有：
I 级副（class I pairs）、II 级副、III 级副、IV 级副、V 级副。
引入1个约束
引入2个约束
引入3个约束 引入4个约束 引入5个约束
x
I 级副
球面高副
II 级副
球与方槽接触
II 级副
柱面副
Ⅳ 级副
球销副
P15
III级副
球面低副
IV级副
圆柱套筒副
V级副1
V级副2
④了解平面机构的组成原理，能正确判断机构结构合理性。
2. 本章重点、难点
重点: 机构运动简图绘制，机构结构分析，机构的自由
度计算；
难点: 机构结构分析及虚约束的判断。
§2－1 平面机构的组成
P5
机构是由具有确定 相对运动的“实物”— —一些相对独立运动的 单元体（构件）组成。
各构件组成机构时是按照一定的方式联接而 成的。由两构件直接接触并能产生相对运动的活 动连接，称为运动副。
从动件(driven link、follower) ——机构中随原动件运动的其他活 动构件。
例如：在连杆机构中，汽缸11为机架， 活塞10为原动件，而连杆3和曲轴4为 从动件。
P8
说明：
机构中各构件可以是刚性的，某些构件也可以是挠 性或弹性的，或是由液压、气动、电磁件构成的。即 机构不一定是由纯刚性构件组成的。
机构的自由度通常用F表示。
机构是可动的，所以机构的自由度必须大于或等于1。
P39
1
2
θ1
3
S’3 S3
2 1 θ2
θ1
3
θ3 4 θ4
1）按引入约束数分，有：
I 级副（class I pairs）、II 级副、III 级副、IV 级副、V 级副。
引入1个约束
引入2个约束
引入3个约束 引入4个约束 引入5个约束
x
I 级副
球面高副
II 级副
球与方槽接触
II 级副
柱面副
Ⅳ 级副
球销副
P15
III级副
球面低副
IV级副
圆柱套筒副
V级副1
V级副2
④了解平面机构的组成原理，能正确判断机构结构合理性。
2. 本章重点、难点
重点: 机构运动简图绘制，机构结构分析，机构的自由
度计算；
难点: 机构结构分析及虚约束的判断。
§2－1 平面机构的组成
P5
机构是由具有确定 相对运动的“实物”— —一些相对独立运动的 单元体（构件）组成。
各构件组成机构时是按照一定的方式联接而 成的。由两构件直接接触并能产生相对运动的活 动连接，称为运动副。
从动件(driven link、follower) ——机构中随原动件运动的其他活 动构件。
例如：在连杆机构中，汽缸11为机架， 活塞10为原动件，而连杆3和曲轴4为 从动件。
P8
说明：
机构中各构件可以是刚性的，某些构件也可以是挠 性或弹性的，或是由液压、气动、电磁件构成的。即 机构不一定是由纯刚性构件组成的。
01-05 平面机构的组成原理和结构分析
1.5.3 平面机构的高副低代
上述方法可推广到各种平面高副。 图中的具有任意曲线轮廓的高副机构，可通过接触点C作 公法线n-n，在公法线上找出两轮廓曲线在接触处的曲率中心O1
和O2 ，并作为替代构件的两个转动副，再联接AO1和BO2便可
得到高副低代图。
1.5.3 平面机构的高副低代
说明： 当机构运动时，随着接触点的改变，点O1和O2也会发生变 化，替代构件4的长度也会发生改变。 因此，对于一般的高副机构，在不同位置有不同的瞬时替 瞬时替 代机构。 代机构
1.5.1 平面机构的组成原理
Ⅱ级杆组 级
1.5.1 平面机构的组成原理
Ⅲ级杆组
1.5.1 平面机构的组成原理
2．机构的组成原理 把若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上，就可组成 一个新的机构，其自由度数与原动件数目相等。这就是机构的 组成原理。
1.5.1 平面机构的组成原理
如图，将Ⅱ级组2－3并接在原动件1和机架4上便得到四杆 机构；再将Ⅲ级组5－6－7－8并接在Ⅱ级组和机架上，即得八 杆机构。
F = 3n − 2PL = 0
3 PL = n 2
机构＝机架 + 原动件 + 从动件系统
每个原动件有1个自由度 每个原动件有 个自由度
原动件数＝ 原动件数＝机构自由度数
从动件系统的自由度＝0 从动件系统的自由度＝
机构＝机架 + 原动件 + 从动件系统
从动件系统的自由度＝0 从动件系统的自由度＝
2
（2）拆组后剩下的原动件数应等于机构自由度 （3）拆出杆组后，剩余机构不永许存在只有一个运动副的 构件（原动件除外）和只属于一个构件的运动副，因为前者将 产生局部自由度，后者将导入虚约束。
《平面机构的》课件
总结词
设计原则与步骤
详细描述
平面机构的设计应遵循功能性、稳定性、效率性和经济性等原则。设计步骤通常包括需求分析、概念 设计、详细设计、优化改进和成品评估等环节，以确保设计出的平面机构能够满足使用要求。设计方法
详细描述
平面机构的优化设计方法主要包括尺寸优化、形状优化、拓扑优化和多目标优化等。这些方法通过改进机构的结 构和参数，以提高机构的性能、降低能耗和减少制造成本。
02
平面机构的类型
平面连杆机构
总结词
由一系列刚性杆件通过铰链连接而成的机构，可以实现多种复杂的运动轨迹。
详细描述
连杆机构广泛应用于各种机械系统中，如缝纫机、搅拌机、飞机起落架等，通 过不同形状的连杆组合，可以实现各种复杂的运动轨迹，满足不同的工作需求 。
平面凸轮机构
总结词
由一个凸轮和一个或多个从动件组成 的机构，通过凸轮的轮廓控制从动件 的往复运动。
静力学分析意义
静力学分析是研究机构在静止或平衡 状态下，各构件所受的力和力矩，以 及机构的平衡条件。
为机构设计和优化提供基础数据，有 助于避免机构在工作过程中出现失稳 或损坏。
静力学分析方法
通过受力分析和平衡方程，求解各构 件所受的力和力矩，以及机构的平衡 条件。
平面机构的运动平衡分析
运动平衡分析定义
平面间歇运动机构的实例分析
总结词
通过实际应用案例，深入了解平面间歇运动 机构的特点和设计原理。
详细描述
介绍平面间歇运动机构在各种机械系统中的 应用，如棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮 机构等，分析其工作原理、运动特性和设计
方法。
THANKS
感谢观看
交通工具
电子产品
其他领域
如机床、夹具、自动化 生产线等。
设计原则与步骤
详细描述
平面机构的设计应遵循功能性、稳定性、效率性和经济性等原则。设计步骤通常包括需求分析、概念 设计、详细设计、优化改进和成品评估等环节，以确保设计出的平面机构能够满足使用要求。设计方法
详细描述
平面机构的优化设计方法主要包括尺寸优化、形状优化、拓扑优化和多目标优化等。这些方法通过改进机构的结 构和参数，以提高机构的性能、降低能耗和减少制造成本。
02
平面机构的类型
平面连杆机构
总结词
由一系列刚性杆件通过铰链连接而成的机构，可以实现多种复杂的运动轨迹。
详细描述
连杆机构广泛应用于各种机械系统中，如缝纫机、搅拌机、飞机起落架等，通 过不同形状的连杆组合，可以实现各种复杂的运动轨迹，满足不同的工作需求 。
平面凸轮机构
总结词
由一个凸轮和一个或多个从动件组成 的机构，通过凸轮的轮廓控制从动件 的往复运动。
静力学分析意义
静力学分析是研究机构在静止或平衡 状态下，各构件所受的力和力矩，以 及机构的平衡条件。
为机构设计和优化提供基础数据，有 助于避免机构在工作过程中出现失稳 或损坏。
静力学分析方法
通过受力分析和平衡方程，求解各构 件所受的力和力矩，以及机构的平衡 条件。
平面机构的运动平衡分析
运动平衡分析定义
平面间歇运动机构的实例分析
总结词
通过实际应用案例，深入了解平面间歇运动 机构的特点和设计原理。
详细描述
介绍平面间歇运动机构在各种机械系统中的 应用，如棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮 机构等，分析其工作原理、运动特性和设计
方法。
THANKS
感谢观看
交通工具
电子产品
其他领域
如机床、夹具、自动化 生产线等。
机械原理第一章 平面机构组成原理及其自由度分析
机构自由度与能运动的条件为：机构自由度数大于等于1。 （二）机构具有确定运动的条件为：机构输入的独立运动数目等 于机构的自由度数。 由于平面机构的每个驱动副一般只有一个自由度，此时，机 构具有确定运动的条件又可表述为：机构驱动副数应等于机构的 自由度数。对驱动副位于机架的机构，与驱动力相连的构件为主 动构件，或称为原动件。故这时该类机构具有确定运动的条件又 可表述为：机构原动件数应等于自由度数。
按运动副的运动空间分:
平面运动副——指构成运动副的两构件之间的相对运动为平面 运动的运动副;
空间运动副——指构成运动副的两构件之间的相对运动为空间 运动的运动副。
按运动副对被联接的两构件相对运动约束数的不同分为： 低副——两构件通过面接触而构成的运动副； 高副——凡两构件系通过点或线接触而构成的运 动副。
4）选择适当的长度比例尺l（ l =实际尺寸/图示长度），定出 各运动副的相对位置，绘制机构运动简图。从原动件开始，按运 动传递路线，顺序标出各构件的编号和运动副的代号。在原动件 上标明箭头方向即其运动方向。
例1-1-1：绘制图示颚式破碎机的运动简图 分析：该机构有6个构件和7个转动副。
颚式破碎机构
机构运动简图
第二节 平面机构自由度分析及应用举例
一、运动副的自由度和约束
运动副对该两构件独立运动所加的限制称为约束。约束数目 等于被其限制的自由度数。组成运动副两构件间约束的特点和数 目取决于该运动副的型式。 （一）转动副
只能绕垂直于xoy平面的轴的相对转动 （二）移动副 只能沿x轴方向移动
（三）高副
绘制机构运动简图的步骤与方法：
1）对照实物或实物图，分析机构的动作原理、组成情况和运动 情况，确定其组成的各构件，哪些构件为原动件、哪一构件为机 架和哪些构件为从动件 。 2）沿着运动传递路线，从原动件开始，逐一分析每两个构件间 相对运动的性质，并确定运动副的类型和数目。
机构运动简图
2
2
2
1
1
1
(a)
(b)
(c)
图 5 转动副的表示方法
2) 移动副
两构件组成移动副的表示方法如图6(a)、 (b)、 (c)所示。 移 动副的导路必须与相对移动方向一致。
1
2 1
2 (a)
1 2
1 2
(b)
21 1
2
(c)
图 6 移动副的表示方法
3) 平面高副 两构件组成高副的表示方法如图7所示。 其运动简图
中应画出两构件接触处的曲线轮廓。
凸轮副：
齿轮副：
2
2
1
1
图 7 高副的表示方法
了解：
2、 构件的表示方法
构件可用直线、 三角形或方块等图形表示。 图8(a)表示参与组成 两个转动副的构件; 图8(b)表示参与组成一个转动副和一个移动副 的构件； 图8(c)表示参与组成三个转动副的构件, 它一般用三角形 表示, 在三角形内加剖面线或在三个内角上涂上焊缝标记, 表明三 角形为一个构件； 若三个转动副在同一直线上, 则可用跨越半圆 符号来连接直线, 如图8(d)所示。
(2) 移动副: 若组成运动副的两个构件只能沿轴线 相对移动, 则称为移动副。
y
O 12
x
图 3 移动副
转动副、移动副实例
2）高副 两构件通过点、 线接触所构成的运动副称为高副。
图 4 高副
齿轮副实例
2、 构件
机 架——机构中的固定构件；一般机架相 对地面固定不动，但当机构安装在运动的机 械上时则是运动的。
对运动的性质, 确定构件的数目、 运动副的类型和数目。
(3) 合理选择视图平面： 选择多数构件所在的运动平面或平行于运动平面的平
平面机构运动简图
1
2
3
F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 3－2 ＝1
5 4
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行星轮系 33
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
2
现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束
将变成有效约束，而使机构不能运动
1
采用虚约束是为了:改善构件的受力情况；传递较大功率； 或满足某种特殊需要
1.转动副 （或铰链）
两构件只能在一个平面内作相对转动
限制两个自由度：（两个移动） 保留一个自由度（转动）
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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。
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限制两个自由度：（一个移动，一个转动） 保留一个自由度（移动 ）
6
（二）高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。
分清原动件、机架和从动件
2）确定所有运动副的类型和数目，测量各运动副之间位置；
3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性），确定视图方向；
4）确定比例；
l
作图尺寸 mm
实际尺寸(mm)
5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)）
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例： 试绘制内燃机的机构运动简图
用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置 与原机械具有完全相同的运动特性
机构示意图：只需表明机构运动传递情况和构造特征，不必按 严格比例所画的图形
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2、常用机构 和运动副的 表示方法：
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（1）运动副的符号
转动副： 移动副：
机械基础(第5单元)
a）机构结构图
b）机构运动简图
1—曲柄 2—连杆 3—摇杆 4—机架
第二节 平面四杆机构
• 1．铰链四杆机构的类型 • 在铰链四杆机构中，根据两连架杆的运动形式进行分类，可分为曲柄
摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式，如下图所示。
图5-14 铰链四杆机构的三种基本形式
第二节 平面四杆机构
第一节 平面机构的组成
• 如果构件中转动副的间距较大时，通常将构件制成杆状，而且杆状构 件应尽量制成直杆；如果要求构件与机械的其他部分在运动时不发生 干涉（如碰撞），可将构件制成特殊的形状。如下图所示是具有转动 副的不同形状和横截面的杆状构件。
第一节 平面机构的组成
• 对于绕定轴转动的构件，常将构件制成盘状。有时在盘状构件上安装 轴销，以便与其他构件组成另一转动副。如果两个转动副间距很小时 ，难以设置相距很近的轴销（或轴孔），可将另一转动副尺寸扩大而 制成偏心轮，如图a所示。如果构件承受较大载荷时，采用偏心轮结 构庞大，则可以采用曲轴结构，如图b所示。偏心轮和曲轴常用于回 转运动与直线运动相互变换的机构中。
图a 电风扇摇头机构运动简图 图b 鹤式起重机机构运动简图
第二节 平面四杆机构
• 2．铰链四杆机构的类型判定
• 在铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构中各构件长度之间的关 系。
• 1）如果铰链四杆机构中最长杆与最短杆长度之和，小于或等于其余 两杆长度之和（杆长和条件），则该机构可能存在曲柄，但还要看选 取哪一个杆件作为机架，才能确定是否存在曲柄。如果以最短杆作为 连架杆，以最短杆的相邻杆为机架，则该机构一定是曲柄摇杆机构， 而且最短杆为曲柄，如图a所示；如果以最短杆作为机架，则相邻两 杆均为曲柄，该机构一定是双曲柄机构，如图b所示；如果以最短杆 作连杆，最短杆的对面杆作为机架，则该机构为双摇杆机构，如图c 所示。
平面机构知识点总结
平面机构知识点总结一、定义平面机构是由连接在一起的刚性杆件和连接件组成的机械系统，它们在一个平面内进行相对运动。
平面机构可以通过不同的构造形式实现不同的运动功能，例如传递运动、转换运动、控制运动等。
平面机构的构造形式和动力学特性在机械设计中起着非常重要的作用，因此对其进行深入了解和研究对于工程师和设计师来说是非常重要的。
二、分类根据平面机构的结构特点和运动形式，可以将其分为不同的类型，主要包括以下几种：1.四连杆机构：由四根连杆和四个铰链连接而成的机构，可以实现平行四边形连杆的运动形式，常见的四连杆机构包括平行四边形机构和梯形机构等。
2.曲柄滑块机构：由曲柄、连杆、滑块等部件构成的机构，可以实现曲柄的旋转运动和滑块的直线往复运动，广泛应用在发动机、压力机、注塑机等领域。
3.齿轮机构：由齿轮、齿条、链条等传动件构成的机构，可以实现不同速度比和转矩比的传动，常见的齿轮机构包括行星齿轮机构、直动齿轮机构等。
4.摇杆机构：由摇杆、铰链和固定点连接而成的机构，可以实现摇杆的往复摆动运动，广泛应用在摇摇椅、铣床、钻床等机械装备中。
三、结构特点平面机构具有以下几个结构特点：1.刚性连接：平面机构的连接件和杆件都是由高强度的材料制成，能够保证机构在运动过程中的稳定性和可靠性。
2.铰链连接：平面机构中的连接件通常使用铰链连接，可以实现相对旋转和相对平移运动，能够满足不同的运动需求。
3.多样性：平面机构在结构形式上非常多样化，可以通过不同的连杆和连接方式实现多种不同的运动形式，适用于不同的工程需求。
四、运动分析平面机构的运动分析是研究机构在运动过程中的速度、加速度、位移等动力学特性的过程。
平面机构的运动分析通常包括以下几个方面：1.位移分析：通过分析机构中各个零件的相对位移关系，可以获得机构在运动过程中的位移规律和轨迹形式。
2.速度分析：通过对机构中各个零件的相对速度进行分析，可以获得机构在不同运动状态下的速度大小和方向。
平面机构的组成
平面机构的组成
平面机构是机械工程中常见的一种机构类型，它由多个构件组成。
平面机构通常由以下几个基本构件组成：
1. 连杆：连杆是平面机构中最基本的构件，它是由刚性材料
制成的直线构件。
连杆在机构中起到连接其他构件的作用，使得机构能够完成所要求的运动。
2. 节点：节点是连杆相互连接的位置，也是支点或铰链的位置。
通过改变节点的位置可以实现不同的运动。
3. 连杆连接点：连杆连接点是指连杆与其他构件连接的位置。
连接点可以是固定点，也可以是可移动连接点。
根据不同的要求，连接点可以是直接连接或者通过连接件连接。
4. 连接件：连接件是连接连杆和其他构件的构件，它通常由
螺栓、螺母、销等组成，用于固定和连接连杆和其他构件。
5. 驱动件：驱动件是平面机构中提供运动能源的构件，它可
以是电机、气缸、液压等驱动装置。
驱动件通过转动或者其他方式提供动力，使得整个机构能够进行运动。
以上是平面机构常见的构成部分，根据具体的机构类型和应用要求，还可以包括其他构件，如支撑件、导轨、轴承等。
平面机构的构成可以根据需要进行设计和优化，以满足具体的运动要求和工作条件。
平面机构的组成.
第二章 平面机构及自由度 第一节 平面机构的组成
第一节 平面机构的组成
平面机构
空间机构
第一节 平面机构的组成
一、构件 独立运动的单元体。
二、运动副及分类
运动副：两构件直接接 触而构成的可动联接。
4个构件 4个运动副
第一节 平面机构的组成
运动副—— 机构的 “关节”！
第一节 平面机构的组成
运动副元素：两构件上构成运动副的接触表面。
点接触
线接触
面接触
第一节 平面机构的组成
运动副 分类
按相对 平面副 运动分 空间副
按接触 低副：面接触 形式分 高副：点、线接触
3个构件 3个运动副 2个低副 1个高副
第一节 平面机构的组成
1. 平面低副
转动副 （回转副，铰链）
Hale Waihona Puke 移动副第一节 平面机构的组成
2. 平面高副
轮轨高副
凸轮高副
齿轮高副
第一节 平面机构的组成
3. 常见空间运动副
球面副
螺旋副
第一节 平面机构的组成
运动副分析
7个构件 10个运动副 7个低副 3个高副
第一节 平面机构的组成
三、运动链 多个构件，运动副连接，组成的可动系统。
闭链
开链
第一节 平面机构的组成
四、机构 具有确定相对运动的运动链。
2 从动件
3 4
1
原动件
机架
机构 = 机架 + 原动件 + 从动件
第一节 平面机构的组成
小结
1、构件的概念 2、运动副的类型 3、 运动链的概念 4、 机构的组成
第一节 平面机构的组成
平面机构
空间机构
第一节 平面机构的组成
一、构件 独立运动的单元体。
二、运动副及分类
运动副：两构件直接接 触而构成的可动联接。
4个构件 4个运动副
第一节 平面机构的组成
运动副—— 机构的 “关节”！
第一节 平面机构的组成
运动副元素：两构件上构成运动副的接触表面。
点接触
线接触
面接触
第一节 平面机构的组成
运动副 分类
按相对 平面副 运动分 空间副
按接触 低副：面接触 形式分 高副：点、线接触
3个构件 3个运动副 2个低副 1个高副
第一节 平面机构的组成
1. 平面低副
转动副 （回转副，铰链）
Hale Waihona Puke 移动副第一节 平面机构的组成
2. 平面高副
轮轨高副
凸轮高副
齿轮高副
第一节 平面机构的组成
3. 常见空间运动副
球面副
螺旋副
第一节 平面机构的组成
运动副分析
7个构件 10个运动副 7个低副 3个高副
第一节 平面机构的组成
三、运动链 多个构件，运动副连接，组成的可动系统。
闭链
开链
第一节 平面机构的组成
四、机构 具有确定相对运动的运动链。
2 从动件
3 4
1
原动件
机架
机构 = 机架 + 原动件 + 从动件
第一节 平面机构的组成
小结
1、构件的概念 2、运动副的类型 3、 运动链的概念 4、 机构的组成
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平面机构的组成
一、机构的组成及相关概念 1.机器
现在机器一般由动力装置、传动装置、执行装置和操纵、控制及辅助装置 四大部分组成 。 2.机构
由若干具有确定相对运动的实体组成，用来传递力、运动或转换运动形式 的系统称为机构 。
组成机构的具有确定相对运动的实体，称为构件。
机械是机器和机构的总称。从制造角度来分析，机器是若干零件组成的。 零件是指机器的制造单元，如齿轮、曲轴、螺栓、箱体等。从运动角度来分析， 可以把机器看成是由若干构件组成的。构件是机器的运动单元。构件可以是一 个零件(如图1-4内燃机的曲轴)，也可是多个零件的刚性组合体(如图1-5内燃机 的连杆)。
(1)低副 两构件之间通过面接触形成的运动副称为低副。根据它们之间的相对运动 是转动还是移动，又可分为转动副和移动副。
(2)高副 两构件之间通过点或者先接触组成的运动副称为高副。
Hale Waihona Puke 三、平面机构运动简图 按一定比例确定运动副的位置，并用特定的构件和运动副符号及线条绘制
图形，这种表示机构运动特征的简单图形称为机构运动简图。 1.组成机构的构件分类 根据机构运动时构件的运动情况不同，可将构件分为三类。 (1)机架 机构中固定不动的构件称为机架，用来支撑其它活动构件。如图4-1中的气
零件又可分为两类：一类是在各种机器中都可能用到的了零件，称为通用 零件，如螺母、螺栓、齿轮、凸轮等；另一类则是在特定类型机器中才能用到 的零件，称为专用零件，如曲轴、活塞等。
二、运动副 1.构件的自由度、约束与运动副
自由度是构件可能出现的独立运动。任何一个构件在空间自由运动均有六
个自由度，即可描述为在直角坐标系内沿着三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴 的转动。所以一个做平面运动的构件，只有三个自由度。
缸体。 (2)主动件 机构中接受外部给定运动规律的活动构件称为主动件或运动件，一般与机
架相连。如图4-1中的活塞。 (3)从动件 机构中随主动件运动而运动的所有活动构件称为从动件。 2.机构运动简图的符号
3.机构运动简图的绘制 机构运动简图的绘制可按以下步骤进行：
(1)观察机构的实际结构，分析机构运动情况，确定机架、原动件和从动件。 (2)由原动件开始，顺着运动传递路线，依次分析构件间的相对运动形式，确定 运动副的类型。
(3)以与构件运动平面相平行的平面作为绘制运动简图的平面，用规定的线条和 符号按比例尺绘制图形，即机构运动简图。
F 3n 2PL PH
四、机构具有确定运动的条件 1.平面机构的自由度
机构相对于其机架所具有的独立运动数目称为机构的自由度。若以F表示 平面运动机构的自由度数，n表示机构的活动构件数，机构中共有低副的个数为 PL，高副的个数为PH，则平面机构自由度的计算公式为
对物体运动的限度称为约束。 两构件之间直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。
2.运动副的分类 根据组成运动的两构件之间的相对运动是平面运动还是空间运动，运动副
可以分为平面运动副和空间运动副。两构件之间不外乎通过点、线、面来接触。 按两构件间的接触特性，通常将平面运动副分为低副和高副两大类。
F 3n 2PL PH
2.计算机构自由度的注意事项 (1)复合铰链 (2)局部自由度 (3)虚约束
一、机构的组成及相关概念 1.机器
现在机器一般由动力装置、传动装置、执行装置和操纵、控制及辅助装置 四大部分组成 。 2.机构
由若干具有确定相对运动的实体组成，用来传递力、运动或转换运动形式 的系统称为机构 。
组成机构的具有确定相对运动的实体，称为构件。
机械是机器和机构的总称。从制造角度来分析，机器是若干零件组成的。 零件是指机器的制造单元，如齿轮、曲轴、螺栓、箱体等。从运动角度来分析， 可以把机器看成是由若干构件组成的。构件是机器的运动单元。构件可以是一 个零件(如图1-4内燃机的曲轴)，也可是多个零件的刚性组合体(如图1-5内燃机 的连杆)。
(1)低副 两构件之间通过面接触形成的运动副称为低副。根据它们之间的相对运动 是转动还是移动，又可分为转动副和移动副。
(2)高副 两构件之间通过点或者先接触组成的运动副称为高副。
Hale Waihona Puke 三、平面机构运动简图 按一定比例确定运动副的位置，并用特定的构件和运动副符号及线条绘制
图形，这种表示机构运动特征的简单图形称为机构运动简图。 1.组成机构的构件分类 根据机构运动时构件的运动情况不同，可将构件分为三类。 (1)机架 机构中固定不动的构件称为机架，用来支撑其它活动构件。如图4-1中的气
零件又可分为两类：一类是在各种机器中都可能用到的了零件，称为通用 零件，如螺母、螺栓、齿轮、凸轮等；另一类则是在特定类型机器中才能用到 的零件，称为专用零件，如曲轴、活塞等。
二、运动副 1.构件的自由度、约束与运动副
自由度是构件可能出现的独立运动。任何一个构件在空间自由运动均有六
个自由度，即可描述为在直角坐标系内沿着三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴 的转动。所以一个做平面运动的构件，只有三个自由度。
缸体。 (2)主动件 机构中接受外部给定运动规律的活动构件称为主动件或运动件，一般与机
架相连。如图4-1中的活塞。 (3)从动件 机构中随主动件运动而运动的所有活动构件称为从动件。 2.机构运动简图的符号
3.机构运动简图的绘制 机构运动简图的绘制可按以下步骤进行：
(1)观察机构的实际结构，分析机构运动情况，确定机架、原动件和从动件。 (2)由原动件开始，顺着运动传递路线，依次分析构件间的相对运动形式，确定 运动副的类型。
(3)以与构件运动平面相平行的平面作为绘制运动简图的平面，用规定的线条和 符号按比例尺绘制图形，即机构运动简图。
F 3n 2PL PH
四、机构具有确定运动的条件 1.平面机构的自由度
机构相对于其机架所具有的独立运动数目称为机构的自由度。若以F表示 平面运动机构的自由度数，n表示机构的活动构件数，机构中共有低副的个数为 PL，高副的个数为PH，则平面机构自由度的计算公式为
对物体运动的限度称为约束。 两构件之间直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。
2.运动副的分类 根据组成运动的两构件之间的相对运动是平面运动还是空间运动，运动副
可以分为平面运动副和空间运动副。两构件之间不外乎通过点、线、面来接触。 按两构件间的接触特性，通常将平面运动副分为低副和高副两大类。
F 3n 2PL PH
2.计算机构自由度的注意事项 (1)复合铰链 (2)局部自由度 (3)虚约束