机构的自由度计算
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计算 • 机构的组成分析和机构的级别判别。 3、难点 • 虚约束的判别
§1.1 机构的组成
1.构件 2.运动副 3.运动链 4.机构
构件
机构是怎样组成的？
• 连接：运动副 • 运动单元：构件 • 运动单元+连接 运动链 • 运动链+机架 机构
运动副:两个构件直接接触并产生某 些相对运动的可动联接
10 C 11
8 ,9 3
7D B
18
来自百度文库4 A1
§1.3 机构具有确定运动的条件 构件自由度 : 构件具有独立运动参数的数目 机构自由度 : 机构具有独立运动参数的数目
一个构件的平面运动有三个自由度
• 无约束
平面运动副的约束
平面运动副的约束
高副约束1个自由度
§1.4 平面机构的自由度计算公式 n个活动构件（不包括机架）, pl个低
局部运动并不影响整个机构中其它构件的 运动
• 虚约束：机构中某些运动副或某些运动
副与构件的组合所形成的约束与其它约束 重复而不再起作用
举例 4
F 3n 2 pl ph 35260 3
F 3n 2 pl ph 33231 2
F 3n 2 pl ph 34260 0
• 两个构件上参加接触的运动副表面 称运动副元素，运动副的元素是点、 线、面。
运动副分类： 空间和平面运动副
平面运动副
空间运动副
平面运动副：两构件相对运动为平面运动 的运动副
低副：面接触的运动副（回转副、移动副）
高副: 点、线接触的运动副
平面运动副符号：
空间运动副的符号
3.运动链 运动链：构件通过运动副联接而成的相对可动的系统。
运动链成为机构的条件：将运动链的一个构件固定， 当它的一个或几个构件作独立运动时，其余构件随之作 确定的运动，这种运动链便成为机构。
显然，不能运动或无规则乱动的运动链都不能成为 机构。
为使运动链获得确定的相对运动，构件的总数、运动 副类型和数量以及独立运动数目必须符合一定的关系， 将在自由度计算中加以论述。
第一章 机构的组成及其自由度的计算
§1.1 机构的组成 §1.2 机构运动简图 §1.3 机构具有确定运动的条件 §1.4 平面机构自由度的计算 §1.5 平面机构的组成原理和结构分析
本章的主要内容
1、主要内容 • 机构的组成及其具有确定运动的条件 • 机构运动简图及其绘制 • 机构的组成原理和机构的结构分类 2、重点 • 机构具有确定运动的条件和平面机构自由度的
凸轮机构:
举例 6
小结：掌握机构自由度的计算方法； 机构具有确定运动的条件； 基本杆组拆分的原则及方法。
所拆杆组中，级别最高的杆组为 该机构的杆组级别
颚式破碎机 机构简图及杆组拆法
组成原理：原动件+机架+杆组 （F=0)
平面机构中的高副低代
高副低代的原则：
• 代替前后机构的自由度完全相同 • 代替前后机构的瞬时速度和瞬时
加速度完全相同
高副低代的方法： 二高副元素在接触点处的曲率中心用
一构件和两个低副代替
虚约束注意事项
• 两构件连接前后轨迹重合点 • 两构件某两点间的距离始终不变 • 两构件组成多个移动副 • 两构件组成多个转动副 • 不影响机构运动的重复部分
§1.5 平面机构的组成原理 和结构分析
• 组成原理 • 结构分类 • 结构分析
基本杆组：（低副）
构件组去掉机架和原动件后剩下的F=0 的最小运动链。
F=3n-2pl =0 级别 Ⅱ Ⅲ： n24 pl 3 6
结构分类：杆组为几级？什么形式？
例如Ⅱ级组：二杆三副组
外接副：与杆组以外的构件相连的运动副 内接副：与杆组内部的构件相连的运动副
例如Ⅲ级组：三杆六副组 特点：其中一个构件上有三个内接副
举例 5
结构分析：
从远离原动件的构件开始，尽可 能拆成最低的杆组，每拆完一个杆 组，保证剩下的杆组自由度为零。 对剩下的杆组再拆时，仍从最远端 开始拆，每拆一次杆组，均从最低 级的杆组开始，无法拆时，再试拆 高一级的杆组。
2.机构运动简图的绘制
绘制方法及步骤： （1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，
查明组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置； （2）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
出各运动副和机构的符号，最后用简单线条连接即得 机构运动简图。
举例 1 小型压力机
举例 2 内燃机
副, ph个高副，则
自由度计算公式: F=3n-(2pl+ph)
举例 3
2
3
1
4
3
2
4
1
5
10 C 11
8 ,9 3
7D B
18
4 A1
机构具有确定运动的条件
• 原动件数 = 机构的自由度
计算平面机构自由度时的注意事项
• 复合铰链：两个以上构件通过回转副并
联在一起
• 局部自由度：机构中某构件所产生的
§1.2 机构运动简图
在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需 要绘出其机构运动简图。 1. 机构运动简图的定义 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， 采用运动副及常用 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化图形。 机构示意图 按比例绘出不严格的，只表示机械结 构状况的简图。
§1.1 机构的组成
1.构件 2.运动副 3.运动链 4.机构
构件
机构是怎样组成的？
• 连接：运动副 • 运动单元：构件 • 运动单元+连接 运动链 • 运动链+机架 机构
运动副:两个构件直接接触并产生某 些相对运动的可动联接
10 C 11
8 ,9 3
7D B
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来自百度文库4 A1
§1.3 机构具有确定运动的条件 构件自由度 : 构件具有独立运动参数的数目 机构自由度 : 机构具有独立运动参数的数目
一个构件的平面运动有三个自由度
• 无约束
平面运动副的约束
平面运动副的约束
高副约束1个自由度
§1.4 平面机构的自由度计算公式 n个活动构件（不包括机架）, pl个低
局部运动并不影响整个机构中其它构件的 运动
• 虚约束：机构中某些运动副或某些运动
副与构件的组合所形成的约束与其它约束 重复而不再起作用
举例 4
F 3n 2 pl ph 35260 3
F 3n 2 pl ph 33231 2
F 3n 2 pl ph 34260 0
• 两个构件上参加接触的运动副表面 称运动副元素，运动副的元素是点、 线、面。
运动副分类： 空间和平面运动副
平面运动副
空间运动副
平面运动副：两构件相对运动为平面运动 的运动副
低副：面接触的运动副（回转副、移动副）
高副: 点、线接触的运动副
平面运动副符号：
空间运动副的符号
3.运动链 运动链：构件通过运动副联接而成的相对可动的系统。
运动链成为机构的条件：将运动链的一个构件固定， 当它的一个或几个构件作独立运动时，其余构件随之作 确定的运动，这种运动链便成为机构。
显然，不能运动或无规则乱动的运动链都不能成为 机构。
为使运动链获得确定的相对运动，构件的总数、运动 副类型和数量以及独立运动数目必须符合一定的关系， 将在自由度计算中加以论述。
第一章 机构的组成及其自由度的计算
§1.1 机构的组成 §1.2 机构运动简图 §1.3 机构具有确定运动的条件 §1.4 平面机构自由度的计算 §1.5 平面机构的组成原理和结构分析
本章的主要内容
1、主要内容 • 机构的组成及其具有确定运动的条件 • 机构运动简图及其绘制 • 机构的组成原理和机构的结构分类 2、重点 • 机构具有确定运动的条件和平面机构自由度的
凸轮机构:
举例 6
小结：掌握机构自由度的计算方法； 机构具有确定运动的条件； 基本杆组拆分的原则及方法。
所拆杆组中，级别最高的杆组为 该机构的杆组级别
颚式破碎机 机构简图及杆组拆法
组成原理：原动件+机架+杆组 （F=0)
平面机构中的高副低代
高副低代的原则：
• 代替前后机构的自由度完全相同 • 代替前后机构的瞬时速度和瞬时
加速度完全相同
高副低代的方法： 二高副元素在接触点处的曲率中心用
一构件和两个低副代替
虚约束注意事项
• 两构件连接前后轨迹重合点 • 两构件某两点间的距离始终不变 • 两构件组成多个移动副 • 两构件组成多个转动副 • 不影响机构运动的重复部分
§1.5 平面机构的组成原理 和结构分析
• 组成原理 • 结构分类 • 结构分析
基本杆组：（低副）
构件组去掉机架和原动件后剩下的F=0 的最小运动链。
F=3n-2pl =0 级别 Ⅱ Ⅲ： n24 pl 3 6
结构分类：杆组为几级？什么形式？
例如Ⅱ级组：二杆三副组
外接副：与杆组以外的构件相连的运动副 内接副：与杆组内部的构件相连的运动副
例如Ⅲ级组：三杆六副组 特点：其中一个构件上有三个内接副
举例 5
结构分析：
从远离原动件的构件开始，尽可 能拆成最低的杆组，每拆完一个杆 组，保证剩下的杆组自由度为零。 对剩下的杆组再拆时，仍从最远端 开始拆，每拆一次杆组，均从最低 级的杆组开始，无法拆时，再试拆 高一级的杆组。
2.机构运动简图的绘制
绘制方法及步骤： （1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，
查明组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置； （2）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
出各运动副和机构的符号，最后用简单线条连接即得 机构运动简图。
举例 1 小型压力机
举例 2 内燃机
副, ph个高副，则
自由度计算公式: F=3n-(2pl+ph)
举例 3
2
3
1
4
3
2
4
1
5
10 C 11
8 ,9 3
7D B
18
4 A1
机构具有确定运动的条件
• 原动件数 = 机构的自由度
计算平面机构自由度时的注意事项
• 复合铰链：两个以上构件通过回转副并
联在一起
• 局部自由度：机构中某构件所产生的
§1.2 机构运动简图
在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需 要绘出其机构运动简图。 1. 机构运动简图的定义 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， 采用运动副及常用 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化图形。 机构示意图 按比例绘出不严格的，只表示机械结 构状况的简图。