精密机械设计基础第四章平面机构的结构分析
精密机械设计基础4-2
C D4
A 1 B
3
2
5
E
视频
6
13
7
第四章 机构的结构分析
例题一：绘制图示颚式破碎机的机构运动简图
1
6
A
B
4
2
3
5
8
第四章 机构的结构分析
例题二：绘制图示偏心轮传动机构的运动简图
提示： 偏心轮2为原动件
9
第四章 机构的结构分析
例题二：绘制图示偏心轮传动机构的运动简图
10
第四章 机构的结构分析
11
第四章 机构的结构分析
12
第四章 机构的结构分析
2 从动件
确定运动！
3 4
1原动件
机架
第四章 机构的结构分析
例：油泵机构 1圆盘 2柱塞 3 摇块 4机架
B 1 A
2 3
C
4
视频
4
第四章 机构的结构分析
机构运动简图的绘制 ➢ 分析机械的结构和工作原理，沿着运动传递
路线，找出原动件、工作执行构件及机架。 ➢ 确定构件数，运动副的数目、类型和相对位
第四章 机构的结构分析
1
第四章 机构的结构分析
常 用 平 面 运 动 副 表 示 法
2
第四章 机构的结构分析
机构中构件类型 ➢ 机架：固定构件；一般相对地面固定不动。 ➢ 原动件：按给定已知运动规律独立运动的构
件；常以转向箭头表示。 ➢ 从动件：其余活动构件；其运动规律决定于
平面机构的结构分析ppt课件
n=6 PL=7 PH=2
F=36-2 7-2=2
G
C
H D
E B
F A
I
§1-5.平面机构的组成原理和构造分析
〔1〕高副低代
高副低代的普通方法：在接触点两轮廓曲率 中心处，用两个转动副联接一个构件来替代 这个高副。
高副低代的几种特例
二、平面机构组成原理
杆组：不可再分的、自在度为零的运动链。 杆组需满足的条件：F=3n－2PL＝0 PL＝3n/2
时
C
j1 • F=3×3-2×4-0=1
B D
A
E
F=3×4-2×5-0=2
结论:F>0,F=原动件数时,机 构具有确定的运动
2.F>0,但F>原动件时, 结论:机构的运动不确定.
3.当F>0,但F<原动件时: 结论:机构会遭到破坏.
4.当F<=0时:
结论:不能运动 n = 2 Pl= 3
F = 3×2 – 2×3= 0 (桁架)
O2 A
O3
1
6 1
3
4 DC
O 52
B
6 J K 7
MF5Eຫໍສະໝຸດ G4 3H 8’ D
C
8
N
2
A 1’B
0 1
§1-4.平面机构的自在度
1. 一构件、的平自面在机度构的3.自两在构度件用运动副联接后，
彼此的相对运动遭到某些约束。
Y
A
低副引入两个约束！
O
X
2.机构自在度是指 机构中各活动构件
相对于机架的独立 运动数目。
第一章
平面机构的构造分析
主要内容：
１〕平面机构运动简图的绘制
精密机械设计基础第4讲平面机构的结构分析
§4—4 平面机构的自由度计算
例：计算平面运动链自由度
2 1
3 4
5
n=4
P4 = 1 P5 = 5
F = 3×4 – 2×5 – 1 = 1 精密机械设计基础第4讲平面机构的
结构分析
§4—4 平面机构的自由度计算
运动链成为机构的条件
Fa = 3×2 - 2×3 = 0 Fb = 3×3 - 2×5 = -1
精密机械设计基础第4讲平面机构的 结构分析
场合一：两个构件之间形成多个运动副
F = 3×1 - 2×2 = -1
解决方案 计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用，认为
两个构件之间只形成一个运动副
F = 3×1 - 2×1 = 1
两个构件之间形成多个与导路重合或平行的移动副
精密机械设计基础第4讲平面机构的 结构分析
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
精密机械设计基础第4讲平面机构的 结构分析
§4—3 平面机构的运动简图
精密机械设计基础第4讲平面机构的 结构分析
§4—3 平面机构的运动简图
构件与运动副的表达方法 P69表4－1
机架
A B
机架和活动构件通过转动副联接
机架和活动构件通过移动副联接 精密机械设计基础第4讲平面机构的 结构分析
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
精密机械设计基础第4讲平面机构的 结构分析
§4—4 平面机构的自由度计算
机构的自由度：
机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目。
《精密机械基础》知识点汇总知识分享
精密机械设计考试重点整理第二章工程材料和热处理低碳钢：含碳≤0.25% 中碳钢：含碳0.25%~0.60% 高碳钢：含碳＞0.60%第四节钢的热处理（P23）普通热处理：退火、正火、淬火、回火表面热处理：表面淬火、化学热处理第四章平面机构的结构分析机构是按一定方式联接的构件组合体。
使两构件直接接触，而又能产生一定相对运动的联接（可动联接）称为运动副。
点接触或线接触的运动副成为高副；面接触的运动副称为低副。
机构运动简图的画法（P67例题4-1）第四节平面机构的自由度构件所具有的独立运动数目称为自由度，做平面运动的自由构件具有三个自由度。
机构自由度计算公式F=3n-2P L-P H自由度等于1的机构，在具有一个原动件时运动是确定的。
机构自由度、原动件数目与机构运动之间的关系：①当F≤0时，构件间不可能具有相对运动；②当F＞0时，原动件数大于机构自由度，机构会遭到损坏；原动件数小于机构自由度，机构运动不确定；③只有当原动件数等于机构自由度时，机构才具有确定的运动。
计算机构自由度时应注意的事项：（P69）①复合铰链：在同一轴线上有两个以上的构件用转动副联接时，则形成复合铰链。
若有m个构件用复合铰链联接时，则应含有（m-1）个转动副。
②局部自由度：在有些机构中，某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动，把这些构件所产生的这种局部运动的自由度称为局部自由度。
③虚约束：在机构中，有些运动副的约束可能与其他运动副的约束重复，因而这些约束对机构的运动实际上并无约束作用，这类约束称为虚约束。
第五节平面机构的组成原理和结构分析高副低代（P71）（什么是高副低代？怎么样代？特殊情况？）不能再拆的最简单的自由度为零的构件称为组成机构的基本杆组。
由二个构件三个低副组成，称之为Ⅱ级杆组，是应用最广的杆组。
平面机构的结构分析（P74）第五章平面连杆机构平面连杆机构是由若干刚性构件用低副（回转副、移动副）联接而成的一种机构，主要作用是用来传递运动、放大位移或改变位移的性质。
平面机构的结构分析
平面机构的结构分析
平面机构是一种由多个连接体组成的机械结构，可以用来传递力和运动。
平面机构通常由连杆、转动副和滑动副组成，可以用来实现直线运动、旋转运动等。
在平面机构中，连杆是连接各个连接体的基本元素，它们可以是刚性的，也可以是柔性的。
转动副和滑动副则是连接连杆的关节，用来传递运动或者力的。
转动副能够使连杆产生相对转动运动，滑动副则能使连杆产生相对滑动运动。
根据不同的传动方式，平面机构可以分为平行四杆机构、串联四杆机构、曲柄摇杆机构等。
平行四杆机构由四个长度相等、平行的连杆组成，可以实现直线运动。
串联四杆机构则由多个连杆相互连接组成，可以使得最后一个连杆产生复杂的轨迹运动。
曲柄摇杆机构由一个转动副和一个滑动副组成，可以实现旋转运动。
在设计和分析平面机构时，需要考虑到各个连接体之间的角度关系、长度关系以及运动规律。
通过运用静力学、运动学和动力学等原理，可以对平面机构进行有效地分析和设计，来确定各个连接体之间的关系和运动规律，以实现所需的运动或者力传递。
总之，平面机构是一种重要的机械结构，通过对其结构和运动规律的分析，可以有效地实现力和运动的传递，被广泛应用于各种机械设备和工程中。
2023大学_精密机械设计(庞振基黄其圣著)课后答案
2023精密机械设计(庞振基黄其圣著)课后答案精密机械设计(庞振基黄其圣著)内容简介前言基本物理量符号表绪论第一章精密机械设计的基础知识第一节概述第二节零件的工作能力及其计算第三节零件与机构的误差估算和精度第四节工艺性第五节标准化、系列化、通用化第六节零件的设计方法及其发展思考题及习题第二章工程材料和热处理第一节概述第二节金属材料的力学性能第三节常用的工程材料第四节钢的热处理第五节表面精饰第六节材料的选用原则思考题及习题第三章零件的几何精度第一节概述第二节极限与配合的基本术语和定义第三节光滑圆柱件的极限与配合及其选择第四节形状与位置公差及其选择第五节表面粗糙度及其选择思考题及习题第四章平面机构的结构分析第一节概述第二节运动副及其分类第三节平面机构的运动简图第四节平面机构的自由度第五节平面机构的组成原理和结构分析思考题及习题第五章平面连杆机构第一节概述第二节铰链四杆机构的基本型式及其演化第三节平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念第四节平面四杆机构的设计思考题及习题第六章凸轮机构第一节概述第二节从动件常用运动规律第三节图解法设计平面凸轮轮廓第四节解析法设计平面凸轮轮廓第五节凸轮机构基本尺寸的确定思考题及习题第七章摩擦轮传动和带传动第一节概述第二节磨擦轮传动第三节磨擦无级变速器第四节带传动第五节同步带传动第六节其它带传动简介思考题及习题第八章齿轮传动第一节概述第二节齿廓啮合基本定律第三节渐开线齿廓曲线第四节渐开线齿轮各部分的名称、符号和几何尺寸的计算第五节渐开线直齿圆柱齿轮传动第六节渐开线齿廓的切制原理、根切和最少齿数第七节变位齿轮第八节斜齿圆柱齿轮传动第九节齿轮传动的失效形式和材料第十节圆柱齿轮传动的强度计算第十一节圆锥齿轮传动第十二节蜗杆传动第十三节轮系第十四节齿轮传动精度第十五节齿轮传动的空回第十六节齿轮传动链的设计思考题及习题第九章螺旋传动第一节概述第二节滑动螺旋传动第三节滚珠螺旋传动第四节静压螺旋传动简介思考题及习题第十章轴、联轴器、离合器第一节概述第二节轴第三节联轴器第四节离合器思考题及习题第十一章支承第一节概述第二节滑动摩擦支承第三节滚动摩擦支承第四节弹性摩擦支承第五节流体摩擦支承及其它形式支承第六节精密轴承思考题及习题第十二章直线运动导轨第一节概述第二节滑动摩擦导轨第三节滚动摩擦导轨第四节弹性摩擦导轨第五节静压导轨简介思考题及习题第十三章弹性元件第一节概述第二节弹性元件的基本特性第三节螺旋弹簧第四节游丝第五节片簧第六节热双金属弹簧第七节其它弹性元件简介思考题及习题第十四章联接第一节概述第二节机械零件的联接第三节机械零件与光学零件的联接思考题及习题第十五章仪器常用装置第一节概述第二节微动装置第三节锁紧装置第四节示数装置第五节隔振器思考题及习题第十六章机械的计算机辅助设计第一节概述第二节计算机辅助设计系统的原理与构成第三节表格和线图的处理第四节机械优化设计第五节设计举例思考题及习题参考文献精密机械设计(庞振基黄其圣著)目录本书对精密机械及仪器仪表中常用机构和零部件的工作原理、适用范围、结构、设计计算方法，以及工程材料、零件几何精度的基础知识等诸方面均作了较为详细的阐述。
精密仪器习题答案
4-9 试计算图4-27所示平面机构自由度。将其中高副化为低副。确定 机构所含杆组的数目和级别以及该机构的级别。
Ⅲ级
F = 3n-2PL-PH = 3×6-2×8-1 = 1高副ຫໍສະໝຸດ 代：虚约束 局部自由度 Ⅱ级
含1个Ⅱ级构杆组，1个Ⅲ级杆组， 为Ⅲ级机构
F = 3n-2PL-PH = 3×5-2×7-0 = 1
4-7 试计算图4-25示平面机构的自由度。
F = 3n-2PL-PH = 3×7-2×10-0 = 1
4-8 试计算图4-26所示平面机构的自由度。
局部自由度
F = 3n-2PL-PH = 3×3-2×3-2 = 1
4-8 试计算图4-26所示平面机构的自由度。
齿轮传动高副
F = 3n-2PL-PH = 3×6-2×8-1 = 1
4-9 试计算图4-27所示平面机构自由度。将其中高副化为低副。确定 机构所含杆组的数目和级别以及该机构的级别。
F = 3n-2PL-PH = 3×8-2×11-1 = 1
Ⅱ 级 Ⅱ 级 Ⅱ 级
高副低代：
Ⅱ 级
原 动 件
含4个Ⅱ级杆组 为Ⅱ级机构
4-6 试画出图4-24所示机构的运动简图,并计算其自由度?
F = 3n-2PL-PH = 3×3-2×4-0 = 1
4-6 试画出图4-24所示机构的运动简图,并计算其自由度?
F = 3n-2PL-PH = 3×3-2×4-0 = 1
4-7 试计算图4-25示平面机构的自由度。
复合铰链
虚约束
精密机械设计基础
习题讲解
—— 第四章 平面机构的结构分析
4-1 何谓运动副和运动副要素？运动副是如何进行分类的？
由两个构件直接接触而组成的可动的连接称为运动副。 两个构件上参与接触而构成运动副的点、线、面等元素被称为运 动副要素。 运动副有多种分类方法： 按照运动副的接触形式分类：面和面接触的运动副在接触部分的 压强较低，被称为低副，而点、线接触的运动副称为高副。 按照相对运动的形式分类：构成运动副的两个构件之间的相对运 动若是平面运动则为平面运动副，若为空间运动则称为空间运动 副，两个构件之间只做相对转动的运动副被称为转动副，两个构 件之间只做相对移动的运动副称为移动副。
(4.1.1)--精密机械设计第4章
第4章 平面连杆机构4.1 铰链四杆机构的基本形式和特性请大家先来看下面的概念，一个是平面连杆机构的概念，它指的是是若干构件用平面低副（回转副和移动副）连接而成的机构，而平面连杆机构的作用则是在精密机械中，是用来传递运动、放大位移或改变位移的性质。
请看下图表示的铰链四杆机构，构件之间全部用回转副连接的平面四杆机构，它是平面四杆机构的最基本的形式，铰链四杆机构其中，固定不动的杆4是机架；与机架用回转副相连的杆1和杆3是连架杆；不与机架直接连接的杆2是连杆。
铰链四杆机构分为三种基本形式: 1曲柄摇杆机构2双曲柄机构3双摇杆机构4.1.1 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构：两个连架杆中一个为曲柄而另一个为摇杆。
通常曲柄1为原动件，作匀速转动；而摇杆3为从动件，作变速往复摆动。
下图所示的为调整雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构。
曲柄1缓慢地匀速转动，通过连杆2，使摇杆3在一定角度范围内摆动，从而调整天线俯仰角的大小。
雷达调整机构曲柄摇杆机构有下面几个重要特性：1．急回特性曲柄摇杆机构急回特性我们看上图，急回运动特性可用行程速比系数K 表示，即 211122180°180°v t K v t ϕθϕθ+====-或 1180¡ã1K K θ-=+式中 θ——极位夹角，即曲柄在两极限位置时所夹锐角。
上式表明: 机构的极位夹角θ越大，K 也越大，则机构的急回特征越显著。
因此，四杆机构有无急回运动特性取决于机构运动中有无极位夹角。
对于一些要求有急回作用的机械，如牛头刨床、往复式运输机械等，常常根据所需要的K 值，算出极位夹角θ，再进行设计。
压力角与传动角2．压力角和传动角设计平面连杆机构时，不仅要求连杆机构能实现预定的运动规律，而且要求机构运转轻便，传动效率高。
上图所示的曲柄摇杆机构，若不考虑各构件的重力及运动副中摩擦力的影响，则力由主动件AB 通过连杆BC 传递给从动件CD 上。
C 点的力F 将沿着BC 方向，C 点速度c v 的方向将垂直于CD ，则力F 与c v 之间的夹角α称为压力角。
精密机械设计第4章平面连杆机构
点绝对速度VC之间所夹的锐角。 分析: BC是二力杆,驱动力F沿BC方向
VC沿连杆BC (⊥CD)
α↓ → 有效力
Ft= Fcosα↑ →（方便）
2.传动角γ
传动角：连杆与从动杆所夹锐角 =90°－ 压力角越小(即传动角越大)，有用的分力越大。
所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。
γ↑ Ft↑ 对传动有利。
为能定量描述急回运动，将回程平均速度V2 与工作行程平均 速度V1之比定义为行程速度变化系数 K
(5-4)
θ－极位夹角(摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角) θ↑→K ↑ →急回运动性质↑
设计时往往先给定 K 值，再计算θ，即
180 K1
K1
(5-5)
三、压力角和传动角
1.压力角α
作用在从动件上的驱动力F与该力作用
2 . 双曲柄机构：
连架杆均为曲柄→ ┌主动曲柄: 匀速转动 └从动曲柄: 变速转动
作用：将等速回转转变为等速或变速回转。
二.急回运动和行程速比系数 （以曲柄摇杆机构为例）
从动件作往复运动的平面连杆机构中，若从动件工作行程的平 均速度小于回程的平均速度，则称该机构具有急回特性。
工作行程时间＞空回行程时间
曲柄从ab即该机构具有急回特性极位夹角摇杆处于两极位时对应曲柄所夹锐角5554设计时往往先给定值再计算即为能定量描述急回运动将回程平均速度v与工作行程平均速度v三压力角和传动角1
精密机械设计第4章平面连杆机构
2021/5/19
CSZ
1
第四章 平面连杆机构
平面连杆机构
平面机构+低副联接 (转动副、移动副) 最常用→平面四杆机构（ 四个构件→四根杆)
死点
→ 机构运动卡死 机构运动不确定
精密机械设计 第4章 平面连杆机构PPT课件
3.双摇杆机构－连架杆均为摇杆
例: 鹤式起重机的变速机构: CD(杆3)为原动件, 悬挂重 物的E 点在连杆上→保持E点运动轨迹在近似水平线上。 （平移货物→平稳、减小能量消耗）
10
二.急回运动和行程速比系数 （以曲柄摇杆机构为例）
从动件作往复运动的平面连杆机构中，若从动件工作行程的平 均速度小于回程的平均速度，则称该机构具有急回特性。
t1(18 0 )/
V1 C1C2 t1 C 1C 2 /1 ( 8 0)
曲柄从AB2 继续转过180°-θ到AB1时为回程，所花时间为t2 ,此 时摇杆从C2D摆到C1D，平均速度为V2 ,那么有
t2(18 0)/
V2 C1C2 t2 C 1 C 2 /1 ( 8 0)
显然 t1 >t2 V2 > V1 即该机构具有急回特性
曲柄滑块机构 导杆机构 摇块机构 定块机构
→滑块移动 →滑块移动＋摆动 →滑块摆动
→滑块为固定件
C
C
C
C
B A
曲柄滑块机构
B
A
导杆机构
B A
摇块机构
B
A
定块机构
23
4.双滑块机构
a φ
S
sasin
正弦机构
S
φ a
satan
正切机构
24
问答
问题提问与解答
HERE COMES THE QUESTION AND ANSWER SESSION 25
点绝对速度VC之间所夹的锐角。
分析: BC是二力杆,驱动力F沿BC方向
VC沿连杆BC (⊥CD)
α↓ → 有效力
Ft= Fcosα↑ →（方便）
14
2.传动角γ
精密机械设计基础5-4
第四节 平面四杆机构的设计
转动副B变为移动副 正切机构
s a tan
s
a
第四节 平面四杆机构的设计
低副高代（简化机构，改善工艺）
s
正弦机构 正切机构
➢ 应用
仪器仪表中， 正弦和正切 机构常用于 将直线位移 转变为角位 移。
正弦 机构
第四节 平面四杆机构的设计
奥
立氏Βιβλιοθήκη 式测光微
学
仪
比
简
较
1) 条件相同时，正弦机构的原理误差是正切 机构的1/2。
2) 测杆移动副的间隙对正弦机构精度没有影 响，但对正切机构影响大。
第四节 平面四杆机构的设计
2. 在测量范围一定的情况下，若摆杆长度α增大，则 减小，
从而原理误差大大减小，并且制造亦较容易。因此，在结 构条件允许时，应尽量增大摆杆长度 。
杠杆测量仪表的测量范围一 般为±0.3mm ，摆杆长度一 般不应小于3.5~4.5mm 。
双
a，i，为保证总传动 杠
比，多用双杠杆或杠杆
杆 测
齿轮传动。
微 仪
简
图
3. 采用参数a可调整的结构
a0
s1 m a x
a0 3max
6
第四节 平面四杆机构的设计
a0 a s(s a0 a sin)
最佳调整
ds a
非线性机构
第四节 平面四杆机构的设计
➢ 正弦机构原理误差
第四节 平面四杆机构的设计
由于采用机构的传动特性与要求的传动特性不 相符而引起的误差。设计时必须把这种误差限制在 最小范围内。
0 0 s a sin 线性度盘 s ' a
误差 s s ' s a a sin
(完整word版)精密机械设计基础习题答案(裘祖荣)
第一章 结构设计中的静力学平衡1-1 解:力和力偶不能合成；力偶也不可以用力来平衡.1—2 解:平面汇交力系可以列出两个方程，解出两个未知数。
取坐标系如图,如图知 ()100q x x =1-3 解:则载荷q （x ） 对A 点的矩为 1-4 解：1）AB 杆是二力杆，其受力方向如图，且F A ’＝F B ’2）OA 杆在A 点受力F A ,和F A ’是一对作用力和反作用力。
显然OA 杆在O 点受力F O ，F O 和F A 构成一力偶与m 1平衡，所以有代入OA = 400mm ，m 1 = 1N m,得 F A =5N 所以F A ’＝F A ＝5N ， F B ’＝ F A ’＝5N ，即 杆AB 所受的力S ＝F A ’＝5N3）同理，O 1B 杆在B 点受力F B ，和F B ’是一对作用力和反作用力,F B ＝F B '＝5N ；且在O 1点受力F O1,F O1和F B构成一力偶与m 2平衡，所以有 210B m F O B -⋅= 代入O 1B =600mm ，得 m 2=3N 。
m. 1— 5解：1）首先取球为受力分析对象，受重力P ，墙 壁对球的正压力N 2和杆AB 对球的正压力N 1，处于平衡.有：1sin N P α⋅= 则 1/sin N P α=2)取杆AB 进行受力分析，受力如图所示,杆AB 平衡，则对A 点的合力矩为0：3)根据几何关系有后解得:2211/cos 1sin cos cos Pa Pa T l l αααα+=⋅=⋅- 最当2cos cos αα-最大，即＝60°时，有T min ＝4Pal。
Xq(x)F B ’AB F A ’ F Am 1OF Om 2O 1F BF O1N 1 N 2A DN 1’αBD F AY F AX1-6 解：1）取整体结构为行受力分析,在外力（重力P 、 在B 点的正压力F B 和在C 点的正压力F C ）作用下平衡，则对B 点取矩，合力矩为0：解得 (1)2C a F P l =-,2B C aF P F P l=-=2）AB 杆为三力杆,三力汇交,有受力如图 所示。
精密机械设计-4
n=3, PL=5, PH=0 F=3n－2PL－PH =3*3-2*5=-1
=3*2-2*3=0
n=3, PL=4, PH=0 F=3n－2PL－PH
n=4, PL=5, PH=0 F=3n－2PL－PH
=3*3-2*4=1
=3*4-2*5=2
讨论
n=2, PL=3, PH=0 F=3n－2PL－PH
连杆机构
凸轮机构
齿轮机构
一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含一种机构。
什么是机构呢？
机构可以定义为：是一个具有确定的机械运动的构件
系统，或称它是用来传递运动和动力的可动装置。
本章主要研究机构的结构分析与综合
其目的是：
１、研究组成机构的要素及机构具有确定运动的条件
２、研究机构的组成原理
３、研究机构运动简图的绘制 ４、研究机构结构的综合方法
（１）运动副是一种联接；
（２）运动副由两个构件组成；
（３）组成运动副的两个构件之间有相对运动
运动副要素：
两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、面）
以上是机构的两大组成要素 可以说：机构是由运动副逐一联接各个构件组成的。
二、运动副的分类
1 按照运动副的相对运动形式分类
平面运动副、空间运动副 2 按照运动副的接触形式分类 低副、高副 3 按照运动副引入的约束数目分类 n 级副 n = 1, 2 … 5
第二节 运动副及其分类
一、机构的组成要素 机构的组成要素是： １、构件
作为一个整体参与机构运动的刚性单元体称为构件
一个构件，可以是不能拆开的单一整体，也可能是由若 干个不同零件组装起来的刚性体。
例如：
２、运动副
由两个构件直接接触而产生一定相对运动的联接称为 运动副。
平面机构的结构分析
运动链：由多个构件组成的运动系统 运动链的组成：主动件、从动件、固定件、运动副 运动链的运动：平移、转动、复合运动 运动链的分析方法：图解法、解析法、数值法
优化目标：提高 机构的效率、稳 定性和可靠性
优化方法：采用计 算机辅助设计 （CD）和计算机 辅助工程（CE） 技术
优化内容：包括 机构尺寸、形状、 材料、运动参数 等
Prt Six
装配：用于装配各种机械设 备和零部件
机械加工：用于加工各种零 件和工件
检测：用于检测机械设备的 性能和精度
维护：用于维护和保养机械 设备
飞机起落架：用于支撑飞机在地面和空 中的稳定
飞机舵面：用于控制飞机的飞行姿态和 方向
航天器太阳能电池板：用于收集太阳能 为航天器提供电力
航天器天线：用于接收和发送信号保证 航天器与地面的通信
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
凸轮机构的工作原理：凸轮与从动 件的接触运动
凸轮机构的优缺点：优点是结构简 单、易于制造；缺点是运 应用领域：广泛应用于机械、汽车、航空等领域 结构特点：具有啮合传动、传递运动和动力的功能 实例分析：以某款汽车变速箱为例分析其齿轮机构的结构、工作原理和性能特点
平面内运动
运动分析：分 析平面机构的 运动规律包括 位移、速度、
加速度等
应用：用于设 计、优化和改 进平面机构提 高其性能和可
靠性
静力学分析的目的：研究机构在静 载荷作用下的受力情况
静力学分析的内容：包括机构各构 件的受力、变形和应力分布等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
静力学分析的方法：利用静力学平 衡方程求解
,
汇报人：
01 02 03 04 05
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（2）开式链（图4-5b）：运动链中有的构件只 包含一个运动副元素
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
（1）闭式链(图4-5a) ：组成运动链的每个构件 至少包含两个运动副要素 （2）开式链（图4-5b）：运动链中有的构件只 包含一个运动副元素
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
3、例题4-2试计算图4-14a所示大筛机构的自由 度。
解：图4-14a中，滚子具有局部自由度。
E和E’为两构件组成导路平行的移动副，其中之一为虚约束。
今将局部自由度、虚约束和弹簧除去之后得图4-14b。 因 n= 7,PL＝ 9，PH=1，
F= 3×4 - 2×6= 0
计算结果与机构实际运动情况不符。
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
2、机构的虚约束常发生在下述几种情况：
（l）当不同构件上两点间的距离保持恒定时，若 在两点间加上一个构件和两个转动副，虽不改变 机构运动，但却引人一个虚约束。（图4-11）
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
3、机构自由度、原动件数目与机构运动的 关系： ①当F≤O时，构件间不可能有相对运动。 ②当F＞O时，原动件数大于机构自由度，机构 会遭到损坏； 原动件数小于机构自由度，机构运动不确定； 只有当原动件数等于机构自由度时，机构才 具有确定的运动。
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
5、例题4-1
试画出(图4－4a)所 示油泵机构的运动 简图。
解： 此机构主要由圆 盘l、导杆2、摇块3 和机架4等四个构件 组成，其中构件1为 原动件，构件4为机 架。
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
第四节 平面机构的自由度
一、机构自由度 １、运动链：若干构件以运动副联接成的系统 ２、分类：闭式链和开式链两种类型
三、运动副要素：组成运动副的点、线、面
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
四、自由度：构件所具有的独立运动数目（或 确定构件位置的独立参变量数）
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
五、约束：对独立运动的限制。 六、平面运动副的三种形式： １、相对自由度为一的运动副（面）（二 约束） ２、相对自由度为二的运动副（点、线） （一约束） 七、平面低副：面（二约束） 八、平面高副：点、线（一约束）
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
二、机构的组成原理 1、机构的组成原理： 任何机构都可以看做是由若干个基本杆
组依次联接于原动件和机架上而构成的
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
2、 基本杆组
F＝ 3×3 － 2×3 － 1＝ 2
计算结果与实际机构运动不符。这 是由于圆形滚子绕其自身轴心的自 由转动，并不影响其它构件的运动 （如图4-10b）所示。
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
将滚子和顶杆焊在一起时，并不影响其它构 件的运动
在该处设置滚子的目的，只是为了减轻凸轮轮面的磨损， 而在计算机构自由度时，应除去不计。
精密机械设计基础第四 章平面机构的结构分析
2020/11/30
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
第一节
概述
１、机构：按一定方式联接的构件组合体，
２、用途：用来传递运动和力或改变运动的形 式。
３、机构的特点：具有确定的运动。
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
４、研究机构的目的： （１）讨论运动的可能性、确定性 （２）分类、建立分析机构运动、动
杆组外，还可能有其它高级杆组。图4-19所示的
三种结构形式，均由四个构件六个低副所组成，而且都有一 个包含三个低副的构件，此种基本杆组特称为Ⅲ级组。
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
3、机构的形成 如图4-20所示，将图b所示Ⅱ级杆组2-3
并接到图a所示的原动件1和机架4上便得到图 C所示的四杆机构；
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
5、机构的级别：取决于组成机构的基本杆 组的
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
替代前后两机构的自由度也完全相同。
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
3、如何高副低代 高副低代最简单的方法就是用两个转动
副和一个构件来代替一个高副。
如果两接触轮廓之一为直线，如图4-16a所示，而直线的曲 率中心趋于无穷远，所以该转动副演化成移动副。如图416b、c所示。如果两接触轮廓之一为一点，如图4-17a，那 么因为点的曲率半径为零，所以，其代替方法如图4-17b。
公法线n-n方向的移动受到约束，构件2相对 于构件。
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
第三节平面机构的运动简图
1、机构的运动简图 用简单的线条和符号来代表构件和运动
副，并按一定比例表示各运动副间的相对位 置。这种表明机构各构件间相对运动关系的 简单图形称为机构运动简图。 ２、示意图
F＝ 3×5 - 2×7 - 0＝ l
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
（二）局部自由度 局部自由度： 机构中某些构件所产生的局部运动，并
不影响其它构件的运动。我们把这些构件所 产生的这种局部运动的自由度，称为局部自 由度。
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
图4-10a为一凸轮机构， 其中凸轮1为原动件，滚 子2和顶杆3为从动件。 如果不小心其自由度的 计算常按n＝ 3,PL＝ 3,PH＝ 1 计算
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
七、平面低副：面（二约束） 1、转动副（图4-2a） 2、移动副（图4-2b）
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
八、平面高副：点、线（一约束） （图4－3） 具有一个约束而相对自由度等于2的平面
运动副(如图4-3)所示。 在这种由曲线构成的运动副中，构件2沿
F= 3×7 - 2×9 - l＝ 2
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
第五节 平面机构的组成原理和结构分析
一、平面机构的高副低代 1、 高副低代： 将机构中的高副根据一定的条件虚拟地 以低副来加以代替 2、 高副低代必须满足的条件是： 机构的运动保持不变，代替机构和原机 构的自由度、瞬时速度和瞬时加速度必须完 全相同。
图 4-10a所示凸轮机构 n＝ 2， PL= 2，PH=1， F= 3×2 - 2×2 - 1＝ 1
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
（三）虚约束
1、虚约束
有些运动副的约束可能与其它运动副的 约束重复，因而这些约束对机构的运动实际 上并无约束作用。（图4－11a、图4-11b）
连杆2作平移运动，其上各点的轨迹均为圆心在AD线 上而半径等于AB的圆弧。该机构的自由度为F= 3×3 2×4= 1 如在机构中再加一构件5，与构件l、3平行而且长度相等 （），这对该机构的运动不会产生任何影响，但此时机构的 自由度却变为
便有一个确定的位置。
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
2、构件组自由度为2时 图4-7所示为一铰 链五杆机构。n＝ 4， pl＝ 5， pH＝ 0，
F＝3x4－2x5-0＝2 。
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
3、构件组自由度小于或等于0时 图4-8a所示 的构件组合， n＝ 4， Pl＝ 6， PH＝ 0，由 式（4-l）可得
（1）满足条件
设基本杆组由n个构件和PL个低副组成
F＝ 3n － 2PL= 0
即
3n ＝2PL
由于n和PL必为整数，故
n 2 4 6…
PL 3 6 9…
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
（2）Ⅱ级杆组（图4－18） n= 2，PL＝ 3，即由二个构件三个低副组成。
（3）较高级的基本杆组（图4-19） 在少数结构比较复杂的机构中，除了Ⅱ级
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
３、机构： 将运动链的一个构件固定为机架，另一
个或几个构件（作为原动件）作独立运动时， 其余构件（为从动件）即随之作确定的运动， 该运动链便成为机构。
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
４、机构自由度： 机构中各构件相对于机架的所能有的独立运
动的数目称为机构的自由度。其计算公式 ： F＝ 3n - 2PL - PH
（2)当两构件构成多个移动副而其导路又互相平行 时或两构件构成多个转动副，而其轴线互相重合 时，则只有一移动副或一个转动副起约束作用， 而其余的都视为虚约束。（图4-12）
（3）机构中对运动不起作用的对称部分会出现虚 约束。（图4-13）所示行星轮系，为了受力均衡采取了三
个行星轮对称布置的结构，而事实上只需一个行星轮便能满足运 动要求。而其它二轮则引人了两个虚约束
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
３、运动副、构件的表示ＧＢ４４６０－８４ （１）构件 （２）机架 （３）运动副
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
精密机械设计基础第四章平面机构的 结构分析
４、绘制机构运动简图步骤： 1）首先要搞清楚所要绘制机械的结构和动作 原理 2）然后从原动件开始，按照运动传递的顺序， 仔细分析各构件相对运动的性质，确定运动 副的类型和数目 3）合理选择视图平面，通常选择与大多数构 件的运动平面相平行的平面为视图平面