机械原理设计机构的结构分析
机械原理平面机构的结构分析主要内容：
第一章平面机构的结构分析本章主要内容：１）平面机构运动简图的绘制２）平面机构自由度的计算及机构具有确定运动的条件３）机构的组成原理及结构分析1-1. 研究机构结构的目的(1) 探讨机构运动的可能性及其具有确定运动的条件(2) 将各种机构按结构加以分类，并按分类建立运动分析和动力分析的一般方法(3) 了解机构的组成原理(4) 绘制机构运动简图1-2. 运动副、运动链和机构一、运动副基本概念：1运动副：两构件直接接触形成的可动联接运动副1 运动副2 运动副2运动副元素：参与接触而构成运动副的点、线、面。
3自由度：构件所具有的独立运动的数目4约束：对独立运动所加的限制运动副的分类：1根据运动副的接触形式，运动副归为两类:1）低副：面接触的运动副。
如转动副、移动副。
2）高副：点或线接触的运动副。
如齿轮副、凸轮副。
2根据两构件的空间运动形式，可将运动副分为平面运动副和空间运动副。
1）平面运动副：组成运动副两构件间作相对平面运动，如转动副、移动副、凸轮副、齿轮副。
2）空间运动副：组成运动副两构件间作相对空间运动。
如螺旋副，球面副运动副的约束特点：具有两个约束而相对自由度等于一的平面运动副：转动副和移动副。
具有一个约束而相对自由度等于二的运动副：高副约束一个相对转动而保留两个相对移动的运动副是不可能存在的。
二、运动链•运动链：两个以上构件以运动副联接而成的系统。
•闭链：组成运动链的每个构件至少包括两个运动副元素，该运动链为封闭系统。
•开链：运动链中有的构件只包含一个运动副元素。
三、机构从运动链的角度，机构需具有下列特点:•1) 运动链中有机架•2) 各构件间有确定的运动1-3．平面机构运动简图一、机构运动简图的定义及作用说明机构各构件间相对运动关系的简单图形.机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表示构件和运动副，并按一定比例表示各运动副的相对位置.•组成：线条和符号•符号：表示运动副二、机构运动简图的绘制1.运动副的表示符号：1)两构件构成转动副2)两构件构成移动副3)两构件组成平面高副用两构件接触点（线）附近的两段轮廓表示2.构件的表示方法将该构件上的运动副元素按其位置表示出来，再用简单的线条将这些运动副联接起来，就可表示这个构件。
机械原理与机械设计：机构的组成原理
两个含有外接副的构 件直接用运动副联接。
(e)
（2） Ⅲ级组(n=4，PL=6) 中心构件
Ⅲ级组基本型
Ⅲ级组其它型举例
Ⅲ级组的结构特征： 三个含有外接副的构件与同一构件（用运动副）联接。
Ⅲ级组基本型
Ⅲ级组其它型举例
第四种形式称为IV级组。 结构特点：有两个三副杆，且4个构件构成四边形结构
内端副━━杆组内部相联。 外端副━━与组外构件相联。
J
H
I
G
F
D
C B
AP
Ⅲ级机构
【解】 以GH为原动件进行 结构分析：
H G
J I
Ⅱ级机构
F
D
C B
AP
本章重点小结
机架 一、构件 + 运动副 运动链 机构 原动件
从动件
基本杆组
二、运动链成为机构的条件：F > 0, 原动件数目等于自由度数目 平面运动链自由度计算方法和注意事项
三、机构运动简图的绘制
不能存在只有一个构件的运动副 或只有一个运动副的构件。
每个杆组拆分后自由度不变
每个构件和运动副都只能属于一 个杆组
机构的级别取决于机构中的基本杆组的最高级别
另一种说法：机构的级别与机构中最高级别基本杆组 的级别一致
3.平面机构的结构分析
结构分析的目的 1）了解机构的组成 2） 确定机构的级别 3）为机构受力分析提供简化方法
机构按所含最高杆组级别命名，如Ⅱ级机构，Ⅲ 级机构等。
杆组：自由度为零的不可再分的运动链。 机构可视为由原动件和若干个杆组构成。
组成原理
任何机构都可以看作是若干个自由度为零的基本杆组依次 联接到原动机和机架上而构成的，机构的自由度等于原动件的
机械原理第1讲结构分析
杆、轴构 件
固定构件
同一构件
两副构件
三副构件
3、机构的表示方法 机构运动简图：用规定符号和简单线条代表运动副和构件，并按一定比例表示各运动
副的相对位置。
机构示意图： 用规定符号和简单线条表示运动副和构件。
差别：机构运动简图需按比例表达出运动副间的相对位置，机构示意图仅能表达机构
的结构情况。
4、机构运动简图的绘制 1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目； 2）确定所有运动副的类型和数目； 3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；
掌握 （3） 机架、原动件、从动件的联系与区别
（4） 运动副的分类与判断
（5） 运动副的表示方法、平面机构运动简图的绘制
熟练掌握 （1） 自由度的计算，机构确定运动的条件
三、重要名词解释 1、机构：能够实现预期的机械运动的各部件的基本组合体称为机构。 2、机器：根据某种使用要求设计，将一种或多种机构组合在一起，用以实现预定运动或用 来传递和交换能源、物料和信息的装置。 3、机械：机器与机构的总称。 4、原动件：驱动力作用的构件。 5、机架：凡本身固定不动的构件，或相对地球运动但固结于给定坐标参考系统并视为固定 不动的构件成为机架。 6、从动件：随着原动件运动而运动的构件。 7、运动副：凡两构件直接接触且能够保证有一定相对运动的联结成为运动副。 8、高副、低副：面接触的运动副称为高副，点或线接触的运动副称为低副。 9、自由度：在机构中，独立运动的数目或确定构件位置的独立参数的数目称为自由度。 10、约束：机构运动副中由于相对运动受限导致自由度减少的限制较约束 11、复合铰链：两个以上的构件在同一轴线上用转动副联接而成的结构。 12、局部自由度：机构中存在与否不影响整个机构运动规律的自由度。
机械原理课程设计 六杆机构分析完整版
机械原理课程设计说明书设计题目：六杆机构运动分析学院：工程机械学院专业：机械设计制造及其自动化班级：25041004设计者：25041004指导老师：张老师日期：2013年01月07日目录1.课程设计题目以及要求————————————————————32.运用辅助软件对结构进行结构分析———————————————43.数据收集以及作图———————————————————————114.总结————————————————————————————17六杆机构运动分析1、分析题目对如图5所示的六杆机构进行运动与动力分析，各构件长度、滑块5的质量G 、构件1转速n1、不均匀系数δ的已知数据如表5所示。
2、分析内容（1）对机构进行结构分析：（2）绘制滑块D 的运动线图（即位移、速度和加速度线图）：（3）绘制构件3和4的运动线图（即角位移、角速度和角加速度线图）： （4）绘制S4点的运动轨迹。
图5表5方案号L CDmmL ECmmymm L AB mm L CS4 mm n 1r/mi n1 975 360 50 250 400 23.52 975 325 50 225 350 33.53 9003005020030035（一）对机构进行结构分析选取方案三方案号L CDmm L ECmmymmL ABmmL CS4mmn 1r/mi n3 900 300 50 200 300 35对六杆机构进行运动分析：（1）原始数据的输入：（2）基本单元的选取及分析：（3）各点运动参数:（4）长度变化参数（5）各构件角运动参数：（二）滑块D的运动线图（位移-速度-加速度线图）：（三）构件3的运动线图（角位移-角速度-角加速度线图）：（四）构件4的运动线图（角位移-角速度-角加速度线图）：（五）S4点的运动轨迹：（六）数据收集以及作图（1）滑块D 点x 、y 方向的运动参数如表6.1所示表6..1由上表可以得到D 点运动线图如图6.1所示图6.1位置 0123456789101112位 移X 1188.097 1187.376 1058.394 848.5281 680.2758 607.9142 606.0113 651.5314 734.6896 848.5281 980.0058 1105.089 1188.097 Y 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 速 度X 332.4289 -434.0533 7293.698 -1466.08 -831.5157 -222.7902 169.5616 457.6898 699.4701 879.648 933.0263 776.3062 332.4289 Y 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 加 速度X -4255.382 -6281.231 -4679198 2533.081 4920.073 3387.318 2265.425 1834.254 1530.378 911.9092 -264.7796 -2020.469 -4255.382 y 0（2）构件3的运动参数如表6.2所示表6.2位置0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12角位移φ14.03624 -16.10211 -50.93532 -90 230.9353 196.1021 165.9638 139.1066 114.1333 90 65.86674 40.89339 14.03624角速度ω-3.4496 -3.947138 -4.561904 -4.886933 -4.561904 -3.947138 -3.4496 -3.1416 -2.981412 -2.93216 -2.981412 -3.1416 -3.4496角加速度ɛ-2.789002 -4.130385 -3.972855 -6.092957 3.972855 4.130385 2.789002 1.582846 0.7038764 2.368942 -0.703876 -1.582846 -2.789002由上表得构件3的运动线图如图6.2所示图6.2（3）构件4的运动参数如表6.3所示表6.3位置0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 φ-4.63715 5.304571 14.99956 19.471122 14.99956 5.304571 -4.63715 -12.60438 -17.70998 -19.47122 -17.70998 -12.60438 -4.63715 角位移ω 1.119198 1.269533 0.992103 1.253846 -0.9921031 -1.269533 -1.119198 -0.8111576 -0.4265414 -1.775216 0.4265414 0.1811158 1.119198 角速度ɛ 1.768468 0.031558 -4.448388 -8.443604 -4.448388 0.031558 1.768468 2.468482 2.88811092 3.039697 2.881092 2.468482 1.768468 角加速度由表6.3参数可得构件4的运动线图如图6.3所示图6.3（4）S4点x、y方向的运动参数如表6.4所示表6.4位置0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12位移X 590.0608 586.9459 478.8375 282.8427 100.7192 10.48452 7.975251 65.99134 163.1245 282.8427 408.4406 519.5487 590.0608 Y 48.50713 -55.47002 755.287 -200 -155.287 -55.47002 48.50713 130.9307 182.5194 200 182.5194 130.9307 48.50713速度X 278.1398 -363.6323 -1139.637 -1466.08 -985.5764 -293.2113 223.8507 563.8953 777.3222 879.648 855.1742 670.1007 278.1398 Y -669.3207 -758.4576 -574.98 -8.42273 574.98 758.4576 669.3207 474.9653 243.7962 7.905602 -243.7962 -474.9653 -669.3207加速度X -3592.063 -5316.593 -4799.736 844.3604 4920.073 4351.956 2928.744 1896.326 1108.512 303.9697 -686.6455 -1958.397 -3592.063 y -1118.368 70.54837 2730.937 4776.623 2730.937 70.54837 -1118.368 -1531.544 -1679.939 -1719.512 -1679.939 -1531.544 -1118.368（七）总结：六杆机构的运动分析相比课本上的平面四杆机构来说难度大些，而且是用辅助软件进行运动分析，这看起来似乎难度更大。
机械原理之平面机构的结构分析
机械原理之平面机构的结构分析1. 引言平面机构是机械系统中广泛应用的一种结构类型，用于实现转动或传递运动的目的。
它由多个构件组成，通过铰链连接，并具有特定的运动机构。
本文将对平面机构的结构进行分析，包括构件、铰链以及运动机构的特点等。
2. 平面机构的构件平面机构的构件指的是组成机构的各个零件，包括连杆、链条、轴等。
这些构件不仅决定了机构的结构形式，还直接影响着机构的运动性能。
以下是平面机构常见的构件类型：连杆是平面机构中最常见的构件之一，通常由刚性材料制成。
根据连接方式的不同，连杆可以分为刚性连杆和柔性连杆。
刚性连杆由铰链连接，具有一定的长度和刚性，可以实现平面内的转动。
柔性连杆则由柔性材料制成，如弹簧钢，可以在一定程度上变形，用于实现特定的运动要求。
2.2 链条链条是平面机构中连接连杆的重要构件，其作用是通过链节的连接形成平面机构的运动链。
链条通常由多个链节组成，每个链节可以进行相对运动，从而实现机构的运动。
常见的链条类型有平面链条、滚子链条等。
轴是平面机构中支撑和固定构件的一种。
轴的材质可以是金属、合金等刚性材料，具有一定的强度和刚度，用于支撑和固定机构中的其他构件。
轴可以是定轴和动轴，定轴通常起到固定作用，动轴则能够实现旋转运动。
3. 平面机构的铰链连接平面机构中的铰链连接是实现构件之间相对运动的关键。
铰链连接是指通过固定在构件上的铰链来连接构件，使其可以相对旋转。
常见的铰链连接有以下几种形式：3.1 旋转铰链旋转铰链是最基本的铰链连接方式，它通过轴上的固定连接来实现构件的相对旋转。
旋转铰链具有结构简单、工作可靠的特点，广泛应用于机械系统中。
3.2 滑动铰链滑动铰链是一种通过滑动副实现构件间相对运动的铰链连接。
它通常由导向副和滑块副组成，通过滑块在导向副上的滑动来实现构件的相对运动。
3.3 规则铰链规则铰链是一种特殊的铰链连接方式，它通过杆与杆的端部连接来实现构件的相对运动。
规则铰链具有结构简单、工作平稳的特点，在机械系统中广泛应用。
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02(本)- 机构的结构分析
2
平 面 运 动 副
1
1
1 2
1
平 面 高 副 2 螺 旋 空 副 间 运 动 球 副 面 副 球 销 副 1 2 1
2 1 1 2 1 2 1 1 2
2
1 2
1 2
1 2
1 2
2 1
1 2
3. 运动链 运动链-----两个以上的构件通 两个以上的构件通 运动链 过运动副的联接而构成的系统。 过运动副的联接而构成的系统。
4 1 2 3
F=3n － 2Pl － Ph =3×3 － 2×4 × × =1
②计算五杆铰链机构的自由度。 计算五杆铰链机构的自由度。 解：活动构件数n= 4 活动构件数 低副数P 低副数 l= 5 高副数P 高副数 h= 0 F=3n － 2Pl － Ph =3×4 － 2×5 × × =2
1 5 2 3
§2－3 机构运动简图
1.什麽是机构运动简图 什麽是机构运动简图 机构运动简图： 机构运动简图：表示机构运动特征的一种工 程用图 和运动有关的：运动副的类型、数目、 和运动有关的：运动副的类型、数目、相对 位置、 位置、构件数目 和运动无关的：构件外形、截面尺寸、 和运动无关的：构件外形、截面尺寸、组成 构件的零件数目、 构件的零件数目、运动副的具体构造 机构示意图-------不按比例绘制的简图 不按比例绘制的简图 机构示意图
§2-6 计算平面机构自由度时应注意的事项 一 、要正确计算运动副数目 实例分析1：计算图示圆盘锯机构 实现无导轨 实例分析 ：计算图示圆盘锯机构 (实现无导轨 直线运动)自由度 直线运动 自由度
D 4 1 2 F 8 3 A B 5 6 7 C E
解：F=3n-2 pl – ph =3×7 - 2×6-0=9
机械原理A1平面机构结构分析
甘肃工业大学专用
§2－6 自由度计算中的特殊问题
④计算图示圆盘锯机构的自由度。
D5
F
解：活动构件数n= 7 低副数PL= 6
1
4
7
6 C
E
高副数PH=0
F=3n － 2PL － PH
B
=3×7 －2×6 －0
2 3
8A
=9
计算结果肯定不对！
甘肃工业大学专用
1.复合铰链 multiple pin joints －－两个以上的构件在同一处以转动副相联。 计算：m个构件, 有m－1转动副。
1个或几个
若干
§2－3 机构运动简图
机构运动简图－用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。 作用： 1.表示机构的结构和运动情况。
2.作为运动分析和动力分析的依据。 机动示意图－不按比例绘制的简图 P15表2－2摘录了部分GB4460－84机构示意图。
甘肃工业大学专用
在 机 架 上 的 电 机
成比例。
甘肃工业大学专用
绘制机构运动简图 思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），
弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型， 并用符号表示出来。
顺口溜：先两头，后中间， 从头至尾走一遍， 数数构件是多少， 再看它们怎相联。
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），绘制
甘肃工业大学专用
y
y
y
x
2
θ1 x
12
x
S
1
2
R=2, F=1 运动副 回转副 移动副
高副
R=2, F=1
R=1, F=2
第2章机械原理 机构的组成及结构分析
2 1
错
移动副导路平行 结论：在计算机构自由 转动副轴线重合 度时，虚约束应先去除 平面高副接触点共法线 不计
“移动副”
“转动副”
A
B
F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 4－ 0 =1
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2－1 =1
A
B
转动副轴线重合——两构件有多
处接触而构成转动副且转动轴线相互 重合时，只有一个转动副起约束作用， 如右图，曲轴的两转动副A 、B之一为
运动副元素——两构件相互接触的点、线、面。
运动副分类: 1、按运动副两构件接触的特性分为低副和高副。
转动副
移动副
特点：面接触、相对转动或相对移动 低副
●
齿轮副
凸轮副
特点：点或线接触、沿接触点切线方向相对移动 绕接触点的转动 高副 2、按运动副两构件间的相对运动是平面还是空间运动分 为平面运动副和空间运动副。
第2章
机构的组成及结构分析
内 容
•构件及其运动副
•机构运动简图的绘制
•平面机构自由度的计算
重 点
•
运动副和运动链的概念、机构运动简图的绘制、
机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。
§2－1 研究机构结构的目的
其目的是：
１、研究组成机构的组成及机构具有确定运动的条件
▲弄清机构包含哪几个部分
▲各部分如何相联？ ▲怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？
F＝3n－2PL－PH ＝3 2 －2 2 1 － ＝1
3.注意事项（续） 虚约束 不产生实际约束效果的重复约束
虚约束常发生在下列情况 （1）两构件间构成多个运动副 F＝3n－2PL－PH F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2 1 － ＝3 2－2 3 1 － ＝1 对 ＝-1
机械原理教学PPT 机构的结构分析
结论 机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等
于机构的自由度数目F。
结论： 机构具有确定运动的条件是：机构原动件数目应等于机构的
自由度的数目F。
如果原动件数<F, 则机构的运动将不确定； 如果原动件数>F, 则会导致机构最薄弱环节的损坏。
§2-3 机构运动简图的绘制(了解)
1． 机构运动简图 机构运动简图：用以说明机构中各构件之间的相 对运动关系的简单图形。
作用：1.表示机构的结构和运动情况。 2.作为运动分析和动力分析的依据。
画构件时应忽略构件的实际外形，只考虑构件 尺寸(即运动副之间的尺寸)和运动副的性质。
术语 机构示意图：不按比例绘制的简图； 机构运动简图：按精确比例绘制的简图。
原动件画法：1个机架、1个活动构件、1个低副、 1个箭头，一个都不能少。
●基本组的联接 ─ 结构综合的杆组法(理解)
给定自由度（原动件）数目和类型，用不同数目、 不同类型的基本组去联接，可得到新机构。
注意：杆组的各个外端副不允许联在同一个构件上。
1个构件
1个构件
3.机构的结构分析 ●目的 ──正确拆分杆组; ──判断机构级别。
3. 运动链 ●运动链的定义：
两个以上构件用运动副联接而成的系统。
●运动链的分类 ──闭式运动链(闭链)：运动链是封闭图形。 ──开式运动链(开链)：运动链是开放图形。
闭链
开链
4. 运动链成为机构的2个条件 （1）选定某一构件为机架； （2）选定1个或几个构件为原动件，使运动确定。
术语 机架─相对固定的构件。 原动件─运动规律已知的构件。 从动件─其余可动构件。 输出构件─运动、动力输出的构件。 连架杆─与机架相联的构件。
机械原理第二章机构的结构分析
运动链成为机构的条件
Fa = 3×2 - 2×3 = 0 Fb运= 3动×链3的- 2自×由5度= -F1= ?
F 0 运动链运不动能链的运运动动，情不况成如为何机? 构
F = 3×4 - 2×5 = 2 1 个原动件
F > 0，但原动件数目小 于自由度数目，运动链 运动不确定，不能成为 机构。
小滚子的运动并不影响整 个机构的运动 → 局部自由度
改善受力情况,减少磨损， 假想 2、3 件焊接在一起
F = 3*2 - 2*2 - 1 = 1
问题3：虚约束
在特定的几何条件或结构条件下，某些运动副所引入 的约束可能与其它运动副所起的限制作用是一致的。这 种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。
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
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
机构的组成(5/5)
4.机构
机 构 ——具有固定构件的运动链
组成：
3
机 架 —— 相对固定的构件
2 从动件
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
(2) 举例
1）铰链四杆机构 F＝3n－(2pl＋ph)
＝3×3 －2×4 －0 ＝1
机械原理机构的结构分析
增强机械效率
通过适当的设计和优化，机 械原理机构可以提高机械系 统的效率和性能。
机械原理机构的分类
1 平面机构
由于运动发生在一个平面内，平面机构常用 于需要二维运动的应用，如挖土机的铲斗。
2 空间机构
运动发生在三维空间中，空间机构常用于需 要复杂运动的应用，如机械臂。
机械原理机构的元件
连杆
连杆是机械原理机构中最常见的元件之一，用于连接其他部件并传递力量和运动。
机械原理机构在制造业和机械工 程中被广泛应用，用于创造各种 机械设备。
汽车工程
汽车中的各种传动系统和悬挂系 统都依赖于机械原理机构的设计 和运动控制。
航空航天工程
航空航天器中的机械元件和机械 原理机构承载着重要的任务，确 保飞行安全和性能稳定。
机械原理机构的优化设计
1
结构优化
2
通过结构优化，我们可以减少零件数量、
降低质量和提高效率，实现更好的பைடு நூலகம்计。
3
材料选择
优化机械原理机构的设计时，选择合适 的材料可以提升其强度、耐久性和性能。
可持续发展
考虑环境影响和资源利用效率，将机械 原理机构设计与可持续发展原则相结合。
机械原理机构的实际应用
机械工程
机械原理机构的结构分析
欢迎来到本次演示，我们将深入探讨机械原理机构的结构分析，探索其分类、 元件、工作原理以及实际应用。让我们开始吧！
机械原理机构的目的
实现特定运动
机械原理机构被设计用来产 生和控制特定的机械运动， 满足工程需求。
传递和转换力量
这些机构在机械系统中传递 和转换力量，使得机器能够 执行其功能。
齿轮
齿轮是用来传递力量和控制运动的机械元件，常见于各种机械系统中。
机械原理(2015春)机构组成原理及机构分析
（1）除去虚约束、局部自由度，计算机构的自由度并确定原动件。
（2）拆杆组：从远离原动件的构件开始拆分，按基本杆组的特征， 首先试拆Ⅱ级组，若不可能时再试拆Ⅲ级组。
（3）确定机构的级别。
举例：计算图示机构自由度，并确定机构的级别
构件5为原动件： Ⅱ级机构
机构的自由度: F=3n(2 pl + ph –p’) –F’ =3*5(2*7+00)0=1
构件2为原动件：
Ⅲ级机构
机构组成原理及结构分析
此平面六杆机构的自由度： F=3n-(2 pl + ph –p’)-F’
=3*5-(2*7+0-0)-0=1
机构具有确定运动时原动件数目应 为1，设构件2为原动件
若将原动件2和机架1与其余构件分开， 则
原动件2和机架1的自由度为1，与机 构的自由度一致。
其余构件组成的构件组的自由 度必为零（F=3*42*6=0)。
F = 3n - 2 pl = 0
n
=
2 3
pl
基本杆组的分类： 若n=2, pl=3,含有2个构件3个低副，叫 Ⅱ 级组。
若n=4, pl=6,含有4个构件6个低副，叫 Ⅲ 级组。 （ Ⅲ级组中有一个包含3个低副的构件）
2、平面机构的结构分类
Ⅰ级机构：只有原动件和机架组成的机构。 Ⅱ级机构：由最高级别为Ⅱ级组的基本杆组构成的机构。 Ⅲ级机构：由最高级别为Ⅲ级组的基本杆组构成的机构。 3、平面机构的结构分析
基本杆组： 机构中不能再拆的最简单的自由
度为零的构件组。
1、机构的组成原理
机械原理第九版第2章机构的结构分析
若干构件通过运动副连接而成的可 动系统称运动链。
闭链
开链
机械中一般采用闭链 开链多用在机械手中
若将运动链中的一个构件相对固定，运动链则成 为机构。
机构中构件的分类： 1、机架（描述运动的参考系） 2、原动件（运动规律已知的构件） 3、从动件
运动副类型小结
• 平面低副: 转动副、移动副 （面接触） • 平面高副: 齿轮副、凸轮副 （点、线接触）
三、平面机构的结构分析
解：3）分析6为原动件情况
再试拆Ⅲ级杆组，即拆除构件 3，2，1，9，移动副E和五个 转动副，由于剩余部分仍是一 个完整机构，故拆除成功。然 后再依次拆除两个Ⅱ级杆组： 构件7，8和转动副G，H，I； 构件4，5和转动副K，L，M。 最后剩下由原动件6和机架组成 的Ⅰ级机构，如图c所示。由于 组成的机构的基本杆组的最高 级别为Ⅲ级组，故该机构为Ⅲ 级杆组。
（通常，原动件为含低副构件且与机架相连, 只有一个自由度。）
●
例: n= 6 , PL = 8 , PH =1 (3与5同一构件)
F=3n－2PL－PH=3×6－2×8－1 =1 Ｆ＝原动件 →机构有确定运动
3
3.注意事项 1）要正确计算运动副数目 复合铰链
m个构件(m3)在同一处构成 共轴线的转动副
3 ．恰当选择投影面，一般选择多数构件的运动平面为 投影面；
4 ．选定比例尺，先确定位置固定的运动副，从原动件 开始，用规定符号按传递顺序依次画出。
注意： • 观察重点：各构件间构成的运动副类型 • 良好习惯：各种运动副和构件用规定符号表达 • 误 区：被构件外形所迷惑
例1 颚式破碎机
2
A
B
1
3
D 4 C
●
机构的结构分析__机械原理
（一）第1章机构的组成和结构机构：具有确定运动的实物组合体1.1 机构的组成及机构运动简图1.2 机构具有确定运动的条件1.3 机构的组成原理和结构分析1.1 机构的组成及运动简图在组成机构的构件中，必有且仅有一个构件是用于支持和安装其它构件的，称之为机架。
由于在分析机构运动时取机架为静参考系，常称之为固定杆。
每个机构必有且仅有一个机架。
输入运动的构件称原动件。
每个机构至少一件。
其余的构件为从动件。
运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接两个相邻构件直接接触两者之间允许一定的相对运动每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接机构简图：用简单的符号和线条表示机构的组成情况和运动情况构件间直接接触的点，线，面称运动副元素。
低副：面接触高副：点，线接触。
{移动副转动副运动副与构件运动简图：1.必要性为简明地表达机构的运动特性和工作原理，要去掉与运动无关的尺寸，外性等因素。
2。
用规定的符号表达构件和运动副的相对位置和性质。
构件表达中去除与运动传递无关的因素：B A AB(a)(b)B A A B (a)(b)常用平面运动副表示法v运动轨迹为直线移动副转动副平面高副齿轮副用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图形。
机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。
例题规定符号构件的表达：用简单线条连接运动副运动简图的绘制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例1：已知一机构如图所示，试绘制该机构的运动简图动画按钮1234ab c1234abca b c 141223344-----1-------2------3-----4例1：已知一机构如图所示，试绘制该机构的运动简图1234abc a b c 4-----1-------2------3-----4例1：已知一机构如图所示，试绘制该机构的运动简图B C1234A B C动画按钮A B CBC动画按钮2134移动副的演化包容面与被包容面可互换移动副可平移123123R转动副演化动画按钮动画按钮运动链：若干个构件和运动副所连接成的可动系统。
机械原理(机构的结构分析)
B 2E
C
1
3
A
D
F 33 24 1
B 2E
C
1
4
3
A
F
D
5
AB CD EF
F 34 26 0？
F=3×4－(2×6＋0－1)－0=1
分析：当增加一个活动构件和两个转动副时，就等于多引 入了一个约束，而此约束对机构的运动只起重复约束的作 用，因而是一个虚约束。在计算机构自由度时，应从机构 的约束数中减去虚约束数。
3 =2×2＋4－3×2=2
F＝3n(2PL+PH－p ′) －F ′
= 3×5 －（2×5＋6－2）－0=1
自由度计算方法2
2'
2" F＝3n(2PL+PH) －F ′
= 3×3 －（2×3＋2）－0=1
常见的虚约束：
（1）机构中联接构件与被联接构件的轨迹重合。
❖在该椭圆机构中，BC=BD， ∠CAD=90°，构件2上的C2点 与构件3上的C3点轨迹重合，为 虚约束。
3
1 2C
A
2
3
F=3 2 -2 2 – 1=1
4 虚约束
真实约束
F 33 24 1
1 F=3 2 -2 3 – 1= -1
（3）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时， 则只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
真实约束
B
2' 2
C
虚约束
A
1 3D
（4）机构运动过程中，其中某两构件上两点之间的
第2章 机构的结构分析
§2-1 机构结构分析的内容及目的 §2-2 机构的组成 §2-3 机构运动简图 §2-4 机构具有确定运动的条件 §2-5 机构自由度的计算 §2-6 计算平面机构自由度时应注意的事项
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用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论
重点在于机构的运动分析 构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响 机构的运动特性 运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式 构件的运动尺寸是运动分析的基础 不严格按比例可绘制机构示意图
2.机构运动简图的绘制
机构运动简图(2/2)
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；
i=m+1
由上式可知，公共约束m=0,1,2,3,4。故相应的机构分别 称为0族、1族、2族、3族、4族机构（五类）。
例2-6 楔形滑块机构
解 因此机构为全移动副平面机构，故 m＝4，则
F＝(6－m)n－(5－m)p5 ＝(6－4)×2－(5－4)×3 ＝1
（3）空间开链机构的自由度计算
机构自由度的计算(4/4)
§2-3 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 例2-2 内燃机机构运动简图。
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，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 不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的 简图。
因空间开链机构运动副总数p(=Σ5 pi)等于其活动构件数n，
故
i=1
F＝6n－Σ5 i=1
§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。
(2)举例 1）铰链四杆机构 F＝3n－(2pl＋ph)
＝3×3－2×4 －0 ＝1
2）铰链五杆机构
F＝3n－(2pl＋ph) ＝3×4－2×5 －0 ＝2
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。
3 4
1原动件
机架 平面铰链四杆机构
从动件 ——机构中其余活动构件。 原动件 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。
机构常分为平面机构和空间机构
1
机架
3 从动件
4
两类，其中平面机构应用最为广泛。
空间铰链四杆机构
3.运动链
构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统。
闭式运动链（简称闭链） 开式运动链（简称开链）
2
3
1
4
2 3
1 4
平面闭式运动链 空间闭式运动链
23
1
4
平面开式运动链
4
3
5
2 1
空间开式运动链
机构的组成(4/4)
4.机构 具有固定构件的运动链称为机构。
2 从动件
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。
2 3
4
3
4 5
1
2 1
机构自由度的计算(2/4)
3）内燃机机构
F＝3n－(2pl＋ph) ＝3×6－2×7－3 ＝1
10 C 11
2.空间机构自由度的计算
8 ,9 3
（1）一般空间机构自由度的计算
设一空间机构共有n个活动构件， pi个i级运动副，其约束数为i(i=1,2,...5)，则
7D B
18
2020/4/12
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§2-1 机构结构分析的内容及目的
主要内容及目的是： 机构的组成及机构运动简图的画法； 了解机构具有确定运动的条件； 研究机构的组成原理及结构分类。
§2-2 机构的组成
1.构件 任何机器都是由许多零件组合而成 活塞
的。 零件是机器中的一个独立制造单元体；
构件是机器中的一个独立运动单元体,一 个构件可以由一个或多个零件组成。齿轮
（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： 内燃机机构运动简图绘制
颚式破碎机机构运动简图绘制
§2-4 机构具有确定运动的条件
一个机构在什么条件下才能实现确定的运动呢？
两个例子 例2-3 铰链四杆机构 若给定机构一个独立运动，则机构的运动完全确定； 若给定机构两个独立运动，则机构的最薄弱环节损坏。 例2-4 铰链五杆机构 若给定机构一个独立运动，则机构的运动不确定； 若给定机构两个独立运动，则机构的运动完全确定。
第二章 机构的结构分析
§2-1 机构结构分析的内容及目的
§2-2 机构的组成 §2-3 机构运动简图 §2-4 机构具有确定运动的条件 §2-5 机构自由度的计算 §2-6 计算平面机构自由度时应注意的事项 §2-7 虚约束对机构工作性能的影响及机构结构的
合理设计 §2-8 平面机构的组成原理、结构分类及结构分析 §2-9 平面机构中的高副低代
2）按其接触形式分 高副：点、线接触的运动副 低副：面接触的运动副
3）按其相对运动形式分
转动副（回转副或铰链） 移动副 螺旋副 球面副
运动副还可分为平面运动副与空间运动副两类。
机构的组成(3/4)
（2）运动副符号
运动副常用规定的简单符号来表达（GB4460－84）。 各种常用运动副模型 常用运动副的符号表
从运动来看，任何机器都而构成的可
动连接；
曲轴
运动副元素是两构件参与接触而构成
运动副的表面。
例2-1 轴与轴承、滑块与导轨、两轮齿啮合。
气缸体 连杆体
连杆头
（1）运动副的分类
机构的组成(2/4)
1）按其引入的约束数目分：Ⅰ级副、Ⅱ级副、……Ⅴ级副。
机构的自由度 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动 参数的数目，其数目用F表示。
结论 机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等
于机构的自由度数目F。
机构具有确定运动的条件(2/2)
结论： 机构具有确定运动的条件是：机构原动件数目应等于机构的
自由度的数目F。
如果原动件数<F, 则机构的运动将不确定； 如果原动件数>F, 则会导致机构最薄弱环节的损坏。
4 A1
F＝ 6n－(5p5＋4p4＋3p3＋2p2＋p1) ＝6n－Σ5 ipi
B2
C
i=1
例2-5 空间四杆机构
3
解 F＝6n－5p5－4p4－3p3
1
＝6×3－5×2＋3×1 ＝1
A
D
4
机构自由度的计算(3/4)
（2）含公共约束的空间机构自由度的计算 公共约束是指机构中所有构件均受到的共同的约束，以m表示。 F＝(6－m)n－Σ5 (i－m)pi