机械设计-机构运动简图
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机械设计基础平面机构的运动简图及自由度
归纳起来， 在下述场合中常出现虚约束：
（1） 运动轨迹重叠时， 如图2-16所示。
(2) 两构件同步在几处接触而构成多种移动副，且各移动副 旳导路相互平行时，其中只有一种起约束作用，其他都是虚约 束，如图2-15。
(3) 两构件同步在几处配合而构成几种回转副，且各回转副 轴线相互重叠时，这时只有一种回转副起约束作用，其他都是 虚约束。例如回转轴一般都有两个或两个以上同心轴承支持， 但计算时只取一种。
F=3n-2pL-pH=3×3-2×4-0=1
此成果与实际情况一致。
图2-15 机构中旳虚约束（两构件同步在几处接触
而构成多种移动副，且各移动副旳导路相互平行）
图2-16(a)、(b)所示为机车车轮联动装置和机构运动简图。图 中旳构件长度为lAB=lCD=lEF, lBC=lAD, lCE=lDF。该机构旳自 由度为
假如一种平面机构有N个构件，其中必有一种构件是机架( 固定件)，该构件受到三个约束而自由度自然为零。此时，机构 旳活动构件数为n＝N－1。显然，这些活动构件在未连接构成 运动副之前总共应具有3n个自由度。而当这些构件用运动副联 接起来构成机构之后，其自由度数即随之降低。若机构中共有 pL个低副和pH个高副，则这些运动副引入旳约束总数为 2pL+pH。 所以，用活动构件总旳自由度数减去运动副引入旳约 束总数就是机构旳自由度数。机构旳自由度用F表达，即:
件作为机架，运动链相对机架旳自由度必须不小于零，且 原动件数目等于运动链旳自由度数。
图2-12 刚性桁架
对于图2-12所示旳构件组合， 其自由度为
F 2n 2 pL pH 3 2 2 3 0 0
计算成果F＝0，阐明该构件组合中全部活动构件旳总自由度数 与运动副所引入旳约束总数相等，各构件间无任何相对运动旳 可能，它们与机架(固定件)构成了一种刚性桁架，因而也就不 称其为机构。但它在机构中，可作为一种构件处理。
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。
实验一机构运动简图的测绘及分析实验
机械设计基础实验指导书实验一机构运动简图的测绘及分析实验一、实验目的1、熟悉机构运动简图的绘制方法，掌握从实际机构中测绘机构运动简图的技能；2、巩固机构结构分析原理及自由度计算方法；3、加深理解平面四杆机构的演化过程及验证曲柄存在条件。
二、实验设备及工具1、测绘用四种机构实物模型；2、测量用尺、分规、铅笔及草稿纸。
三、实验原理1、机构运动简图的常用符号如图1至图4所示（详见《机械制图》GB4460—84“机构运动简图符号”）。
（1）转动副，如图1所示。
（a）全为活动构件时（b）构件1为机架时图1 转动副（2）移动副，如图2所示。
（a）全为活动构件时（b）构件1为机架时图2 移动副（3）高副，如图3所示。
（a）全为活动构件时（b）构件1为机架时图3 高副（4）构件图例，如图4所示（a）具有两个运动副元素时（b）具有三个运动副元素时（c）具有四个运动副元素时图4 构件图例2、实验原理机构各部分的运动，是由其原动件的运动规律、该机构中各运动副的类型（高副、低副，转动副、移动副等）和机构的运动尺寸来决定的，而与构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目及固联方式等无关。
所以，只要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，就可以用运动副的代表符号和简单的线条把机构的运动简图作出来。
正确的机构运动简图中各构件的尺寸、运动副的类型和相对位置以及机构组成形式应与原机构保持一致，从而保证机构运动简图与原机构具有完全相同的运动特性，以便根据该图对机构进行运动及动力分析。
所谓机构运动简图就是从运动的观点出发，用规定的符号和简单的线条按一定的尺寸比例来表示实际机构的组成及各构件间相对运动关系。
3、绘制机构运动简图的方法及步骤 （1）分析机构的实际构造和运动情况任选原动件并缓慢转动，根据各构件之间有无相对运动，分清机构是由哪些构件组成的；按照机构运动的传递顺序，仔细观察各构件之间相对运动的性质，从而确定运动副的类型和数目。
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(活页式教材)》电子教案 任务1.2(1)绘制机构运动简图教学ppt
机构的组成
1
运动副的概念
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。
授课过程
明确任务定目标 演示推导明原理 计算练习知应用 特例特算辨清楚 举例应用多练习 判断依据要明确 回归任务做巩固 总结分析促提升
机构的组成
1
平面运动副的分类
按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。 1.低副：两构件以面接触而形成的运动副。 (1) 转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。
绘制如图所示的颚式破碎机主体机构的运动简图。
05 回归载体做任务 应用举例 做法步骤
授课过程
明确任务定目标 演示推导明原理 计算练习知应用 特例特算辨清楚 举例应用多练习 判断依据要明确 回归任务做巩固 总结分析促提升
绘制如图所示的单杠内燃机机构的运动简图。
明晰概念知分类
构件相互接触
机
产生一定的相对运动
化繁为简 ——绘制机构运动简图
《机械设计基础》
01 明确任务定目标 演示动画 教学目标
01.明确任务定目标
动画演示 教师引导
观察内燃机的工作过程，试分析一下它由哪些机 构组成并绘制其机构运动简图？
绘制机构运动 简图可以更加 方便、清晰的 看出机器的组 成机构。
01.学习任务引入
知识目标
1.掌握运动副的概念、类型及表示符号； 2.掌握机构的运动简图的绘制方法。
绘制机构的运动简图
1 运动副及构件的表示方法 1.转动副：用圆圈表示，其圆心代表相对运动轴线
授课过程
明确任务定目标 演示推导明原理 计算练习知应用 特例特算辨清楚 举例应用多练习 判断依据要明确 回归任务做巩固 总结分析促提升
绘制机构的运动简图
机械设计平面机构的运动简图及自由度ppt课件
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
处理方法：
应除去局部自由度，即把滚 子和从动件看作一个构件。
N = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 3×2 - 2×2 – 1 = 1
与实际相符
一、平面机构的自由度
• 构件未用运动副与其他构件联接前，有 3个自由度
低副使构件失去 2个自由度 高副使构件失去 1个自由度
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
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；
给定构件1运动参数 1 = 1 (t)，构
件2、3、4的运动是不确定的
再给定构件4运动参数 4 = 4 (t)，
构件2、3的运动是确定的
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
结论：
•构件系统具有确定运动的条件为：
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
内燃机的机构运动简图：
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
§1-3 平面机构的自由度
• 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。要判断构件系统是否为机构，就必须研 究平面机构自由度的计算。
机械设计基础第四章平面机构运动简图及自由度
2) 2) F≥1时，原动件数大于机构自由度，机构遭到 破坏；原动件数小于机构自由度，机构运动不确定。 只有当原动件数目等于机构自由度数时，机构才有 确定的运动。
三、计算机构自由度时应注意的几种情况
1）复合铰链
由三个或三个以上构件组成的轴线重合的转动副称为复合铰链。
由m个构件组成的复合铰链应含有(m-1)个转动副。
两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些约束。每个 低副引入两个约束，每个高副引入一个约束。
设某平面机构，除机架外共有n个活动构件，又有pL个 低副和pH个高副，根据自由构件的自由度、运动副引入 的约束，活动构件之间的关系，可以得出平面机构自由 度的计算公式如下：
平面机构的自由度 F = 3n - 2PL – PH
一、构件及其自由度
一个自由构件作平面运动时， 具有三个独立运动；沿x轴和y轴 的移动以及绕垂直于xOy平面内 任一点A转动。
一个作平面运动的自由构件 具有三个自由度。
二、运动副与约束
运动副：机构中两构件直接接触的可动联接。
运动副元素：两构件上参加接触而构成运动的部分， 如点、线、面。 约 束：两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受 到某些限制。
b.两构件上某两点间 的距离在运动过程中 始终保持不变时；
c.联接构件与被联接 构件上联接点的轨迹 重合时；
虚约束经常发生的场合：
d.机构中对运动不起作用的对称部分。
e.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副.
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。
例题1
n=8 Pl=11 Ph=1 F=1
§4.2.2 平面机构运动简图
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 示机构的运动特性，并按一定的比例画成的简单图形。并利 用机构运动简图对机构进行结构、运动和动力等分析。
三、计算机构自由度时应注意的几种情况
1）复合铰链
由三个或三个以上构件组成的轴线重合的转动副称为复合铰链。
由m个构件组成的复合铰链应含有(m-1)个转动副。
两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些约束。每个 低副引入两个约束，每个高副引入一个约束。
设某平面机构，除机架外共有n个活动构件，又有pL个 低副和pH个高副，根据自由构件的自由度、运动副引入 的约束，活动构件之间的关系，可以得出平面机构自由 度的计算公式如下：
平面机构的自由度 F = 3n - 2PL – PH
一、构件及其自由度
一个自由构件作平面运动时， 具有三个独立运动；沿x轴和y轴 的移动以及绕垂直于xOy平面内 任一点A转动。
一个作平面运动的自由构件 具有三个自由度。
二、运动副与约束
运动副：机构中两构件直接接触的可动联接。
运动副元素：两构件上参加接触而构成运动的部分， 如点、线、面。 约 束：两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受 到某些限制。
b.两构件上某两点间 的距离在运动过程中 始终保持不变时；
c.联接构件与被联接 构件上联接点的轨迹 重合时；
虚约束经常发生的场合：
d.机构中对运动不起作用的对称部分。
e.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副.
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。
例题1
n=8 Pl=11 Ph=1 F=1
§4.2.2 平面机构运动简图
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 示机构的运动特性，并按一定的比例画成的简单图形。并利 用机构运动简图对机构进行结构、运动和动力等分析。
机械设计-运动副和平面机构运动简图
图4-1.1 点、线、面接触
运动副按两个构件的运动关系分为平面运动副和空间运动副；按其接触形式分为点、 线接触的高副和面接触的低副；按其相对运动形式分为转动副(回转副或铰链)、移动副、 螺旋副和球面副。
图4-1.1 点、线、面接触
在平面机构中，两个构件之间通过面 接触而组成的运动副称为低副。根据两个构 件之间的相对运动形式，低副又可分为转动 副和移动副。
运动副和平面机构运 动简图
01 转动副
运动副和平面 机构运动简图
02 移动副 03 齿轮副
04 凸轮副
05 平面机构运动简图
从运动的角度看，机器、机构是由 构件组成的，机器中做独立运动的单元 称为构件，各构件之间具有确定的相对 运动，如图中的构件1、2、3、4。这种 具有确定相对运动的连接叫做运动副， 1-2、2-3、3-4分别构成一个运动副。
例、绘制图4-11所示颚式破碎机的机构运动简图
(1)分析机构的组成及运动情况。偏心轴1跟带轮5 连成一体为主动件，动颚板2和肘板3为从动件， 定颚板和D 固定处为机架，该机构由机架和三个活 动构件组成。
(2)确定运动副的类型及其数目。偏心轴1与机架组 成转动副A；偏心轴1与动颚板2组成转动副B；肘 板3与动颚板2组成转动副C；肘板3与机架组成转 动副D。可见该机构共有四个转动副。
外啮合 圆柱齿 轮传动
图4-1.8 移动副的表示方法
2. 构件的表示方法
构件用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架，如图4-1.10所示。
图4-1.10 齿轮副和 凸轮副的 表示方法
3. 绘制平面机构运动简图的步骤
(1)分析机构的组成和运动情况。观察机构的运动情况，找出主动件、从动件和机架。从主 动件开始，沿着传动路线分析各构件间的相对运动关系，确定机构中构件的数目。 (2)确定运动副的类型及其数目。 (3)选择视图平面。 (4)选取适当的比例尺，绘制机构运动简图。 (5)从原动件开始，按传动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表示 其运动方向。
运动副按两个构件的运动关系分为平面运动副和空间运动副；按其接触形式分为点、 线接触的高副和面接触的低副；按其相对运动形式分为转动副(回转副或铰链)、移动副、 螺旋副和球面副。
图4-1.1 点、线、面接触
在平面机构中，两个构件之间通过面 接触而组成的运动副称为低副。根据两个构 件之间的相对运动形式，低副又可分为转动 副和移动副。
运动副和平面机构运 动简图
01 转动副
运动副和平面 机构运动简图
02 移动副 03 齿轮副
04 凸轮副
05 平面机构运动简图
从运动的角度看，机器、机构是由 构件组成的，机器中做独立运动的单元 称为构件，各构件之间具有确定的相对 运动，如图中的构件1、2、3、4。这种 具有确定相对运动的连接叫做运动副， 1-2、2-3、3-4分别构成一个运动副。
例、绘制图4-11所示颚式破碎机的机构运动简图
(1)分析机构的组成及运动情况。偏心轴1跟带轮5 连成一体为主动件，动颚板2和肘板3为从动件， 定颚板和D 固定处为机架，该机构由机架和三个活 动构件组成。
(2)确定运动副的类型及其数目。偏心轴1与机架组 成转动副A；偏心轴1与动颚板2组成转动副B；肘 板3与动颚板2组成转动副C；肘板3与机架组成转 动副D。可见该机构共有四个转动副。
外啮合 圆柱齿 轮传动
图4-1.8 移动副的表示方法
2. 构件的表示方法
构件用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架，如图4-1.10所示。
图4-1.10 齿轮副和 凸轮副的 表示方法
3. 绘制平面机构运动简图的步骤
(1)分析机构的组成和运动情况。观察机构的运动情况，找出主动件、从动件和机架。从主 动件开始，沿着传动路线分析各构件间的相对运动关系，确定机构中构件的数目。 (2)确定运动副的类型及其数目。 (3)选择视图平面。 (4)选取适当的比例尺，绘制机构运动简图。 (5)从原动件开始，按传动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表示 其运动方向。
01机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
c
三、 计算平面机构自由度的注意事项
1．复合铰链 两个以上构件组成两个或更多个共 轴线的转动副，即为复合铰链，如图112a），为三个构件在A处构成复合铰 链。由其侧视图b）可知，此三构件共 组成两个共轴线转动副。当由K个构件 组成复合铰链时，则应当组成（K-1） 个共轴线转动副。
c
图1-12 复合铰链
1、搞清机构的结构、动作原理和运动情况 。 2、沿着运动传递路线，逐一分析每两个构件之间 相对运动的性质，确定运动副的类型和数目。 3、恰当选择运动简图的视图平面，通常选择机构 中多数构件的运动平面为视图平面。 4、选择恰当的作图比例尺。 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。
c
图1-1 移动副
c
图1-2 转动副
c
2．高副
两构件通过点或线接触构成的运动副称 为高副。 如图1-3，凸轮1与尖顶推杆2间构成了高
副；
又如图1-4，两齿轮轮齿啮合处构成的高 副。
c
图1-3 凸轮高副
c
图1-4 齿轮高副
c
§1-2 平面机构运动简图
实际构件的外形和结构往往很复杂，在 研究机构运动时，为了突出与运动有关的因素， 将那些无关的因素删减掉、注意保留与运动有 关的外形，用规定的符号来代表构件和运动副， 并按一定的比例表示各种运动副的相对位置。 这种表示机构各构件之间相对运动的简化图形， 称为机构运动简图。部分常用机构运动简图符 号见表1-1。
c
该机构的自由度数F：
F=3n-2PL-PH
c
（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。 机构的自由度必须大于零，机构才 能够运动，否则成为桁架。
三、 计算平面机构自由度的注意事项
1．复合铰链 两个以上构件组成两个或更多个共 轴线的转动副，即为复合铰链，如图112a），为三个构件在A处构成复合铰 链。由其侧视图b）可知，此三构件共 组成两个共轴线转动副。当由K个构件 组成复合铰链时，则应当组成（K-1） 个共轴线转动副。
c
图1-12 复合铰链
1、搞清机构的结构、动作原理和运动情况 。 2、沿着运动传递路线，逐一分析每两个构件之间 相对运动的性质，确定运动副的类型和数目。 3、恰当选择运动简图的视图平面，通常选择机构 中多数构件的运动平面为视图平面。 4、选择恰当的作图比例尺。 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。
c
图1-1 移动副
c
图1-2 转动副
c
2．高副
两构件通过点或线接触构成的运动副称 为高副。 如图1-3，凸轮1与尖顶推杆2间构成了高
副；
又如图1-4，两齿轮轮齿啮合处构成的高 副。
c
图1-3 凸轮高副
c
图1-4 齿轮高副
c
§1-2 平面机构运动简图
实际构件的外形和结构往往很复杂，在 研究机构运动时，为了突出与运动有关的因素， 将那些无关的因素删减掉、注意保留与运动有 关的外形，用规定的符号来代表构件和运动副， 并按一定的比例表示各种运动副的相对位置。 这种表示机构各构件之间相对运动的简化图形， 称为机构运动简图。部分常用机构运动简图符 号见表1-1。
c
该机构的自由度数F：
F=3n-2PL-PH
c
（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。 机构的自由度必须大于零，机构才 能够运动，否则成为桁架。
运动简图设计(共39张PPT)
运动副元素：两构件上直接参与接触构成运动副的部分。
3.1 机构的组成
《机械设计基础 》
四川交通职业技术学院 自动化系
3.1.2 自在度和运动副约束
自在度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自在度
2024年2月4日
3.1 机构的组成
《机械设计基础 》
一、平面运动副
按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。
螺旋副
球面副
《机械设计基础 》
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
3.2 平面机构的运动简图
《机械设计基础 》
2.转动副 构件组成转动副时，如以下图表示。
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
图垂直于回转轴线时用图a表示；
图面不垂直于回转轴线时用图b表示。
表示转动副的圆圈，其圆心必需与回转轴线重合。
平面机构的构造分析
§3.1 机构的组成
§3.2 平面机构的运动简图
§3.3 平面机构的自在度
3.1 机构的组成
《机械设计基础 》
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
3.1.1 运动副
运动副： 构件和构件之间既要相互衔接〔接触〕在一同，又要有相 对运动。而两构件之间这种可动的衔接〔接触〕就称为运 动副。
说明
3.3 平面机构的自在度
《机械设计基础 》
三个构件在同一轴线处，两个转动副。
推理：m个构件时，有m – 1个转动副。
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
3.3 平面机构的自在度
C处为复合铰链 n = 5, Pl = 7, Ph = 0
F = 3n - 2Pl – Ph
3.1 机构的组成
《机械设计基础 》
四川交通职业技术学院 自动化系
3.1.2 自在度和运动副约束
自在度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自在度
2024年2月4日
3.1 机构的组成
《机械设计基础 》
一、平面运动副
按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。
螺旋副
球面副
《机械设计基础 》
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
3.2 平面机构的运动简图
《机械设计基础 》
2.转动副 构件组成转动副时，如以下图表示。
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
图垂直于回转轴线时用图a表示；
图面不垂直于回转轴线时用图b表示。
表示转动副的圆圈，其圆心必需与回转轴线重合。
平面机构的构造分析
§3.1 机构的组成
§3.2 平面机构的运动简图
§3.3 平面机构的自在度
3.1 机构的组成
《机械设计基础 》
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
3.1.1 运动副
运动副： 构件和构件之间既要相互衔接〔接触〕在一同，又要有相 对运动。而两构件之间这种可动的衔接〔接触〕就称为运 动副。
说明
3.3 平面机构的自在度
《机械设计基础 》
三个构件在同一轴线处，两个转动副。
推理：m个构件时，有m – 1个转动副。
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
3.3 平面机构的自在度
C处为复合铰链 n = 5, Pl = 7, Ph = 0
F = 3n - 2Pl – Ph
机构运动简图的绘制机械设计基础
要点二
优化设计
通过机构运动简图，设计师可以分析机构的运动性能，发 现潜在的设计问题，并进行优化。例如，通过分析简图中 的运动干涉或运动死点等问题，改进机构的结构或运动方 式。
在机械原理中的应用
理论分析
机构运动简图是理解和分析机械原理的基础工具。通 过简图，可以清晰地表示机构的组成、运动传递路径 和运动特性，有助于深入理解各种机械原理，如连杆 机构、齿轮机构等。
确定机构的运动副和构件数
总结词
运动副是机构中的连接方式，构件数是构成机构的独立部分。
详细描述
在确定机构的运动副和构件数时，需要仔细分析机构的运动特性和结构组成。运动副的种类和数量决定了机构的 运动特性，而构件数是构成机构的基本单元，对机构的运动和结构有重要影响。
确定机构的运动形式和运动参数
总结词
测量或计算各构件的长度 、角度、半径等几何参数 。
根据构件的运动形式和功 能选择相应的图形符号。
根据实际运动情况，用线 条表示各构件之间的相对 位置和运动轨迹。
在简图中标注各构件之间 的相对尺寸、运动方向和 速度等参数。
符号与规定
符号
机构运动简图采用统一的图形符号来 表示各构件，如直线、圆、三角形等 。
机构运动简图能够直观地反映机构的 工作原理、运动传递过程以及各构件 之间的相对运动关系，是机械设计、 分析和优化的基础。
绘制步骤
01
02030405确定机构类型和 运动形式
确定各构件的几 何参数
选择合适的图形 符号表示…
按照实际运动关 标注必要的尺寸
系绘制各…
和运动参数
根据实际机械确定其机构 类型（如连杆机构、凸轮 机构等）和运动形式（如 转动、移动等）。
机构简图(参考)
第二章平面机构运动简图和自由度
21
注意：要明确三类构件
• 固定件（机架）：机架中只有一个为机架。 • 原动件：机构中有驱动力或已知运动规律 的构件。 • 从动件：除原动件以外的所有活动构件。
第二章平面机构运动简图和自由度
22
例2-1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）选择视图平面 4）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 5）画出各运动副和机 构符号，并表示出各构 件
16
第二章平面机构运动简图和自由度
17
3. 移动副
两构件组成移动副，其导路必须与相对移动 方向一致。
第二章平面机构运动简图和自由度
18
4. 平面高副 两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构 件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其 全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。
第二章平面机构运动简图和自由度
第二章平面机构运动简图和自由度
42
(2) 两构件组成多个转动副，且轴线重合，只 有一个转动副起约束作用，其余为约束。
◆处理方法： 计算中只计入一个转动副。
第二章平面机构运动简图和自由度
43
(3) 两构件组成多处接触点公法线重合的高副， 只考虑一处高副。
2
1
◆处理方法：计算中只计入一处高副。
第二章平面机构运动简图和自由度
2
2.运动副元素：两构件直接接触而构成运动副的 点、线、面部分。 例如：轴与轴承间构成运动副，轴的外圆柱 面与轴承内孔为运动副元素。凸轮与滚子间构成 运动副，凸轮与滚子接触部分为运动副元素。
运动副元素 运动副元素
第二章平面机构运动简图和自由度
3
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运动副：使两个构件直接接触并能产生一定的相对运动的连接。
构件上参与接触的部分是：点、线、面。
§3-2
运动副
高副-点或线接触的运动副 按其接触形式分： 低副-面接触的运动副。 转动副（回转副或铰链） 移动副
3.2.2
运动链与机构
运动链：多个构件用运动副联接构成的系统。 开式链：运动链的各构件不构成首尾封闭的系统。 闭式链：运动链的各构件构成了首尾封闭的系统。 机构：各构件间具有确定相对运动的运动链
1、将具体的机械抽象成简单的运动学模型——运动简图 2、判定机构是否具有确定的运动——自由度计算
第三章 平面机构的结构分析
3.1.2 自由度和运动副约束
无约束下一个构件的平面运动有三个自由度。
构件的自由度：构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目。 运动副约束：两个构件以运动副连接后，相对运动受到的限制。
原动件数 < 机构自由度数，机构 运动不确定（任意乱动） 五杆机构2个原动件
小结：
运动链的自由度F 与原动件数目的关系： 自由度F≤0 结构（不是机构） 自由度F＞0 时，F＜原动件数目(运动不相容，破坏了机构) F=原动件数目（运动确定) F＞原动件数目（运动不确定)
机构具有确定运动的条件是：机构的自由度数等于机 构的原动件数，既机构有多少个自由度，就应该给机 构多少个原动件。
3、虚约束：
虚约束经常出现在以下几种情况中： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合， （2）两构件某两点间的距离始终不变，将此两点用构 件和运动副连接会带进虚约束。 （3）两构件组成多个移动方向一致的运动副 或两构件组成多个轴线重合的移动副
虚约束增强支承刚度
虚约束经常出现在以下几种情况中： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合， （2）两构件某两点间的距离始终不变，将此两点用构件 和运动副连接会带进虚约束。 （3）两构件组成多个移动方向一致的运动副 或两构件组成多个轴线重合的移动副 （4）与运动无关的对称部分，如多个行星轮
（2）曲轴3于机架7在A点构成转动副（即飞轮的回转中心）； 曲轴3与动颚板4也构成转动副，其轴心在B点（即动颚板绕 曲轴的回转几何中心）； 摆杆5分别与动颚板4和机架7在C、D两点构成转动副。 （3）其运动传递为：电机、皮带、曲轴、动颚板、摆杆。所以， 其机构原动件为曲轴，从动件为摆杆、构件3、机架5共同构成 曲柄摇杆机构。 （4）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。
左图：n=2，PL=2，Ph＝1， F=3x2-2x2-1=1 如右图凸轮机构认为： n=3，PL=3，Ph＝1， F=3x3-2x3-1=2，是错误的。 滚子作用：滑动摩擦 滚动摩擦
机构中某些构件具有局部的、不影响其它构件运动 的自由度，同时与输出运动无关的自由度我们称为局部 自由度。
三、计算机构自由度时应注意的问题
主要内容：
1、平面机构的运动简图 2、平面机构的自由度计算
项目1：绘制内燃机的机构运动简图。
项目2：绘制颚式破碎机的机构运动简图。
我们引入一个新概念：
§3-2 运动副
定义： 机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因 此，构件的连接既要使两个构件直接接触，又能产生 一定的相对活动， 这种使两个构件直接接触并能产生一定的相对运 动的连接称为运动副。 要点：a）两个构件 b）直接接触 c）有相对运动 三个条件缺一不可。
【例3-1】绘制图0-1所示内燃机的机构运动简图。1 2
6 5
解 内燃机是由活塞 2、连杆5、曲轴
6与气缸体1组成的曲柄滑块机构； 同曲轴固联的齿轮10，同凸轮轴7固联 的齿轮9与气虹体组成的齿轮机构； 凸轮 7 、进气阀顶杆 8 与气缸体组成 的凸轮机构。 气缸体1作为固定件，是机架； 燃气推动下的活塞 2 是原动件；其余 构件都是从动件。 10 9
2．局部自由度
对于含有局部自由度的机构在计算自由度时，不考 虑局部自由度。
局部自由度， “焊死”处
平行四边形机构 （3）虚约束： 在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是 重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。 在计算机构自由度时应将虚约束去除。
平行四边形机构
3、虚约束：
虚约束经常出现在以下几种情况中： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合，
3.2.3
构件的分类
机架：机构中的固定构件； 一般机架相对地面固定不动。 如机床床身、车辆底盘、飞机机身等。 原动件：按给定已知运动规律独立运动的构件； 给机构提供原动力。 从动件：机构中其余活动构件。 其运动规律决定于原动件的运动规律和机 构的结构和构件的尺寸。 机构=机架+原动件+从动件 1个 1个或几个 若干
3.6
3.7
曲柄移动导杆机构
3.8
3.8
3.9
3.10
补充练习
补充练习
补充练习
（GB4460-84）
高副符号
第三章 平面机构的结构分析
§3-2
3.2.1
平面机构的运动简图
运动简图的定义、内容、作用
运动简图中运动副、一般构件、常用机构的表示方法
3.2.2
绘制机构运动简图的步骤
1）分清机架、主动件； 2）循着运动传递的路线； 3）能充分反映机构的特性； 4 ）确定比例尺，用规定的符 号和线条绘制。
虚约束改善受力
平面机构的自由度要点
计算机构自由度F=3n-2PL-PH （设n个活动构件，PL个低副，PH个高副）
机构具有确定运动的条件是：原动件数=机构自由度 计算机构自由度时应注意的问题: 1、若有m个构件组成复合铰链， 则复合铰链处的转动副数为（m-1）个。 2、不考虑局部自由度。 （凸轮滚子及推杆弹簧）
回转副 2个约束 1个自由度
移动副 2个约束 1个自由度
高副 1个约束 2个自由度
第三章 平面机构的结构分析
§3-3 平面机构的自由度
一、机构具有确定运动的条件 因为一个原动件只能提供一个独立运动参数，所以， 机构的自由度数等于机构的原动件数，既机构有多少 个自由度，就应该给机构多少个原动件。 自由度=原动件数 二、计算机构自由度 （设n个活动构件，PL个低副，PH个高副） F=3n-2PL-PH
原动件数=机构自由度
1 A
2
3
E
6
B C
4 D 4’
5’
5
AABCDE
n=5 pL=6 ph=2 F=3n-(2pL+ph) =1
四杆机构的自由度计算
n=3 pL=4 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1 原动件数=机构自由度
例 二杆机构的自由度计算
三杆自由度计算
n=1 pL=1 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1 原动件数=机构自由度
§3-3 平面机构的运动简图
• 机构运动简图与机械结构图的区别？ • 如何画机构简图？
§3-2 平面机构的运动简图
运动简图的定义： 用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动 副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图。
运动简图的内容： 构件数目、运动副的数目和类型、构件联接关系、与 运动有关的尺寸、主动件及运动特性。 运动简图的作用： 表示机构的结构和运动情况； 机构运动分析和动力分析的依据。
第三章 平面机构的结构分析
3.1节大江一句话说：不论是设计机器还是维修机器， 我们都要将具体的机械抽象成简单的物理（运动学）模 型；才能更清晰地理解其工作原理，帮助我们制定设计 或维修方案。
能力目标：
1、将具体的机械抽象成简单的运动学模型 （会画机构运动简图） 2、判定机构是否具有确定的运动 （即一个装置是不是机构，方法技术就是计算 机构的自由度）
抽油机
机械设计的一般程序
目 标
市场调 研可行 性研究
原理方 案设计
技术设计
试制、试验
小批生 产试销
投产
阶 设计任务书 定出最佳方案 装配图零件图 样机评价 段 及其它技术文件 改进
考核工艺性 收集用户意见
产品 销售
1、产品规划
2、方案设计 3、技术设计 4、制造及试验
平面机构的结构分析能力目标：
n=2 pL=3 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =0 （F=0，不是机构 是刚性桁架 ）
凸轮机构自由度计算
四杆机构的自由度计算
n=2 pL=2 ph=1 F=3n-(2pL+ph)=1
n=3 pL=4 ph=0 ห้องสมุดไป่ตู้=3n-(2pL+ph) =1
原动件数=机构自由度
铰链五杆机构
n=4 pL=5 ph=0 F=3n-(2pL+ph)=2
8 7
【例3-1】绘制图0-1所示内燃机的机构运动简图。1 2
6 5
各构件之间的联接方式如下：
9和10齿轮啮合，构成高副； 凸轮7和推杆8之间构成高副； 凸轮7（齿轮9）和气缸体构成转动副； 曲轴（齿轮 10 ）和气缸体 1 之间构成 转动副； 推杆8和气缸体1之间构成移动副； 活塞2和气缸体1之间构成移动副。 10 9
三、计算机构自由度时应注意的问题
三、计算机构自由度时应注意的问题
1．复合铰链 三个或三个以上构件在同一处构成共 轴线转动副的铰链，我们称为复合铰链。
若有m个构件组成复合铰链，则 复合铰链处的转动副数应为（m-1）个。
2个低副
三、计算机构自由度时应注意的问题
三、计算机构自由度时应注意的问题
2．局部自由度
平面机构的自由度要点
计算机构自由度时应注意的问题: 3、在计算机构自由度时应将虚约束去除： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合， （2）两构件某两点间的距离始终不变， （3）两构件组成多个移动方向一致的运动副 或两构件组成多个 轴线重合的移动副 （4）与运动无关的对称部分