平面机构的组成原理、结构分类与结构分析.pptx
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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
《机械原理》课件第二章平面机构的结构分
用规定的符号和线条代表构件和运动 副，按比例绘制出机构运动简图。
选择合适的投影面
一般选择机构的多数构件在同一平面 或相互平行的平面内运动的投影面作 为绘制运动简图的投影面。
自由度概念及计算公式
自由度概念
机构具有确定运动的独立参数数目称为机构的自由度。
自由度计算公式
F = 3n - 2PL - PH，其中F为机构自由度，n为活动构件数，PL为 低副数，PH为高副数。
《机械原理》课件第二章平面机构 的结构分析
目 录
• 平面机构基本概念与分类 • 平面机构运动简图及自由度计算 • 平面连杆机构结构分析与设计 • 凸轮机构结构分析与设计 • 齿轮传动系统结构分析与设计 • 其他常见平面机构介绍
01 平面机构基本概念与分类
平面机构定义及特点
定义
平面机构是指所有构件都在相互平行的平面内运动的机构，也称为平面连杆机 构。
采用多个连杆机构和关节组合而成，可实现 复杂的空间运动和操作任务。具有结构紧凑 、灵活性强等特点。
04 凸轮机构结构分析与设计
凸轮机构类型及特点
移动凸轮
凸轮相对机架作直线移动，适用于需要直 线往复运动的场合，如机床的进给机构等。
盘形凸轮
凸轮为绕固定轴线转动且有变化直 径的盘形构件，具有结构简单、紧 凑的特点，广泛应用于各种自动化
尺度和相对位置。具有直观、简便等优点，但精度较低。
02
解析法
通过建立机构的数学模型，利用数学方法求解机构的未知尺度和运动参
数。具有精度高、适用范围广等优点，但计算较复杂。
03
优化设计法
以机构的某项或多项性能指标为优化目标，通过计算机辅助设计软件进
行尺度综合和优化设计。可得到性能更优的机构方案，但需要较高的计
《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。
ch02 平面机构的结构分析PPT课件
常用运动副的符号
运动副符号
两运动构件构成的运动副
两构件之一为固定时的运动副
转 动
平副 面 运 动 副
2
2
1
1
2
2
2
1
1
2
移
动
1
副
2
1
1 2
1
2
2
22
1 1
2
1
2 1
1
1
2
1 2
1
平 面
平 面
2
运高
动副 副
1
2
螺
1
空旋
间副 2
运
1
动
副
球
1
面
副
球
销
2
副
2 1
2 1
1
2
2 1
2 1
1 2
1 2
2
1
2 1
例2-4泵机构
例2-5冲压机构
§2.3平面机构的自由度计算
一、机构具有确定运动的条件
2
3
1
θ1
2 1 θ1
3 4
θ4
给定一个独立参数θ1＝θ1(t), 机 构运动唯一确定，该机构仅需 θ3 θ4 均 不能唯一确定。若同时给定θ1和 θ4 ，则θ3 θ2 能唯一确定，该机 构需要两个独立参数 。
§2.2 平面机构的运动简图
2A 1 B 3
D C4
为什么要画机构运动简图？
模型不是越真实越好，在满 足应用要求的前提下，越简 单越好！
机构运动简图的要求
A 满足应用要求：分析机构组成 工作原理 运动分析、受力分析
完全反映原机械具有的运动特性。
B 表达简捷 C 符号统一、便于交流
《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。
精密机械基础-第5章平面机构的结构分析
高副低代的替代条件
替代前后机构的自由度、瞬时速度和瞬时加速度保持不变.
高n 副 两 元 素 均 为 圆 弧
构件1和2为绕A和B回转的两圆盘, 其
圆心分别为K1, K2,半径为r1, r2, 在C点
4
构成高副. 当机构运动时, 两构件将通
过圆弧的接触来传递运动, 故K1, K2两
n 点连线为两圆弧在接触点处的公法线,
3）机构中对运动不起作用的对称部分出现虚约束。
行星轮系
在实际机构中，经常会有虚约束的存在。从机构的运动 观点来看，虚约束是多余的；但从改善某些构件的受力情况, 增加机构的刚度而言，有时则是必要的。
例题：计算图示机构自由度。
6
1
2 5
4
3
分析：该机构具有5个 活动构件，有7个转动 副，即低副，没有高副。 于是机构自由度为
动的联接。
转动副
齿轮副
构件之间的接触不外乎点、线、面三种。
移动副
构成运动副的点、线、面称为运动副要素。
运动副分类 根据构件间相对运动是平面的还是空间的，可
分为平面运动副和空间运动副。本课程研究平面副。
构件作任意平面运动时，其运动可分解为三个独立运动: 沿x轴的移动、沿y轴的移动和绕垂直于xOy平面的轴转动. 这 三个独立运动可用三个独立参变量(任一点A的坐标x和y，以
引入构件2 （x2，y2，2）
2
引入构件1 （x1，y1，1）
1 1
与机架4铰接形成转动副引入两个约 束，构件1相对于机架4的独立运动
数只剩一个1 。则F=3-2。
3 4
最后构件3与机 架4铰接形成转 动副再引入两个
约束，此时机构 的F=(3-2)+(32)+(3-2)-2＝1。
平面机构的组成原理、结构分类与结构分析(ppt 17页)PPT共19页
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
平面机构的组成原理、结构分类与结构 分析(ppt 17页)
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
平面机构的组成原理、结构分类与结构 分析(ppt 17页)
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作
机械原理之平面机构的结构分析PPT课件( 62页)
•
9、与其埋怨世界，不如改变自己。管好自己的心，做好自己的事，比什么都强。人生无完美，曲折亦风景。别把失去看得过重，放弃是另一种拥有;不要经常艳羡他人，
人做到了，心悟到了，相信属于你的风景就在下一个拐弯处。
•
10、有些事想开了，你就会明白，在世上，你就是你，你痛痛你自己，你累累你自己，就算有人同情你，那又怎样，最后收拾残局的还是要靠你自己。
•
7、生命的美丽，永远展现在她的进取之中;就像大树的美丽，是展现在它负势向上高耸入云的蓬勃生机中;像雄鹰的美丽，是展现在它搏风击雨如苍天之魂的翱翔中;像江
河的美丽，是展现在它波涛汹涌一泻千里的奔流中。
•
8、有些事，不可避免地发生，阴晴圆缺皆有规律，我们只能坦然地接受;有些事，只要你愿意努力，矢志不渝地付出，就能慢慢改变它的轨迹。
1）固定件或机架；2）原动件；3）从动件 *必须有一个机架，至少有一个原动件，其余为活动构件。
2. 运动副的表示方法
转动副符号
3. 构件的表示方法
移动副符号
高副符号
其他零部件的表示方法可参看GB4460—84“机构运 动简图符号”。
• 绘制小型压力机机构运动简图
1.3 平面机构的自由度
得机构
1.4 机构的组成原理和结构分析 1.4.1 平面机构的高副低代
根据一定条件对机构中的高副以低副代替， 称为高副低代。
代替条件：代替前后机构自由度不变；瞬时 度和瞬时加速度不变。
方法：一个构件加两个低幅。构件：过接触 点法线，两个低幅：即为接触点圆弧曲率中心。
高副接触有三种：圆弧和圆弧接触；点和圆 弧接触；线和圆弧接触。
回转副。计算时不可漏算。
计算自由度 F 3n 2 pL pH 3*5 2*7 1
平面机构结构分析ppt课件
2.两构件构成多个移动副，且 导路平行。
甘肃工业大学专用
3. 两 构 件 构 成 多 个 转 动 副 ， 且同轴。
4. 运 动 时 ， 两 构 件 上 的 两点距离始终不变。
E
F
5.对运动不起作用的对 称部分。如多个行星轮。
甘肃工业大学专用
6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。 如等宽凸轮
WHale Waihona Puke 1副球 销
2
副
甘肃工业大学专用
2 1
2 1
1
2
2 1
2 1
1 2
1 2
1 2
2 1
构件的表示方法:
甘肃工业大学专用
一般构件的表示方法
杆、轴构件 固定构件 同一构件
甘肃工业大学专用
一般构件的表示方法
两副构件 三副构件
甘肃工业大学专用
注意事项:
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。
§2－1 机构结构分析的内容及目的
1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件 目的是弄清机构包含哪几个部分，各部分如何相
联？以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？ 这对于设计新的机构显得尤其重要。
2.按结构特点对机构进行分类 不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构
加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力 分析的一般方法。
一、平面机构自由度的计算
y 作平面运动的刚体在空间的位置需
要三个独立的参数（x，y, θ）
才能唯一确定。
单个自由构件的自由度为 3
F=3
θ (x , y)
x
甘肃工业大学专用
y
y
y
x
2
θ1 x
甘肃工业大学专用
3. 两 构 件 构 成 多 个 转 动 副 ， 且同轴。
4. 运 动 时 ， 两 构 件 上 的 两点距离始终不变。
E
F
5.对运动不起作用的对 称部分。如多个行星轮。
甘肃工业大学专用
6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。 如等宽凸轮
WHale Waihona Puke 1副球 销
2
副
甘肃工业大学专用
2 1
2 1
1
2
2 1
2 1
1 2
1 2
1 2
2 1
构件的表示方法:
甘肃工业大学专用
一般构件的表示方法
杆、轴构件 固定构件 同一构件
甘肃工业大学专用
一般构件的表示方法
两副构件 三副构件
甘肃工业大学专用
注意事项:
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。
§2－1 机构结构分析的内容及目的
1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件 目的是弄清机构包含哪几个部分，各部分如何相
联？以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？ 这对于设计新的机构显得尤其重要。
2.按结构特点对机构进行分类 不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构
加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力 分析的一般方法。
一、平面机构自由度的计算
y 作平面运动的刚体在空间的位置需
要三个独立的参数（x，y, θ）
才能唯一确定。
单个自由构件的自由度为 3
F=3
θ (x , y)
x
甘肃工业大学专用
y
y
y
x
2
θ1 x
平面机构的结构分析_图文
副，则该机构的自由度(degrees of Freedom)：
2、举例与讨论
1) 由于机构的自由度是机构的独立运动的数目，因此要使 机构能够运动，其自由度F0。
a）铰链四杆机构
解：该机构具有4个构件，活动构件 数n为3；低副数PL=4；高副数PH=0。 根据机构自由度计算公式，该机构的 自由度F为
（2）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性的视图平面）；
（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。
例2-1：
1-原动；4-机架。 1-4在A处组成回转副； 1-2在B处组成回转副； 2-3组成移动副； 3-4组成移动副。
约束：运动副对构件运动的限制作用。
限制1个独立运动=构件上加1个约束=失去1个自由度 限制独立运动的数目=约束数=自由度减少的数目 构件组成运动副后，构件间的直接接触使某些独立运动受到 限制，即引入了约束，自由度因而随之减少。 运动副不同，引入了约束的数目也不尽相同。
转动副（铰链）： 组成运动副的两构件只能在一个平面内相对 转动。每个构件只剩1个转动自由度。
2）原动件与自由度的关系
由于1个原动件一般只给1个运动，因此 给定运动数目=原动件数目 机构具有确定运动的条件为: 原动件数=机构自由度F
综上所述： 原动件数=F，运动确定
F>0, 原动件数<F，运动不确定 原动件数>F，机构破坏
F≤0， 构件间无相对运动，不成为机构
四、计算自由度时应注意的事项
从本结果来看该机构的自由度9 ，需要9个原动件。 实际应用中该机构只有1个原动 件。
按运动简图计算机构自由度是 有问题的！
1、复合铰链
2、举例与讨论
1) 由于机构的自由度是机构的独立运动的数目，因此要使 机构能够运动，其自由度F0。
a）铰链四杆机构
解：该机构具有4个构件，活动构件 数n为3；低副数PL=4；高副数PH=0。 根据机构自由度计算公式，该机构的 自由度F为
（2）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性的视图平面）；
（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。
例2-1：
1-原动；4-机架。 1-4在A处组成回转副； 1-2在B处组成回转副； 2-3组成移动副； 3-4组成移动副。
约束：运动副对构件运动的限制作用。
限制1个独立运动=构件上加1个约束=失去1个自由度 限制独立运动的数目=约束数=自由度减少的数目 构件组成运动副后，构件间的直接接触使某些独立运动受到 限制，即引入了约束，自由度因而随之减少。 运动副不同，引入了约束的数目也不尽相同。
转动副（铰链）： 组成运动副的两构件只能在一个平面内相对 转动。每个构件只剩1个转动自由度。
2）原动件与自由度的关系
由于1个原动件一般只给1个运动，因此 给定运动数目=原动件数目 机构具有确定运动的条件为: 原动件数=机构自由度F
综上所述： 原动件数=F，运动确定
F>0, 原动件数<F，运动不确定 原动件数>F，机构破坏
F≤0， 构件间无相对运动，不成为机构
四、计算自由度时应注意的事项
从本结果来看该机构的自由度9 ，需要9个原动件。 实际应用中该机构只有1个原动 件。
按运动简图计算机构自由度是 有问题的！
1、复合铰链
平面机构的组成原理、结构分类和结构分析ppt课件
3n -2PL =0 或 n =2 /3 PL
∵ n、PL都须整数 ∴ n应是2的倍数，而PL应是3的倍数。即：
n 2 4 6…
PL 3 6 9 …
3
2、杆组的级别 1）Ⅱ级杆组：由2个构件、3个低副构成的基本杆组。
Ⅱ级杆组是最简单的、应用最多的基本杆组，绝大 多数的机构都是由Ⅱ级杆组构成的。
Ⅱ级杆组有5种不同的类型（如图2-32）：
任何机构原动件机架f个若干个基本杆组f0基本机构的f原机构的f二结构分类机构的结构分类是根据杆组的不同组成形态进行的
§2—4 平面机构的组成原理、结构分类和结构分析
一、平面机构的组成原理
=+
机构（F=1） 机架、原动件 构件组（F=0）
因为机构具有确定运动的条件：原动件数=F，所以如 将机构的机架和原动件（称为基本机构）与其余构件拆分 开，则由其余构件构成的构件组的F=0。
5、6组成Ⅱ级杆组；4、7组成Ⅱ级杆组；
8、9组成Ⅱ级杆组； 2、3组成Ⅱ级杆组；
∴ 此机构是Ⅱ级机构
8
小 结：
通过本章的学习，要求： 1、会绘制机构的运动简图，应该表达出：构件的数目、
运动副的数目、运动副的类型、运动副间的相对位置、 原动件的运动规律等；而不需表达：构件的外形（高 副的轮廓形状除外）、断面尺寸、组成构件的零件数 目及固联方式、运动副的具体构造。 2、会计算平面机构的自由度，正确判断复合铰链、局部 自由度、虚约束。
原机构有相同自由度的机构，直至全部杆组拆 出，只剩下原动件和机架。
3）根据所拆杆组的最高级别决定机构的级别。
7
例：计算图示机构的自 由度，并分析组成 此机构的基本杆组 和判断机构的级别。
解：n=10，PL=14 ，PH= 0，F′= 0，P′= 0 F= 3n-（2PL+PH- P′）- F′ = 3×10 - ( 2×14 + 0- 0 ) - 0 = 2
平面机构的结构分析幻灯片PPT
2
3
例：计算圆盘锯主体机构的自由度。 解：
n=7, A、B、C、D处有复合铰链， PL=10
F=3n-2 PL-PH =3×7-2×10-0 =1
2.局部自由度——与整个机构运动无关的自由度（即多 余的）。
计算时，应排 除局部自由度。
常见于凸轮机构滚子从动件以及类似将滑动摩擦变为滚 动摩擦的情况中。
3.机构中存在着与整个机构运动无关的自由度称
为 局部自。由在度计算机构自由度时应
。去掉
4.在任何一个机构中，只能有 一个个构件作为机架。
5.在平面机构中若引入一个高副将引入______个约束，
而引入一个低副将引入 个约束。约束数与1 自由度的关
系是____________
2
抵消
二、选择题
1.一个作平面运动的自由构件具有 C 自由度。
固定铰链——其中一个构件是固定的。 活动铰链——两构件都是活动的。
转动副
2）移动副：组成运动副的两构件只能沿某一直线作相 对移动。
移动副
2.高副 ——两构件通过点、线接触组成的运动副。
高副的承载能力差，但能传递较复杂的运动。
空间运动副：
球面副
螺旋副
§2-2 平面机构运动简图
不考虑那些与运动无关的因素（构件的形状、具体构 造、组成构件的零件数目等），只说明机构中各构件的相 对运动关系的简单图形，称为机构运动简图。
高副：引入一个约束，有两个自由度，转动 + 移动。
自由度计算公式：
F=3n-2PL-PH
式中：n——活动构件的数目。 PL ——低副的数目。 PH ——高副数。
例：计算图中机构的自由度。
解： n=5，PL=7 ，PH=0 F=3n-2PL–PH=3×5-2×7-0=1
《平面机构》课件
定义
平面机构是位于一个平面上 的机构，由多个部件组成。
组成
平面机构由多个类型的零件 组成，如连杆、摆杆、齿轮 等。
分类
平面机构可以根据功能和结 构进行分类。
平面连杆机构
平面连杆机构是平面机构中的一种基本形式，用于将旋转运动转换为直线运动。 它包括三种基本形式：曲柄滑块机构、滑块摇杆机构和双曲柄机构。
滑块导向机构
通过滑块和导向轨道来控制物体 的运动。
齿轮导向机构
通过齿轮传动来控制物体的运动 方向。
凸轮导向机构
通过凸轮和滚子来控制物体的运 动轨迹。
平面滑块机构
平面滑块机构用于将直线运动转换为往复运动。 常见的结构类型包括滑块摇杆机构和滑块导向机构。
1 滑块摇杆机构
通过滑块和摇杆实现复杂的运动轨迹。
2 滑块导向机构
通过滑块和导向轨道来控制物体的运动。
平面齿轮机构
平面齿轮机构通过齿轮的配合实现不同的运动传递。 常见的结构类型包括齿轮传动和齿条传动。
齿轮传动
通过齿轮的配合实现不同速度和扭矩之间的转换。
齿条传动
通过齿条合器和制动器用于控制机构的运动和停止。 它们通过摩擦力或机械锁定来实现离合和制动的功能。
平面减速机构
平面减速机构用于减小输入动力的速度并增大输出动力的扭矩。 常见的结构类型包括齿轮减速机构和蜗杆减速机构。
齿轮减速机构
利用不同大小的齿轮来改变 转速和扭矩。
蜗杆减速机构
通过蜗杆和齿轮的组合来实 现减速。
链条传动
利用链条连接不同的齿轮来 实现减速作用。
平面导向机构
平面导向机构用于控制物体的运动轨迹。 常见的结构类型包括滑块导向机构和齿轮导向机构。
曲柄滑块机构
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❖ 选择基本杆组搭接新机构
。不不代代入入多多余余的的自约由束接但动度副必已参 须 确机与搭定构搭在处的接运。自由，度不变。
❖（自由度数2）始对终杆等组于概原念的动理件解数：）F= 0，不能理解为不能动。而是，杆组参与
搭接机构时不会引入多余的约束和自由度。
§2–8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
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
三、平面机构的结构分析
机构的结构分析是机构组成的逆过程，也可称为机构的拆杆组。
三、平面机构的结构分析
例题：分别以2、6构件为原动件，分析图示机构的组成。
F= 3 5 - 2 7 = 1
若以构件6为原动件
4
4
5
3
6
2 1
5 3
2
Ⅲ 级机 构
6 1
§2–9 平面机构中的高副低代
为了便于对含有高副的平面机构进行分析和研究，根据低副与高副之 间的内在联系，虚拟地将高副用低副代替 — 高副低带
O1O2 = R1+ R2
故可作图 b 的等效替代
o1
1 O1
o2
C 2
O2
n
o1R1
o2
R2
n
1
2
A （图 a ）
B
o1 o2
用一个双低副的构件来替代高副，将 转动副中心置于高副元素曲率中心处。
可以保证替代前后瞬时运动关系不变。
1 2
A （图 b ）
பைடு நூலகம்
B
§2–9 平面机构中的高副低代
举例
O1
C 2
二、平面机构的组成原理
1、基本机构
（原动件 + 机架）
2、机构的组成
（基本机构 + 杆组）
3、平面机构的级别
机构的级别按其中所含杆组的最高级别确定。
§2–8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
三、平面机构的结构分析
机构的结构分析是机构组成的逆过程，也可称为机构的拆杆组。
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。
步骤及注意事项
31。。注除意去：机构中 （的1虚）约拆束解和杆局组部前自 后由。度自。由计度算不自应由度， 2 发明生确变原化动。件剩。余 部分还应是机构。 2（。2）拆复杆合组铰。链一 般应是按从复远合离的原次动数件 处拆开多始次拆。，应首先 试（拆3）Ⅱ原级动组件，的若不不 成同再会试直拆接高影一响级机杆 组构。拆重解复次进序行和直结至 原果动。件。
一、基本杆组的概念
1、基本杆组
对具有确定相对运动的低副机构（原动件数=自由度数），将原动件和 机架拆下，剩余的从动件系统就是一个自由度为零的运动链。若将其进一步
拆为不可再拆的自由度为零的运动链，即得到基本杆组。简称“杆组”
O
A
A
F
F F = 35- 27 = 1
+
C
C
E DB
E F = 3D4- 26B = 0
§2–8平面机构的组成原理、结构 分类及结构分析
本节将从新的视角，对平面低副机构进行分类。它对机构运动 分析、受力分析与综合具有很重要的意义。同时，可进一步加 深对自由度、虚约束等概念的理解。
一、基本杆组的概念
二、平面机构的组成原理
三、平面机构的结构分析
§2–8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
F = 32- 23 = 0
§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
2、基本杆组的类型 由杆组的定义： F = 3 n –2 Pl = 0
3 n =2 Pl
名称 构件数、低副数
Ⅱ级组
n =2 ；Pl =3
Ⅲ级组
n =4 ；Pl =6
Ⅳ级组
n =4 ；Pl =6
杆组的基本型
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。
1
B A
O2
2
O1 C
1 O2
思考题：
P38 2-6、2-7
作业：
P45 2-20、2-21
9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。20.12.7 20.12.7Monday, December 07, 2020 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。12:10:3212:10:3212:1012/7/2020 12:10:32 PM 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。20.12.712:10:3212:10Dec-207-Dec-20 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。12:10:3212:10:3212:10Monday, December 07, 2020 13、志不立，天下无可成之事。20.12.720.12.712:10:3212:10:32December 7, 2020
3 4
1
3 4
6 5
8 9
7
F = 38- 211 =2
6 5
8
Ⅱ 级机
7
构
§2–8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
三、平面机构的结构分析
例题：分别以2、6构件为原动件，分析图示机构的组成。
F= 3 5 - 2 7 = 1
若以构件2为原动件
4 4
Ⅱ 级机 构
5
3
6
3
5 6
2 1
2 1
§2–8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
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
原动件类型选择基本机构。
杆组的外
结论： 1）用杆组搭接机构
n =4 ； B Pl =6 A 1
2 D
F
4
C
3 E
Ⅲ级组的基本型
§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
（原动件 + 机架）
2、机构的组成
（基本机构 + 杆组）
❖ 按机构实际所需的自由度和 原动件类型选择基本机构。
❖ 选择基本杆组搭接新机构 。 ❖（自由度数始终等于原动件数）
1、代替条件
代替前后机构的自由度不变。 代替前后机构的瞬时运动关系不变。
2、代方法
高副引入一个约束，故替代构件数 n及所带低副数 PL 应满足： F = 3n –2PL = -1
用一个双低副的构件来替代高副，可以保证替代前后自由度不变。
§2–9 平面机构中的高副低代
图示机构中，构件1，2构成高副。
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
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
。不不代代入入多多余余的的自约由束接但动度副必已参 须 确机与搭定构搭在处的接运。自由，度不变。
❖（自由度数2）始对终杆等组于概原念的动理件解数：）F= 0，不能理解为不能动。而是，杆组参与
搭接机构时不会引入多余的约束和自由度。
§2–8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
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
三、平面机构的结构分析
机构的结构分析是机构组成的逆过程，也可称为机构的拆杆组。
三、平面机构的结构分析
例题：分别以2、6构件为原动件，分析图示机构的组成。
F= 3 5 - 2 7 = 1
若以构件6为原动件
4
4
5
3
6
2 1
5 3
2
Ⅲ 级机 构
6 1
§2–9 平面机构中的高副低代
为了便于对含有高副的平面机构进行分析和研究，根据低副与高副之 间的内在联系，虚拟地将高副用低副代替 — 高副低带
O1O2 = R1+ R2
故可作图 b 的等效替代
o1
1 O1
o2
C 2
O2
n
o1R1
o2
R2
n
1
2
A （图 a ）
B
o1 o2
用一个双低副的构件来替代高副，将 转动副中心置于高副元素曲率中心处。
可以保证替代前后瞬时运动关系不变。
1 2
A （图 b ）
பைடு நூலகம்
B
§2–9 平面机构中的高副低代
举例
O1
C 2
二、平面机构的组成原理
1、基本机构
（原动件 + 机架）
2、机构的组成
（基本机构 + 杆组）
3、平面机构的级别
机构的级别按其中所含杆组的最高级别确定。
§2–8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
三、平面机构的结构分析
机构的结构分析是机构组成的逆过程，也可称为机构的拆杆组。
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。
步骤及注意事项
31。。注除意去：机构中 （的1虚）约拆束解和杆局组部前自 后由。度自。由计度算不自应由度， 2 发明生确变原化动。件剩。余 部分还应是机构。 2（。2）拆复杆合组铰。链一 般应是按从复远合离的原次动数件 处拆开多始次拆。，应首先 试（拆3）Ⅱ原级动组件，的若不不 成同再会试直拆接高影一响级机杆 组构。拆重解复次进序行和直结至 原果动。件。
一、基本杆组的概念
1、基本杆组
对具有确定相对运动的低副机构（原动件数=自由度数），将原动件和 机架拆下，剩余的从动件系统就是一个自由度为零的运动链。若将其进一步
拆为不可再拆的自由度为零的运动链，即得到基本杆组。简称“杆组”
O
A
A
F
F F = 35- 27 = 1
+
C
C
E DB
E F = 3D4- 26B = 0
§2–8平面机构的组成原理、结构 分类及结构分析
本节将从新的视角，对平面低副机构进行分类。它对机构运动 分析、受力分析与综合具有很重要的意义。同时，可进一步加 深对自由度、虚约束等概念的理解。
一、基本杆组的概念
二、平面机构的组成原理
三、平面机构的结构分析
§2–8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
F = 32- 23 = 0
§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
2、基本杆组的类型 由杆组的定义： F = 3 n –2 Pl = 0
3 n =2 Pl
名称 构件数、低副数
Ⅱ级组
n =2 ；Pl =3
Ⅲ级组
n =4 ；Pl =6
Ⅳ级组
n =4 ；Pl =6
杆组的基本型
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。
1
B A
O2
2
O1 C
1 O2
思考题：
P38 2-6、2-7
作业：
P45 2-20、2-21
9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。20.12.7 20.12.7Monday, December 07, 2020 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。12:10:3212:10:3212:1012/7/2020 12:10:32 PM 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。20.12.712:10:3212:10Dec-207-Dec-20 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。12:10:3212:10:3212:10Monday, December 07, 2020 13、志不立，天下无可成之事。20.12.720.12.712:10:3212:10:32December 7, 2020
3 4
1
3 4
6 5
8 9
7
F = 38- 211 =2
6 5
8
Ⅱ 级机
7
构
§2–8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
三、平面机构的结构分析
例题：分别以2、6构件为原动件，分析图示机构的组成。
F= 3 5 - 2 7 = 1
若以构件2为原动件
4 4
Ⅱ 级机 构
5
3
6
3
5 6
2 1
2 1
§2–8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
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
原动件类型选择基本机构。
杆组的外
结论： 1）用杆组搭接机构
n =4 ； B Pl =6 A 1
2 D
F
4
C
3 E
Ⅲ级组的基本型
§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
（原动件 + 机架）
2、机构的组成
（基本机构 + 杆组）
❖ 按机构实际所需的自由度和 原动件类型选择基本机构。
❖ 选择基本杆组搭接新机构 。 ❖（自由度数始终等于原动件数）
1、代替条件
代替前后机构的自由度不变。 代替前后机构的瞬时运动关系不变。
2、代方法
高副引入一个约束，故替代构件数 n及所带低副数 PL 应满足： F = 3n –2PL = -1
用一个双低副的构件来替代高副，可以保证替代前后自由度不变。
§2–9 平面机构中的高副低代
图示机构中，构件1，2构成高副。
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
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