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机械原理结构分析

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机械原理—平面机构的结构分析

机械原理—平面机构的结构分析

齿轮齿廓
作者：潘存云教授
活塞与缸套
§2-1 运动链与机构
按两构件之间相对运动方式分：
运动副
转动副——两构件之间的相对 运动为转动的运动副
移动副——两构件之间的相对 运动为平动的运动副
对于空间机构，还有螺旋副和球面副
§2-1 运动链与机构
按两构件之间接触方式分：
运动副
低副——两构件之间为面接触 的运动副
第二章 平面机构的结构分析
§2-1 运动链与机构 §2-2 机构运动简图 §2-3 机构自由度的计算 §2-4 机构分析与创新 §2-5 机构结构的拓展内容简介
§2-1 运动链与机构
机构是传递机械运动的装置，也就是传递机械运动、力 或者导引构件上的点按给定轨迹运动的机械装置。
机构的组成要素为构件和运动副。
在
机 架 上
齿 轮 齿
的 电 机
条 传 动
圆
带
锥
传
齿
动
轮
传
动
§2-2 机构的运动简图
链
圆柱
传
蜗杆
动
蜗轮
传动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
凸 轮 传 动
§2-2 机构的运动简图
内啮
棘
合圆
轮
柱齿
机
轮传
构
动
§2-2 机构的运动简图
（3）构件表示时的注意事项:
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动 副的性质。
C D4
A1 1 B
3 2
5
E
6
冲床传动机构运动简图
§2－2 平面机构运动简图
§2－2 平面机构运动简图
§2－2 平面机构运动简图

机械原理第1章机构组成原理及机构结构分析

机械原理第1章机构组成原理及机构结构分析

常用机械零部件名词解析
连杆 滑块 齿轮
皮带
用于连接不同部件的刚性杆件，传递力和运动。
具有直线运动轨迹的零件，常用于变换运动方向。
通过齿轮的啮合传递运动和力，常用于调整速度和 扭矩。
用于传递运动和力的带状零件，具有较好的柔性和 缓冲性能。
传动链的定义和分类
传动链是指通过传动装置将动力和运动从一个部件传递到另一个部件的系统。
分类
机构按照构件的排列方式和运动副的类型等进行分类， 如平行机构、串联机构、单自由度机构等。
机构运动分析方法
1 图解法
使用图示的方式分析机构的运动特性，包括图线法和位移法等。
2 解析法
使用数学和物理方法，通过建立运动方程来分析机构的运动。
3 模拟法
使用计算机仿真软件对机构进行建模和分析，得到运动的详细信息。
分类
机构按照运动的类型、工作原理和用途等进行分类， 如平面机构、空间机构、齿轮机构、摆线机构等。
机构元素及其种类
机构元素
构成机构的基本组成部分，如构件、连接件、运动副等。
种类
常见的机构元素有连杆、滑块、齿轮、皮带等，它们在机械系统中起到关键的作用。
机构的基本组成及其分类
基本组成
机构通常由若干个运动副和构件组成，通过连接件连接 在一起，形成特定的结构。
定义
传动链是由多个传动副组成的机构系统，用于传递力 和运动。
分类
传动链按照传递方式、传递元件和特点等进行分类， 如正隙传动、斜隙传动和无隙传动。
齿轮传动及其种类
概述
齿轮传动是一种常见的传动方式，通过齿轮的啮合传递 运动和力。
种类
常见的齿轮种类有直齿轮、Hale Waihona Puke 齿轮、锥齿轮等，用于不 同的应用场景。

机械原理平面机构的结构分析主要内容：

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

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

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。

机械原理实验 机械结构的分析及运动简图测绘(二)实验报告

机械原理实验 机械结构的分析及运动简图测绘(二)实验报告

实验名称实验四机械结构的分析及运动简图测绘(二)
课程名称机械原理实验时间实验地点 S401 组号同组人成绩
一、实验目的
1.熟悉机构运动简图的画法，掌握从实际机构中测绘其运动简图的技能。

2.巩固机械结构的分析原理及自由度计算方法。

3.加深理解四杆机构的演化过程及验证曲柄存在的条件。

二、仪器设备
1.设备：唧筒、手摇抽气机、内燃机模型
2.工具：卷尺 0-3m；
游标卡尺 0-150mm，精度0.02mm；
游标卡尺 0-300mm，精度0.02mm；
三、实验原理简要
1.什么是机构运动简图？
2.在绘制机构运动简图时，长度比例尺及投影面怎样选择？
长度比例尺： ＝
投影面的选择方法：
四、实验过程和步骤
画图，格式如下：
序号.机构名称
长度比例尺：
机构自由度计算：
是否有确定的运动：
机构运动简图：
五、数据记录与处理：
继续画图，格式同上
六、实验结论分析与讨论：
请用红色水笔标注出本次实验中的机构运动简图所缺失的尺寸，并按顺序编号。

总计缺失的尺寸数目是个。

1。

机械原理典型例题第二章机构分析

机械原理典型例题第二章机构分析
A
A
B
C
运动链能够成为机构的条件是，运动链相对于机架的自由度大于零，且等于原动件的数目。 平面机构的级别取决于机构能够分解出的基本杆组的级别。
Y
N
1
2
3
2.判断题：
作业评讲
2-8: 图示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A来连续回转，而固定在A轴上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动达到冲压的目的。试绘出机构运动简图，分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。
例4：图示机构中，AB∥=EF ∥=CD，试计算机构自由度。
解： C处为复合铰链， m=3； G处为局部自由度；有一个虚约束。 I处有一个高副虚约束。 机构ABCDEF为平行四边形机构，构件EF及引入的约束为虚约束。 机构自由度F n=6, Pl=7, Ph=2 F=3n-2Pl- Ph =3×6-2×7-2 =2
F=3×8-2×10-2 =2
局部自由度
复合铰链
F=3×7-2×9-2 =1
虚约束
2-14(b):图示凸轮—连杆组合机构的自由度。在D处为铰接在一起的两个滑块。
虚约束
局部自由度
F=3×5+2×6-2=1
2-17: 试计算所示惯性筛机构的自由度，判断机构是否具有确定的运动（标箭头的构件为原动件）。
不同的原动件，组成机构的杆组与级别不相同。
例9：图示牛头刨机构设计方案图。设计者的意图是动力由曲柄1输入，通过滑块2使摆动导杆3做往复摆动，并带动滑枕4往返移动以达到刨削的目的。试分析此方案有无结构组成原理上的错误，若有，请说明原因并修改。（作业：补充修改方案）
解： 机构的自由度， n = 4, pl = 6, ph = 0 F = 3n - 2 pl - ph = 3×4－2×6－0 =0 F＜机构原动件数 不能运动。 修改： 增加机构自由度的方法是：在机构的适当位置添加一个活动构件和一个低副或者用一个高副代替原来机构中的一个低副。AEBDCFG

机械原理——第2章 机构的的组成及结构分析

机械原理——第2章 机构的的组成及结构分析

2
1 1 2
2
1
2 1 2
1
1 1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2 1
1 2
3. 运动链
运动链－两个以上的构件通过运动副的联接 而构成的系统。 工业 机器人
闭式链、
开式链
4. 机构能够用来传递运动和动力的可动装置。 机架－作为参考系的构件，如机床床身、车辆 底盘、飞机机身。
原（主）动件－按给定运动规律运动的构件。 从动件－其余可动构件。
⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形 机构的自由度。 B C 2 E 解：n= 4， PL= 6， PH=0 1 F=3n － 2PL － PH 4 3 =3×4 －2×6 F D A =0 3.虚约束 －－对机构的运动实际不起作用的约束。 计算自由度时应去掉虚约束。 ∵ FE＝AB ＝CD ，故增加构件4前后E 点的轨迹都是圆弧，。 增加的约束不起作用，应去掉构件4。
1.杆组的各个外端副不可以同时加在同
一个构件上，否则将成为刚体。如：
2.机构的级别与原动件的选择有关。
§2－8 平面机构中的高副低代
高副低代：为了使平面低副机构的结构分析和运动
分析的方法能适用于含有高副的平面机构，根据一 定条件将机构中的高副虚拟地以低副代替的方法。 高副低代条件：
1、代替前后机构的自由度不变
一般构件的表示方法
杆、轴构件
固定构件
同一构件
一般构件的表示方法
两副构件
三副构件
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。
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机 带 传 动 齿 轮 齿 条 传 动 圆 锥 齿 轮 传 动

机械原理：第二章机构的结构分析

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

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

第2章机械原理 机构的组成及结构分析

第2章机械原理 机构的组成及结构分析
3
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

机械原理第二章机构的结构分析

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》第02章机构的结构分析与综合

《机械原理》第02章机构的结构分析与综合

(1)若Ｆ>0，且与原动件数 相等，则机构各构件间的 相对运动是确定的；
(2)若Ｆ>0，且多于原动件 数，则构件间的运动是不 确定的；
F=0、
F= 0
静定结构
F=- 1 超静定结构
(3)若机构自由度Ｆ≤0，则机构不能动；
总结
• (1)若机构自由度Ｆ≤0，则机构不能动；
• (2)若Ｆ>0，且与原动件数相等，则机构各构件间的相 对运动是确定的；这就是机构具有确定运动的条件。 • (3)若Ｆ>0，且多于原动件数，则构件间的运动是不确 定的； • (4)若Ｆ>0，且少于原动件数，则构件间不能运动或产 生破坏。
• （二）平面机构的级别 • （三）结构分析
（一）基本杆组及其级别
• 1． 定义
不能再分解的零自由度的构件组。（阿苏尔杆组）
• 2． 满足条件： 3n-2PL=0 PL=3n /2
n=2, PL=3 ; n=4, PL=6 • Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级杆组的基本类型*
Ⅱ级组的五种类型
Ⅲ级组的几种组合形式
Ⅳ级组
例：摆动从动件盘形凸轮机构
(2)若两接触轮廓之一为一点，其替代方法如图所示。
例：尖底直动从动件盘形凸轮机构
例：确定如图所示平面高副机构的级别。
例7
§2-5 平面机构的结构综合
平面机构的结构综合（设计）：是结构分析的逆过程 是根据运动输入和输出特性进行机构运动简图的设计过程。 研究一定数量的构件和运动副可以组成多少种机构类型的综合过 程。机构设计：设计新机构运动简图。 基本杆组叠加法；平面机构如果没有高副，可按公式(2-4)综合出 各种类型的基本杆组，再利用串联、并联等方式将基本杆组与I
三、计算平面机构自由度时应注意的事项

机械原理机构的结构分析

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

机械原理(2015春)机构组成原理及机构分析
通过计算机构的自由度，确定原动件，将机构拆成原 动件、机架和若干个基本杆组，确定机构的级别，了解机 构的组成。 机构结构分析的步骤：
（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

机构的结构分析__机械原理

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)

机械原理(机构的结构分析)
生虚约束的构件和运动副去掉，然后再进行计算。
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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B A A
B
C
C
机架
●
例2-1
绘制图示机构简图
3
C
23 4
C234 2 3 4
2 B 12 1 A 14
B12 1
4
A14
●
例2-2
颚式破碎机
2
A B 1
3
4 C
D
●

例2-3.绘制转动翼板式水泵机构运动简图 例2-4.绘制旋转泵机构运动简图 例2-5.绘制图示机构的机构运动简图


●
例2-6
2-3
平面机构的自由度
一、构件的自由度
自由度构件所具独立运动的个数（确定构件位置所
需独立坐标数）。 一个完全自由的平面运动构件具有三个自由度。
y

y
1
y
x
x
2
x
●
约束— 限制 二、平面运动副的约束条件 约束条件 — 约束数 运动副的形成引入了约束，使构件失去运动自由度。
1. 转动副
x
0 F=1
对
●
Ⅱ.两构件上某两点间的距离在运动过程中始终不变
用一个构件两个运动副去联接则构成虚约束
2 1 5 4 3
虚约束
F＝3n－2PL－PH+P ＝3 4－2 6 －0 + 1 ＝1
●
Ⅲ.对传递运动不起独立作用的重复部分
3
2 1 2
虚
虚
F＝3n－2PL－PH+P ＝3 4－2 4 －4 + 1 ＝1
●
小结
◆计算机构自由度应注意的事项
存在于转动副处 ◆ 复合铰链 正确处理方法：复合铰链处有m个构件 则有(m-1)个转动副
常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦 变成滚动摩擦所增加的滚子处。
◆局部自由度 正确处理方法：计算自由度时将局部自 由度减去。 存在于特定的几何条件或结构条件下。 ◆ 虚约束 正确处理方法：将引起虚约束的构件和 运动副除去不计。 ●
●
例2-12：计算图示机构的自由度，如有复合铰链、局部自由 度和虚约束，需明确指出。画箭头的构件为原动件。
局部自由度 复合铰链
复合铰链
1个虚约束
解：分析
●
局部自由度 复合铰链
复合铰链
1个虚约束
n 8, pL 11, pH 1 F 3n 2 pL pH 3 8 2 11 1 1
移动副导路平行 转动副轴线重合 平面高副接触点共法线
“移动副”
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 3 －1 ＝ -1
2 1
错
“转动副”
●
3.注意事项（续） 2）局部自由度 —排除
机构中某些构件所具 有的局部运动，并不影响 机构运动的自由度。
F＝3n－2PL－PH ＝ 3 3 － 2 3 －1 ＝2
◆ 结构分析目的 了解机构的组成，确定机构的级别。 ◆ 结构分析的过程 把机构分解为基本杆组、机架和原动 件。 ◆ 杆组拆分原则 拆杆组
从离原动件最远的构件开始试拆，先拆 II 级组，若 不成，再拆III级组，每拆出一个杆组后，机构的剩余部 分仍应是一个与原机构有相同自由度的机构，直到只剩 原动件为止。 ◆ 机构结构分析步骤 杆组拆分示例 1、正确计算机构的自由度； 2、根据机构拆分原则进行拆分 ★典型例题1： 3、最后定出机构的级别。 试确定图示机构级别。
y

x
y
0
F=3
约束数 S = 2
F=4 F=6
不论形成运动副的两个构件是否其中有一个 相对固定，运动副引入的约束数S均相同。
●
2. 移动副 约束数 S = 2 3. 齿轮副
n n n
4. 凸轮副
n
约束数 S = 1
平面低副约束数 S = 2 平面高副约束数 S = 1
●
三、平面机构的自由度 1.机构自由度的计算公式
第二章 平面机构的结构分析
•2-1 构件及其运动副
•2-2 机构运动简图的绘制 •2-3 平面机构自由度的计算 •2-4 机构的组成原理及结构分析 •2-5 平面机构中的高副低代
2-1
构件及其运动副
一、构件 —— 运动的单元. 二、运动副 —— 两个构件直接接触且具有确定相对运
动的联接。
运动副元素——两构件相互接触的点、线、面。
●
例2-8:
1
复
2
3 4
7
5 6
局
8
9
例2-9:
6
局
F＝3n－2PL－PH+ P- F ＝ 3 8 －2 10－1 + 0 - 1
＝2
7
5
4
3 2 1
8
F＝3n－2PL－PH+ P- F ＝3 7－2 9－ 1 + 0 - 1
＝1
●
例2-10:
F＝3n－2PL－PH ＝3 8 －2 11 －1 ＝1
●
◆高副低代方法
高副两元素均为圆供2个约束
不能直接用低副来代替， 如何进行高副低代？
结论：用一个含有两个低副的虚拟构件来代替高副，且
两低副位置分别在两高副两元素接触点处的曲率中心。●
因其曲率中心在无穷远处，则其中 因其曲率半径为零，其中一 个转动副就在该点处。 的一个转动副变为移动副；
●
二、平面机构的结构分类
◆ 机构结构分类的依据： 根据机构中基本杆组的级别进行分类。 ◆ II级机构 指机构中基本杆组的最高级别为II级的机构。 ◆ III级机构 指机构中基本杆组的最高级别为III级组的机 构。 ◆Ⅰ级机构 只由机架和原动件组成的机构称为Ⅰ级的机 构。杠杆机构、斜面机构）
●
三、平面机构的结构分析
平面运动副分类:
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
螺旋副
球面副
●
三、运动链
若干构件通过运动副联接而成的可动系统称运动链
若将运动链中的一个构件相对固定，运动链则 成为机构。
四、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
球面副
●
二、构件
不管构件形状如何，简单线条表示，带短剖面 线表示机架。
●
带运动副元素的构件
●
三、机构运动简图的绘制 方法与步骤：
1.确定构件数目及原动件、输出构件； 2.根据各构件间的相对运动确定运动副的种类和数目； 3.选定比例尺，按规定符号绘制运动简图； 4.标明机架、原动件和作图比例尺； 5.验算自由度。
2-4
1. 杆组
机构的组成原理及结构分类
机构具有确定运动的条件： 自由度数=原动件数
一、机构的组成原理
机架和原动件与从动件组分开： 从动构件组自由度为零。
可以再拆成更简单的 自由度为零的杆组
◆基本杆组：把机构中最后不能再拆的自由度为
零的构件组称为机构的基本杆组。
●
◆ 基本杆组的分类 对于全低副的杆组： n个构件、pl个低副
这时

F＝3n－2PL－PH-F
式中F 为局部自由度数目
F＝3n－2PL－PH-F ＝ 3 3 － 2 3 －1 -1
＝1

●
3.注意事项（续） 3）虚约束
2 1 4 3
不产生实际约束效果的重复约束
2
—排除
1
5 4
3
F＝3n－2PL－PH ＝ 3 3 －2 4－0 ＝1
应用实例
F＝3n－2PL－PH ＝ 3 4 －2 6－0 ＝0 ？

F ＝ 3n－2PL－PH ＝ 3 5 －2 7－ 0 ＝ 1

●
例2-7: 圆盘锯机构
复
F＝3n－2PL－PH ＝ 3 7 －2 6－ 0 ＝9 ? F＝3n－2PL－PH ＝3 7－2 10－ 0 ＝1
复
复
复
●
3.注意事项（续）
3
两构件间构成多个运动副
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2 －1 ＝1 对
有一个机架 自由度大于零（F>0） 原动件数 =自由度数
（通常，原动件为含低副构件且与机架相连, 只有一个自由度。）
●
3.注意事项
1）要正确计算运动副数目
复合铰链
—计算在内 m-1个低副
2 3 5
m个构件(m3)在同一处构成 共轴线的转动副
复
2 3 1 5 6
4
F ＝ 3n－2PL－PH ＝ 3 5 －2 6 － 0 ＝ 3
◆计算机构自由度典型例题分析
例2-11：计算图示某包装机送纸机构的自由度，并判断该 机构是否有确定运动。 解法1： 动画演示 解法2： 复合铰链：D包含2个转动副 局部自由度：F’=2 虚约束：杆8及转动副F、I引 入1个虚约束。
计算自由度前直接去除虚约 束和局部自由度： n=6 pl=7 ph=3 F=3n-2pl-ph=1
机构的自由度 F= 3活动构件数 -2低副数 -1高副数 计算公式
F ＝3n 2PL PH
F＝3n2PLPH F＝3n2PL PH F＝3n2PLPH ＝3 3 24 0 ＝34 2 5 0 ＝3 2 22 1 ＝ 2 ＝ 1 ＝ 1
●
F=3n-2PL-PH
2-2
平面机构运动简图的绘制
机构运动简图 表示机构运动特征的一种工程用图 与运动有关的因素：
构件数目 运动副数目及类型 运动副之间的相对位置
表达方式：
用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置
●
一、运动副符号