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机构的结构分析2

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第二章 平面机构的结构分析(二)讲解

第二章 平面机构的结构分析(二)讲解

•
下面讨论机构具有确定运动的条件：
1、当机构的自由度 F ≤0时：
机构蜕化为刚性桁架，即不能产生相对运动。 例1：三角架的自由度F：
F 3 2 2 3 0 0
例题2：下图的自由度F为：
F 3 3－2 5－0 ＝－1
故F ≤0时，机构已成为超静 定桁架，构件间不能产生相对 运动。
•
概念：我们把对机构运动不起限制作 用的重复的、多余的约束，称为虚约束。
简言之，虚约束就是重复的、多余的约束。
进入虚约束：－－1.3运动链成为机构的条件
－－1.3.3－－虚约束
只算一个高副
滑块4是多余的
应去掉一个齿轮
例题3 计算如下图所示机构的自由度F
解：
虚约束
虚约束
1、首先找出机构中 的复合链接、局部自 由度和虚约束。
活动构件数 假设n个活动构件 均为自由构件， 即未用运动副联 接时。 机构低副总个数 一个低副引入 两个约束， 机构高副总个数
一个高副引 入一个约束，
例题：计算四杆机构的自由度
如右图：四杆机构的活动构件数n＝3 低副 PL＝？ PL＝4 高副PH＝0 代入自由度计算公式得：
F 3n 2 PL PH
1
2、当原动件数目 ＜ F（机构自由度自由度F为：
F 3 4 2 5 0 2
而原动件数目＝1 ＜ F＝2 故机构没有确定的运动，从动件的运动不能完全确定。 为什么？进入课件：
CH1－－运动链成为机构的条件－－1.3.2条件
3、当原动件数＞F（运动链自由度）时：
Principle of Mechanics
版权所有，同学自用，勿给他人
制作：郭连忠
机械电子工程学院
机械原理习题

机械原理习题

第二章机构的结构分析机械原理习题卡d)第二章机构的结构分析机械原理习题卡= d)第二章机构的结构分析机械原理习题卡第二章机构的结构分析机械原理习题卡第三章平面机构的运动分析机械原理习题卡①何谓机械效率？效率高低的实际意义是什么？提高机械效率的途径有哪些？②在串联机组中，总效率与各部分效率关系如何？如何才能提高这类机组的效率？第五章机械的效率和自锁机械原理习题卡第五章机械的效率和自锁机械原理习题卡第六章机械的平衡的通孔，位置Ⅱ处是一质量m2=0.5kg 试求此孔的直径与位置。

（钢的密度γ=7.8g/cm3机械原理习题卡第六章机械的平衡机械原理习题卡第七章机械的运转及其速度波动的调节机械原理习题卡①何谓等效构件？何谓等效力和等效力矩？何谓等效质量与等效转动惯量？②为什么要建立机器等效力学模型？建立时应遵循的原则是什么？建立机器等效力学模型的意义何在？对轴C的转动惯量J C=0.016 kg·m2，=10N·m。

若取曲柄1为等效构件，第七章机械的运转及其速度波动的调节机械原理习题卡第八章平面连杆机构及其设计机械原理习题卡第八章平面连杆机构及其设计机械原理习题卡第八章平面连杆机构及其设计机械原理习题卡第九章凸轮机构设计机械原理习题卡第九章凸轮机构设计机械原理习题卡第九章凸轮机构设计机械原理习题卡第十章齿轮机构及其设计机械原理习题卡第十章齿轮机构及其设计=20°，试分别求出其渐开线齿廓在分机械原理习题卡第十章齿轮机构及其设计机械原理习题卡。

机构的结构分析运动副

机构的结构分析运动副


§2—3 机构运动简图
步骤：
（1）分析机构的运动情况，定出其原动部 分、工作部分，搞清楚传动部分。
（2）合理选择投影面及原动件适当的投影瞬 时位置。
（3）选择适当的比例尺。
（4）用简单的线条和规定的符号绘图。 （5）检验。
§2—3 机构运动简图
例题：插齿机
§2—3 机构运动简图
例题：破碎机机构
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
(5) 机构中对运动起重复限制作用的对称部分引入 虚约束。
2 O1
3
F=3 3 - 2 3 – 2 = 1
2'
2"
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
(6 ) 如果两构件在多处 接触而构成平面高副，且各 接触点处的公法线彼此重合， 则只能算一个平 面高副，其 余为虚约束。
§2—4 机构自由度的计算
一 平面机构自由度的一般公式
作空间运动的自由构件有6个独立运动（自由度）， 作平面运动的自由构件有3个独立运动（自由度） 。 若平面机构中有n个活动构件，各构件之间共构成了 Pl个低副和Ph个高副，则它们共引入(2Pl+Ph)个约束。
机构的自由度F为： F=3n－(2Pl+Ph)=3n－2Pl－Ph
（2）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合 时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。
F=3 2 -2 2 – 1=1
F=3 3-2 4 =1
§2—5 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
（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。
例 3 计算图所示机构的自由度 (若存在局 部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。
平面机构结构分析

平面机构结构分析

F=3n － 2PL－ PH =3×6 －2×7 －3 =1
甘肃工业大学专用
三、 机构具有确定运动的条件
1 θ1 2
3
S’3 S3
2 1 θ1
3 4 θ4
给定S3＝S3(t)，一个独立参数 θ1＝θ1（t）唯一确定，该机 构仅需要一个独立参数。
若 仅 给 定 θ1 ＝ θ1 （ t ） , 则 θ2 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
§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。
甘肃工业大学专用
运动副的分类： 1)按引入的约束数分有： I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。
I级副
甘肃工业大学专用
II级副
III级副
IV级副
V级副1
V级副2
V级副3
2)按相对运动范围分有： 平面运动副－平面运动(Plannar kinematic pair)
空间运动副－空间运动(Spatial kinematic pair ) 例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。 平面机构－全部由平面运动副组成的机构。
=2
甘肃工业大学专用
③计算图示凸轮机构的自由度。
解：活动构件数n= 2
3
2
低副数PL= 2
高副数PH= 1
1
F=3n － 2PL － PH =3×2 －2×2－1
tu02-结构分析-2

tu02-结构分析-2


2．机构的结构分类
*机构的级别是以其中含有 的杆组的最高级别确定的。
AB为原动件
5 D G 1 B 2 A C 3 4 E
7
H
6
F 8 从远离原动件的杆组开始拆分，先
Ⅱ级，后Ⅲ级，IV级…….
G
H G G 5G 7 7 H H H
GH不是杆组!!!!
D 1 B 2 A C 3 4
7 7
E 6
8
n=2;pl=3——Ⅱ级组
n=2;pl=3——II级组
n=2;pl=3——II级组
n=2;pl=3——II级组
n=2;pl=3——II级组
n=2;pl=3——II级组
n=2;pl=3——Ⅱ级组
Ⅱ级组的
五种基本形式
*n=4;pl=6,且具有一个含三个低副的
中心构件的基本组——Ⅲ级组
4 1 2 3
B
1
A
7 D 4 E 3 C 1 B 2 8 A C F 6 5 G
H
7 D 4 E 3 C 1 B 2 8 A C F 6 5 G
H
7 D
H
4
4
D
D 4 C
5 G E 6
C
3
3
3 1 B
C
2 8 C F
A
7 D
H
4 C
3
5 G E 6
1
B
2 8 C F
A
7 D G G G 5 E CF 5 E F 6 5
4
5
D
F
G 6
1 A
此为Ⅲ级组还是Ⅳ级组？
此为IV级机构
第四节 平面机构的高副低代
*高副低代—— 将机构中的高副用低副代替。
机构的结构分析

机构的结构分析


2
§2-2运动副及其分类
一、基本概念
1.运动副 （1）运动副定义:由两个构件组成的可动联接。 （2）运动副元素：两个构件上能够参加接触而构
成运动副的表面。
编辑ppt
3
（3）运动 副的自由度： 构成运动副 的两构件相 对运动独立 参数的数目。
编辑ppt
4
编辑ppt
5
（4）运动副约束：两个构件组成运动副后对独立 的相对运动的限制。
F=3n-（ 2pL+pH） =3*3-(2*4+0) =1 正确
编辑ppt
36
判断机构中虚约束的方法：
（1）在机构中，如 果用转动副联接的是 两构件运动轨迹相重 合的点，则该联接将 带入一个虚约束。
F=3n-（ 2pL +pH ） =3*3-（2*4+0） =1
编辑ppt
37
（2）在机构中，如 果两构件上某两点 的距离始终保持不 变，用双转动副杆 将此两点联接，则 该联接将带入一个 虚约束。
三、平面机构的结构分析 1.机构结构分析的内容
（1）拆分基本杆组 （2）确定机构级别
编辑ppt
53
2.机构结构分析的步骤
（1）除去虚约束和局部自由度，计算机构的自由度，并确 定原动件；
（2）从远离原动件的构件开始拆组。先试拆n=2的杆组 （Ⅱ级组），如不可能，再依次试拆n=4或n=6的杆组。当 分出一个杆组后，第二次仍须从最简单（n=2）的杆组开始 试拆，直到剩下机架和原动件为止。
44
（3）直线与曲线轮廓组成的高副
编辑ppt
45
（4）两接触轮廓之一为一点
编辑ppt
46
§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
第二章 结构分析

第二章 结构分析


§2-2 机构的组成
一、机构的组成要素 1. 构件 定义：机器中每个独立的
运动单元体。
特点：一个构件，可以是一个零件，也可以是由若 干个不同零件组装起来的刚性体。 从运动角度看：任何机器都是由若干个构件组合而 成。
构件
零件1
零件2
零件3
由三个零件组成的构件
内 燃
机
中 连 杆
内 燃 机 中 连 杆
组成元素
二、运动副的分类 机构中运动副的类型决定着机构的运动形式。
y N
j
M(x，y)
x
1. 根据运动副所引入的约束数分类
表 2-1 常用运动副及其简图
名 称 球 面 高 副 柱 面 高 副 球 面 低 副 球 销 副
图
形
简图符号 副级 自由度 称
圆 柱 套 筒 副 转 动 副
名
图
形
简图符号 副级 自由度
l h
对于空间机构其自由度F为： F = 6n－5 PⅤ －4 PⅣ－3PⅢ －2PⅡ－1PⅠ
c. 机构自由度计算式的验证
2
3
1
4
F=3n－(2Pl+Ph)=3×3 －2×3 －1=2
F=3n－(2Pl+Ph)=3×3 －0 －0=9
F=3×3－2×3－0=3
F=3×3－2×2－0=5
F=3×3－2×1－0=7
第二章 平面机构的结构分析
§2-1 概
述
运动平面
平面机构：机构中所有构件均在一个或几个平行平面上 运动。
2
3 2 3 1 4
1
4
另有空间机构概念。
研究目的之一：机构运动2 3
5
4
研究目的之二：绘制机
chap2机构的组成及结构分析

chap2机构的组成及结构分析


Mechanical Design
第二章 机构的组成及结构分析 3 机构运动简图绘制
机构运动简图
机构运动简图的作用
表示机构的结构和运动情况
作为运动分析和动力分析的依据
机械基础及工程力学系 王震国
Mechanical Design
第二章 机构的组成及结构分析 3 机构运动简图绘制
机构运动简图
机构示意图
机械基础及工程力学系 王震国
Mechanical Design
第二章 机构的组成及结构分析 1 研究机构结构的目的
研究机构结构的目的：
研究组成机构的组成原理，并根据结构特点对机构 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。
机械基础及工程力学系 王震国
机构运动简图的绘制
绘制机构运动简图的步骤：
恰当的选择投影面，并将机构停留在适当地位臵，避免构建 重叠 一般选择与多数构件的运动平面相平行的面为投影 面 选择适当的长度比例尺μl，确定出个运动副之间的相对 位臵，用规定的符号表示各运动副，并将同一构件参与构 成的运动副符号用简单的线条连接起来。
机械基础及工程力学系 王震国 Mechanical Design
不按比例绘制的简图。
只反映机构的结构情况
机械基础及工程力学系 王震国
Mechanical Design
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
链 传 动
圆柱 蜗杆 蜗轮 传动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
凸 轮 传 动
内啮 合圆 柱齿 轮传 动
机械基础及工程力学系 王震国
第2章机构的结构分析(机构的组成原理和机构类型综合-讲3)

第2章机构的结构分析(机构的组成原理和机构类型综合-讲3)


n2 4 p4
n2 n3 6 2n2 3n3 2 p
n2 4 n3 2 p7
三副杆
三副杆
双副杆
二副杆 四杆运动链 六杆运动链
二副杆
2.平面机构结构的型综合
Watt型
Stephensen型
四杆运动链
六杆运动链
另外闭式运动链有运动链环数与杆数、转动副的关系：
LpN1
其中有两个三副杆。
机构命名方式：
按所含最高杆组级别命名，如Ⅱ级机构，Ⅲ级机构等。 称只有机架和原动件构成的驱动杆组为I 级机构。 Ⅰ级机构：只由机架和原动件组成的机构。 II级机构：机构中基本杆组的最高级别为II级。 III级机构：机构中基本杆组的最高级别为III级。
需要强调指出: ①杆组的所有外端副不可以同时加在同一个构 件上，否则将成为刚体。例如下图中两种情况杆组都不能运动。
1 F O A 2 3 B C 5 6 E
F
外副
1 O
外副
A 3
6
2 F=3×1-2×1=1
外副
D 4
C
B
D
内副 4
E
外副
内副 5
F=3×3-2×4=1
F=3×2-2×3=0
F=3×2-2×3=0
定义：最简单的F＝0的构件组，称为基本杆组。 机构的组成原理：任何机构都可以看作是由若干个基本 杆组依次连接于原动件和机架上而构成的。
F=3n - 2pl - ph n=2
pl = 2 ph =1
F=3*2- 2*2 – 1=1
齿轮传动自由度计算:
Q
A P3 B 2 1
F=3n - 2pl - ph n=3
pl = 3 ph =2
《机械原理》第八版课后习题答案

《机械原理》第八版课后习题答案

第2章 机构的结构分析(P29)2-12：图a 所示为一小型压力机。

图上，齿轮1与偏心轮1’为同一构件，绕固定轴心O 连续转动。

在齿轮5上开有凸轮轮凹槽，摆杆4上的滚子6嵌在凹槽中，从而使摆杆4绕C 轴上下摆动。

同时，又通过偏心轮1’、连杆2、滑杆3使C 轴上下移动。

最后通过在摆杆4的叉槽中的滑块7和铰链G 使冲头8实现冲压运动。

试绘制其机构运动简图，并计算自由度。

解：分析机构的组成：此机构由偏心轮1’（与齿轮1固结）、连杆2、滑杆3、摆杆4、齿轮5、滚子6、滑块7、冲头8和机架9组成。

偏心轮1’与机架9、连杆2与滑杆3、滑杆3与摆杆4、摆杆4与滚子6、齿轮5与机架9、滑块7与冲头8均组成转动副，滑杆3与机架9、摆杆4与滑块7、冲头8与机架9均组成移动副，齿轮1与齿轮5、凸轮(槽)5与滚子6组成高副。

故解法一：7=n 9=l p 2=h p12927323=-⨯-⨯=--=h l p p n F解法二：8=n 10=l p 2=h p 局部自由度1='F11210283)2(3=--⨯-⨯='-'-+-=F p p p n F h l(P30) 2-17：试计算如图所示各机构的自由度。

图a 、d 为齿轮-连杆组合机构；图b 为凸轮-连杆组合机构（图中在D 处为铰接在一起的两个滑块）；图c 为一精压机机构。

并问在图d 所示机构中，齿轮3与5和齿条7与齿轮5的啮合高副所提供的约束数目是否相同？为什么？解： a) 4=n 5=l p 1=h p11524323=-⨯-⨯=--=h l p p n Fb) 5=n 6=l p 2=h p12625323=-⨯-⨯=--=h l p p n F12625323=-⨯-⨯=--=h l p p n Fc) 5=n 7=l p 0=h p10725323=-⨯-⨯=--=h l p p n Fd) 6=n 7=l p 3=h p13726323=-⨯-⨯=--=h l p p n F(C 可看做是转块和导块,有1个移动副和1个转动副)齿轮3与齿轮5的啮合为高副（因两齿轮中心距己被约束，故应为单侧接触）将提供1个约束。

机构的结构分析

机构的结构分析


机构运动简图应满足的条件： ⑴ 构件数目与实际机构相同； ⑵ 运动副的性质、数目与实际机构相符； ⑶ 运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构
成比例。
◆ 机构示意图
机构的示意图：指为了表明机构结构状况, 不要求严格 地按比例而绘制的简图。
◆ 常用运动副和构件的表示方法
运动副 名称
常用运动副的符号
空间运动链
4. 机构
2 3
1 4
运动链
2
3
1
4
固定一个构件
机构
满足条件
其余构件运动 是否确定？
机架 原动件 从动件系统
1个
至少1个
2
3
1
4
在另一个（或几个） 构件上加上已知运动
机构
4、机构
原动件
◆机构:在运动链中将一构 件加以固定, 而其余构件都 具有确定的运动，则运动链 便成为机构。 ◆机架：机构中固定不动构件。
机构中给定 独立运动参数的 构件为原动件。
四杆机构
给定一个独立运动参数： 其余构件有确定运动。
一 机构具有确定运动的条件
五杆机构 给定一个独立运动参数： 机构没有确定运动。 给定两个独立运动参数： 机构有确定运动。
机构具有确定运动时所必须给定的独立运 动参数的数目称为机构的自由度。
机构具有确定运动的条件
4. 选择适当的比例尺, 定出各运动副之间的相对位置， 用规定的简单线条和各种运动副符号, 将机构运动 简图画出来。
5. 从原动件开始，按运动传递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以表示其 运动的方向。
§1-3 平面机构自由度
◆问题：取运动链中某个构件为机架，其余 构件在什么条件下才具有确定运动？ ◆ 实例分析

机械原理-第2章机构的结构分析(机构的组成原理和机构类型综合1-1

z
y
x
I级副 II级副 III级副
(3)运动副的分类
1)按引入的约束数分有:I级副、II级副、III级副、IV级 副、V级副。 提供4个约束条件的，称为Ⅳ级副，提供5个约束条 件的，称为Ⅴ级副。
z
y x
IV级副
V级副-1 V级副-2 V级副-3
(3)运动副的分类
2)按运动副接触形式分有
低副：面接触的运动副；
3.机构示意图
不按精确比例绘制的机构简图。 机构运动简图符号已经有国家标准，该标准对运 动副、构件及各种机构的表示符号作了规定，下表为 构件与部分机构的表示方法。
4.表示构件的符号
固 定 构 构 件
件 同 一 构 件
4.表示构件的符号
双 构 副
件 三 副
常用机构运动 简 图 符 号
机构的真实运动仅与机构中的运动副的机构情况
3 2
作者：潘存云教授
1 4
偏心真空泵的运动简图
例
绘制图示牛头刨床机构的运动简图
1 机架
2.3 齿轮
4 滑块
5 导杆
6 连杆
7 刨头
解： （1）从主动件开始，按运动 传动顺序，分析各构件之间相对 运动性质，并确定联接各构件的 运动副类型。 （2）合理选择视图。本题选 择与各回转轴线垂直的平面作为 视图平面。 （3）合理选择长度比例尺 (m/mm)，绘制机构运动简图。
机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件
1个 1个或几个 若干
5.绘制机构运动简图的步骤
①分析机构中原动件与运动 传递路线，构件的数目，相 邻构件之间的运动副类型与 数目； ②选视图平面（选与运动平面 平行的平面），测量各运动副 之间的尺寸，绘制示意图； ③确定各运动副之间的相对位 置，选取适当比例尺，画出相 应的运动副符号，用构件符号 将各运动副连接起来。

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
●

机械原理2机构的结构分析全解


G
l
h
36 27 2 2
CB
2，该机构没有确定运动。成为机构的
E
A
条件：应有两个起始构件
D
例5 计算图示机构的自由度，并指出存在的复合铰链、局 部自由度和虚约束处。并说明成为机构的条件。
解： 1， F 3n 2P P
l
h
34 2511
2, D处为局部自由度，E、F处
有一处为虚约束；
4
E
＝1 √
示意图
❖在该机构中，构件2上的C2点与构件3 上的C3点轨迹重合，为虚约束。
❖也可将构件4上的 D4当作虚约束，将构 件4及其引入的约束铰链 D去掉来计算，
效果完全一样。
（6）机构中对运动不起作用的对称部分
F21
F21
F2 21
2 1
1
4
行星轮系
3
4
F31
F ＝ 3n － 2PL － PH ＝33-23-2
基本 杆组
1
1
3=
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
+
2 3
4
F=3n－2PL－PH =3×3 －2 ×4 －0
=1
F=3n－2PL－PH =3×1 －2 ×1－0
=1
注意：基本杆组自由度为零
F=3n－2PL－PH =3×2 －2 ×3－0
=0
２. 平面机构的结构分类
｛ 基本杆组分类
Ⅱ级杆组 Ⅲ级杆组
Ⅱ级杆组的特征—具有三个低副的两杆件组合 Ⅲ级杆组的特征—具有六个低副的四杆件组合
即： F ＝3n 2PL PH
例：
2
3
1
4
F＝3n2PL PH ＝3324 0 ＝1

机械原理 机构的结构分析

第一讲机构的结构分析知识点归纳：一机构的组成1．构件：机器中每一个独立的运动单元，任何机器都是由若干个（两个以上）构件组合而成。

2．零件：机器的独立制造单元。

二、运动副及分类1.运动副：由两构件直接接触而组成的可动联接称为运动副。

而把两构件上能够直接接触而构成运动副的表面称为运动副的元素。

2.运动副的分类根据构成运动副的两构件的接触情况进行分类。

①高副：两构件通过点或线接触而构成的运动副。

常见的高副：凸轮副齿轮副②低副：两构件通过面接触而构成的运动副。

常见的低副有：回转副，移动副，球面副。

3. 约束：平面高副引入的1个约束，自由度为2，低副引入2个约束，自由度为1.三、运动链1．定义：若干个构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统称为运动链。

2．闭链：若运动链的各构件构成了首末封闭的系统，则称其为闭式运动链。

3．开链：若运动链的各构件未构成首末封闭的系统，则称其为开式运动链。

四、机构1．机构：在运动链中，若将某一构件加以固定而成为机架，则这种运动链叫机构。

2．机架：机架是固定不动的构件3．原动件：机构中按给定的已知运动规律独立运动的构件。

（一个工作着机构中，驱动机构的外力所作用的构件，又叫主动件）4．从动件：运动链中除原动件外其余活动构件。

五、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。

注意事项：1．首先要搞清楚实际构造和运动情况，弄清路线：原传执。

2．高副要绘制接触处的曲线轮廓。

3．选择机构的多数构件的运动平面为投影面。

4．比例尺表示方法。

5．机架间的相对位置很重要（如对心曲柄滑块机构和偏置曲柄滑块机构）。

6．转动副的转动中心，和移动副的移动导路方向。

为了准确地反映构件间原有的相对运动，表示转动副的小圆必须与相对回转轴线重合；表示移动副的滑块，导杆或导槽，其导路必须与相对移动方向一致；表示平面高副的曲线，其曲率中心的位置必须与构件的实际轮廓相等。

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约束度 运动副类型
1
I 级副
Class I
2
II 级副
Class II
3
III级副
Class III
4
IV级副
Class IV
5
V级副
Class V
此运动副为Ⅱ级副。
7
§2-2 机构的组成及分类
按约束度分类 按两构件接触情况分类 运动副分类 按封闭措施分类 按两构件相对运动不同分类 按相对运动为平面/空间运动分类
将1个构件固定为机 架（fixed link）
Kinematic Chain
Mechanism
•机架/frame/fix link——相对固定不动的构件
•原动件/driving link—按给定的已知运动规律独立运动的 构件
•从动件/driven link —其余活动构件
17
§2-2 机构的组成及分类
11
§2-2 机构的组成及分类
转动副和移动副为单自由度运动副，最为 简单，称为基本运动副。
y x
o z
y x
o z
12
§2-2 机构的组成及分类
三个以上构件构成的铰链：
复合铰链
轴
十
胡可铰链（万向节）
叉
字 轴
13
§2-2 机构的组成及分类
运动副按相对运动为平面还是空间运动分类：
平面运动副（planar kinematic pair ）一两构 件的相对运动为平面运动。 空间运动副（spatial kinematic pair）—两构 件的相对运动为空间运动。
8
§2-2 机构的组成及分类
运动副按两构件接触情况分类： 低副(lower pair)——面接触的运动副 高副(higher pair)——点或线接触的运动副
9
§2-2 机构的组成及分类
运动副按封闭措施分类： 几何封闭(形封闭)运动副——依靠构件形状 封闭 力封闭运动副——依靠重力、弹簧力等封闭
§2-3 机构运动简图
机构运动简图画法：
1.看清机架和原动件。
2.从原动件开始画，先画出构件上的各个运动副 （运动副之间的相对位置按比例或不按比例画）； 再用简单线条连接各运动副，构件便画出。
3.标注运动副标号（用大写字 母）、构件标号（用数字）和 原动件运动箭头。
3 B
2
A
C 4
1 21 D
§2-3 机构运动简图
29
§2-3 机构运动简图
尺寸比例尺：μl =实际尺寸 m / 图上长度mm
B A
B A
μl = lAB /AB =0.02m/10mm =0.002m/mm
30
§2-4 机构具有确定运动的条件及最小阻力定律
原动件按已知规律运动时，各从动件的运动 也应确定，才能达到运动传递和变换的目的。
示例：
运动确定
10
§2-2 机构的组成及分类
运动副按两构件相对运动不同分类： 转动副（ revolute pair）——相对转动（也称 为回转副、铰链） 移动副（sliding pair ）——相对直线移动 螺旋副（helical pair）——相对作螺旋运动 球面副（spherical pair）——相对作空间转动
运动不确定
31
§2-4 机构具有确定运动的条件及最小阻力定律
第2章 机构的结构分析
§2-1 内容及目的
内容：
目的：
机构的组成要素及机
构运动简图
机构自由度及机构具
有确定运动的条件
机构的组成原理及结
构分类
对机构进行分析与综合
判断机构是否可动、是否
作确定的运动
1）提供构思机构的方法
2）对机构按结构归类以便 于进行机构运动和力分析
1
§2-2 机构的组成及分类
1、机构的组成 (1) 构件(Link)
独立的运动单元——构件 构件的组成：
一个零件（制造单元） 若干个零件刚性地连接在 一起（固结）的刚性组合体
2
§2-2 机构的组成及分类
螺栓、螺母、垫圈
轴 承
连
轮钢 钢 轮
杆
胎圈 丝 毂
体
连 杆 头
内燃机连杆
自行车轮 气
门 芯3
§2-2 机构的组成及分类
(2)运动副(Kinematic pair) 两个构件直接接触而组成的可动连接称为
y x
o z
y x
o z
14
§2-2 机构的组成及分类
分辨单缸内燃机中的运动副类型
15
§2-2 机构的组成及分类
（3）运动链（Kinematic Chain） 构件通过运动副的连接而构成的相对可动
的系统称为运动链。
首末封闭系统——闭链
首末未封闭系统——开链
16
§2-2 机构的组成及分类
（4）机构（Mechanism）
y x
z
5
§2-2 机构的组成及分类
两构件在某平面中可能具有的 y 独立的相对运动数目即平面相对 自由度f =3；成副后相对运动受 到约束。
两构件成副后的相对自由度 f=3-s。f≠0，此时约束度s最多为z 2，最少为1。
构件2
θ (x , y)
x
构件1
6
§2-2 机构的组成及分类
运动副按约束度分类：
24
§2-3 机构运动简图
外啮合圆柱齿轮传动
25
§2-3 机构运动简图
凸轮机构
26
§2-3 机构运动简图
运动副符号（常用部分）
27
§2-3 机构运动简图
一般构件符号
杆、轴构件 固定构件
同一构件
两副构件
三副构件
28
§2-3 机构运动简图
注意：画构件时应撇开构件的实际外形，而 只考虑运动副的性质和相对位置。
2、机构的分类 高副机构 低副机构
平面机构 空间机构
刚性机构 挠性机构
பைடு நூலகம்
连杆机构 凸轮机构 齿轮机构 棘轮机构 槽轮机构 螺旋机构
18
§2-3 机构运动简图
用简单线条和规定符号表示机构运动传递 情况的简化图形，称为机构运动简图 （Kinematic Diagram ）。
19
§2-3 机构运动简图
20
例2-1：绘制颚式破碎机运动简图
oA
与机架6组 成转动副
与连杆2组 成转动副
μl=1mm/1mm
OA F
B C
D
E
1
22
§2-3 机构运动简图
例2-2：绘制内燃机的运动简图。 运动副规定表示 齿轮机构规定表示 凸轮机构规定表示 构件规定表示 其它机构规定表示
23
§2-3 机构运动简图
补充例：绘制机构运动简图。
运动副。
构件上能够参加接触而构成运动副的表面 称为运动副元素。
4
§2-2 机构的组成及分类
两构件在空间可能具有的独立 的相对运动数目称为相对自由度 （degree of freedom）。 两构件未成副之前空间的自由 度f =6，成副后相对运动受到约 束，约束数称为约束度（degree of constraint）。 两构件成副后的相对自由度： f=6-s。f≠0，故运动副的s最多为 5，最少为1。