第二章 机构的组成及其自由度的计算
§ 2-1 机构的组成
§ 2-2 机构运动简图
§ 2-3 机构具有确定运动的条件
§ 2-4 平面机构自由度的计算
§ 2-5 计算平面机构自由度时应注意的事项思考题与练习题
§ 2-1 机构的组成
1.构件
2.运动副
3.运动链
4.机构
1.构件从运动角度来看，任何机器（或机构）
都是由许多独立运动单元体组合而成的，
这些独立运动单元体称为 构件 。
从加工制造角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立制造单元体组合而成零件，这些独立制造单元体称为 零件 。
气缸体连杆曲轴齿轮活塞构件可以是一个零件；也可以是由一个以上的零件组成。
图示内燃机中的连杆就是由单独加工的连杆体、连杆头、
轴瓦、螺杆、螺母、轴套等零件组成的。这些零件分别加工制造，但是当它们装配成连杆后则作为一个整体运动，相互之间不产生相对运动。
运动副元素 是两构件参与接触而构成运动副的表面。
运动副 是两构件直接接触而构成的可动联接；
2.运动副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运动，这种直接接触的活动连接称为运动副。
转动副 移动副 齿轮副
1）运动副定义
4）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
3）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
2) 运动副的分类
2）按其引入的约束数目分 Ⅰ 级副,Ⅱ 级副,…… Ⅴ 级副
1）按两个构件运动关系分为 平面运动副 和 空间运动副凸轮高副（点接触） 齿轮高副（线接触）
低副（曲面接触） 低副（平面接触）
3) 运动副的表示（之一）
3) 运动副的表示（之二）
3.运动链构件通过运动副联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 ）
1
2
3
4
平面闭式运动链
1
2
3
4
空间闭式运动链
1
2 3
4
平面开式运动链
1
2
3
4
5
空间开式运动链平面运动链空间运动链按运动分按结构分运动链
1
2
3
4
但当机构安装在运动的机械上时则是运动的。
—— 按给定已知运动规律独立运动的构件；
4.机构具有固定构件的运动链称为 机构 。
机 架原动件从动件
—— 机构中的固定构件；
—— 机构中其余活动构件。
1
2
3
4
平面铰链四杆机构机构常分为 平面机构 和 空间机构两类,其中平面机构应用最为广泛。
空间铰链四杆机构一般机架相对地面固定不动，
常以转向箭头表示。
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。
机架原动件从动件机架从动件原动件不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的简图。
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，
§ 2-2 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,机构运动简图的定义内燃机机构运动简图机构运动简图采用运动副及 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。
机构示意图举例,
（ 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。
2.机构运动简图的绘制绘制方法及步骤：
（ 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；
内燃机机构运动简图绘制 颚式破碎机机构运动简图绘制
§ 2-3 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？
首先观察两个例子例 1 铰链四杆机构例 2 铰链五杆机构若 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。
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。
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。
§ 2-4 平面机构自由度的计算
1 计算公式 F＝ 3n－ (2p
l＋ 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
1
23
4
5
1
2
3
4
1
3
4
7
8 9
10
11
18
A
B
C
D
,
3）内燃机机构
F＝ 3n－ (2pl＋ ph)
＝ 3× 6－ 2× 7－ 3
＝ 1
§ 2-5 计算平面机构自由度时应注意的事项
3
06253
23
hl ppnF
2
13233
23
hl ppnF
0
06243
23
hl ppnF
1.复合铰链
2.局部自由度
3.虚约束例题机构中虚约束常发生的几种情况由 m个构件组成的复合铰链，共有 (m-1)个转动副。
复合铰链
1
07253
23
hl ppnF
1
3
4
7
8 9
10
11
18
A
B
C
D
,
内燃机及其机构运动简图思考题练习题局部自由度 复合铰链虚约束
n=8 Pl=11 Ph=1 F=1
例题 1
例题 2
局部自由度复合铰链虚约束
n=9 Pl=12 Ph=2 F=1
§ 2-1 机构的组成
§ 2-2 机构运动简图
§ 2-3 机构具有确定运动的条件
§ 2-4 平面机构自由度的计算
§ 2-5 计算平面机构自由度时应注意的事项思考题与练习题
§ 2-1 机构的组成
1.构件
2.运动副
3.运动链
4.机构
1.构件从运动角度来看，任何机器（或机构）
都是由许多独立运动单元体组合而成的，
这些独立运动单元体称为 构件 。
从加工制造角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立制造单元体组合而成零件，这些独立制造单元体称为 零件 。
气缸体连杆曲轴齿轮活塞构件可以是一个零件；也可以是由一个以上的零件组成。
图示内燃机中的连杆就是由单独加工的连杆体、连杆头、
轴瓦、螺杆、螺母、轴套等零件组成的。这些零件分别加工制造，但是当它们装配成连杆后则作为一个整体运动，相互之间不产生相对运动。
运动副元素 是两构件参与接触而构成运动副的表面。
运动副 是两构件直接接触而构成的可动联接；
2.运动副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运动，这种直接接触的活动连接称为运动副。
转动副 移动副 齿轮副
1）运动副定义
4）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
3）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
2) 运动副的分类
2）按其引入的约束数目分 Ⅰ 级副,Ⅱ 级副,…… Ⅴ 级副
1）按两个构件运动关系分为 平面运动副 和 空间运动副凸轮高副（点接触） 齿轮高副（线接触）
低副（曲面接触） 低副（平面接触）
3) 运动副的表示（之一）
3) 运动副的表示（之二）
3.运动链构件通过运动副联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 ）
1
2
3
4
平面闭式运动链
1
2
3
4
空间闭式运动链
1
2 3
4
平面开式运动链
1
2
3
4
5
空间开式运动链平面运动链空间运动链按运动分按结构分运动链
1
2
3
4
但当机构安装在运动的机械上时则是运动的。
—— 按给定已知运动规律独立运动的构件；
4.机构具有固定构件的运动链称为 机构 。
机 架原动件从动件
—— 机构中的固定构件；
—— 机构中其余活动构件。
1
2
3
4
平面铰链四杆机构机构常分为 平面机构 和 空间机构两类,其中平面机构应用最为广泛。
空间铰链四杆机构一般机架相对地面固定不动，
常以转向箭头表示。
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。
机架原动件从动件机架从动件原动件不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的简图。
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，
§ 2-2 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,机构运动简图的定义内燃机机构运动简图机构运动简图采用运动副及 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。
机构示意图举例,
（ 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。
2.机构运动简图的绘制绘制方法及步骤：
（ 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；
内燃机机构运动简图绘制 颚式破碎机机构运动简图绘制
§ 2-3 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？
首先观察两个例子例 1 铰链四杆机构例 2 铰链五杆机构若 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。
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。
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。
§ 2-4 平面机构自由度的计算
1 计算公式 F＝ 3n－ (2p
l＋ 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
1
23
4
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1
2
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1
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10
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A
B
C
D
,
3）内燃机机构
F＝ 3n－ (2pl＋ ph)
＝ 3× 6－ 2× 7－ 3
＝ 1
§ 2-5 计算平面机构自由度时应注意的事项
3
06253
23
hl ppnF
2
13233
23
hl ppnF
0
06243
23
hl ppnF
1.复合铰链
2.局部自由度
3.虚约束例题机构中虚约束常发生的几种情况由 m个构件组成的复合铰链，共有 (m-1)个转动副。
复合铰链
1
07253
23
hl ppnF
1
3
4
7
8 9
10
11
18
A
B
C
D
,
内燃机及其机构运动简图思考题练习题局部自由度 复合铰链虚约束
n=8 Pl=11 Ph=1 F=1
例题 1
例题 2
局部自由度复合铰链虚约束
n=9 Pl=12 Ph=2 F=1
