第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
1.1 机构的组成
1.2 机构运动简图
1.3 机构具有确定运动的条件
1.4 机构的组成原理和结构分析
机构：具有确定运动的实物组合体
第 1章 机构的组成和结构
零件：单独加工的制造单元体
1.1 机构的组成
构件：每一个独立影响机构功能
并且能单独运动的单元体,
一个构件可以由一个或多
个零件组成。
第 1章 机构的组成和结构
1.1.1 构件
1.1.2 运动副
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
第 1章 机构的组成和结构
副元素,两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、面）
第 1章 机构的组成和结构
自由度,构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所
需的独立变量的数目
自由构件 (空间 ),F = 6
自由构件 (平面 ),F = 3
约束,运动副对构件独立运动所加的限制
第 1章 机构的组成和结构
运动副的分类方法,
1 按照运动副的相对运动形式分类
平面运动副、空间运动副
2 按照运动副的接触形式分类
低副、高副
4 按照运动副接触部分的几何形状分类
圆柱副、平面与平面副、球面副、螺旋副、球面与平面副等
3 按照运动副引入的约束数目分类
n 级副 n = 1,2 … 5
第 1章 机构的组成和结构
按接触部分的几何形状分类,
按接触形式分类,
按引入的约束数目分类,
按相对运动形式分类,平面运动副
低副
转动副
五级副
R
第 1章 机构的组成和结构
P
按接触部分的几何形状分类,
按接触形式分类,
按引入的约束数目分类,
按相对运动形式分类,平面运动副
低副
移动副
五级副
第 1章 机构的组成和结构
按接触形式分类,
按引入的约束数目分类,
按相对运动形式分类,
按接触部分的几何形状分类,
平面运动副
高副
平面高副
四级副
第 1章 机构的组成和结构
低副机构 高副机构
第 1章 机构的组成和结构
1.1.3 运动链
运动链,两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统
? 开式运动链（开链 ）
? 运动链的各构件未构成首末封闭系统
? 闭式运动链（闭链 ）
? 运动链的各构件构成首末封闭的系统
第 1章 机构的组成和结构
1.1.4 机构
机 构,在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一
个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链
中其余各活动构件都有确定的相对运动，则此运动链称为机构。
机构是具有确定运动的运动链 。
第 1章 机构的组成和结构
机架
原动件
从动件
在运动链中，将 某一个构件 加以固定，而让 另一个或几个构件 按
给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中 其余各构件 都
有确定的相对运动，则此运动链成为机构。
第 1章 机构的组成和结构
? 闭式链机构
? 开式链机构
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
运动链
具有确定的相对运动 机构
桁架
运动链 相对运动不确定
无相对运动
第 1章 机构的组成和结构
分析现有机构
新机械的运动方案设计
第 1章 机构的组成和结构
1.2 机构运动简图
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。
第 1章 机构的组成和结构
用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论
重点在于机构的运动分析
构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响
机构的运动特性
运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式
构件的运动尺寸是运动分析的基础
不严格按比例可绘制 机构示意图
第 1章 机构的组成和结构
国标规定的构件和运动副的表示符号
运动简图的绘制方法
第 1章 机构的组成和结构
1.2.1 构件与运动副的表达方法
机架 A
B
机架和活动构件通过转动副联接
(内副 )
机架和活动构件通过移动副联接
第 1章 机构的组成和结构
两个活动构件联接
第 1章 机构的组成和结构
双副构件
(一个构件和两个外副 )
注：点划线表示与其联
接的其他构件
第 1章 机构的组成和结构
双副构件
(一个构件和两个外副 )
第 1章 机构的组成和结构
偏心轮
A
B
1
2
B
A
2
1
第 1章 机构的组成和结构
三副构件
(一个构件和三个外副 )
第 1章 机构的组成和结构
三副构件
(一个构件和三个外副 )
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
原动机
第 1章 机构的组成和结构
1.2.2 运动简图的绘制
小型压力机
编号原则,注意区分位置重叠的不
同构件和同轴刚性联接的多个零件。
前者分别编号，后者采用一个编号，
加 `以示区别。
1,分析整个机构的工作原理
机构组成
动作原理和运动情况
偏心轮 1 齿轮 1`
杆件 2 齿轮 6`
杆件 3 槽凸轮 6
杆件 4
滑块 7
压头 8
原动件
执行构件
第 1章 机构的组成和结构
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。
转动副
移动副 平面高副
第 1章 机构的组成和结构
3,选择适当的视图平面
选择原则
1 清楚表达机构的主体部分；
2 尽可能反映机构的全面运动；
3 可以选择其他视图平面作为补充。
第 1章 机构的组成和结构
1.2.2 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
第 1章 机构的组成和结构
4,绘图
选择机架
提取构件的运动尺寸
确定比例尺
选择机构运动中的一个状态
确定各运动副位置，绘图
编号,A,B,C … 表示运动副
1,2,3 … 表示构件
O1,O2… 表示固定转轴
原动件的运动方向
第 1章 机构的组成和结构
运动链
具有确定的相对运动 机构
桁架
运动链 相对运动不确定
无相对运动
第 1章 机构的组成和结构
1.3 运动链成为机构的条件
运动链的自由度,确定运动链中各构件相对与其中某一构件
的位置所需要的独立参变量的数目。
第 1章 机构的组成和结构
运动链的自由度
F = 6n - 5P5 - 4P4 - 3P3 - 2P2 – P1
机架 1
F = 0
活动构件 2
F = 6
K
级
运
动
副
F = 6 - k
n 为活动构件数目, Pk 表示 k 级副的数目
第 1章 机构的组成和结构
自动驾驶仪操作装置
1.3.1 运动链的自由度计算
2 3
1
4
第 1章 机构的组成和结构
构件数目,N = 4
活动构件数目,n = 3
运动副,
机架 1和活塞 2：圆柱副（ 4级副）
活塞 2和连杆 3：转动副（ 5级副）
连杆 3和摇杆 4：球面副（ 3级副）
摇杆 4和机架 1：转动副（ 5级副）
P3 = 1 P4 = 1 P5 = 2
2 3
1
4
第 1章 机构的组成和结构
F = 6n - 5P5 - 4P4 - 3P3 - 2P2 – P1
= 6× 3－ 5× 2－ 4× 1－ 3× 1
= 1
P3 = 1 P4 = 1 P5 = 2
n = 3
2 3
1
4
第 1章 机构的组成和结构
公共约束作用下的运动链自由度
第 1章 机构的组成和结构
平面运动链自由度
平面运动链的自由度
F = 3n - 2P5 - P4
q = 3 n 为活动构件数目
平面运动链中只有 4 级副
和 5级副（转动副、移动
副和平面高副）
第 1章 机构的组成和结构
例：计算平面运动链自由度
1
2 3
4
5
P4 = 1 P5 = 5
n = 4
F = 3× 4 – 2× 5 – 1 = 1
第 1章 机构的组成和结构
1.3.2 运动链成为机构的条件
运动链的自由度 F =?
运动链的运动情况如何?
Fa = 3× 2 - 2× 3 = 0
Fb = 3× 3 - 2× 5 = -1
F 0 运动链不能运动，不成为机构
第 1章 机构的组成和结构
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。
第 1章 机构的组成和结构
F = 3× 3 - 2× 4 = 1
2 个原动件
F > 0，但原动件数目大
于自由度数目，运动链
被破坏，不能成为机构。
第 1章 机构的组成和结构
运动链成为机构的条件,
运动链中取一个构件相对固定作为机架，运动链
相对于机架的自由度必须大于零，且原动件数目
等于运动链自由度数。
满足此条件的运动链即成为机构，机构自由度的
计算可采用运动链自由度的计算公式。
“机构”的定义,在运动链中，将 某一个构件 加以固定，而让 另
一个或几个构件 按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动
链中 其余各构件 都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。
第 1章 机构的组成和结构
F = 1
1 个原动件：活塞
实现摇杆的往复摆动
第 1章 机构的组成和结构
1.3.3 计算机构自由度时应注意的问题
问题 1,复合铰链
两个以上的构件在同一处以转动副
联接所构成的运动副。
解决方案
k 个构件在同一处构成复合铰链,
实际上构成了 ( k-1 ) 个转动副。
F = 3× 5 - 2× 7 = 1
第 1章 机构的组成和结构
解决方案
计算机构自由度时，假想滚子和安装滚子
的构件固接为一个整体，成为一个构件
或在计算结果中去除局部自由度
问题 2,局部自由度
某些构件具有的只影响自身局部运动而不影响其它构件运动的自
由度，经常发生在将滑动摩擦变为滚动摩擦的场合。
第 1章 机构的组成和结构
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。
第 1章 机构的组成和结构
场合一：两个构件之间形成多个运动副
F = 3× 1 - 2× 2 = -1
解决方案
计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用，认为
两个构件之间只形成一个运动副
F = 3× 1 - 2× 1 = 1
两个构件之间形成多个与导路重合或平行的移动副
第 1章 机构的组成和结构
等宽凸轮机构 等径凸轮机构
第 1章 机构的组成和结构
场合二：两构件上某两点之间的距离在运动中保持不变
5
E F
F = 3× 1 - 2× 2 = -1
AB CD AF DE
点 E,F距离在运动过程中始终不变
杆式联轴器
A B
第 1章 机构的组成和结构
AB = BC = BD <DAC = 90°
除 B,C,D点，各点轨迹为一椭圆
D点轨迹是沿 Y 轴的直线
场合三：联接构件和被联
接构件上联接点的轨迹重
合
F = 3× 1 - 2× 2 = -1
第 1章 机构的组成和结构
场合四：机构中存在不起作用的对称部分
为了传递较大功率，保持机构受
力平衡，在机构中增加对称部分
第 1章 机构的组成和结构
虚约束的引入，一般是为了改善机构受力，增大传递功率
或者其它特殊需求；
计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用；
虚约束的成立，要满足一定的几何条件或者结构条件，如果
这些条件被破坏，将转化了实约束，影响机构运动；
虚约束问题小结,
机械设计中如果需要采用虚约束，必须保证设计、加工、装
配精度，以确保满足虚约束存在的条件。
第 1章 机构的组成和结构
例：计算大筛机构自由度
复合铰链？
局部自由度？
虚约束？
n = 7
P4 = 1 P5 = 9
F = 3× 7 - 2× 9 –1 = 2
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
构件 + 运动副 ? 运动链 ? 机构
1.4 机构的组成原理和结构分析
机架
原动件
从动件组合 F = 0
基本杆组：最简单的不可再拆的自由度为零的构件组,
简称为杆组。
第 1章 机构的组成和结构
平面低副运动链自由度
F = 3n - 2P5
基本杆组 F = 0
P5 = n 3 2
第 1章 机构的组成和结构
n = 2 P5 = 3 Ⅱ 级杆组（双杆组）
第 1章 机构的组成和结构
n = 4 P5 = 6 Ⅲ 级杆组
三副构件
3个双副构件
第 1章 机构的组成和结构
n = 2 P5 = 3 Ⅱ 级杆组（双杆组）
n = 4 P5 = 6 Ⅲ 级杆组
第 1章 机构的组成和结构
1.4.1 机构的组成原理
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
数目，这就是 机构的组成原理 。
构件 + 运动副 ? 运动链 ? 机构
机架
原动件
若干基本杆组
第 1章 机构的组成和结构
机架和原动件 Ⅱ 级杆组
Ⅲ 级杆组
四杆机构
八
杆
机
构
第 1章 机构的组成和结构
机构的组成,
在机架和原动件上每增加一个基本杆组，并不改变原来的
自由度，每次增加都可以获得一个新机构；
设计新机构时，在满足相同工作要求的前提下，机构的结
构越简单越好，杆组级别越低越好，运动副数目越少越好。
F = 3n - 2P5 – P4
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
1.4.2 机构的结构分析
机构的结构分析 是指把机构分解为基本杆组、原动件和
机架，是机构组成的反过程，又称为拆杆组。
第 1章 机构的组成和结构
机构的结构分析原则,
首先，从远离原动件的部分开始拆分；
试拆时，先试拆低级别杆组；
每拆完一个杆组，剩余的部分仍然是一个完整机构。
第 1章 机构的组成和结构
I 级机构 II 级机构 III 级机构
机构的命名,
以机构中所包含的基本杆组的最高级别
第 1章 机构的组成和结构
原动件不同，机构
的级别也有可能不同
1
2 3
4
5
6
7
8
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
1.4.3 平面机构的高副低代
根据一定的条件对平面机构中的高副虚拟地用低副来替代,
这种以低副代替高副的方法称为 高副低代 。
条件一：代替前后机构的自由度不变
F = 3× 1 - 2× 2 = -1
第 1章 机构的组成和结构
条件二：代替前后机构的瞬时速度和加速度不变
两个高副元素均为圆弧
AO1,BO,OO1均保持不变
第 1章 机构的组成和结构
瞬时替代机构
第 1章 机构的组成和结构
例：机构的结构分析
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
本章重点小结
一、构件 + 运动副 ? 运动链 ? 机构
机架
原动件
从动件 基本杆组
三、机构运动简图的绘制
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
第 1章 机构的组成和结构
1.1 机构的组成
1.2 机构运动简图
1.3 机构具有确定运动的条件
1.4 机构的组成原理和结构分析
机构：具有确定运动的实物组合体
第 1章 机构的组成和结构
零件：单独加工的制造单元体
1.1 机构的组成
构件：每一个独立影响机构功能
并且能单独运动的单元体,
一个构件可以由一个或多
个零件组成。
第 1章 机构的组成和结构
1.1.1 构件
1.1.2 运动副
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
第 1章 机构的组成和结构
副元素,两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、面）
第 1章 机构的组成和结构
自由度,构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所
需的独立变量的数目
自由构件 (空间 ),F = 6
自由构件 (平面 ),F = 3
约束,运动副对构件独立运动所加的限制
第 1章 机构的组成和结构
运动副的分类方法,
1 按照运动副的相对运动形式分类
平面运动副、空间运动副
2 按照运动副的接触形式分类
低副、高副
4 按照运动副接触部分的几何形状分类
圆柱副、平面与平面副、球面副、螺旋副、球面与平面副等
3 按照运动副引入的约束数目分类
n 级副 n = 1,2 … 5
第 1章 机构的组成和结构
按接触部分的几何形状分类,
按接触形式分类,
按引入的约束数目分类,
按相对运动形式分类,平面运动副
低副
转动副
五级副
R
第 1章 机构的组成和结构
P
按接触部分的几何形状分类,
按接触形式分类,
按引入的约束数目分类,
按相对运动形式分类,平面运动副
低副
移动副
五级副
第 1章 机构的组成和结构
按接触形式分类,
按引入的约束数目分类,
按相对运动形式分类,
按接触部分的几何形状分类,
平面运动副
高副
平面高副
四级副
第 1章 机构的组成和结构
低副机构 高副机构
第 1章 机构的组成和结构
1.1.3 运动链
运动链,两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统
? 开式运动链（开链 ）
? 运动链的各构件未构成首末封闭系统
? 闭式运动链（闭链 ）
? 运动链的各构件构成首末封闭的系统
第 1章 机构的组成和结构
1.1.4 机构
机 构,在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一
个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链
中其余各活动构件都有确定的相对运动，则此运动链称为机构。
机构是具有确定运动的运动链 。
第 1章 机构的组成和结构
机架
原动件
从动件
在运动链中，将 某一个构件 加以固定，而让 另一个或几个构件 按
给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中 其余各构件 都
有确定的相对运动，则此运动链成为机构。
第 1章 机构的组成和结构
? 闭式链机构
? 开式链机构
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
运动链
具有确定的相对运动 机构
桁架
运动链 相对运动不确定
无相对运动
第 1章 机构的组成和结构
分析现有机构
新机械的运动方案设计
第 1章 机构的组成和结构
1.2 机构运动简图
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。
第 1章 机构的组成和结构
用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论
重点在于机构的运动分析
构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响
机构的运动特性
运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式
构件的运动尺寸是运动分析的基础
不严格按比例可绘制 机构示意图
第 1章 机构的组成和结构
国标规定的构件和运动副的表示符号
运动简图的绘制方法
第 1章 机构的组成和结构
1.2.1 构件与运动副的表达方法
机架 A
B
机架和活动构件通过转动副联接
(内副 )
机架和活动构件通过移动副联接
第 1章 机构的组成和结构
两个活动构件联接
第 1章 机构的组成和结构
双副构件
(一个构件和两个外副 )
注：点划线表示与其联
接的其他构件
第 1章 机构的组成和结构
双副构件
(一个构件和两个外副 )
第 1章 机构的组成和结构
偏心轮
A
B
1
2
B
A
2
1
第 1章 机构的组成和结构
三副构件
(一个构件和三个外副 )
第 1章 机构的组成和结构
三副构件
(一个构件和三个外副 )
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
原动机
第 1章 机构的组成和结构
1.2.2 运动简图的绘制
小型压力机
编号原则,注意区分位置重叠的不
同构件和同轴刚性联接的多个零件。
前者分别编号，后者采用一个编号，
加 `以示区别。
1,分析整个机构的工作原理
机构组成
动作原理和运动情况
偏心轮 1 齿轮 1`
杆件 2 齿轮 6`
杆件 3 槽凸轮 6
杆件 4
滑块 7
压头 8
原动件
执行构件
第 1章 机构的组成和结构
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。
转动副
移动副 平面高副
第 1章 机构的组成和结构
3,选择适当的视图平面
选择原则
1 清楚表达机构的主体部分；
2 尽可能反映机构的全面运动；
3 可以选择其他视图平面作为补充。
第 1章 机构的组成和结构
1.2.2 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
第 1章 机构的组成和结构
4,绘图
选择机架
提取构件的运动尺寸
确定比例尺
选择机构运动中的一个状态
确定各运动副位置，绘图
编号,A,B,C … 表示运动副
1,2,3 … 表示构件
O1,O2… 表示固定转轴
原动件的运动方向
第 1章 机构的组成和结构
运动链
具有确定的相对运动 机构
桁架
运动链 相对运动不确定
无相对运动
第 1章 机构的组成和结构
1.3 运动链成为机构的条件
运动链的自由度,确定运动链中各构件相对与其中某一构件
的位置所需要的独立参变量的数目。
第 1章 机构的组成和结构
运动链的自由度
F = 6n - 5P5 - 4P4 - 3P3 - 2P2 – P1
机架 1
F = 0
活动构件 2
F = 6
K
级
运
动
副
F = 6 - k
n 为活动构件数目, Pk 表示 k 级副的数目
第 1章 机构的组成和结构
自动驾驶仪操作装置
1.3.1 运动链的自由度计算
2 3
1
4
第 1章 机构的组成和结构
构件数目,N = 4
活动构件数目,n = 3
运动副,
机架 1和活塞 2：圆柱副（ 4级副）
活塞 2和连杆 3：转动副（ 5级副）
连杆 3和摇杆 4：球面副（ 3级副）
摇杆 4和机架 1：转动副（ 5级副）
P3 = 1 P4 = 1 P5 = 2
2 3
1
4
第 1章 机构的组成和结构
F = 6n - 5P5 - 4P4 - 3P3 - 2P2 – P1
= 6× 3－ 5× 2－ 4× 1－ 3× 1
= 1
P3 = 1 P4 = 1 P5 = 2
n = 3
2 3
1
4
第 1章 机构的组成和结构
公共约束作用下的运动链自由度
第 1章 机构的组成和结构
平面运动链自由度
平面运动链的自由度
F = 3n - 2P5 - P4
q = 3 n 为活动构件数目
平面运动链中只有 4 级副
和 5级副（转动副、移动
副和平面高副）
第 1章 机构的组成和结构
例：计算平面运动链自由度
1
2 3
4
5
P4 = 1 P5 = 5
n = 4
F = 3× 4 – 2× 5 – 1 = 1
第 1章 机构的组成和结构
1.3.2 运动链成为机构的条件
运动链的自由度 F =?
运动链的运动情况如何?
Fa = 3× 2 - 2× 3 = 0
Fb = 3× 3 - 2× 5 = -1
F 0 运动链不能运动，不成为机构
第 1章 机构的组成和结构
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。
第 1章 机构的组成和结构
F = 3× 3 - 2× 4 = 1
2 个原动件
F > 0，但原动件数目大
于自由度数目，运动链
被破坏，不能成为机构。
第 1章 机构的组成和结构
运动链成为机构的条件,
运动链中取一个构件相对固定作为机架，运动链
相对于机架的自由度必须大于零，且原动件数目
等于运动链自由度数。
满足此条件的运动链即成为机构，机构自由度的
计算可采用运动链自由度的计算公式。
“机构”的定义,在运动链中，将 某一个构件 加以固定，而让 另
一个或几个构件 按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动
链中 其余各构件 都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。
第 1章 机构的组成和结构
F = 1
1 个原动件：活塞
实现摇杆的往复摆动
第 1章 机构的组成和结构
1.3.3 计算机构自由度时应注意的问题
问题 1,复合铰链
两个以上的构件在同一处以转动副
联接所构成的运动副。
解决方案
k 个构件在同一处构成复合铰链,
实际上构成了 ( k-1 ) 个转动副。
F = 3× 5 - 2× 7 = 1
第 1章 机构的组成和结构
解决方案
计算机构自由度时，假想滚子和安装滚子
的构件固接为一个整体，成为一个构件
或在计算结果中去除局部自由度
问题 2,局部自由度
某些构件具有的只影响自身局部运动而不影响其它构件运动的自
由度，经常发生在将滑动摩擦变为滚动摩擦的场合。
第 1章 机构的组成和结构
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。
第 1章 机构的组成和结构
场合一：两个构件之间形成多个运动副
F = 3× 1 - 2× 2 = -1
解决方案
计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用，认为
两个构件之间只形成一个运动副
F = 3× 1 - 2× 1 = 1
两个构件之间形成多个与导路重合或平行的移动副
第 1章 机构的组成和结构
等宽凸轮机构 等径凸轮机构
第 1章 机构的组成和结构
场合二：两构件上某两点之间的距离在运动中保持不变
5
E F
F = 3× 1 - 2× 2 = -1
AB CD AF DE
点 E,F距离在运动过程中始终不变
杆式联轴器
A B
第 1章 机构的组成和结构
AB = BC = BD <DAC = 90°
除 B,C,D点，各点轨迹为一椭圆
D点轨迹是沿 Y 轴的直线
场合三：联接构件和被联
接构件上联接点的轨迹重
合
F = 3× 1 - 2× 2 = -1
第 1章 机构的组成和结构
场合四：机构中存在不起作用的对称部分
为了传递较大功率，保持机构受
力平衡，在机构中增加对称部分
第 1章 机构的组成和结构
虚约束的引入，一般是为了改善机构受力，增大传递功率
或者其它特殊需求；
计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用；
虚约束的成立，要满足一定的几何条件或者结构条件，如果
这些条件被破坏，将转化了实约束，影响机构运动；
虚约束问题小结,
机械设计中如果需要采用虚约束，必须保证设计、加工、装
配精度，以确保满足虚约束存在的条件。
第 1章 机构的组成和结构
例：计算大筛机构自由度
复合铰链？
局部自由度？
虚约束？
n = 7
P4 = 1 P5 = 9
F = 3× 7 - 2× 9 –1 = 2
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
构件 + 运动副 ? 运动链 ? 机构
1.4 机构的组成原理和结构分析
机架
原动件
从动件组合 F = 0
基本杆组：最简单的不可再拆的自由度为零的构件组,
简称为杆组。
第 1章 机构的组成和结构
平面低副运动链自由度
F = 3n - 2P5
基本杆组 F = 0
P5 = n 3 2
第 1章 机构的组成和结构
n = 2 P5 = 3 Ⅱ 级杆组（双杆组）
第 1章 机构的组成和结构
n = 4 P5 = 6 Ⅲ 级杆组
三副构件
3个双副构件
第 1章 机构的组成和结构
n = 2 P5 = 3 Ⅱ 级杆组（双杆组）
n = 4 P5 = 6 Ⅲ 级杆组
第 1章 机构的组成和结构
1.4.1 机构的组成原理
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
数目，这就是 机构的组成原理 。
构件 + 运动副 ? 运动链 ? 机构
机架
原动件
若干基本杆组
第 1章 机构的组成和结构
机架和原动件 Ⅱ 级杆组
Ⅲ 级杆组
四杆机构
八
杆
机
构
第 1章 机构的组成和结构
机构的组成,
在机架和原动件上每增加一个基本杆组，并不改变原来的
自由度，每次增加都可以获得一个新机构；
设计新机构时，在满足相同工作要求的前提下，机构的结
构越简单越好，杆组级别越低越好，运动副数目越少越好。
F = 3n - 2P5 – P4
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
1.4.2 机构的结构分析
机构的结构分析 是指把机构分解为基本杆组、原动件和
机架，是机构组成的反过程，又称为拆杆组。
第 1章 机构的组成和结构
机构的结构分析原则,
首先，从远离原动件的部分开始拆分；
试拆时，先试拆低级别杆组；
每拆完一个杆组，剩余的部分仍然是一个完整机构。
第 1章 机构的组成和结构
I 级机构 II 级机构 III 级机构
机构的命名,
以机构中所包含的基本杆组的最高级别
第 1章 机构的组成和结构
原动件不同，机构
的级别也有可能不同
1
2 3
4
5
6
7
8
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
1.4.3 平面机构的高副低代
根据一定的条件对平面机构中的高副虚拟地用低副来替代,
这种以低副代替高副的方法称为 高副低代 。
条件一：代替前后机构的自由度不变
F = 3× 1 - 2× 2 = -1
第 1章 机构的组成和结构
条件二：代替前后机构的瞬时速度和加速度不变
两个高副元素均为圆弧
AO1,BO,OO1均保持不变
第 1章 机构的组成和结构
瞬时替代机构
第 1章 机构的组成和结构
例：机构的结构分析
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
第 1章 机构的组成和结构
本章重点小结
一、构件 + 运动副 ? 运动链 ? 机构
机架
原动件
从动件 基本杆组
三、机构运动简图的绘制
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
