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1、第3章 机械运动设计与分析基础知识3.1 3.1 概述概述概述概述 目的：奠定机构运动设计与分析的基础。目的：奠定机构运动设计与分析的基础。目的：奠定机构运动设计与分析的基础。目的：奠定机构运动设计与分析的基础。问题：机构的组成要素（可动性角度）问题：机构的组成要素（可动性角度）问题：机构的组成要素（可动性角度）问题：机构的组成要素（可动性角度）及具有确定运动的条件。及具有确定运动的条件。及具有确定运动的条件。及具有确定运动的条件。方法：刚体相对运动分析。方法：刚体相对运动分析。方法：刚体相对运动分析。方法：刚体相对运动分析。手段手段手段手段:运动简图自由度计算。运动简图自由度计算。运动简图自
2、由度计算。运动简图自由度计算。构件、运动副构件、运动副 机构的组成要素机构的组成要素机构运动简图机构运动简图 研究机构运动的模型研究机构运动的模型自自 由由 度度 计计 算算 研究机构运动合理性的工具研究机构运动合理性的工具瞬心法求速度瞬心法求速度 研究机构运动特性的工具研究机构运动特性的工具本章主要内容：本章主要内容：l l3.2 3.2 3.2 3.2 机构的组成要素机构的组成要素机构的组成要素机构的组成要素 机构由构件组成。此语未描述出机构的可动性特征，机构由构件组成。此语未描述出机构的可动性特征，机构由构件组成。此语未描述出机构的可动性特征，机构由构件组成。此语未描述出机构的可动性特征
3、，从运动分析的角度看不够完整。从运动分析的角度看不够完整。从运动分析的角度看不够完整。从运动分析的角度看不够完整。仅仅构件间的任意堆积，显然无法完成运动传递功能。仅仅构件间的任意堆积，显然无法完成运动传递功能。仅仅构件间的任意堆积，显然无法完成运动传递功能。仅仅构件间的任意堆积，显然无法完成运动传递功能。构件间需要一种特定的连接结构构件间需要一种特定的连接结构构件间需要一种特定的连接结构构件间需要一种特定的连接结构 可动连接，将构件可动连接，将构件可动连接，将构件可动连接，将构件 连接起来；这就是连接起来；这就是连接起来；这就是连接起来；这就是运动副运动副运动副运动副。所以：所以：所以：所以：
4、机构的组成有两个要素：构件、运动副机构的组成有两个要素：构件、运动副机构的组成有两个要素：构件、运动副机构的组成有两个要素：构件、运动副内燃机中的曲柄滑块机构，其内燃机中的曲柄滑块机构，其4个部分之间既相对运动又有相对联系个部分之间既相对运动又有相对联系作为一个整体参与机构作为一个整体参与机构作为一个整体参与机构作为一个整体参与机构运动运动运动运动的刚性的刚性的刚性的刚性单元体单元体单元体单元体1.1.1.1.构件：构件：构件：构件：一个构件，可以是的单一整体，也可能是一个构件，可以是的单一整体，也可能是一个构件，可以是的单一整体，也可能是一个构件，可以是的单一整体，也可能是 由若干个不同零件
5、组装起来的刚性体。由若干个不同零件组装起来的刚性体。由若干个不同零件组装起来的刚性体。由若干个不同零件组装起来的刚性体。类型：类型：类型：类型：机架机架机架机架 主动件（原动件）主动件（原动件）主动件（原动件）主动件（原动件）从动件从动件从动件从动件表示方法：表示方法：表示方法：表示方法：简单线条简单线条简单线条简单线条2.2.2.2.运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副的类型决定机构的运动形式。运动副有多种类型，对运动副的类型决定机构的运动形式。运动副有多种类型，对运动副的类型决定机构的运动形式。运动副有多种类型，对运动副的类型决定机构的运动形式。运动副有多种类型，
6、对运动副进行正确的分类，在机构设计中是非常重要的。运动副进行正确的分类，在机构设计中是非常重要的。运动副进行正确的分类，在机构设计中是非常重要的。运动副进行正确的分类，在机构设计中是非常重要的。运动副的种类很多，常用的分类方式有三种：运动副的种类很多，常用的分类方式有三种：运动副的种类很多，常用的分类方式有三种：运动副的种类很多，常用的分类方式有三种：两构件间因保持接触而限制一定的相对运动后所形成的联两构件间因保持接触而限制一定的相对运动后所形成的联两构件间因保持接触而限制一定的相对运动后所形成的联两构件间因保持接触而限制一定的相对运动后所形成的联接称为接称为接称为接称为 运动副运动副运动副运
7、动副。运动副元素：运动副元素：运动副元素：运动副元素：两构件上参与接触构成运动副的部分称为。两构件上参与接触构成运动副的部分称为。两构件上参与接触构成运动副的部分称为。两构件上参与接触构成运动副的部分称为。约束：约束：约束：约束：因保持接触而造成的某种因保持接触而造成的某种因保持接触而造成的某种因保持接触而造成的某种运动限制运动限制运动限制运动限制。不同形式的。不同形式的。不同形式的。不同形式的运动副对运动的约束不同。运动副对运动的约束不同。运动副对运动的约束不同。运动副对运动的约束不同。注意：若两表面脱离接触则相应的运动副随之消失。注意：若两表面脱离接触则相应的运动副随之消失。注意：若两表面
8、脱离接触则相应的运动副随之消失。注意：若两表面脱离接触则相应的运动副随之消失。运动副的三个特征：运动副的三个特征：运动副的三个特征：运动副的三个特征：（）运动副是一种联接；（）运动副是一种联接；（）运动副是一种联接；（）运动副是一种联接；（）运动副由两个构件组成；（）运动副由两个构件组成；（）运动副由两个构件组成；（）运动副由两个构件组成；（）组成运动副的两个构件之间有相对运动（）组成运动副的两个构件之间有相对运动（）组成运动副的两个构件之间有相对运动（）组成运动副的两个构件之间有相对运动（1 1 1 1）按相对运动分）按相对运动分）按相对运动分）按相对运动分 按组成运动副后两构件的运动空间，
9、分为按组成运动副后两构件的运动空间，分为按组成运动副后两构件的运动空间，分为按组成运动副后两构件的运动空间，分为平面运动副平面运动副平面运动副平面运动副和和和和空间运动副。空间运动副。空间运动副。空间运动副。.平面运动副平面运动副平面运动副平面运动副 转动副转动副转动副转动副（回转副、铰链）（回转副、铰链）（回转副、铰链）（回转副、铰链）两构件形成运动副后只可作相对转动。两构件形成运动副后只可作相对转动。两构件形成运动副后只可作相对转动。两构件形成运动副后只可作相对转动。几何特征：几何特征：几何特征：几何特征：两圆柱面配合两圆柱面配合两圆柱面配合两圆柱面配合运动特征：运动特征：运动特征：运动特
10、征：实例：实例：实例：实例：门轴、轴承、铰链门轴、轴承、铰链门轴、轴承、铰链门轴、轴承、铰链 简图中的运动副符号：简图中的运动副符号：简图中的运动副符号：简图中的运动副符号：简图中运动副位置：简图中运动副位置：简图中运动副位置：简图中运动副位置：圆柱轴线位置圆柱轴线位置圆柱轴线位置圆柱轴线位置 绕圆柱轴线的相对转动绕圆柱轴线的相对转动绕圆柱轴线的相对转动绕圆柱轴线的相对转动 移动副移动副移动副移动副 两构件形成运动副后只可作相对直线移动两构件形成运动副后只可作相对直线移动两构件形成运动副后只可作相对直线移动两构件形成运动副后只可作相对直线移动几何特征：几何特征：几何特征：几何特征：两构件面接触
11、、两构件面接触、两构件面接触、两构件面接触、沿导轨约束沿导轨约束沿导轨约束沿导轨约束运动特征：运动特征：运动特征：运动特征：构件沿直线导构件沿直线导构件沿直线导构件沿直线导轨的相对移动轨的相对移动轨的相对移动轨的相对移动简图符号：简图符号：简图符号：简图符号：简图位置：简图位置：简图位置：简图位置：导轨方位导轨方位导轨方位导轨方位 简图符号：简图符号：简图符号：简图符号：平面滚滑副平面滚滑副平面滚滑副平面滚滑副两构件形成运动副后既可作相对滚动，也两构件形成运动副后既可作相对滚动，也两构件形成运动副后既可作相对滚动，也两构件形成运动副后既可作相对滚动，也 可滚、滑并存可滚、滑并存可滚、滑并存可滚
12、、滑并存几何特征：几何特征：几何特征：几何特征：两曲面（线）接触两曲面（线）接触两曲面（线）接触两曲面（线）接触运动特征：运动特征：运动特征：运动特征：沿曲面切线方向的相沿曲面切线方向的相沿曲面切线方向的相沿曲面切线方向的相 对滑动和滚动对滑动和滚动对滑动和滚动对滑动和滚动简图符号：简图符号：简图符号：简图符号：实际轮廓曲线实际轮廓曲线实际轮廓曲线实际轮廓曲线简图位置：简图位置：简图位置：简图位置：曲率半径和曲率中心曲率半径和曲率中心曲率半径和曲率中心曲率半径和曲率中心.空间运动副空间运动副空间运动副空间运动副 除了平面运动副外的运动副均为空间运动副除了平面运动副外的运动副均为空间运动副除了平
13、面运动副外的运动副均为空间运动副除了平面运动副外的运动副均为空间运动副常见有：常见有：常见有：常见有：螺旋副、螺旋副、螺旋副、螺旋副、球面副及球铰副、圆柱副球面副及球铰副、圆柱副球面副及球铰副、圆柱副球面副及球铰副、圆柱副螺螺旋旋副副螺旋副螺旋副螺旋副螺旋副.空间运动副空间运动副空间运动副空间运动副 除了平面运动副外的运动副均为空间运动副除了平面运动副外的运动副均为空间运动副除了平面运动副外的运动副均为空间运动副除了平面运动副外的运动副均为空间运动副球面副及球铰副球面副及球铰副球面副及球铰副球面副及球铰副 球球面面副副.空间运动副空间运动副空间运动副空间运动副 除了平面运动副外的运动副均为空间
14、运动副除了平面运动副外的运动副均为空间运动副除了平面运动副外的运动副均为空间运动副除了平面运动副外的运动副均为空间运动副圆柱副圆柱副圆柱副圆柱副圆圆柱柱副副（2 2 2 2）按接触特性分）按接触特性分）按接触特性分）按接触特性分 按组成运动副的两元素理论上的接触特性分，按组成运动副的两元素理论上的接触特性分，按组成运动副的两元素理论上的接触特性分，按组成运动副的两元素理论上的接触特性分，有：有：有：有：低副低副低副低副-面接触面接触面接触面接触 高副高副高副高副-点、线接触点、线接触点、线接触点、线接触 低副包括低副包括低副包括低副包括:移动副、转动副、螺旋副、球面副移动副、转动副、螺旋副、球
15、面副移动副、转动副、螺旋副、球面副移动副、转动副、螺旋副、球面副等等等等高副包括：高副包括：高副包括：高副包括：球面高副球面高副球面高副球面高副 圆柱高副圆柱高副圆柱高副圆柱高副 平面滚滑副等平面滚滑副等平面滚滑副等平面滚滑副等球面高副球面高副高副包括：高副包括：高副包括：高副包括：球面高副球面高副球面高副球面高副 圆柱高副圆柱高副圆柱高副圆柱高副 平面滚滑副等平面滚滑副等平面滚滑副等平面滚滑副等圆柱高副圆柱高副高副包括：高副包括：高副包括：高副包括：球面高副球面高副球面高副球面高副 圆柱高副圆柱高副圆柱高副圆柱高副 平面滚滑副等平面滚滑副等平面滚滑副等平面滚滑副等平面滚滑副平面滚滑副（3 3
16、 3 3）按锁合方式（保持接触方式）分）按锁合方式（保持接触方式）分）按锁合方式（保持接触方式）分）按锁合方式（保持接触方式）分 形锁合（几何封闭）运动副形锁合（几何封闭）运动副形锁合（几何封闭）运动副形锁合（几何封闭）运动副 利用构件的几何形状使两运利用构件的几何形状使两运利用构件的几何形状使两运利用构件的几何形状使两运 动副元素始终保持接触动副元素始终保持接触动副元素始终保持接触动副元素始终保持接触重重力力锁锁合合弹弹力力锁锁合合 利用外力使利用外力使利用外力使利用外力使两运动副元素两运动副元素两运动副元素两运动副元素始终保持接触始终保持接触始终保持接触始终保持接触形锁合形锁合力锁合运动副
17、力锁合运动副力锁合运动副力锁合运动副运动链运动链运动链运动链两个以上构件通过运动副连接而形成的系统两个以上构件通过运动副连接而形成的系统两个以上构件通过运动副连接而形成的系统两个以上构件通过运动副连接而形成的系统开式链开式链开式链开式链闭式链闭式链闭式链闭式链单环链单环链单环链单环链多环链多环链多环链多环链 链系没有形成链系没有形成链系没有形成链系没有形成首尾相接的封闭首尾相接的封闭首尾相接的封闭首尾相接的封闭系统系统系统系统 链系形成首尾相接的封闭系统，链系形成首尾相接的封闭系统，链系形成首尾相接的封闭系统，链系形成首尾相接的封闭系统，若闭式链中只有一个封闭环时称为若闭式链中只有一个封闭环时
18、称为若闭式链中只有一个封闭环时称为若闭式链中只有一个封闭环时称为单环链，有两个封闭环时称为双环单环链，有两个封闭环时称为双环单环链，有两个封闭环时称为双环单环链，有两个封闭环时称为双环链，链，链，链，如此等等，余者类推如此等等，余者类推如此等等，余者类推如此等等，余者类推3.3.运动链与机构运动链与机构 具有一个固定件，即机架具有一个固定件，即机架具有一个固定件，即机架具有一个固定件，即机架 具有足够的主动件具有足够的主动件具有足够的主动件具有足够的主动件(即各构件有确定的运动即各构件有确定的运动即各构件有确定的运动即各构件有确定的运动)简言之，简言之，简言之，简言之，机构就是具有确定运动的运
19、动链机构就是具有确定运动的运动链机构就是具有确定运动的运动链机构就是具有确定运动的运动链当运动链具备以下条件时就成为机构：当运动链具备以下条件时就成为机构：当运动链具备以下条件时就成为机构：当运动链具备以下条件时就成为机构：当运动链具备以下条件时就成为机构：当运动链具备以下条件时就成为机构：当运动链具备以下条件时就成为机构：当运动链具备以下条件时就成为机构：具有一个固定件，即机架具有一个固定件，即机架具有一个固定件，即机架具有一个固定件，即机架 具有足够的主动件具有足够的主动件具有足够的主动件具有足够的主动件(即各构件有确定的运动即各构件有确定的运动即各构件有确定的运动即各构件有确定的运动)简
20、言之，简言之，简言之，简言之，机构就是具有确定运动的运动链机构就是具有确定运动的运动链机构就是具有确定运动的运动链机构就是具有确定运动的运动链机构的类型机构的类型机构的类型机构的类型 平面机构平面机构平面机构平面机构各构件的运动平面相互平行各构件的运动平面相互平行各构件的运动平面相互平行各构件的运动平面相互平行 空间机构空间机构空间机构空间机构各构件不在平行平面内运动各构件不在平行平面内运动各构件不在平行平面内运动各构件不在平行平面内运动 低副机构低副机构低副机构低副机构所有运动副都是低副所有运动副都是低副所有运动副都是低副所有运动副都是低副 高副机构高副机构高副机构高副机构机构中具有高副机构
21、中具有高副机构中具有高副机构中具有高副 刚性机构刚性机构刚性机构刚性机构所有构件均是刚性构件所有构件均是刚性构件所有构件均是刚性构件所有构件均是刚性构件 柔性机构柔性机构柔性机构柔性机构机构中存在柔性构件机构中存在柔性构件机构中存在柔性构件机构中存在柔性构件3.3 3.3 3.3 3.3 机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图 机构运动简图是从运动学的角度出发，将实机构运动简图是从运动学的角度出发，将实机构运动简图是从运动学的角度出发，将实机构运动简图是从运动学的角度出发，将实际机中与运动无关的因素加以简化，抽象后得际机中与运动无关的因素加以简化，抽象后得际机中与运动无关的因素加以简
22、化，抽象后得际机中与运动无关的因素加以简化，抽象后得到的与实际机器有到的与实际机器有到的与实际机器有到的与实际机器有完全相同运动特性的简图完全相同运动特性的简图完全相同运动特性的简图完全相同运动特性的简图。机构中各构件间的相对运动仅取决于连接各机构中各构件间的相对运动仅取决于连接各机构中各构件间的相对运动仅取决于连接各机构中各构件间的相对运动仅取决于连接各构件的运动副构件的运动副构件的运动副构件的运动副类型类型类型类型和和和和运动尺寸运动尺寸运动尺寸运动尺寸（各运动副间的（各运动副间的（各运动副间的（各运动副间的相对位置尺寸）相对位置尺寸）相对位置尺寸）相对位置尺寸），与构件的外形、断面尺寸、
23、，与构件的外形、断面尺寸、，与构件的外形、断面尺寸、，与构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目和形状等无关。组成构件的零件数目和形状等无关。组成构件的零件数目和形状等无关。组成构件的零件数目和形状等无关。机构运动简图是按比例机构运动简图是按比例机构运动简图是按比例机构运动简图是按比例确定运动副位置确定运动副位置确定运动副位置确定运动副位置后，用代表后，用代表后，用代表后，用代表运动副的运动副的运动副的运动副的符号符号符号符号（教材表（教材表（教材表（教材表3-13-13-13-1）和代表构件的简单线条绘）和代表构件的简单线条绘）和代表构件的简单线条绘）和代表构件的简单线条绘制成的图形，它反映
24、机器中各运动构件在制成的图形，它反映机器中各运动构件在制成的图形，它反映机器中各运动构件在制成的图形，它反映机器中各运动构件在某一时刻某一时刻某一时刻某一时刻相相相相对机架的位置。对机架的位置。对机架的位置。对机架的位置。机构运动简图的绘制要求：机构运动简图的绘制要求：机构运动简图的绘制要求：机构运动简图的绘制要求：必须按一定比例绘制并标注在图上必须按一定比例绘制并标注在图上必须按一定比例绘制并标注在图上必须按一定比例绘制并标注在图上 L L L L=实际长度实际长度实际长度实际长度/图示长度（单位：图示长度（单位：图示长度（单位：图示长度（单位：m/mm m/mm m/mm m/mm 或或或
25、或 mm/mmmm/mmmm/mmmm/mm）准确表示出所有构件和运动副准确表示出所有构件和运动副准确表示出所有构件和运动副准确表示出所有构件和运动副 表明各构件间的相互位置关系，并标表明各构件间的相互位置关系，并标表明各构件间的相互位置关系，并标表明各构件间的相互位置关系，并标 明原动件及其运动方向明原动件及其运动方向明原动件及其运动方向明原动件及其运动方向 标明运动尺寸标明运动尺寸标明运动尺寸标明运动尺寸 注意：注意：注意：注意：不按比例绘制的运动简图不按比例绘制的运动简图不按比例绘制的运动简图不按比例绘制的运动简图-机动示意图机动示意图机动示意图机动示意图机构运动简图的绘制（以曲柄滑块机
26、构为例）：机构运动简图的绘制（以曲柄滑块机构为例）：机构运动简图的绘制（以曲柄滑块机构为例）：机构运动简图的绘制（以曲柄滑块机构为例）：分清构件分清构件分清构件分清构件 判定运动副判定运动副判定运动副判定运动副 合理选择视图合理选择视图合理选择视图合理选择视图(作作作作 图投影平面图投影平面图投影平面图投影平面)和主和主和主和主 动件位置动件位置动件位置动件位置 测量运动尺寸测量运动尺寸测量运动尺寸测量运动尺寸 按比例及规定的符按比例及规定的符按比例及规定的符按比例及规定的符 号绘制机构运动简号绘制机构运动简号绘制机构运动简号绘制机构运动简 图；标上与运动有图；标上与运动有图；标上与运动有图；
27、标上与运动有 关的参数关的参数关的参数关的参数 分清构件分清构件分清构件分清构件 首先分清机架和主动件，再按运动传递路线逐个分清首先分清机架和主动件，再按运动传递路线逐个分清首先分清机架和主动件，再按运动传递路线逐个分清首先分清机架和主动件，再按运动传递路线逐个分清各从动构件。各从动构件。各从动构件。各从动构件。为分析和画图方便，可在各构件上依次标上数字编号。为分析和画图方便，可在各构件上依次标上数字编号。为分析和画图方便，可在各构件上依次标上数字编号。为分析和画图方便，可在各构件上依次标上数字编号。判定运动副判定运动副判定运动副判定运动副 从主动件开始，按照运动传递的顺序，仔细观察相从主动件
28、开始，按照运动传递的顺序，仔细观察相从主动件开始，按照运动传递的顺序，仔细观察相从主动件开始，按照运动传递的顺序，仔细观察相邻两构件之间的邻两构件之间的邻两构件之间的邻两构件之间的相对运动性质相对运动性质相对运动性质相对运动性质或运动副的或运动副的或运动副的或运动副的几何特征几何特征几何特征几何特征，以确定运动副的类型。以确定运动副的类型。以确定运动副的类型。以确定运动副的类型。判定运动副判定运动副判定运动副判定运动副 从主动件开始，按照运动从主动件开始，按照运动从主动件开始，按照运动从主动件开始，按照运动传递的顺序，仔细观察相邻传递的顺序，仔细观察相邻传递的顺序，仔细观察相邻传递的顺序，仔细
29、观察相邻两构件之间的相对运动或运两构件之间的相对运动或运两构件之间的相对运动或运两构件之间的相对运动或运动副的几何特征以确定运动动副的几何特征以确定运动动副的几何特征以确定运动动副的几何特征以确定运动副的类型。副的类型。副的类型。副的类型。判定运动副判定运动副判定运动副判定运动副 从主动件开始，按照运动传递的顺序，仔细观察相从主动件开始，按照运动传递的顺序，仔细观察相从主动件开始，按照运动传递的顺序，仔细观察相从主动件开始，按照运动传递的顺序，仔细观察相邻两构件之间的相对运动性质或运动副的几何特征，邻两构件之间的相对运动性质或运动副的几何特征，邻两构件之间的相对运动性质或运动副的几何特征，邻两
30、构件之间的相对运动性质或运动副的几何特征，以确定运动副的类型。以确定运动副的类型。以确定运动副的类型。以确定运动副的类型。可用英文字母将运动副编号，还可作些简单的记录。可用英文字母将运动副编号，还可作些简单的记录。可用英文字母将运动副编号，还可作些简单的记录。可用英文字母将运动副编号，还可作些简单的记录。合理选择视图和主动件位置合理选择视图和主动件位置合理选择视图和主动件位置合理选择视图和主动件位置 对于平面机构，必须选择与各构件的运动平面相互对于平面机构，必须选择与各构件的运动平面相互对于平面机构，必须选择与各构件的运动平面相互对于平面机构，必须选择与各构件的运动平面相互平行的平面为投影平面
31、。并把主动件选定在某一位置平行的平面为投影平面。并把主动件选定在某一位置平行的平面为投影平面。并把主动件选定在某一位置平行的平面为投影平面。并把主动件选定在某一位置上，以此作为绘制机构运动简图的基准。上，以此作为绘制机构运动简图的基准。上，以此作为绘制机构运动简图的基准。上，以此作为绘制机构运动简图的基准。确定主动件位置确定主动件位置确定主动件位置确定主动件位置时，应使图中代表时，应使图中代表时，应使图中代表时，应使图中代表构件的线条尽可能构件的线条尽可能构件的线条尽可能构件的线条尽可能不交叉、不重叠。不交叉、不重叠。不交叉、不重叠。不交叉、不重叠。当主动件位置确当主动件位置确当主动件位置确当
32、主动件位置确定后，其它构件的定后，其它构件的定后，其它构件的定后，其它构件的位置就随之而定。位置就随之而定。位置就随之而定。位置就随之而定。合理选择视图和主动件位置合理选择视图和主动件位置合理选择视图和主动件位置合理选择视图和主动件位置 对于平面机构，必须选择与各构件的运动平面相互对于平面机构，必须选择与各构件的运动平面相互对于平面机构，必须选择与各构件的运动平面相互对于平面机构，必须选择与各构件的运动平面相互平行的平面为投影平面。并把主动件选定在某一位置平行的平面为投影平面。并把主动件选定在某一位置平行的平面为投影平面。并把主动件选定在某一位置平行的平面为投影平面。并把主动件选定在某一位置上
33、，以此作为绘制机构运动简图的基准。上，以此作为绘制机构运动简图的基准。上，以此作为绘制机构运动简图的基准。上，以此作为绘制机构运动简图的基准。测量机构运动尺寸测量机构运动尺寸测量机构运动尺寸测量机构运动尺寸 根据运动副的相对位置，测量机构的运动尺寸并根据运动副的相对位置，测量机构的运动尺寸并根据运动副的相对位置，测量机构的运动尺寸并根据运动副的相对位置，测量机构的运动尺寸并记录。记录。记录。记录。绘制曲柄滑块机构的机构运动简图绘制曲柄滑块机构的机构运动简图绘制曲柄滑块机构的机构运动简图绘制曲柄滑块机构的机构运动简图 选比例尺：选比例尺：选比例尺：选比例尺：按比例定出运动副的位，画按比例定出运动
34、副的位，画按比例定出运动副的位，画按比例定出运动副的位，画上相应的运动副符号，然后将上相应的运动副符号，然后将上相应的运动副符号，然后将上相应的运动副符号，然后将同一构件上的运动副用简单的同一构件上的运动副用简单的同一构件上的运动副用简单的同一构件上的运动副用简单的线条连接，此连线即代表该构线条连接，此连线即代表该构线条连接，此连线即代表该构线条连接，此连线即代表该构件。件。件。件。标注运动尺寸参数标注运动尺寸参数标注运动尺寸参数标注运动尺寸参数 在图上标明各运动副的在图上标明各运动副的在图上标明各运动副的在图上标明各运动副的实际相对位置尺寸实际相对位置尺寸实际相对位置尺寸实际相对位置尺寸(所
35、给所给所给所给尺寸不能重复，更不应遗尺寸不能重复，更不应遗尺寸不能重复，更不应遗尺寸不能重复，更不应遗漏漏漏漏)。主动件应用箭头标明。主动件应用箭头标明。主动件应用箭头标明。主动件应用箭头标明。比例尺：比例尺：机构表示形式的变化机构表示形式的变化机构表示形式的变化机构表示形式的变化注意：注意：注意：注意：移动副的位置仅与移动移动副的位置仅与移动移动副的位置仅与移动移动副的位置仅与移动方位有关，而与其导轨的方位有关，而与其导轨的方位有关，而与其导轨的方位有关，而与其导轨的具体位置、大小无关。具体位置、大小无关。具体位置、大小无关。具体位置、大小无关。机构运动简图的具体作用机构运动简图的具体作用机
36、构运动简图的具体作用机构运动简图的具体作用 分析研究机构运动的模型分析研究机构运动的模型分析研究机构运动的模型分析研究机构运动的模型 机构运动简图是为了便于分析研究机器的运动而从机构运动简图是为了便于分析研究机器的运动而从机构运动简图是为了便于分析研究机器的运动而从机构运动简图是为了便于分析研究机器的运动而从机器中抽象出来的运动模型，略去了一些与运动无关的机器中抽象出来的运动模型，略去了一些与运动无关的机器中抽象出来的运动模型，略去了一些与运动无关的机器中抽象出来的运动模型，略去了一些与运动无关的因素，所以虽然两个机器的用途不同，外形也不一样，因素，所以虽然两个机器的用途不同，外形也不一样，因
37、素，所以虽然两个机器的用途不同，外形也不一样，因素，所以虽然两个机器的用途不同，外形也不一样，但只要运动特性相同，就有可能采用相同的机构在一个但只要运动特性相同，就有可能采用相同的机构在一个但只要运动特性相同，就有可能采用相同的机构在一个但只要运动特性相同，就有可能采用相同的机构在一个机构中，若已知其主动件的运动，则可按其运动简图很机构中，若已知其主动件的运动，则可按其运动简图很机构中，若已知其主动件的运动，则可按其运动简图很机构中，若已知其主动件的运动，则可按其运动简图很方便地确定其它构件的运动。方便地确定其它构件的运动。方便地确定其它构件的运动。方便地确定其它构件的运动。需要注意的是：需要
38、注意的是：需要注意的是：需要注意的是：机构运动简图是研究运动的模型，机构运动简图是研究运动的模型，机构运动简图是研究运动的模型，机构运动简图是研究运动的模型，而而而而不一定是力分析不一定是力分析不一定是力分析不一定是力分析的模型。这是因为力分析时，不仅要的模型。这是因为力分析时，不仅要的模型。这是因为力分析时，不仅要的模型。这是因为力分析时，不仅要考虑到构件的形状，还要顾及运动副的具体结构以及其考虑到构件的形状，还要顾及运动副的具体结构以及其考虑到构件的形状，还要顾及运动副的具体结构以及其考虑到构件的形状，还要顾及运动副的具体结构以及其锁合形式等，而这些因素在机构运动简图中均被忽略。锁合形式等
39、，而这些因素在机构运动简图中均被忽略。锁合形式等，而这些因素在机构运动简图中均被忽略。锁合形式等，而这些因素在机构运动简图中均被忽略。机构运动设计的目标机构运动设计的目标机构运动设计的目标机构运动设计的目标 机构的运动仅与运动副的类型和位置有关，所以机构的运动仅与运动副的类型和位置有关，所以机构的运动仅与运动副的类型和位置有关，所以机构的运动仅与运动副的类型和位置有关，所以 根据机构的运动要求来设计机构时，就是要确定运根据机构的运动要求来设计机构时，就是要确定运根据机构的运动要求来设计机构时，就是要确定运根据机构的运动要求来设计机构时，就是要确定运 动副的类型及其位置，亦即确定机构的运动简图。
40、动副的类型及其位置，亦即确定机构的运动简图。动副的类型及其位置，亦即确定机构的运动简图。动副的类型及其位置，亦即确定机构的运动简图。设计说明的文件设计说明的文件设计说明的文件设计说明的文件 专利性质的判据专利性质的判据专利性质的判据专利性质的判据 机构运动简图是判别专利性质的依据。机构运动简图是判别专利性质的依据。机构运动简图是判别专利性质的依据。机构运动简图是判别专利性质的依据。由于同一机构的具体构造形式有多种多样，故应由于同一机构的具体构造形式有多种多样，故应由于同一机构的具体构造形式有多种多样，故应由于同一机构的具体构造形式有多种多样，故应 从构运动简图上判别其专利的性质。从构运动简图上
41、判别其专利的性质。从构运动简图上判别其专利的性质。从构运动简图上判别其专利的性质。相同机构判断方法相同机构判断方法相同机构判断方法相同机构判断方法 两图的转动副位两图的转动副位两图的转动副位两图的转动副位置相同，移动副方置相同，移动副方置相同，移动副方置相同，移动副方位一致，且对应的位一致，且对应的位一致，且对应的位一致，且对应的两相邻构件组成的两相邻构件组成的两相邻构件组成的两相邻构件组成的运动副类型一致，运动副类型一致，运动副类型一致，运动副类型一致，所以表示的是同一所以表示的是同一所以表示的是同一所以表示的是同一个机构。个机构。个机构。个机构。专利性质的判据专利性质的判据专利性质的判据专
42、利性质的判据左图：左图：左图：左图：转转转转移移移移转转转转移移移移右图：右图：右图：右图：转转转转转转转转移移移移移移移移3.4 3.4 平面机构的自由度计算平面机构的自由度计算 任何机构的设计都应保证其能实现确定的运动，任何机构的设计都应保证其能实现确定的运动，任何机构的设计都应保证其能实现确定的运动，任何机构的设计都应保证其能实现确定的运动，为此，必须探讨机构具有确定运动的条件。这是本为此，必须探讨机构具有确定运动的条件。这是本为此，必须探讨机构具有确定运动的条件。这是本为此，必须探讨机构具有确定运动的条件。这是本 小节讨论的中心。小节讨论的中心。小节讨论的中心。小节讨论的中心。1.1.
43、机构自由度机构自由度 机构自由度是指确定机构空间位置时，所需机构自由度是指确定机构空间位置时，所需机构自由度是指确定机构空间位置时，所需机构自由度是指确定机构空间位置时，所需独立独立独立独立参变量的数目，参变量的数目，参变量的数目，参变量的数目，也就是机构所具有的也就是机构所具有的也就是机构所具有的也就是机构所具有的独立运动数独立运动数独立运动数独立运动数。构件的自由度构件的自由度 构件自由度是指确定构件构件自由度是指确定构件构件自由度是指确定构件构件自由度是指确定构件空间位置空间位置空间位置空间位置时，所需独立时，所需独立时，所需独立时，所需独立参变量的数目。也就是确定构件参变量的数目。也就
44、是确定构件参变量的数目。也就是确定构件参变量的数目。也就是确定构件运动状态运动状态运动状态运动状态所需给定所需给定所需给定所需给定的独立参变数的数目。的独立参变数的数目。的独立参变数的数目。的独立参变数的数目。在在在在XOYXOYXOYXOY 坐标系中，一坐标系中，一坐标系中，一坐标系中，一个作平面运动的构件，其个作平面运动的构件，其个作平面运动的构件，其个作平面运动的构件，其空间位置可以用其上任一空间位置可以用其上任一空间位置可以用其上任一空间位置可以用其上任一点点点点A A的坐标的坐标的坐标的坐标 、，和和和和过过过过A A点的任一直线点的任一直线点的任一直线点的任一直线ABAB的的的的倾
45、角倾角倾角倾角 这三个独立的位置这三个独立的位置这三个独立的位置这三个独立的位置参数来描述。参数来描述。参数来描述。参数来描述。因此：因此：因此：因此：一个作平面运动的构件有一个作平面运动的构件有一个作平面运动的构件有一个作平面运动的构件有3 3 3 3个自由度个自由度个自由度个自由度 同理：同理：同理：同理：一个作空间运动的构件有一个作空间运动的构件有一个作空间运动的构件有一个作空间运动的构件有6 6 6 6个自由度个自由度个自由度个自由度 一作平面运动的自由构件具有三个自由度。当一作平面运动的自由构件具有三个自由度。当一作平面运动的自由构件具有三个自由度。当一作平面运动的自由构件具有三个自
46、由度。当它通过运动副连接于其它构件后，自由运动运动受它通过运动副连接于其它构件后，自由运动运动受它通过运动副连接于其它构件后，自由运动运动受它通过运动副连接于其它构件后，自由运动运动受到约束，相应的自由度数随之减少。不同类型的运到约束，相应的自由度数随之减少。不同类型的运到约束，相应的自由度数随之减少。不同类型的运到约束，相应的自由度数随之减少。不同类型的运动副引入的约束不同，剩下的自由度也不同。动副引入的约束不同，剩下的自由度也不同。动副引入的约束不同，剩下的自由度也不同。动副引入的约束不同，剩下的自由度也不同。转动副转动副转动副转动副 引入引入引入引入2 2个约束：个约束：个约束：个约束：
47、沿沿沿沿Y Y Y Y 轴移动轴移动轴移动轴移动 沿沿沿沿X X X X 轴移动轴移动轴移动轴移动 保留保留保留保留1 1 1 1个自由度：个自由度：个自由度：个自由度：绕绕绕绕Z Z Z Z 轴转动轴转动轴转动轴转动移动副移动副移动副移动副 引入引入引入引入2 2个约束：个约束：个约束：个约束：沿沿沿沿Y Y Y Y 轴移动轴移动轴移动轴移动 绕绕绕绕Z Z Z Z 轴转动轴转动轴转动轴转动 保留保留保留保留1 1个自由度：个自由度：个自由度：个自由度：沿沿沿沿X X X X 轴移动轴移动轴移动轴移动滚滑副（平面高副）滚滑副（平面高副）滚滑副（平面高副）滚滑副（平面高副）引入引入引入引入1
48、1个约束：个约束：个约束：个约束：沿接触点公法线沿接触点公法线沿接触点公法线沿接触点公法线 方向移动方向移动方向移动方向移动 保留保留保留保留2 2个自由度：个自由度：个自由度：个自由度：绕接触点转动绕接触点转动绕接触点转动绕接触点转动 沿接触点公切线沿接触点公切线沿接触点公切线沿接触点公切线方向移动方向移动方向移动方向移动 由此可知，平面机构中：由此可知，平面机构中：由此可知，平面机构中：由此可知，平面机构中：每个每个每个每个低副低副低副低副引入引入引入引入2 2 2 2个约束，使机构丧失个约束，使机构丧失个约束，使机构丧失个约束，使机构丧失2 2 2 2个自由度个自由度个自由度个自由度 则
49、，则，则，则，机构的自由度为：机构的自由度为：机构的自由度为：机构的自由度为：F F F F3 3 3 3n n n n2 2 2 2P P P P5 5 5 5P P P P4 4 4 4 设，在一个平面机构中：设，在一个平面机构中：设，在一个平面机构中：设，在一个平面机构中：构件总数为构件总数为构件总数为构件总数为N N N N 个个个个活动构件数为活动构件数为活动构件数为活动构件数为个个个个（N N N N)无约束时自由度总数为无约束时自由度总数为无约束时自由度总数为无约束时自由度总数为3 3 3 3n n n n个个个个低副总数为低副总数为低副总数为低副总数为P P P P5 5 5
50、5个个个个 (引入引入引入引入P P P P5 5 5 52222个约束条件个约束条件个约束条件个约束条件)高副总数为高副总数为高副总数为高副总数为P P P P4 4 4 4个个个个 (引入引入引入引入P P P P4 4 4 41111个约束条件个约束条件个约束条件个约束条件)每个每个每个每个高副高副高副高副引入引入引入引入1 1 1 1个约束，使机构丧失个约束，使机构丧失个约束，使机构丧失个约束，使机构丧失1 1 1 1个自由度个自由度个自由度个自由度 机构的自由度机构的自由度机构的自由度机构的自由度F F F F 必须大于必须大于必须大于必须大于0 0 0 0才能运动。才能运动。才能运