《机械设计基础》课程教学资源：第二章 机械系统及运动简图

第二章机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 第二章机械系统及运动简图(3学时) 1.教学目标 1.了解机构的组成,搞清运动副、运动链、约束和自由度的概念 2.能绘制常用平面机构的运动简图; 3.能计算平面机构的自由度; 4.平面机构具有确定运动的条件。 2.教学重点和难点 1)机构的运动简图的绘制 2)平面机构的自由度的计算。 3)机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理。 3.讲授方法:多媒体和演示柜 正文 在绪论中我们已经讲过,本课程机械原理部分研究的对象主要是各种机构,而硏究的内容则 主要是各种机构的分析和综合问题,因而我们首先要了解机构是如何组成的?机构在什么条件下 才具有确定运动? 第一节机构的组成 1.构件和零件 我们曾经说过,↓构是由具有确定运动的单元(G

第二章 机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 20 第二章 机械系统及运动简图（3 学时） 1．教学目标 1．了解机构的组成，搞清运动副、运动链、约束和自由度的概念； 2．能绘制常用平面机构的运动简图； 3．能计算平面机构的自由度； 4．平面机构具有确定运动的条件。 2．教学重点和难点 1）机构的运动简图的绘制 2）平面机构的自由度的计算。 3）机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理。 3．讲授方法：多媒体和演示柜。 正 文 在绪论中我们已经讲过，本课程机械原理部分研究的对象主要是各种机构，而研究的内容则 主要是各种机构的分析和综合问题，因而我们首先要了解机构是如何组成的？机构在什么条件下 才具有确定运动？ 第一节 机构的组成 1．构件和零件 我们曾经说过，机构是由具有确定运动的单元

第二章机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 体组成的是用于传递运动和力或改变运动形式的机械传动系统这些说动单元体称为构件。而 组成构件的制造单元体称为零件。如图2-1所示。 其中内燃机的曲轴4为一个构件,连杆3也是一个构件。但曲轴只有一个零件,而连杆则包 括多个零件,其各个零件之间没有相对运动,在机构运动过程中 是一个整 图2-1 体。所以,构件可以由一个或多个零件组成,是由若干个零件相 互固结在 一起的运动单元体。 从机构运动学的观点来看,构件是机构的基本组成单元,而机构则可以看作是由若干个构 件组合而成的构件组合体。 在本学科中,一般认为构件是刚体或柔勒体(如皮带、钢丝绳等),而不是液体或气体。 2.运动副及其分类 1.运动副 我们已经看到,在机构中 每一构件都以一定方式与其 它构件相互联接,这种使两构 件直接接触的可动联接称为 图2-2 运动副。如图1-2 如图中轴与轴承、滑块与导轨、轮齿与轮齿等都构成运动副。而两构件直接接触构成运动 副的部分称为运动副元素。 为保证两构件恒处于接触状态,运动副应该是结构封闭或力封闭。至于组成运动副后,两 构件能产生哪些相对运动,与该运动副性质或与该运动副所引入的约束有关。 2.运动副分类 由理论力学知识可以知道,作平面运动的构件可有三个独立运动,既X、y轴方向的移动和绕

第二章 机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 21 体组成的，是用于传递运动和力或改变运动形式的机械传动系统，这些运动单元体称为构件。而 组成构件的制造单元体称为零件。如图 2-1 所示。 其中内燃机的曲轴 4 为一个构件，连杆 3 也是一个构件。但曲轴只有一个零件，而连杆则包 括多个零件，其各个零件之间没有相对运动，在机构运动过程中 是一个整 体。所以，构件可以由一个或多个零件组成，是由若干个零件相 互固结在 一起的运动单元体。 从机构运动学的观点来看，构件是机构的基本组成单元，而机构则可以看作是由若干个构 件组合而成的构件组合体。 在本学科中，一般认为构件是刚体或柔勒体（如皮带、钢丝绳等），而不是液体或气体。 2．运动副及其分类 1．运动副 我们已经看到，在机构中 每一构件都以一定方式与其 它构件相互联接，这种使两构 件直接接触的可动联接称为 运动副。如图 1-2。 如图中轴与轴承、滑块与导轨、轮齿与轮齿等都构成运动副。而两构件直接接触构成运动 副的部分称为运动副元素。 为保证两构件恒处于接触状态，运动副应该是结构封闭或力封闭。至于组成运动副后，两 构件能产生哪些相对运动，与该运动副性质或与该运动副所引入的约束有关。 2．运动副分类 由理论力学知识可以知道，作平面运动的构件可有三个独立运动，既 x、y 轴方向的移动和绕 图 2-2 图 2－1

第二章机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) z轴的转动。而作空间运动的构件有六个独立运动,即三个方向的移动和三个转动。在本课程中 我们把构供的独京说动数目称为构件的自由度,这样,我们可以得到结论:平面运动的构件有三 个自由度,空间运动的构件有六个自由度。 当一个构件与另一个构件组成运动副以后,由于构件间的直接接触,使构件的某些独立运 动受到限制,构件的自由度便随之减少。这种对构件独立运动的限制称为约束。十分明显,作平 面运动空海运动的件纱束不能超过2个或5个,否则构件就不可能产生相对运动 不同的运动副对构件的自由度的约束是不同的,按不同的分类方法有以下几种: a按引进的约束数目分类:引进一个约束的运动副称为工级副,引进两个约束的运动副称为工 级副,依次我们有Ⅲ级副、Ⅳ级副、V级副 b.按两构件的接触情况分类:凡两构件以点或线接触构成的运动副称为高副,常见的有如图 如图所示的几种。 平面高副 凸轮高副 齿轮高副 凡两构件以面接触构成的运动副称为低副,常见的有如图所示的几种。 c按两构件的相 对运动分类河分为 转动副(铰链)移 移动副 动副螺旋测和球面H 副(如图所示 螺旋低副 球面低副

第二章 机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 22 z 轴的转动。而作空间运动的构件有六个独立运动，即三个方向的移动和三个转动。在本课程中， 我们把构件的独立运动数目称为构件的自由度。这样，我们可以得到结论：平面运动的构件有三 个自由度，空间运动的构件有六个自由度。 当一个构件与另一个构件组成运动副以后，由于构件间的直接接触，使构件的某些独立运 动受到限制，构件的自由度便随之减少。这种对构件独立运动的限制称为约束。十分明显，作平 面运动或空间运动的构件其约束不能超过 2 个或 5 个，否则构件就不可能产生相对运动。 不同的运动副对构件的自由度的约束是不同的，按不同的分类方法有以下几种： a.按引进的约束数目分类：引进一个约束的运动副称为Ⅰ级副，引进两个约束的运动副称为Ⅱ 级副，依次我们有Ⅲ级副、Ⅳ级副、Ⅴ级副。 b.按两构件的接触情况分类：凡两构件以点或线接触构成的运动副称为高副，常见的有如图 如图所示的几种。 凡两构件以面接触构成的运动副称为低副，常见的有如图所示的几种。 c.按两构件的相 对运动分类：可分为 转动副（铰链）、移 动副、螺旋副和球面 副（如图所示）。 平面高副 凸轮高副 齿轮高副 转动副 移动副 副 螺旋低副 球面低副

第二章机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) d按运动状态分类:可以分为平面运动副和空间运动副,凡是两构件运动平面相互平行的运动 副称为平面运动副,而运动平面不夏相平行的称为空间运动副。 由于构成运动副的两构 表2-1常用运动副的符号 件之间的相对运动仅与运 名称 两运动构件的联接运动构件与固定构件的联接 动副元素的几何形状及接 转动副 触情况有关所以各种运动 平行运动平面垂直运动平面平行运动平面垂直运动平面 副常用规定的简单符号来 表示这些符号国家已经制 平面高副 订有标准我们教材上的表 螺旋副-s 固定螺母 固定螺杆 2-1就是其中的一部分。 间 球面副 3.运动链与机构 球销副 前面介绍了构件和运动副的概念,下面我们给出运动链和机构的概念。 惹千个枃件通过运动副所构成的相对可动的构件系统称为运动链。可以分为两大类:如果 运动链构成首末封闭的系统,如图2-5中的a、b,我们称其为闭式运动链;如果运动链未构成 图2-5 首末封闭的系统,如图2-5中的α、d,我们称其为开式运动链。在各种机械中,一般都采用闭 我们也可以根据各构件的运动平面相互平行与否分为平面运动链和空间运动链 将运动链中的—一个构件固定,并且它的一个或几个运动构件作给定的独立运动,其余构件

第二章 机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 23 d.按运动状态分类：可以分为平面运动副和空间运动副，凡是两构件运动平面相互平行的运动 副称为平面运动副，而运动平面不互相平行的称为空间运动副。 由于构成运动副的两构 件之间的相对运动仅与运 动副元素的几何形状及接 触情况有关，所以各种运动 副常用规定的简单符号来 表示，这些符号国家已经制 订有标准，我们教材上的表 2-1 就是其中的一部分。 3．运动链与机构 前面介绍了构件和运动副的概念，下面我们给出运动链和机构的概念。 若干个构件通过运动副所构成的相对可动的构件系统称为运动链。可以分为两大类：如果 运动链构成首末封闭的系统，如图 2-5 中的 a、b，我们称其为闭式运动链；如果运动链未构成 首末封闭的系统，如图 2-5 中的 c、d，我们称其为开式运动链。在各种机械中，一般都采用闭 链。 我们也可以根据各构件的运动平面相互平行与否分为平面运动链和空间运动链。 将运动链中的一个构件固定，并且它的一个或几个运动构件作给定的独立运动，其余构件 图 2-5

第二章机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 随之作确定的运动,这样运动链就成为机构。其中固定的构件称为机架;作独立运动的构件称为 原动件(原动件上应标出运动箭头),而其余的活动构件则称为从动件。因此,我们可以说机枃 是由机架、原动件和从动件组成的传递机械运动和力的构件系统。 同样,可以根据各构件的运动平面是否平行将机构分为平面机构和空间机构。 在各种机器中,平面机构的应用特别广泛,所以本章我们主要介绍平面机构。 第二节机构运动简图 我们已经知道任何一个机构都是有若干构件组成,这些构件可以分为三类:原动件、机架 (即固定件)从动件。将机构中作用有驱动力或力矩的构件称为原动件,有时也可以把运动规 律已知的购价称为原动件;机构中固结于参考系的构件称为机架,机构中除了原动件和机架以外 的构件通称为从动件。在任何一个机构中,必须有一个、也必须只能有一个构件作机架;在可动 构件中必须有一个或几个构件为原动件 前面我们介绍了运动副、运动链和机构等概念,接下来我们要介绍机构运动简图及绘制方 法。 我们在研究分析现有机械和设计新机械时,一般是先不考虑那与运动无关的因素,如构 件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目以及运动副的具体结构,仅仅用简单的线条和符号来 代表枃件和运动副并按定比例确定备运动副的相对位置。这种表示机构中备构件间相对运动 关系的简单图形称为机构运动简图

第二章 机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 24 随之作确定的运动，这样运动链就成为机构。其中固定的构件称为机架；作独立运动的构件称为 原动件（原动件上应标出运动箭头），而其余的活动构件则称为从动件。因此，我们可以说机构 是由机架、原动件和从动件组成的传递机械运动和力的构件系统。 同样，可以根据各构件的运动平面是否平行将机构分为平面机构和空间机构。 在各种机器中，平面机构的应用特别广泛，所以本章我们主要介绍平面机构。 第二节 机构运动简图 我们已经知道任何一个机构都是有若干构件组成，这些构件可以分为三类：原动件、机架 （即固定件）、从动件。将机构中作用有驱动力或力矩的构件称为原动件，有时也可以把运动规 律已知的购价称为原动件；机构中固结于参考系的构件称为机架，机构中除了原动件和机架以外 的构件通称为从动件。在任何一个机构中，必须有一个、也必须只能有一个构件作机架；在可动 构件中必须有一个或几个构件为原动件。 前面我们介绍了运动副、运动链和机构等概念，接下来我们要介绍机构运动简图及绘制方 法。 我们在研究分析现有机械和设计新机械时，一般是先不考虑那些与运动无关的因素，如构 件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目以及运动副的具体结构，仅仅用简单的线条和符号来 代表构件和运动副，并按一定比例确定各运动副的相对位置。这种表示机构中各构件间相对运动 关系的简单图形称为机构运动简图

机械系统及运动皱 表2-2常用机构示意图符号(摘自GB446084) 在机构运动简图 名称代表符号 代表符号 中,运动副的表示方法装在支架上 的电动机 齿轮与 如表2-1,构件的表示 齿条传动 方法如表2-3 皮带传动 圆锥齿轮传动 由于机构运动简 图具有和原机械相同的 →◆ 蜗轮蜗杆传动 运动特性,所以机构运 动简图不仅可以简明地 外啮合圆柱 齿轮传动 凸轮与推杆 点点 表示一台复杂机器的传 动原理,还可以根据它内呐合圆柱 棘轮机构 齿轮传动 进行机构的位移、速度、 加速度等运动和受力分 有时只要求定性地表达各构件的相互关系,而不需要借助机构运动简图作机构的运动分析, 则在绘制简图时可以不按比例绘制,这种简图称为机枃示意图。 常用机构示意图符号见表2-2(常用机构运动简图表示法可以参考GB4460-84 要持别法意:虽说我们提倡创新精神和创造 表2-3一般构件的表示方法 符 性,但是在绘制机构运动简图时,符号一定要采 众 用上面听示的符号这些符号都是行业内通用的、鬥物时 联轴器联接 大家都认识的符号,不能想当然的来画,不能随 固联构件∠口 两副构件 和 意“创造"。 三副构件 机械运动简图的设计包括两个方面:1)型

第二章 机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 25 在机构运动简图 中，运动副的表示方法 如表 2-1，构件的表示 方法如表 2-3。 由于机构运动简 图具有和原机械相同的 运动特性，所以机构运 动简图不仅可以简明地 表示一台复杂机器的传 动原理，还可以根据它 进行机构的位移、速度、 加速度等运动和受力分 析。 有时只要求定性地表达各构件的相互关系，而不需要借助机构运动简图作机构的运动分析， 则在绘制简图时可以不按比例绘制，这种简图称为机构示意图。 常用机构示意图符号见表 2-2（常用机构运动简图表示法可以参考 GB4460-84）。 要特别注意：虽说我们提倡创新精神和创造 性，但是在绘制机构运动简图时，符号一定要采 用上面所示的符号，这些符号都是行业内通用的、 大家都认识的符号，不能想当然的来画，不能随 意“创造”。 机械运动简图的设计包括两个方面：1）型

第二章机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 综合,又称机械系统的运动方案设计,它是按工艺动作要求选择机构形式或把几个机构组成-个 机构系统;2)尺度综合,又称机械系统运动简图的尺度设计,它是按初步确定的机械系统运动 方案,根据各执行构件运动规律和动作的协调配合要求,确定各构件的运动尺寸或几何形状(如 凸轮廓线 机械系统运动简图设计的步骤如下: (1)功能分析∶确定系统的总功能和进行功能分解。根据机械系统的总功能要求和工作性 质来构思和选定机械系统的工作原理、工艺动作过程及其功能原理。为了实现总功能,按照不同 的合不同的功能原理,可以有多种实现方案,必须通过综合评价选择最优方案。 (2)绘制机械系统运动循环图 (3)执行机构选型:确定各执行构件的运动参数和动力特性,选择合适的原动机,选择或 设计合适的执行机构 (4)绘制机械系统运动方案图:根据机械系统的工作原理和执行构件的运动协调配合要求 及所选定的各执行机构,拟定机构的组合方案,绘制从原动机到执行机构的运动示意图,这就是 机械系统运动方案图。 (5)机构的尺度综合:根据原动件和各执行构件运动协调配合的要求,考虑动力性能的要 求,确定机构中各构件的运动尺寸或几何形状。 (6)绘制机械系统运动简图:通过机构的选型和机构的尺度综合,设计岀完全复合运动要 求的传动机构和执行机构,按真实尺寸绘制各机构的简图,这些机构的组合系统简图就是机械系 统的运动简图。 机构运动简图必须与原机构具有完全相同的运动特性,忽略对运动没有影响的尺寸。只有 这样我们才可以根据运动简图对机构进行运动分析和受力分析。为了达到这一要求,绘制运动简 图要遵循以下步骤

第二章 机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 26 综合，又称机械系统的运动方案设计，它是按工艺动作要求选择机构形式或把几个机构组成一个 机构系统；2）尺度综合，又称机械系统运动简图的尺度设计，它是按初步确定的机械系统运动 方案，根据各执行构件运动规律和动作的协调配合要求，确定各构件的运动尺寸或几何形状（如 凸轮廓线）。 机械系统运动简图设计的步骤如下： （1）功能分析：确定系统的总功能和进行功能分解。根据机械系统的总功能要求和工作性 质来构思和选定机械系统的工作原理、工艺动作过程及其功能原理。为了实现总功能，按照不同 的合不同的功能原理，可以有多种实现方案，必须通过综合评价选择最优方案。 （2）绘制机械系统运动循环图 （3）执行机构选型：确定各执行构件的运动参数和动力特性，选择合适的原动机，选择或 设计合适的执行机构。 （4）绘制机械系统运动方案图：根据机械系统的工作原理和执行构件的运动协调配合要求 及所选定的各执行机构，拟定机构的组合方案，绘制从原动机到执行机构的运动示意图，这就是 机械系统运动方案图。 （5）机构的尺度综合：根据原动件和各执行构件运动协调配合的要求，考虑动力性能的要 求，确定机构中各构件的运动尺寸或几何形状。 （6）绘制机械系统运动简图：通过机构的选型和机构的尺度综合，设计出完全复合运动要 求的传动机构和执行机构，按真实尺寸绘制各机构的简图，这些机构的组合系统简图就是机械系 统的运动简图。 机构运动简图必须与原机构具有完全相同的运动特性，忽略对运动没有影响的尺寸。只有 这样我们才可以根据运动简图对机构进行运动分析和受力分析。为了达到这一要求，绘制运动简 图要遵循以下步骤：

第二章机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) ().根据机构的实际结构和运动情况,找岀机构的原动件(即作独立运动的构件)及工作 执行构件(即输出运动的构件) (2).确定机构的传动部分,即确定构件数、运动副、类型和位置 (3).确定机架,并选定多数机构的运动平面作为绘制简图的投影面 (4).选择合适的比例尺,用构件和运动副的符号正确绘制出运动简图。 如果只是为了反映机械的机构组成情况及其运动的传递方式,也可以不要求严格地按照比 例绘图,这样绘制的简图称为机构运动示意 图,这类图不能用来对机构进行运动分析。 【例2-1】如图2-6所示为以颚式碎矿 机。当曲轴2绕其轴心O连续转动时,动颚 鳄式破碎机 板3作往复摆动从而将处于动颚板3和固定 颚板6之间的矿石7轧碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。 解:(1)运动分析 此碎矿机由原动件曲轴2(构件1为固装于曲轴2上的飞轮)动颚板3、摆杆4、机架5 等4个构件组成固定颚板6是固定安装在机 架上的 曲轴2于机架5在O点构成转动即h 飞轮的回转中心);曲轴2与动颚板3也构成 转动副,其轴心在A点(即动颚板绕曲轴的回 转几何中心);摆杆4分别与动颚板3和机架 图2-6 5在B、C两点构成转动副 其运动传递为 皮带 动颚板

第二章 机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 27 电机 皮带 曲轴 动颚板 摆杆 ⑴．根据机构的实际结构和运动情况，找出机构的原动件（即作独立运动的构件）及工作 执行构件（即输出运动的构件）； ⑵．确定机构的传动部分，即确定构件数、运动副、类型和位置； ⑶．确定机架，并选定多数机构的运动平面作为绘制简图的投影面； ⑷．选择合适的比例尺，用构件和运动副的符号正确绘制出运动简图。 如果只是为了反映机械的机构组成情况及其运动的传递方式，也可以不要求严格地按照比 例绘图，这样绘制的简图称为机构运动示意 图，这类图不能用来对机构进行运动分析。 【例 2-1】如图 2-6 所示为以颚式碎矿 机。当曲轴 2 绕其轴心 O 连续转动时，动颚 板 3 作往复摆动，从而将处于动颚板 3 和固定 颚板 6 之间的矿石 7 轧碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。 解：（1）运动分析 此碎矿机由原动件曲轴 2（构件 1 为固装于曲轴 2 上的飞轮）、动颚板 3、摆杆 4、机架 5 等 4 个构件组成，固定颚板 6 是固定安装在机 架上的。 曲轴 2 于机架 5 在 O 点构成转动副（即 飞轮的回转中心）；曲轴 2 与动颚板 3 也构成 转动副，其轴心在 A 点（即动颚板绕曲轴的回 转几何中心）；摆杆 4 分别与动颚板 3 和机架 5 在 B、C 两点构成转动副。 其运动传递为： 图 2－6 鳄式破碎机

第二章机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 所以,其机构原动件为曲轴,从动件为摆杆、构件3、机架5共同构成曲柄摇杄机构。 (2)按图量取尺寸,选取合适的比例尺,确定O、A、B、C四个转动副的位置,即可绘 制出机构运动简图。最后标出原动件的转动方向 由图可以看出,O、C在同一垂直线上。量取OA=3mm,AB=25mm,BC=14mm, OC=22mm 下面我们来看几种常见机构的运动分析情况。 塞泵 偏心轮传动 缝纫机机构 送料机构 第三节机构具有确定运动的条件及自由度 前面我们讲过,各种机构都是用来进 图27

第二章 机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 28 所以，其机构原动件为曲轴，从动件为摆杆、构件 3、机架 5 共同构成曲柄摇杆机构。 （2）按图量取尺寸，选取合适的比例尺，确定 O、A、B、C 四个转动副的位置，即可绘 制出机构运动简图。最后标出原动件的转动方向。 由图可以看出，O、C 在同一垂直线上。量取 OA=3mm，AB=25mm，BC=14mm， OC=22mm. 下面我们来看几种常见机构的运动分析情况。 第三节 机构具有确定运动的条件及自由度 前面我们讲过，各种机构都是用来进 图 2-7 a b 活塞泵 偏心轮传动 缝纫机机构 送料机构

第二章机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 行运动或动力传递或改变运动形式的。显然,为了按照一定的要求进行运动的传递和交换,当机 构的原动件按给定的运动规律运动时,该机构中其余构件的运动也都应是完全确定的。但是,由 各构件任意组成的机构是否在任何条件下都能满足这一要求呢?现在我们先看两个杆系机构(图 2-7),十分显然,在图a的五杆机构中,当给定一个原动件的独立运动参数时,构件2、3、4 的运动并不确定,可能是实线位置,也可能是虚线位置。对该机构必须给定两个构件的运动,机 构的运动才能够完全确定。正相反,在图b的四杄机构中,只允许给定一个原动件,如果给定两 个原动件的独立参数,机构将无法运动。那么机构在什么条件下才能具有确定运动呢?这是本节 的第一个问题。 机构具有确定运动的条件 为了说明机构具有确定运动的条件,我们要首先定义机构自由度的概念。前面我们已经讲 过,枃件自由度是指构供具有独京添动的数同样的,我们可以定义机构自由度为:机构具有 独立运动的数目,也就是确定机构运动的独立广义坐标的数目 在机构分析和设计中,要求机构有确定的运动,即当通过原动件(绝大多数原动件与机架 相连)给定独立运动时,其从动件都应有确定运动,就是说机构有一个独立运动(如驱动电机的 转动、液压驱动缸的移动等),机构就必须有一个原动件来传递此运动,而机构的这些独立运动 数目正是该机构的自由度数,也就是说机构具有确定运动的条件是:机枃的自由度数等于机构的 原动件数,既机构有多少个自由度就应该给机构多少个原动件。如图2-15中的机构,显然必 须给五杄机构两个原动件,机构才有确定的运动。相反,如果给四杄机构两个原动件,则机构将 无法运动 那么,我们又如何确定和计算机构的自由度数?这就是本节的第二个问题

第二章 机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 29 行运动或动力传递或改变运动形式的。显然，为了按照一定的要求进行运动的传递和交换，当机 构的原动件按给定的运动规律运动时，该机构中其余构件的运动也都应是完全确定的。但是，由 各构件任意组成的机构是否在任何条件下都能满足这一要求呢？现在我们先看两个杆系机构（图 2-7），十分显然，在图 a 的五杆机构中，当给定一个原动件的独立运动参数时，构件 2、3、4 的运动并不确定，可能是实线位置，也可能是虚线位置。对该机构必须给定两个构件的运动，机 构的运动才能够完全确定。正相反，在图 b 的四杆机构中，只允许给定一个原动件，如果给定两 个原动件的独立参数，机构将无法运动。那么机构在什么条件下才能具有确定运动呢？这是本节 的第一个问题。 1．机构具有确定运动的条件 为了说明机构具有确定运动的条件，我们要首先定义机构自由度的概念。前面我们已经讲 过，构件自由度是指构件具有独立运动的数目。同样的，我们可以定义机构自由度为：机构具有 独立运动的数目，也就是确定机构运动的独立广义坐标的数目。 在机构分析和设计中，要求机构有确定的运动，即当通过原动件（绝大多数原动件与机架 相连）给定独立运动时，其从动件都应有确定运动，就是说机构有一个独立运动（如驱动电机的 转动、液压驱动缸的移动等），机构就必须有一个原动件来传递此运动，而机构的这些独立运动 数目正是该机构的自由度数。也就是说机构具有确定运动的条件是：机构的自由度数等于机构的 原动件数，既机构有多少个自由度，就应该给机构多少个原动件。如图 2-15a 中的机构，显然必 须给五杆机构两个原动件，机构才有确定的运动。相反，如果给四杆机构两个原动件，则机构将 无法运动。 那么，我们又如何确定和计算机构的自由度数？这就是本节的第二个问题