第1页：第一章封面
本页为第一章「平面机构组成原理及其自由度分析」封面，标示本章主题与篇章起始。
第2页：本章内容提要
- §1.1 机构的组成及运动简图
- §1.2 平面机构自由度分析及应用举例
- §1.3 平面机构组成原理
- §1.4 平面机构的拓扑结构理论
第3页：机构的组成
- 机构
- 一种具有确定运动的人为实物组合体。
- 组成要素
- 构件与运动副。
第4页：零件与构件
- 零件
- 从制造加工角度，机械由零件组成，零件是制造单元体。
- 构件
- 从运动和功能实现角度，构件是独立运动的单元体；构件可以是单一零件，也可以是几个零件的组合联接。
第5页：构件的分类
- 机架：机构中相对于定参考系固定的构件，相对地面可以固定也可以运动。
- 活动构件：机构中的非机架构件，即相对于机架运动的构件。
第6页：运动副及其分类
- 运动副
- 构件与构件之间直接接触的可动联接。
- 运动副元素
- 两构件直接接触而构成运动副的部分。
- 自由度
- 空间运动构件联接前有六个独立运动，平面运动构件联接前只有三个独立运动。
第7页：低副与高副的分类
- 低副：两构件通过面接触构成的运动副。
- 高副：两构件通过点或线接触构成的运动副。
- 平面运动副：两构件间相对运动为平面运动；空间运动副：相对运动为空间运动。
第8页：转动副与移动副
根据组成平面低副的两构件之间相对运动性质的不同，平面低副可分为转动副与移动副两类。
第9页：齿轮副与凸轮副
常见的平面高副有：由齿轮齿廓接触组成的齿轮副，以及凸轮从动件端部与凸轮轮廓之间点、线接触组成的凸轮副。
第10页：驱动副与从动副
- 驱动副
- 两构件相对运动规律已知、作用有驱动力矩或驱动力的运动副。
- 从动副
- 机构中的非驱动副。
驱动副在机构中的位置分为：驱动副在机架上、驱动副不在机架上两种。
第11页：运动链：闭链与开链
- 运动链
- 构件用运动副联接而成的相对系统。
- 闭链
- 每个构件上至少有两个或两个以上运动副相互联接组成的运动链。
- 开链
- 各构件没有构成首尾封闭系统的运动链。
第12页：机构的定义
机构：将运动链中一个构件加以固定作为机架，将其中一个或几个运动副作为驱动副并给定运动输入时，所有构件均相对于机架作确定运动的系统。
第13页：机构运动简图与示意图
- 机构运动示意图
- 仅供初步结构组成分析、了解动作原理，不考虑比例尺。
- 机构运动简图
- 用国标规定的简单符号和线条代表运动副与构件，并按一定比例尺表示机构运动尺寸绘出的简明图形。
第14页：运动简图常用符号
本页图示机构运动简图中的常用符号，包括各类构件与转动副、移动副、高副等运动副的规定画法。具体符号形式见原课件图示。
第15页：
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第17页：运动简图绘制步骤
- 对照实物或实物图，分析动作原理、组成与运动情况，确定各构件性质。
- 沿运动传递路线从原动件开始，逐一分析两构件间相对运动性质，确定运动副类型与数目。
- 选择合理的视图平面。
- 选择适当的长度比例尺（实际尺寸 m／图示长度 mm），定出各运动副相对位置并绘制简图。
- 从原动件起顺序标注构件编号与运动副代号，并在原动件上标明运动方向箭头。
第18页：偏心轮曲柄滑块机构简图
本页以图1.1.13所示偏心轮曲柄滑块机构为例，说明机构运动简图的绘制方法，并给出图1.1.14对应的机构运动简图。
第19页：颚式破碎机运动简图
例题1.1.1：绘制图示颚式破碎机的运动简图。分析：该机构有 6 个构件和 7 个转动副。
第20页：自由度分析内容提要
- 一、运动副的自由度和约束
- 二、平面机构自由度计算公式
- 三、机构可能运动条件及机构具有确定运动条件
- 四、计算机构自由度应注意的问题
第21页：运动副的自由度和约束
- 约束
- 运动副对两构件独立运动所加的限制，约束数目等于被其限制的自由度数。
第22页：三类运动副的约束
- 转动副：只能绕垂直于 xoy 平面的轴作相对转动。
- 移动副：只能沿 x 轴方向移动。
- 高副：可沿 t-t 方向独立移动，并可绕过 k 点且垂直于运动平面的轴独立转动。
第23页：平面机构自由度计算公式
平面机构自由度计算公式中：F 为平面机构的自由度；n 为机构总构件数（含机架），(n-1) 为活动构件数；PL 为低副（转动副、移动副）数；PH 为高副数。
第24页：机构具有确定运动的条件
- 机构可能运动的条件：机构自由度数大于等于 1。
- 机构具有确定运动的条件：机构输入的独立运动数目等于机构的自由度数。
第25页：复合铰链
两个以上构件同在一处以转动副相联接即构成复合铰链；m 个构件以复合铰链联接所构成的转动副数为 (m-1) 个。注意：复合铰链只存在于转动副中。
第26页：局部自由度
机构中有些构件所具有的自由度只与该构件自身的局部运动有关，不影响其它构件的运动，即对整个机构的运动输出无关，这种自由度称为局部自由度。
第27页：虚约束
在某些特定几何或结构条件下，某些运动副引入的约束与其它运动副引入的约束相重复，这种不起独立约束作用的重复约束称为虚约束，计算自由度时应除去不计。
第28页：两构件间构成多个运动副
- 两构件组成若干个转动副，但轴线互相重合。
- 两构件组成移动副，其导路互相平行或重合。
第29页：轨迹重合与距离不变的虚约束
- 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合。
- 机构整个运动过程中，两构件上某两点之间的距离始终不变。
第30页：对称部分形成的虚约束
机构中对运动不起作用的对称部分（如对称布置的行星轮等）会形成虚约束，计算自由度时应予去除。
第31页：大筛机构自由度计算
例题1.1.3：计算图1.1.26所示大筛机构的自由度。分析：该机构具有 5 个活动构件，有 7 个转动副（低副），没有高副。
第32页：独立回路组
独立回路组：若一组回路同时满足下述两个条件则称为独立回路组，其中每个回路皆为独立回路：
- 每一回路至少有一个运动副是其它回路所未包含的。
- 独立回路数满足规定关系。
第33页：机构组成原理提要
- 一、平面机构中的高副低代
- 二、驱动副位于机架的平面机构组成原理
- 三、一般平面机构的组成原理
第34页：平面机构的高副低代
- 目的
- 使平面低副机构的结构与运动分析方法适用于一切平面机构。
- 条件一
- 代替前后机构的自由度数保持不变，可用假想的一构件二低副代替一个高副。
- 条件二
- 代替前后机构的瞬时速度与瞬时加速度相同。
第35页：高副低代示意图
本页图示一构件二低副的构成（图1.1.28）及高副低代的替代画法（图1.1.29），具体图形见原课件。
第36页：直线轮廓高副低代
本页图示直线轮廓高副的低代方法（图1.1.30），即用一构件二低副等效替代直线轮廓高副。
第37页：尖点轮廓高副低代
本页图示尖点轮廓高副的低代方法（图1.1.31），即用一构件二低副等效替代尖点接触高副。
第38页：基本杆组与机构组成原理
- 基本杆组（阿苏尔组）
- 从动件系统中不可再分解、自由度为零的基本系统。
- 组成原理
- 机构由原动件、机架及若干个基本杆组按一定顺序连接而成。
杆组中只出现低副；若机构中有高副，应先高副低代后再分析机构组成。
第39页：Ⅱ级与高级杆组
本页图示Ⅱ级基本杆组的组成形式（图1.1.32）与高级杆组的组成形式（图1.1.33）。
第40页：五连杆机构组成分析
例题1.1.6：图1.1.36 a 所示平面五连杆机构，由原动件 1、4，机架 5，以及由构件 2、3 与转动副 B、C、D 组成的平面Ⅱ级杆组构成。该机构自由度为 2，故需有二个原动件。
第41页：六杆机构组成分析
题1.1.7：图1.1.37 a 所示六杆机构，由原动件 1、机架 6 及两个Ⅱ级杆组迭加而成：构件 4、5 与转动副 E、F 及移动副 G，以及构件 2、3 与转动副 B、C、D。
第42页：拖拉机悬挂系统机构分析
例题1.1.8：图1.1.38 a 所示为拖拉机悬挂系统机械装置机构，本页对其机构组成进行分析。
第43页：简易冲床机构级别判定
例题1.1.9：分析图1.1.39 a 所示简易冲床机构的结构组成，并判定该机构的级别。
第44页：机构结构分析步骤
- 去除局部自由度、虚约束，注意是否有复合铰链，明确原动件。
- 若有高副需高副低代，使机构成为全低副机构。
- 从远离原动件处开始拆杆组，先拆Ⅱ级杆组，不行再试拆Ⅲ级或更高级别杆组，且余下部分仍应为一机构且自由度不变，直至只剩原动件与机架。
- 以机构中最高级别杆组的级别作为该机构的级别。
- 计算机构自由度，检验杆组分析的正确性。
第45页：机构与基本运动链
一般平面机构是指驱动副可在任意位置的平面机构；本页介绍机构与基本运动链的关系。
第46页：
第47页：基本运动链与单开链
- 单开链 SOC
- 由运动副和构件串联而成的简单开链；串联机构亦简记为 SOC。
本页介绍基本运动链的组成原理及单开链的定义与记法。
第48页：基于单开链的运动链结构
本页图示基于单开链（SOC）的运动链结构组成方式（图1.1.40）。
第49页：三回路BKC耦合度
例题1.1.11：确定图1.1.43所示 3 回路 BKC（基本运动链）的耦合度。
第50页：拓扑结构理论提要
- 一、平面机构的拓扑结构及其符号表示
- 二、平面机构的方位特征矩阵
- 三、方位特征矩阵与速度特征矩阵的对应性原理
- 四、串联机构的方位特征方程
- 五、并联机构的方位特征方程
第51页：尺度约束类型及符号
- 若干相邻 R 副的轴线相互平行，用相应符号表示。
- 两相邻运动副的轴线相互垂直，用相应符号表示。
- 若干移动副平行于同一平面，用相应符号表示。
第52页：机构拓扑结构的符号表示
机构的拓扑结构包括三种基本要素：
- 运动副类型：如 P 副和 R 副等。
- 尺度约束类型。
- 机构结构单元（构件、回路、SOC 等）之间的联接关系。
基于这三种要素，机构的拓扑结构可用符号表示。
第53页：方位输出矩阵约定
本页给出运动输出构件的方位输出矩阵（简称机构的方位输出矩阵）与速度输出矩阵（简称机构的速度输出矩阵）的分量形式。
第54页：方位特征矩阵
本页介绍平面机构的方位特征矩阵，其具体矩阵形式见原课件图示。
第55页：运动副的方位特征矩阵
本页给出 P 副的速度特征矩阵与方位特征矩阵，以及 R 副的速度特征矩阵和方位特征矩阵（未标出独立元素与非独立元素）。
第56页：速度特征矩阵的性质
对机构连续运动的任意位置（不包括奇异位置），速度特征矩阵具有如下性质：
- 若某元素为零，则在连续运动过程中该元素恒为零。
- 独立速度元素及其数目保持不变，即速度特征矩阵的秩不变。
第57页：方位特征矩阵的性质
机构的方位特征矩阵具有如下性质：
- 速度特征矩阵的某元素为零，则方位特征矩阵的对应元素为常量。
- 速度特征矩阵与方位特征矩阵的独立元素对应不变，故两者的秩相等。
第58页：串联机构方位特征方程
本页给出串联机构的方位特征方程，具体方程形式见原课件图示。
第59页：并联机构方位特征矩阵
本页给出并联机构的方位特征矩阵，具体矩阵形式见原课件图示。
第60页：并联机构方位特征方程
本页给出并联机构的方位特征方程，并联机构动平台的速度特征矩阵可记为相应形式。
