第四章 机构的结构分析
本章学习任务：平面运动副的类型及其提供的约束条件，平面机构自由度计算及其注意
事项，机构组成原理，高副低代方法。
驱动项目的任务安排：项目中机构自由度计算及结构分析。
思考题
4-1 解释下列概念
复合铰链、局部自由度、虚约束。
4-2 试推演平面机构自由度计算公式。
4-3 在计算平面机构自由度时应注意哪些事项?
4-4 机构具有确定运动的条件是什么?
4-5 杆组具有什么特点，如何确定杆组的级别?
4-6 如何进行机构的结构分析?
4-7 如何确定机构的级别?
4-8 平面机构中用低副代替高副的方法和条件是什么?高副低代的目的是什么?
习题
4-1 画出题图4-1所示机构的机构运动简图并计算自由度。
（a） （b）
（c） （d）
6
E
4
2
1
A
D
5
F
3
B
1
C
O
r
2
B
O
1
R
3
4
A
1
（e） （f）
气缸
导辊
齿条
齿轮
LS
2
LS
1
曲柄圆盘
摇臂
连杆
支点
摆杆
中间停
止位置
连杆
销轮
槽轮
机架
（g） （h）
液压缸
摆臂
推杆
凸轮
液压
缸
摆杆
凸轮
齿轮
齿条
（j） （k）
可变
可变
摆动缸（M）
固定凸轮
气动马达
凸轮从
动件
摇臂
连杆
曲柄
最
大
宽
度
（l） （m）
摆杆液压马达
曲柄
连杆
机架
齿轮组
齿轮
螺母
丝杆
摆杆
滑块
液压
马达
（n） （o）
棘轮
定位盘
棘爪
摆杆
夹紧杆
摆动缸
定位槽
棘爪推杆
垂直振臂
振动台
水平振臂
垂直振臂
连杆
垂直振动
驱动电机
底座
水平振动驱动电机
连杆
III
连杆
II
（p） （q）
可动侧
固定侧
液压缸
铰链
活塞
推杆
液压缸
齿条
齿轮
推柱
摆杆
（r） （s）
题图4-1
4-2 在题图4-2所示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的意图是通过齿轮1带动凸轮2旋转后，经
过摆杆3带动导杆4来实现冲头上下冲压的动作。试分析此方案有无结构组成原理上的错误。若有，应如
何修改。
4
3
5
1
2
1
4
2
3
a
C
B
A
题图4-2 题图4-3
4-3 试绘出题图4-3示偏心油泵机构的运动简图（其各部分尺寸由图上量取）。该油泵的偏心轮1绕固
定轴心转动，外环2上的叶片a在可绕轴心C转动的圆柱3中滑动。当偏心轮1按图示方向连续回转时，
可将右侧输入的油液向左侧泵出。
4-4 试计算题图4-4示齿轮-连杆组合机构的自由度。
B
A
C
D
A
B
C
D
（a） （b）
题图4-4
4-5 试计算题图4-5示机构的自由度，若含有复合铰链、局部自由度或虚约束，要逐一指出。
（a） （b）
（c） （d）
题图4-5
4-6 如题图4-6所示的对称八杆机构中，已知导路EG⊥FH，构件1、2、3和4的长度相等，试计算该
机构的自由度。
E
A
5
1
2
4
3
B
C
D
8
7
G
F
6
1
2
3
4
5
A
B
C
D
y
x
题图4-6 题图4-7
4-7 在题图4-7所示的机构中，在铰链C、H、D处，被联接的两构件上联接点的轨迹都是重合的。那
未能说该机构有三个虚约束吗？为什么？
4-8 如题图4-8所示直线运动机构，已知AB=AC=AO。试证明铰链C因轨迹重合而产生虚约束。将铰
链C改为高副之后，计算此机构的自由度。