B
1
2
E 4
C
3 D
F
F 3n 2Pl Ph 3 3 2 4 1
机构中的虚约束常发生在下列情况： 1、若两构件上的点，铰接前后运动轨迹相重合
则该联接将带入1个虚约束。
如：平行四边形机构、火车轮、椭圆仪等。
2、两构件在多处接触而构成性质相同的运动副 1）两构件在多处接触而构成移动副， 且移动方向彼此平行或重合，则只能算 一个移动副。 D
1.复合铰链 由两个以上构件在 同一处构成的重合转动 副称为复合铰链。
复合铰链
由m个构件在一处组 成轴线重合的转动副。实 ？ F=3 × 5-2 × 6=3 际上有（m-1）个转动副。
m ——构件数。
F=3×5-2×7=1 √
1.复合铰链
例题：计算机构自由度
如图所示F、B、D、C处是复合铰链
F=3×7-2×10=1
例；汽车、火车、轮船、飞机等
4）信息机器 用来获取或处理信息 例：摄象机、复印机、印刷机、打印机、绘图机等
机构
它是一个具有相对机械运动的构件系统，用来传递 与变换运动和动力装置。它是机器的重要组成部分。
机器与其它装置的主要区别是：
机器：是执行机械的装置，用来变换或传递能量， 物料和信息。机器由若干机构组成。
例：轴1与轴承2的配合 例：滑块1与导轨2的接触 例：两齿轮轮齿的啮 合
运动副元素： 圆柱面、圆孔面
运动副元素： 棱柱面、棱孔面
运动副元素： 两齿廓曲面
二、运动副的分类
两个构件在平面用运动副联结前共有六个独立的相对运动。 构件用运动副联结后，彼 此的相对运动受到某些约束。 约束：对独立运动的限制。
模块一 机械设计基础知识
任务1 平面机构及运动简图
§1-1 运动副及其分类 零件→构件→机构→机器 机构：是由构件以可 动连接方式（运动副） 联接起来，用来传递 运动和力的构件系统， 其中有一个构件为机 架。
一、运动副
定义：机构中两构件直接接触并仍能产生某些相对运动的可动联接。 运动副元素：两构件上能够参加接触而构成运动的部分。
知识内容回顾
机器的特征：
1. 它们都是由零件人为装配而成 的实物体； 2.各构件之间具有确定的相对运动；
机械
机 构
机 器
3.能完成有用的机械功或转换机械能。
机器的分类 （根据工作类型的不同）
1）动力机器 实现机械能与其他能量间的转换 例：内燃机、电动机、发电机、空压机等
2）加工机器 改变物料的形状、尺寸、 性质和状态。 例：金属加工机床、纺织 机、轧钢机、包装机等 工作机器 3）运输机器 用来搬运人和物料
二、机构具有确定运动的条件
结论：
机构自由度数F≥1
1.机构可能运动的条件是：
P5=3，F=0 n=3，P5=5，F=-1
2.机构具有确定运动的条
件是：
输入的独立运动数目 等于机构自由度数F。 即机构自由度数 F大于或等于1，且
n=3，P5=4，F=1
n=4，P5=5，F=2
等于主动件数。
三、计算机构自由度时应注意的问题
例题一：内燃机
例题二：插齿机
例题三：油泵机构
§1-3机械系统具有确定运动的条件
一、平面机构自由度的一般公式 构件独立运动的数目称为自由度 对构件运动的限制作用 称为约束 机构自由度：机构中各活动构件相对于 机架的可能独立运动的数目。 作空间运动的自由构件有6个独立运动（自由度） 平面运动的自由构件有3个独立运动（自由度）
移动副
转动副
§1-2 机械系统的运动简图设计
一、机械系统运动简图设计的内容 1、型综合：又称机械系统的运动方案设计。 2、尺度综合：又称机械系统运动简图的尺度设计。 二、机械系统运动简图设计的步骤 1、功能分析。 2、绘制机械系统运动循环图。 3、执行（工作）机构选型。 4、绘制机械系统的运动方案图。 5、机构的尺度综合。 6、绘制机械系统运动简图。
冲压机机构
F 3n 2Pl Ph 3 9 2 12 2 1
送纸机机构
锯木机机构
推土机机构
发动机机构
机构自由度计算举例
例1 如图所示，已知：DE=FG=HI，且相互平行；DF=EG，且相 互平行；DH=EI，且相互平行。计算此机构的自由度。（若存在 局部自由度、复合铰链、虚约束请标出来）。
2.局部自由度
局部自由度—— 机构中个别构件所具有 的其它构件运动，即与整个机构运动无关的自 由度。
在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。
；
F=3×3-2×3-1=2 ？
F=3×3-2×2-1=1
3、虚约束 ：对机构的运动不起实际约束作用的约束。 例：平行四边形机构，AB ＝ CD 连杆2作平动，BC线上各点轨迹均为圆 B 2
三பைடு நூலகம்平面机构的运动简图
机构运动简图
用线条和简单图形代表构件，用规定符 号代表运动副，按比例作出的图形。 不按比例来绘制的图形，则称为机构示 意图。
常用机构构件、运动副代表符号
常用机构构件、运动副代表符号
常用机构构件、运动副代表符号
绘制机构运动简图的步骤
1.分析机构运动路线，定出其原动部分、工作部分，弄清传 动部分。（即可确定构件数；运动副性质） 2.合理选择投影面及原动件适当的瞬时位置。 3.选择适当的比例尺μ ;μ =实际长度m/图示长度mm. 4.定出各运动副相对位置，用规定的符号和线条绘出简图，原 动件上标上箭头（指示运动方向）。 5.检验。
E
C 5
F 3n 2Pl Ph 3 3 2 4 1
若加上杆5，使AB＝CD＝EF A
1
F 4
3 D
则杆5上E点的轨迹与杆2上E点的轨迹重合，不影 响机构的运动，但
因为，加上
一个构件
两个低副
引入
3个自由度 4个约束
多出一个约束 -----虚约束
F 3n 2Pl Ph 3 4 2 6 0
一、平面机构自由度的一般公式
机构的自由度=机构的独立运动数目 平面机构独立运动的数目为：所有活动构件的自 由度的和减去所有运动副引入约束数目的和。 若平面机构中有n个活动构件，各构件之间共构 成了Pl个低副和Ph个高副，则它们共引入（2P1+ Ph）
个约束。则机构的自由度F为：
F=3n-(2P1+Ph)=3n-2P1-Ph
若加上杆5，使AB＝CD＝EF B 则杆5上E点的轨迹与杆2上E点的 轨迹不重合，其真实的约束作用。 1 A 4 F
2
E
C
3 D
F 3n 2Pl Ph 3 4 2 6 0
虚约束是在特定的几何条件下产生的 若制造误差太大，“虚”“实”， 机构卡死。
处理方法：
计算前 ，先去掉产生虚约束部分。 A
复合铰链 局部自由度 虚约束
B A
2）两构件在多处相配合而构成转动副， 且转动轴线重合，则只能算一个转动副。 D
C
例：计算图示大筛机构的自由度。 C
复合铰链 局部自由度
n= 7 Pl = 9 Ph = 1
B E’ A D 虚约束 E F G o
F 3n 2Pl Ph 3 7 2 9 1 2
自由度减少的数目=运 动副引入的约束数
机构运动副的类型决定机构的运动形式。
1.按运动副引入的约束数分
运动副分为Ⅰ至Ⅴ级副。
2.按两构件间的接触形式分
高副：点、线接触的运动副，引入1个约束。
球面高副
柱面高副
低副：面接触的运动副，引入2个约束。
转动副
移动副
球销副
螺旋副
圆柱套筒副
3.按两构件的相对运动形式分
机构：是由构件以可动联接方式联接起来，用来
传递运动和力的构件系统。
构件与零件的区别
构件：机器中每一个独立的运动单元体。 构件可以是单一的整体，也可以是由几个零 件组成的刚性结构。如内燃机的连杆。
零件：最小的不可分割的独立制造的单 元体。如：轴、连杆体、连杆盖、轴瓦、螺 栓、螺母等。
零件
构件
机构
机器