自由度的计算

则此运动链成为机构。
2
C
B
1
3
4
A
D
机构的组成(14/14)
4.机构 具有固定构件的运动链称为机构。 机 架 ——机构中的固定构件。
原动件 ——按给定已知运动规律 独立运动的构件；常以转向箭头表示。
2 从动件
3 4
1原动件
机架 平面铰链四杆机构
从动件 ——机构中其余活动构件。原动件 其运动规律决定于原动件的运动规律
F=原动件数，∴运动确定
§2-5 机构自由度的计算
平面机构自由度计算公式：
F 3n 2Pl Ph
F 机构自由度； n - 机构中活动构件数 P 机构中低副的数目
l P 机构高副数目
h
举例 1）铰链四杆机构 F＝3n－(2pl＋ph)
＝3×3－2×4 －0 ＝1
2）铰链五杆机构 F＝3n－(2pl＋ph)
机构的组成(5/16)
转动副
y
x
2 1
约束特点: x,y方向移动
自由度数目 约束数目
1
2
移动副
机构的组成(6/16)
一个独立相对运动。引入2个约束， 保留1个自由度
移动副
y
1
x
2
自由度数目 1
约束特点： Y方向移动 ,z方向转动
约束数目 2
机构的组成(7/14)
高副 两个独立相对运动。引入1个约束， 保留2个自由度
1.机构中联结构件与被联结构件的轨迹重合
B4
AD=BD=DC
2D
1 A
C3
F=3×4-2×6=0 ？ F=3×3-2×4=1
2.两构件组成若干个导路中心线互相平行或重叠的移动副
B
3
2
1
C
A
4
F=3×3-2×5=-1 ？ F=3×3-2×4=1
3.两构件组成若干二个、轴虚线互约相束重—合—的种转类动副F 。3n2pl ph
2 B
2' C
F=3×3-2×4-2=-1
？
F=3×3-2×3-2=1
A 1
3D
4.在机构整个运动过程中，其中某两构件上两点之间的距离
始终不变。
高副
n
t n2 t
21
1
约束特点：n方向移动
自由度数目 约束数目
2
1
机构的组成(13/14)
3.运动链
构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统。
闭式运动链（简称闭链） 开式运动链（简称开链）
2
3
1
4
2 3
1 4
平面闭式运动链 空间闭式运动链
23
1
4
平面开式运动链
4
3
5
2 1
空间开式运动链
三、运动链
内燃机
键 轴
齿轮
机构的组成(2/16)
空间运动: 6个自由度 一个自由构件
平面运动: 3个自由度
2.运动副
机构的组成(3/16)
运动副 是两构件直接接触而构成的可动连接；
运动副元素是两构件参与接触而构成运动副的表面。
约束 两构件上组成运动副时相对运动受到限制，这种对 独立运动的限制称约束
自由度减少数目等于约束数目。引入约束数目与运动副种 类有关。根据引入约束数目分Ⅰ、Ⅱ……Ⅴ级副。
D
C
F=3×7-2×10=1
E
B
二维直线运动机构
F A
F3n2pl ph
虚约束——机构中那些二对、构件虚间约的束相对运动不起独立限制
作用的重复约束。或称消极约束。
机构的虚约束
机构的虚约束2
B
2E
C
1 A5
4
3
F
D
AB CD EF
F=3×4-2×6=0 ？ F=3×3-2×4=1
二、虚约束——种类F3n2pl ph
＝3×4－2×5 －0 ＝2
机构自由度的计算(2/7)
2
3
1
4
3
2
4
1
5
3）曲wk.baidu.com滑块机构
F＝3n－(2pl＋ph) ＝3×3－2×4 －0 ＝1
机构自由度的计算(3/7)
4）凸轮机构
F＝3n－(2pl＋ph) ＝3×2－2×2 －1 ＝1
计算平面机构自由度时应注意的事项
1.要正确计算运动副的数目 （1）复合铰链 两个以上构件同时在一处以转 动副相联接就构成了复合铰链。
运动链：两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统。 开式运动链：运动链的各构件未构成首末封闭的系统
闭式运动链：运动链的各构件构成首末封闭的系统
四、机构
机构：具有确定相对运动并传递运动和力的运动链。 在运动链中，如果将某一个构件加以固定； 而让另一个或几个构件按给定运动规律相固定构件运动时
如果运动链中其余各构件都有确定的相对运动，
构件与零件的区别： 构件是运动单元体 零件是加工制造单元体
构件——运动单元体。
零件——制造单元体。
构件是由一个或若干个零件组成刚性系统。
固定构件——机架
构件
活动构件 主动件 从动件
主动件（或原动件。）
作用有驱动力（矩）的活动构件称为
输入运动或动力的主动件称为输入件。 输出运动或动力的从动件称为输出件。
第二章 平面机构的运动简图及其自由度
运动副及其分类 平面机构运动简图 平面机构的自由度
27.05.2020
返回
主要内容及目的是：
研究机构的组成及机构运动简图的画法； 了解机构具有确定运动的条件、进行机构自由度计算； 研究机构的组成原理及结构分类。
1.构件
§2-2 机构的组成
• 机器中每一个独立的运动 单元体称为构件
由m个构件组成的复合铰 链，共有(m-1)个转动副。
1
复合铰链数=构件数-1
1
2
3
2
3
一、复合铰链
F3n2pl ph
复合铰链——由个m构件在一处 组成轴线重合的转动副。
24
C
3
实际有(m-1)个转动副。 F=3×5-2×6=3 ？ F=3×5-2×7=1
B2
3 A1
D
4 E 5
6
如图所示F、B、D、C处是复合铰链
例2-1 轴与轴承、滑块与导轨、两轮齿啮合。
机构的组成(4/16)
运动副的分类 平面运动副
转动副 低副：面接触的运动副
移动副
高副：点、线接触的运动副
空间运动副：圆柱副，螺旋副和球面副等
转动副
移动副
高副
移动副
转动副
1
1
1
2
2
2
1
1
1
2
2
2
运动副——高副
转动副 一个独立相对运动。 引入2个约束，保留1个自由度
2
和机构的结构及构件的尺寸。
1
机构常分为平面机构和空间机构 两类，其中平面机构应用最为广泛。
机架
3 从动件
4
空间铰链四杆机构
平面运动链的自由度计算
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。
讨论：
C
单个平面活动构件的自由度：F=3 3
两构件以运动副相联后自由度： D 4
B2 A1
低副（以转动副为例） 联接前：F=3×2=6
能动吗？
联接后：F=3×2－2×1=4
高副（以凸轮副为例）
联接前：F=3×2=6 联接后：F=3×2－1×1=5
一、平面运动链的自由度计算公式
F3n2pl ph
n——活动构件数 Pl——低副数 Ph——高副数
分析： 两杆（如门、风扇） F＝3×1－2×1＝1