第二章机械设计概论25-26
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例
（2） 局部自由度 不影响机构输入与输出运动关系
的个别构件的独立运动称为局部自由 度。
在计算机构自由度时，局部自由度应 当舍弃不计。
（3） 虚约束
在运动副的约束中，有些约束所起的限制作用是重复的， 这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。
在计算机构的自由度时，应将产生虚约束的构件和运动副 去掉，然后再进行计算。
Ｆ>０且机构的原动件数等于机构的自由度数； 3)若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不确定的; 4）若Ｆ>０，而原动件数>F，则构件间不能运动或产生破坏。
机构自由度的意义就是机构具有确定的相对运动时所必须给定的 独立运动参数的数目。
3 计算机构自由度时应注意的事项
（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。由m个 构件汇集而成的复合铰链应当包含(m-1)个转动副。
3. 选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动副之间的 相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并将同一构件上的 运动副符号用简单线条连接起来，这样便绘制出机构的运动简图。
机构运动简图中的常用符号
运动简图中的常用符号
例2-1 绘制如图所示颚式破碎机的机构运动简图
2.5.3 平面机构的自由度
虚约束对运动不起作用，但可以增加构件的刚性、使构件受力均衡。
常见的虚约束有以下几种情况: １）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重 合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。
带虚约束的凸轮机构
２）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个 转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
带虚约束的曲轴
3）机构中对运动起重复限制作用的对称部分也 往往会引入虚约束。
带虚约束的行星轮系
自由度： F 3n 2PL PH 3 3 2 3 2 1
机构自由度计算举例
图示牛头刨床设计方案草图。设 计思路为：动力由曲柄1输入，通 过滑块2使摆动导杆 3 作往复摆动， 并带动滑枕4作往复移动 ，以达到 刨削加工目的。 试问图示的构件 组合是否能达到此目的？ 如果不 能，该如何修改？
一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动。 相对于参考坐标系，构件所具有的独立运动称 为构件的自由度 运动副限制构件的独立运动即为引入约束
各种运动副引入的约束
（1）转动副(铰链）
（2）移动副
高副：
1 平面机构自由度的计算公式 对于具有n个活动构件的平面机构，若各构件之间共构成了PL
个低副和 PH 个高副，则它们共引入(2PL+PH)个约束。机构的自 由度 F 应为:
绘制机构运动简图的方法和步骤 1. 确定机构的原动件和输出构件，两者之间为传动部份，分析确定 传动部份的构件及构件间运动副的类型，从而确定整个机构的构件 及运动副。
2. 为将机构运动简图表示清楚，恰当地选择投影面。一般选择与多 数构件的运动平面相平行的面为投影面，必要时也可以就机械的不 同部分选择两个或两个以上的投影面，然后展开到同一平面上。
实际构件的外形和结构往往很复杂，在研究机构运动时,为使问题简 化，撇开与运动无关的构件外形和运动副具体构造,仅用简单线条和 符号来表示构件和运动副。
这种用简单线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各 运动副的位置，以说明机构中各构件间相对运动关系的简化图形， 称为机构运动简图
机构中的构件分三类： 固定件（机架） 原动件(主动件） 从动件
2．优化设计
优化设计（Optimal Design）是把最优化数学原理应用于工程设计问 题，在所有可行方案中寻求最佳设计方案的一种现代设计方法。进 行工程优化设计，首先需将工程问题按优化设计所规定的格式建立 数学模型，然后选用合适的优化计算方法在计算机上对数学模型进 行寻优求解，得到工程设计问题的最优设计方案。
4
1
2
3
图1
解：首先计算设计方案草图的自由度
F 3n 2PL PH 3 4 2 6 0
即表示如果按此方案设计机构，机构是不能运动的。必 须修改，以达到设计目的。
改进措施： 1、增加一个低副和一个活动构件； 2、用一个高副代替低副。
2.6 现代设计方法简介
1．计算机辅助设计
计算机辅助设计（Computer Aided Design），简称CAD。它是 把计算机技术引入设计过程，利用计算机来完成计算、选型、 绘图及其它作业的一种现代设计方法。
3．可靠性设计
可靠性设计（Reliability Design）是以概率论和数理统计为理论基础， 以失效分析、失效预测及各种可靠性试验为依据，以保证产品的可 靠性为目标的现代设计方法。
2.5 机构运动简图及平面机构的自由度
：所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构， 否则称为空间机构
2.5.1 运动副及其分类
运动副：使两构件直接接触并能来自百度文库生一定的相对运动的联接称 为运动副 运动副分为：低副、高副
1 、 低副： 两构件通过面接触组成的运动副
（1）转动副(铰链）
（2）移动副
F=3n－(2PL+PH)=3n－2PL－PH
2 机构自由度的意义及具有确定运动的条件
例2.2 例2.4
例2.3
综上所述，机构的自由度Ｆ、机构原动件的数目和机构的运
动有着密切的关系：
1)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动； 2)若Ｆ>０且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是确
定的，因此，机构具有确定的相对运动的条件是：机构的自由度
组成运动副的两构件只能在一 组成运动副的两构件只
个平面内相对转动
能沿某一轴线相对移动
2 、高副：两构件通过点或线接触组成的运动副
球面高副
柱面高副
空间运动副
球面副
螺旋副
圆柱套筒副
一切机械都是若干构件的组合体，这些构件由运动副相联接并具 有确定相对运动。
2.5.2 平面机构运动简图
机构运动简图：
（1）固定件（机架）： 是用来支承活动构件的构件。 （2）原动件 ： 是运动规律已知的活动构件。它的运动是由外界 输入的，故又称为输入构件。 （3）从动件: 随着原动件的运动而运动的其余活动构件，其中输 出机构的预期运动的从动件称为输出构件。 任何一个机构中，必有一个固定件，一个或几个原动件，其余的 都是从动件。
（2） 局部自由度 不影响机构输入与输出运动关系
的个别构件的独立运动称为局部自由 度。
在计算机构自由度时，局部自由度应 当舍弃不计。
（3） 虚约束
在运动副的约束中，有些约束所起的限制作用是重复的， 这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。
在计算机构的自由度时，应将产生虚约束的构件和运动副 去掉，然后再进行计算。
Ｆ>０且机构的原动件数等于机构的自由度数； 3)若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不确定的; 4）若Ｆ>０，而原动件数>F，则构件间不能运动或产生破坏。
机构自由度的意义就是机构具有确定的相对运动时所必须给定的 独立运动参数的数目。
3 计算机构自由度时应注意的事项
（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。由m个 构件汇集而成的复合铰链应当包含(m-1)个转动副。
3. 选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动副之间的 相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并将同一构件上的 运动副符号用简单线条连接起来，这样便绘制出机构的运动简图。
机构运动简图中的常用符号
运动简图中的常用符号
例2-1 绘制如图所示颚式破碎机的机构运动简图
2.5.3 平面机构的自由度
虚约束对运动不起作用，但可以增加构件的刚性、使构件受力均衡。
常见的虚约束有以下几种情况: １）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重 合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。
带虚约束的凸轮机构
２）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个 转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
带虚约束的曲轴
3）机构中对运动起重复限制作用的对称部分也 往往会引入虚约束。
带虚约束的行星轮系
自由度： F 3n 2PL PH 3 3 2 3 2 1
机构自由度计算举例
图示牛头刨床设计方案草图。设 计思路为：动力由曲柄1输入，通 过滑块2使摆动导杆 3 作往复摆动， 并带动滑枕4作往复移动 ，以达到 刨削加工目的。 试问图示的构件 组合是否能达到此目的？ 如果不 能，该如何修改？
一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动。 相对于参考坐标系，构件所具有的独立运动称 为构件的自由度 运动副限制构件的独立运动即为引入约束
各种运动副引入的约束
（1）转动副(铰链）
（2）移动副
高副：
1 平面机构自由度的计算公式 对于具有n个活动构件的平面机构，若各构件之间共构成了PL
个低副和 PH 个高副，则它们共引入(2PL+PH)个约束。机构的自 由度 F 应为:
绘制机构运动简图的方法和步骤 1. 确定机构的原动件和输出构件，两者之间为传动部份，分析确定 传动部份的构件及构件间运动副的类型，从而确定整个机构的构件 及运动副。
2. 为将机构运动简图表示清楚，恰当地选择投影面。一般选择与多 数构件的运动平面相平行的面为投影面，必要时也可以就机械的不 同部分选择两个或两个以上的投影面，然后展开到同一平面上。
实际构件的外形和结构往往很复杂，在研究机构运动时,为使问题简 化，撇开与运动无关的构件外形和运动副具体构造,仅用简单线条和 符号来表示构件和运动副。
这种用简单线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各 运动副的位置，以说明机构中各构件间相对运动关系的简化图形， 称为机构运动简图
机构中的构件分三类： 固定件（机架） 原动件(主动件） 从动件
2．优化设计
优化设计（Optimal Design）是把最优化数学原理应用于工程设计问 题，在所有可行方案中寻求最佳设计方案的一种现代设计方法。进 行工程优化设计，首先需将工程问题按优化设计所规定的格式建立 数学模型，然后选用合适的优化计算方法在计算机上对数学模型进 行寻优求解，得到工程设计问题的最优设计方案。
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图1
解：首先计算设计方案草图的自由度
F 3n 2PL PH 3 4 2 6 0
即表示如果按此方案设计机构，机构是不能运动的。必 须修改，以达到设计目的。
改进措施： 1、增加一个低副和一个活动构件； 2、用一个高副代替低副。
2.6 现代设计方法简介
1．计算机辅助设计
计算机辅助设计（Computer Aided Design），简称CAD。它是 把计算机技术引入设计过程，利用计算机来完成计算、选型、 绘图及其它作业的一种现代设计方法。
3．可靠性设计
可靠性设计（Reliability Design）是以概率论和数理统计为理论基础， 以失效分析、失效预测及各种可靠性试验为依据，以保证产品的可 靠性为目标的现代设计方法。
2.5 机构运动简图及平面机构的自由度
：所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构， 否则称为空间机构
2.5.1 运动副及其分类
运动副：使两构件直接接触并能来自百度文库生一定的相对运动的联接称 为运动副 运动副分为：低副、高副
1 、 低副： 两构件通过面接触组成的运动副
（1）转动副(铰链）
（2）移动副
F=3n－(2PL+PH)=3n－2PL－PH
2 机构自由度的意义及具有确定运动的条件
例2.2 例2.4
例2.3
综上所述，机构的自由度Ｆ、机构原动件的数目和机构的运
动有着密切的关系：
1)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动； 2)若Ｆ>０且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是确
定的，因此，机构具有确定的相对运动的条件是：机构的自由度
组成运动副的两构件只能在一 组成运动副的两构件只
个平面内相对转动
能沿某一轴线相对移动
2 、高副：两构件通过点或线接触组成的运动副
球面高副
柱面高副
空间运动副
球面副
螺旋副
圆柱套筒副
一切机械都是若干构件的组合体，这些构件由运动副相联接并具 有确定相对运动。
2.5.2 平面机构运动简图
机构运动简图：
（1）固定件（机架）： 是用来支承活动构件的构件。 （2）原动件 ： 是运动规律已知的活动构件。它的运动是由外界 输入的，故又称为输入构件。 （3）从动件: 随着原动件的运动而运动的其余活动构件，其中输 出机构的预期运动的从动件称为输出构件。 任何一个机构中，必有一个固定件，一个或几个原动件，其余的 都是从动件。