平面机构的自由度推荐(课堂PPT)
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答案
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
平面机构的自由度
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
一个空间活动构件有6 个独立运动的数目，即6 个自由度。
平面机构的自由度
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
把构件限制在XOY平面
一个平面活动构件有3个独 立运动数目，即3个自由度。
平面机构的自由度
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
运动副
4、超静定机构
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
（F＜０）
F = 3n - 2Pl - Ph
不能运动（超静定桁架）
平面机构自由度的计算
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
自由度计算公式：F= 3n - 2Pl - Ph
F≤0：构件间无相对运动，不成为机构。
原动件数=F，运动确定
F>0： 原动件数<F，运动不确定
（约束了一个自由度）
平面机构的自由度
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
B 高副： 两个独立相对运动。引入1个约束，
保留2个自由度
高副
n
tn2 t
21
1
自由度数目 约束数目
2
1
约束特点：n方向移动
高副： a. 点或线接触；（约束了一个自由度） b. 有两个自由度，转动 + 移动。
平面机构的自由度
3Part
教学练习
课前学习 教学流程
教学实施过程
平面机构自由度的计算
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
1、三角固定架（刚性Biblioteka Baidu架
）
F = 3n - 2Pl - Ph
1
2
F=3×2－2×3=0
构件间没有相对运动 机构→刚性桁架
固定构件
2、铰链四杆机构
一个原动件
F = 3n - 2Pl - Ph
（F﹥０）
四川电子机械职业技术学院
四川电子机械职业技术学院
Sichuan Electronic Machinery Vocational and
Technical College
01
02
03
04
平面机构的自由度
主讲 毛 鹏 枭
课程：机械设计基础（必修课）
教学引入 教学讲解 教学练习 教学反思
平面机构的 自由度
原动件数=机构自由度
运动确定
平面机构自由度的计算
2、铰链四杆机构
两个原动件
3、铰链五杆机构
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
F = 3n - 2Pl - Ph
（F﹥０）
原动件数＞机构自由度
运动不确定
F = 3n - 2Pl - Ph
（F﹥０）
原动件数＜机构自由度
运动不确定
平面机构自由度的计算
教学引入 教学策略 教学练习 教学效果
“用三根木条钉成 三角形的木架，然 后扭动它，它的形 状会发生变化吗？”
“不会变形”
引入：三角形与四边形
教学引入 教学策略 教学练习 教学效果
“然而，用四根木 条钉成四角形的木 架，然后扭动它， 它的形状会发生变 化吗？”
“变形”
引入：三角形与四边形
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
三角形的稳定性以及四 边形的不稳定性是由什么决 定的呢？
2Part
平面机构的自由度
The freedom of a planar mechanism
教学目标 重点和难点
教学方法 信息化教学资源
平面机构的自由度
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
什么是自由度？
构件独立运动的数目称为自由度 。
一个构件有几个自由度？
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
形成平面运动副后自由度如何变化呢？ 转动副： x、y轴方向移动受约束
——丧失2个自由度；
移动副： 转动及某一方向的移动受约束
——丧失2个自由度；
高 副： 法线方向移动受约束
——丧失1个自由度。
结论：平面机构中，构件间形成一个低副，失去2个自由 度，形成一个高副，失去1个自由度。
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
“图中墙壁的框架为 什么要做成三角形？”
教材引入
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
“我们绵阳的古建筑 越王楼、桃花岛的帆 船楼为什么也要引入 三角形的结构呢？”
教材引入
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
“绵阳一号桥桥梁的 主体为什么要采取斜 跨做成三角形的桥墩 呢？”
教材引入
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
“图中自动伸缩 门为什么要做成 四边形？”
教材引入
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
“图中鹤式起重 机的臂为什么又 要做成四边形？”
教材引入
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
1、三角形具有稳定性 。
2、四边形具有不稳定性 。
引入：三角形与四边形
平面机构的自由度
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
平面机构自由度计算公式：
若一平面机构有n个活动构件，低副数目为PL，高 副数目为PH，则该机构自由度 F 的计算公式为：
F＝3n－2PL－PH 机机构构自的由自度由F度取数决也于即活是动机构构件所的具数有目的以独及立运 动运副动的的性数质目和。数（目从。动件不能独立运动）
移动副 约束特点： Y方向移动 ,z方向转动
自由度数目 约束数目
1
y2
1
x
2
低副： a. 面接触；（约束了二个自由度） b. 有一个自由度，转动或移动。
平面机构的自由度
平面运动副 B：高副：
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
齿轮副
凸轮副
高副： a. 点或线接触； b. 有两个自由度，转动 + 移动。
原动件数>F，机构不动或破坏
机构构具件有间确具定有运确定动的的相条对件运：动关 自由度系的F构> 件0 组，合且体等，称于为原机动构件。个数。
4Part
教学效果
教学效果
教学反思
习题练习：
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
练习
例1：请及计算下列构件组合体的自 由度，并判断它是不是机构。
习题练习：
：
两构件直接接触
并能保持一定形式相
对运动的联接。
键
轴
齿轮
平面机构的自由度
平面运动副 A：低副：
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
转动副
移动副
平面机构的自由度
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
A 低副：一引个入独2个立约相束对，运保动留。1个自由度 转动副 约束特点: x,y方向移动
y x
引入：究三角形与四边形 平面机构的自由度究 练习：自由度的计算 问题探讨
1Part
引入：三角形与四边形
The triangle and quadrilateral
教材分析
课程定位
学情分析
课程特点
教材引入
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
“让我们观察生活中的实例， 你注意到了这些了吗？”
教材引入
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
平面机构的自由度
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
一个空间活动构件有6 个独立运动的数目，即6 个自由度。
平面机构的自由度
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
把构件限制在XOY平面
一个平面活动构件有3个独 立运动数目，即3个自由度。
平面机构的自由度
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
运动副
4、超静定机构
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
（F＜０）
F = 3n - 2Pl - Ph
不能运动（超静定桁架）
平面机构自由度的计算
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
自由度计算公式：F= 3n - 2Pl - Ph
F≤0：构件间无相对运动，不成为机构。
原动件数=F，运动确定
F>0： 原动件数<F，运动不确定
（约束了一个自由度）
平面机构的自由度
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
B 高副： 两个独立相对运动。引入1个约束，
保留2个自由度
高副
n
tn2 t
21
1
自由度数目 约束数目
2
1
约束特点：n方向移动
高副： a. 点或线接触；（约束了一个自由度） b. 有两个自由度，转动 + 移动。
平面机构的自由度
3Part
教学练习
课前学习 教学流程
教学实施过程
平面机构自由度的计算
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
1、三角固定架（刚性Biblioteka Baidu架
）
F = 3n - 2Pl - Ph
1
2
F=3×2－2×3=0
构件间没有相对运动 机构→刚性桁架
固定构件
2、铰链四杆机构
一个原动件
F = 3n - 2Pl - Ph
（F﹥０）
四川电子机械职业技术学院
四川电子机械职业技术学院
Sichuan Electronic Machinery Vocational and
Technical College
01
02
03
04
平面机构的自由度
主讲 毛 鹏 枭
课程：机械设计基础（必修课）
教学引入 教学讲解 教学练习 教学反思
平面机构的 自由度
原动件数=机构自由度
运动确定
平面机构自由度的计算
2、铰链四杆机构
两个原动件
3、铰链五杆机构
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
F = 3n - 2Pl - Ph
（F﹥０）
原动件数＞机构自由度
运动不确定
F = 3n - 2Pl - Ph
（F﹥０）
原动件数＜机构自由度
运动不确定
平面机构自由度的计算
教学引入 教学策略 教学练习 教学效果
“用三根木条钉成 三角形的木架，然 后扭动它，它的形 状会发生变化吗？”
“不会变形”
引入：三角形与四边形
教学引入 教学策略 教学练习 教学效果
“然而，用四根木 条钉成四角形的木 架，然后扭动它， 它的形状会发生变 化吗？”
“变形”
引入：三角形与四边形
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
三角形的稳定性以及四 边形的不稳定性是由什么决 定的呢？
2Part
平面机构的自由度
The freedom of a planar mechanism
教学目标 重点和难点
教学方法 信息化教学资源
平面机构的自由度
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
什么是自由度？
构件独立运动的数目称为自由度 。
一个构件有几个自由度？
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
形成平面运动副后自由度如何变化呢？ 转动副： x、y轴方向移动受约束
——丧失2个自由度；
移动副： 转动及某一方向的移动受约束
——丧失2个自由度；
高 副： 法线方向移动受约束
——丧失1个自由度。
结论：平面机构中，构件间形成一个低副，失去2个自由 度，形成一个高副，失去1个自由度。
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
“图中墙壁的框架为 什么要做成三角形？”
教材引入
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
“我们绵阳的古建筑 越王楼、桃花岛的帆 船楼为什么也要引入 三角形的结构呢？”
教材引入
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
“绵阳一号桥桥梁的 主体为什么要采取斜 跨做成三角形的桥墩 呢？”
教材引入
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
“图中自动伸缩 门为什么要做成 四边形？”
教材引入
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
“图中鹤式起重 机的臂为什么又 要做成四边形？”
教材引入
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
1、三角形具有稳定性 。
2、四边形具有不稳定性 。
引入：三角形与四边形
平面机构的自由度
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
平面机构自由度计算公式：
若一平面机构有n个活动构件，低副数目为PL，高 副数目为PH，则该机构自由度 F 的计算公式为：
F＝3n－2PL－PH 机机构构自的由自度由F度取数决也于即活是动机构构件所的具数有目的以独及立运 动运副动的的性数质目和。数（目从。动件不能独立运动）
移动副 约束特点： Y方向移动 ,z方向转动
自由度数目 约束数目
1
y2
1
x
2
低副： a. 面接触；（约束了二个自由度） b. 有一个自由度，转动或移动。
平面机构的自由度
平面运动副 B：高副：
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
齿轮副
凸轮副
高副： a. 点或线接触； b. 有两个自由度，转动 + 移动。
原动件数>F，机构不动或破坏
机构构具件有间确具定有运确定动的的相条对件运：动关 自由度系的F构> 件0 组，合且体等，称于为原机动构件。个数。
4Part
教学效果
教学效果
教学反思
习题练习：
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
练习
例1：请及计算下列构件组合体的自 由度，并判断它是不是机构。
习题练习：
：
两构件直接接触
并能保持一定形式相
对运动的联接。
键
轴
齿轮
平面机构的自由度
平面运动副 A：低副：
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
转动副
移动副
平面机构的自由度
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
A 低副：一引个入独2个立约相束对，运保动留。1个自由度 转动副 约束特点: x,y方向移动
y x
引入：究三角形与四边形 平面机构的自由度究 练习：自由度的计算 问题探讨
1Part
引入：三角形与四边形
The triangle and quadrilateral
教材分析
课程定位
学情分析
课程特点
教材引入
教学引入 教学讲解 教学练习 教学效果
“让我们观察生活中的实例， 你注意到了这些了吗？”
教材引入