机械设计基础第一章机构自由度计算.pptxVIP

机械设计基础第一章机构自由度计算汇报人：AA2024-01-18

目录CONTENTS机构自由度概念及意义机构组成及约束类型平面机构自由度计算方法空间机构自由度计算方法机构自由度计算中特殊情况处理机构自由度计算案例分析

01机构自由度概念及意义

机构中独立运动的构件数目，表示机构运动时的独立变量数目。自由度定义分为平面机构自由度和空间机构自由度，其中平面机构自由度分为转动自由度和移动自由度。自由度分类自由度定义与分类

机构运动确定性机构运动时，其构件上各点的运动轨迹、速度和加速度等运动参数具有确定性。自由度与机构运动确定性的关系机构的自由度等于其原动件数目，当机构自由度为零时，机构将不能运动；当机构自由度大于零时，若机构原动件数目等于自由度数目，则机构的运动具有确定性。机构运动确定性与自由度

机构设计机构分析工程应用自由度计算在工程应用中的重要性在机构设计中，需要根据所需运动形式和功能要求，进行机构自由度的计算和分配，以实现预期的运动规律和性能要求。通过对机构自由度的计算和分析，可以了解机构的运动性质、构件间的相对运动关系以及机构的组成原理，为机构的进一步优化设计和改进提供依据。在工程实际应用中，需要根据具体的工作条件和要求，选择合适的机构类型和自由度配置方案，以确保机构的正常工作和使用寿命。同时，通过对机构自由度的计算和分析，还可以发现机构可能存在的缺陷和不足之处，为后续的改进和优化提供参考。

02机构组成及约束类型

机构中的运动单元体，分为刚体和变形体。构件运动副自由度两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。机构中具有独立运动的构件数目，决定了机构的运动性质。030201机构组成要素

两构件通过面接触形成的运动副。约束特点为限制两个自由度，如转动副和移动副。两构件通过点或线接触形成的运动副。约束特点为限制一个自由度，如齿轮副和凸轮副。运动副类型及其约束特点高副低副

虚约束定义01对机构运动不起实质性约束作用的重复约束。识别方法02通过机构运动简图和自由度计算公式识别虚约束。处理方法03在计算自由度时，需将虚约束排除在外，以保证计算结果的准确性。同时，在机构设计时，应尽量避免虚约束的产生，以提高机构的运动效率和稳定性。虚约束识别与处理方法

03平面机构自由度计算方法

自由度计算公式F=3n-2PL-Ph公式解释F为机构自由度，n为活动构件数，PL为低副数，Ph为高副数。该公式用于计算平面机构的自由度。平面机构自由度计算公式

以平面四杆机构为例，分析低副机构的自由度计算过程。实例描述首先确定活动构件数n，然后计算低副数PL，最后代入公式F=3n-2PL计算自由度。计算步骤根据平面四杆机构的特性，可以得出其自由度为1。计算结果低副机构自由度计算实例分析

以凸轮机构为例，分析高副机构的自由度计算过程。实例描述首先确定活动构件数n，然后计算高副数Ph和低副数PL，最后代入公式F=3n-2PL-Ph计算自由度。计算步骤根据凸轮机构的特性，可以得出其自由度为1。计算结果高副机构自由度计算实例分析

04空间机构自由度计算方法

$p_i$为机构中第$i$级运动副的数目；$F$为机构的自由度；空间机构自由度计算公式：$F=6n-sum_{i=1}^{5}icdotp_i$$n$为机构中活动构件的数目；$i$为运动副的级别，取值为1,2,3,4,5。空间机构自由度计算公式0103020405

自由度计算根据空间机构自由度计算公式，$F=6times4-(5times1+1times2)=24-7=17$。结果分析该空间低副机构的自由度为17。实例描述一空间机构由4个活动构件组成，其中有5个转动副和1个移动副。空间低副机构自由度计算实例分析

01一空间机构由3个活动构件组成，其中有2个转动副和2个高副。实例描述02根据空间机构自由度计算公式，$F=6times3-(2times1+2times3)=18-8=10$。自由度计算03该空间高副机构的自由度为10。结果分析空间高副机构自由度计算实例分析

05机构自由度计算中特殊情况处理

识别方法观察转动副是否由三个或三个以上构件组成，若是，则为复合铰链。处理方法在计算自由度时，复合铰链的处理方法是将其拆分为多个单独的转动副，每个转动副计算一个自由度。复合铰链定义两个以上的构件同时在一处用转动副相联接就构成复合铰链。复合铰链识别与处理方法

机构中某些构件所具有的并不影响其他构件的运动的自由度。局部自由度定义观察机构中是否存在不影响其他构件运动的构件或运动副，若是，则存在局部自由度。识别方法在计算自由度时，通常将局部自由度忽略不计，因为其对机构的整体运动没有影响。处