任务1-3-2计算自由度需注意的事项

机械设计改变生活技以载道，匠心筑梦探索机械之门-典型机构表达任务3模块一探索机械之门课程导入大国工匠-张兴华任务1-3-2计算机构自由度注意事项课程导入

单缸四冲程内燃机，包括曲柄滑块机构、齿轮机构和凸轮机构，主要功用是传递运动和动力，或改变运动的形式和运动轨迹。当原动件活塞按给定的运动规律上下运动，其余构件的运动是否是完全确定的。通过对单缸四冲程内燃机自由度的计算，来判定通过运动副相连起来的构件系统是否为机构，以及机构是否具有确定的相对运动。任务分析任务1-3-2计算机构自由度注意事项课程导入任务目标

（1）掌握平面机构自由度的计算方法，能准确识别机构中的复合铰链、局部自由度和虚约束。（2）掌握平面机构具有确定运动的条件。任务1-3-2计算机构自由度注意事项01强素养03讲重点

02引思考04攻难点05强技能06促提升

目录任务1-3-2计算机构自由度注意事项任务1-3引思考讲重点攻难点强技能促提升

强素养早会负责人任务1-3-2计算机构自由度注意事项任务1-3讲重点攻难点强技能促提升

引思考强素养撑开雨伞时，伞骨轴套相对于伞柄的运动为平行移动，伞骨各节之间是转动。机构中各构件如何连接才能实现上述的移动或转动呢？只要把构件连接到一起就能得到具有确定相对运动的机构吗？如何方便的研究机构中各构件的相对运动关系呢？任务1-3-2计算机构自由度注意事项任务1-3引思考攻难点强技能促提升

讲重点强素养讲解重点平面机构中的特殊结构几个构件以转动副连接？共几个转动副？案例1：毛巾架引出本次课教学重点教师设问任务1-3-2计算机构自由度注意事项任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升讲解重点任务1-3-2计算机构自由度注意事项

两个以上的构件在同一处以同轴线的转动副相连。推理：m个构件时，有m–1个转动副。

123123复合铰链平面机构中的特殊结构复合铰链1任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升讲解重点任务1-3-2计算机构自由度注意事项

复合铰链常见场合

图示运动副类型图示运动副类型杆1、2与机架3形成两个转动副杆1滑块2与滑块3形成两个转动副杆1、2与滑块3形成两个转动副杆1滑块3齿轮2形成两个转动副杆1滑块2与机架3形成两个转动副齿轮1滑块2与机架3形成两个转动副平面机构中的特殊结构复合铰链1任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升讲解重点任务1-3-2计算机构自由度注意事项平面机构中的特殊结构C处为复合铰链n=5,Pl

=7,Ph

=0=3×5-2×7–0=1F=3n-2Pl

–Ph惯性筛机构复合铰链1任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升讲解重点任务1-3-2计算机构自由度注意事项

如图所示为直线机构，其构件的长为AF=FE，AD=AB，BC=

CD=DE=EB，当构件FE摇动时，C点的轨迹为垂直于AF的直线。该机构在A、B、D、E四点均为由三个构件组成轴线重合的两个转动副，即复合铰链。该机构n=7，PL=10，PH=0，其自由度为：F=3n-2PL-PH=3×7-2×10-0=1

复合铰链1平面机构中的特殊结构任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务1-3-2计算机构自由度注意事项讲解重点局部自由度2平面机构中的特殊结构

机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动。这些构件所产生的这种局部运动的自由度称为局部自由度。

在计算机构自由度时，局部自由度应略去不计。

凸轮机构任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务1-3-2计算机构自由度注意事项滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。

计入局部自由度时n=3,Pl

=3,Ph

=1

F=3×3-2×3-1=2

与实际不符讲解重点局部自由度2平面机构中的特殊结构任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务1-3-2计算机构自由度注意事项应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。

处理方法

实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。n=2,Pl=2,Ph

=1,F=3×2-2×2–1=1与实际相符讲解重点局部自由度2平面机构中的特殊结构任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务1-3-2计算机构自由度注意事项讲解重点虚约束3平面机构中的特殊结构

（1）两构件组成多个转动副BA212

处理方法计算中只计入一个转动副。

机构中与其他约束重复而对机构运动不起新限制作用的约束。

任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务1-3-2计算机构自由度注意事项讲解重点虚约束3平面机构中的特殊结构

（1）两构件组成多个转动副

处理方法计算中只计入一个转动副。

机构中与其他约束重复而对机构运动不起新限制作用的约束。

任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务1-3-2计算机构自由度注意事项

（2）两构件组成多个移动副FCBA21处理方法计算中只计入一个移动副。

讲解重点虚约束3平面机构中的特殊结构任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务1-3-2计算机构自由度注意事项

（2）两构件组成多个移动副处理方法计算中只计入一个移动副。

讲解重点虚约束3平面机构中的特殊结构任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务1-3-2计算机构自由度注意事项

（3）两构件组成多处接触点公法线重合的高副

处理方法计算中只计入一个高副。

两构件1、2在A、B点构成平面高副，且接触点A、B处的公法线n-n彼此重合。

nnAB12讲解重点虚约束3平面机构中的特殊结构任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务1-3-2计算机构自由度注意事项

（4）转动副M连接前后连杆上M点的运动轨迹互相重合。处理方法：计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。

讲解重点虚约束3平面机构中的特殊结构任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务1-3-2计算机构自由度注意事项

（4）转动副M连接前后连杆上M点的运动轨迹互相重合。

讲解重点虚约束3平面机构中的特殊结构n=4,Pl

=6,Ph

=0

构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。与实际不符F=3×4-2×6–0=0任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务1-3-2计算机构自由度注意事项

（4）转动副M连接前后连杆上M点的运动轨迹互相重合。

讲解重点虚约束3平面机构中的特殊结构n=3,Pl

=4,Ph=0F=3×3-2×4–0=1与实际相符应除去虚约束，即将产生虚约束的构件5及运动副除去不计。

处理方法任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务1-3-2计算机构自由度注意事项讲解重点虚约束3平面机构中的特殊结构

两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间用另一构件连接时，将产生虚约束。

处理方法计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务1-3-2计算机构自由度注意事项

（5）机构中对运动不起独立作用的对称部分

处理方法计算中应将对称部分除去不计。

讲解重点虚约束3平面机构中的特殊结构任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务1-3-2计算机构自由度注意事项讲解重点虚约束3平面机构中的特殊结构

机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如“平行”、“重合”、“距离不变”等。如果几何条件不满足，虚约束会转化为有效约束。机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。

虚约束对机构的影响任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升小结：以上就是本次课第一小节的重点内容。请各组根据刚才的讲解，结合以下典型案例，分析讨论机构自由度的计算。任务1-3-2计算机构自由度注意事项讲解重点平面机构中的特殊结构任务1-3引思考强技能促提升

讲重点

强素养攻难点动起来生讲师评会学以案例2筛料机构、案例3压床机构为例，分析讨论机构自由度的计算各组代表任务1-3-2计算机构自由度注意事项任务1-3引思考强技能促提升

讲重点

强素养攻难点任务1-3-2计算机构自由度注意事项案例2：计算图所示筛料机构的自由度。任务1-3引思考强技能促提升

讲重点

强素养攻难点任务1-3-2计算机构自由度注意事项案例3：计算图所示压床机构的自由度。动起来生讲生评会学以案例4冲压机构、案例5压气机构、案例6椭圆规机构为例，分析讨论机构自由度的计算各组代表任务1-3-2计算机构自由度注意事项任务1-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能任务1-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能任务1-3-2计算机构自由度注意事项案例4：分析讲解所示冲压机构的自由度。任务1-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能任务1-3-2计算机构自由度注意事项案例5：压缩机的压气机构案例6：椭圆规机构任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升随机点名任务1-3-2计算机构自由度注意事项任务1-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升【课堂