Question

机构自由度的概念

Answer 1

机构自由度就是机构具有的独立运动的数目，因此，当机构的主动件等于自由度数时，机构就具有确定的相对运动。

使机构具有确定运动时所必须给定的独立运动数目。平面铰链四杆机构,当构件2按给定的角位移规律θ2＝θ2(t)运动时,其余各构件的运动就随之确定，因而该机构的自由度数为1。构件2是机构中接受外界独立运动的构件，称为机构的主动件，其余构件称为从动件。欲使机构具有确定运动，应使机构的主动件数等于其自由度数。

若机构的主动件数少于机构自由度数,平面铰链五杆机构,只给定主动件 2一个独立运动参数，即构件的角位移规律θ2＝θ2(t)时,则其余构件3、4、5的运动并不能确定。若机构的主动件数多于自由度数，则可能使其中驱动功率较小的主动件被迫变为从动件，或使机构卡住不动，甚至遭到破坏。但是，对于平面铰链五杆机构，再给定构件5的角位移规律θ5＝θ5(t)时，即同时给定两个独立的运动参数，则此五杆机构的运动完全确定。　　一般机构的自由度可凭经验根据几何位置关系直接决定，但常需要通过计算进行验证或作进一步分析。

应用平面机构自由度的计算公式时需要注意复合铰链，局部自由度和虚约束等几种情况。当几个转动副的轴线重合时称为复合铰链，在计算转动副数时不能遗漏。凸轮机构中从动件如带有滚子，滚子的自转运动即为局部自由度，在计算机构的自由度时应将局部自由度除去不计。机构中引进局部自由度的主要目的是为了减小磨损。虚约束是不起约束作用的约束，当一根轴用两个轴承而形成两个轴线并行的转动副时，其中一个即为虚约束。机构中引进虚约束仅仅是为了提高零件的刚度或渡过机构的死点，但对制造和安装的要求有所提高；否则虚约束就成为实约束，从而使机构产生卡住现象。