机械设计基础第三章——机构运动见图及平面机构自由度
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- 2025-05-05 18:48:49
机构的组成由运动副定义，运动副元素为两构件上能构成运动副的解除表面。运动副的作用是降低自由度，一个平面机构有x轴y轴的平移以及绕z轴旋转3个自由度。运动副分为低副和高副，低副运动副元素为面，引入2个约束，保留1个自由度；高副运动副元素为点或线，引入1个约束，保留2个自由度。开式链是首位两构件不相互连接，形成非封闭可动系统；闭式链是首位两构件相互连接形成一个封闭可动系统。
机构运动简图是将复杂机构简化为更易于理解的形式。平面机构的自由度可通过自由度计算公式得出，该公式为 [公式]，其中 [公式]表示有效构件数(存在虚约束和局部自由度)， [公式]表示低副数， [公式]表示高副数。自由度计算时需考虑特殊情况，如复合铰链、局部自由度和虚约束。
复合铰链中转动副数目为机构数减1。局部自由度是为减小摩擦而设计的元件，如滚轮，假如将其与另一个构件合并，整体机构也能照常运动，因此该转动副是冗余的。虚约束包括多种形式，如连接点距离不变、移动导路平行、转轴重合和接触点法线重合等，这些约束在计算自由度时应被舍去。
欠驱运动和冗驱运动是根据驱动件数与自由度的关系进行区分。欠驱运动中主动件数小于自由度，机构运动遵循“最小阻力定律”，优先向阻力最小的方向运动。冗驱运动中主动件数大于自由度，若协调则实现更高效的运动，否则可能导致机构损坏。
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