平面机构的自由度教案

1、日期： 2011 年 10月 11 日 No 2 课题： §1-3 平面机构的自由度；§1-4机构的组成 目的要求：1、理解自由度、杆组、机构级别等基本概念；2、能计算平面机构的自由度，判定机构具有确定运动的条件3、几种特殊结构的处理（复合铰链、 局部自由度、 虚约束） 4、了解机构的组成原理。 重点、难点： 重点：平面机构自由度的计算 难点：虚约束是一个难点，但不作为重点，只要求学生对一些常见的情况有所了解 复习提问要点：什么是机器、机构？ 机构运动简图的绘制方法步骤？ 教具、实验及教学手段： 多媒体ppt课件讲解为主，提问为辅。 作业布置： 教学反映： 课后分析： 1

2、/ 7教学过程：复习1、什么是机器呢？是人为实物的组合体，具有确定的机械运动，可以用来转换能量、完成有用功或处理信息，以代替或减轻人的劳动。2、什么是机构呢？机构是人为构件的组合体，且构件数在3件以上；组成机构的构件之间具有确定的相对运动。3、机构运动简图的绘制方法？1）、分析机构，观察各构件间的相对运动，找出所有的构件（数目）与运动副（类型和数目）2）、选择投影面和比例尺。3）、确定比例尺4）、用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画） 5）、标注新课导入：机构的自由度是指机构中各构件相对于机架的所能有的独立运动的数目。这节课我们主要讨论对平面机构的自由度计算问题讲解新课：§

3、1-3 平面机构的自由度一、平面机构的自由度计算机构的自由度与组成机构的构件数目，运动副的类型及数目有关。设机构中有K个构件 ，其中活动构件数为n=K-1; PL个低副，PH 个高副，教学过程：则其自由度为： F= 3n 2PL- PH解释公式：3n 一个构件有3个自由度，n 个活动构件有3n个自由度。2PL 一个低副引入两个约束，PL个低副引入2PL个约束。PH 一个高副引入一个约束，PH个高副引入PH 个约束具体ppt讲解二、机构具有确定运动的条件1 、自由度 F > 0时，原动件数小于机构的自由度，各构件没有确定的相对运动，原动件数大于机构的自由度，则在机构薄弱处遭到破坏。2 、

4、当机构的 F 0时，说明活动构件在自由状态下的自由度总数与由于运动副所失去的自由度相等，构件之间不存在相对运动，形成一个刚性桁架。机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等于机构的自由度数目且F>0。具体ppt举例讲解三、计算机构自由度时应注意的问题 对于大多数机构，可以依据机构运动简图直接运用公式进行自由度的计算。但在计算机构的自由度时，往往会遇到按公式计算出的自由度数目与机构实际的自由度数目不相符合的情况。其实，这不是自由度的计算公式有什么错误，而是在应用公式计算机构的自由度时，还有一些应该注意的事项未能正确考虑的缘故。1. 复合铰链 当两个或两个以上的转动副轴线重合，在与轴线垂

5、直的视图上，只能看到一个铰链，该铰链称之为复合铰链。 这一铰链往往被错当成一个转动副来计算。因此必须加以注意，由M 个构件汇成的复合铰链应当按 M -1 个转动副计算。具体ppt举例教学过程：讲解2、局部自由度 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。 具体ppt举例讲解3 虚约束 在特定的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复的。这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。在计算机构自由度时，虚约束应当除去不计（发生在轨迹重合、距离不变、对称部分）。 具体ppt举例讲解§1-3 平面机构组成原理首先提

6、出：机构是由若干个构件通过运动副联接而构成的，用于进行运动、力的传递及变换，机构需具有确定的运动。那么当构件组成机构时，有没有什么规则可循呢？这就是“机构的组成原理”所研究的问题。教学过程为：先讲解高副低代概念，讲清楚瞬时性，后引出 “杆组”概念，介绍各类杆组，并通过分析得出结论：“机构是由若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上而构成的”。 然后反过来可提出：既然机构是由若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上构成的，所以对现有机构进行分析时就可以把机构分解成原动件、机架和若干个基本杆组，从而对机构进行结构分类，以便对同样的杆组可采用通用的方法进行运动分析和力分析。这就是“机构结构分析”所研究的内容。主要是结合实例讲解机构结构分析教学过程：的步骤，并指出同一机构若取不同的构件为原动件，则可能属于不同级别的机构。难点突破：高副低代中当一个曲率中心在无穷远时转动副变成移动副，需要用相对运动图解来解释清楚；强调瞬时替代和替代的实质（一杆两低副）；多举例。一、基本杆组：把机构中最后不能再拆的自由度为零的构件组称为机构的基本杆组。基本杆组的分类：根据n的取值基本杆组分为以下几种情况：（1）n=2, p5=3的双杆组：又叫级杆组（2）n=4, p5=6的多杆组，又叫 级杆组， 特征为杆组中具