摘 要：平面机构自由度数的求解在机械设计当中非常重要，然而在求解的过程当中有几个关键点会对学生的思路产生阻碍，即活动构件数的确定、局部自由度、复合铰链、虚约束等，在这里就对这些问题进行简单的分析。
关键词：自由度 局部自由度 复合铰链 虚约束
在技术学校里，对于学习数控及模具专业的学生来说，《机构与零件》和《机械设计基础》都是会学习到的，而且其中的知识学生在未来的工作当中会用得到，尤其是对于部分想从生产一线往设计方面靠的人，其意义更为突出。然而对于我们技术学校的学生来说，他们的文化课基础比较薄弱，理解能力也相对差一些，对难点的学习也不是那么容易。比如这两门课中都有一个公共的相对比较难的知识点即平面机构自由度的计算，对他们来说要学好这一块需要下更大的功夫。
一、活动构件数的确定
平面机构自由度的计算公式为：F=3n-2Pl-PH。其中的n就是活动构件数，如果该数值判断错误，即使其他两个要素（低副数和高副数）均是正确的，也无法最终计算出机构的自由度数。在计算的过程中首先要明确可动与不可动的区别，不可动的作为机架的构件是不能计算在内的；其次就是对于一些特殊样式的构件要会进行处理，比如图1中的构件均应算作一个可动构件。
二、局部自由度
局部自由度是在机构中某些构件所产生的能进行局部运动但不影响整个机构运动的自由度。如图3所示的凸轮机构，凸轮为主动件，顶杆为从动件，凸轮机构的功用是用顶杆获得预期的运动规律，而滚子是为减少磨损和摩擦而加入的从动件，滚子与顶杆间形成的自由度不会影响输出件的运动，所以滚子与顶杆间的自由度为多余的自由度，应该在计算之前先消除滚子与顶杆组成的转动副，即将滚子和顶杆看作一个构件，进而将多余的自由度消除掉。或者以后碰到这种情况最简单的方法是，直接将图2理解为图3的样子进行求解。
三、复合铰链
两个以上的构件在同一轴心处以转动副相铰联，则构成复合铰链。求解时若有m个构件汇集在一处组成复合铰链，应包含m-1个转动副。从定义上来理解复合铰链一定是多构件形成转动副，倘若有两个以上的构件在同一处形成多个低副，而不仅仅是转动副（同时也有移动副）的时候，则不能算作复合铰链。现以图4中的E、C两点的情况为例进行分析：在C点，构件2和3之间为转动副，3和4之间为转动副，3与5之间为移动副，4与8（机架）之间为移动副，即在C点共有五个构件2、3、4、5和8（机架）形成了两个转动副、两个移动副，共4个低副。同样在E点有5、6、7、8（机架）四个构件形成了一个转动副、两个移动副，共三个低副。按照定义分析的话，这两处因不仅有转动副还有移动副而并不符合复合铰链存在的条件。
四、虚约束
组成机构的各构件均引入约束，当引入的约束对机构中其他构件不产生约束作用时，即产生了虚约束。这是机械中为改变受力状况而常采用的一种工程实际措施。但在计算机构的自由度时，应先将构成虚约束的构件及有关的运动副撤除，然后再计算自由度数。
在机构自由度计算中，产生虚约束的情况有4种：
1.如果将机构的某个运动副拆开，机构被拆开的两部分在原联接点的运动轨迹仍相互重合，则产生虚约束。
2.在机构运动过程中，如果某两构件上两点之间的距离始终保持不变，那么，若将此两点以构件相连，则因此而引入的约束必为虚约束。
3.如果两构件在几处接触而构成移动副，且各接触处两构件的相对运动方向一致，或者两构件在几处配合而构成转动副，且各配合处的轴线重合，则只应考虑一处运动副引入的约束，其他各处为虚约束。
4.机构中对运动不起作用的对称部分也是虚约束。
把这几个特别需要注意的问题解决了，然后再注意机构的结构，具体问题具体分析，自由度的求解就会简单许多，这样，即便是底子较弱的技术学校学生也会体会到其中的乐趣。
论文作者:郝玉莲
论文发表刊物:《职业技术教育》2013年第11期供稿
论文发表时间:2014-3-6
标签：构件论文; 自由度论文; 机构论文; 铰链论文; 滚子论文; 机架论文; 局部论文; 《职业技术教育》2013年第11期供稿论文;