3.1 机构连接与自由度

自由度是指一个主体（单个元件或多个元件）具有可独立运动方向的数目。对于空间中不受任何约束的主体，具有6个自由度，沿空间参考坐标系X轴、Y轴和Z轴平移和旋转。而当主体在平面上运动时，具有3个自由度，沿平面参考坐标系X轴、Y轴和平面内旋转。创建机构模型时使用“连接”来装配元件，就是通过机械约束集来减少主体的自由度，使其可以按要求进行独立的运动。Creo提供了多种“连接”类型，各种连接类型允许不同的运动自由度，每种连接类型都与一组预定义的约束集相关联。使用“连接”来装配元件时，要注意每种连接提供的自由度，以及创建连接所需要的约束集。

创建机构时，还要注意机构中的冗余约束。冗余约束是指在元件已达到约束目的的情况下，依然向元件添加与现有约束不冲突的连接或约束。例如对于一组刚性连接的元件，再添加一个约束限制某个方向上的平移，这个约束就是冗余约束。冗余约束一般情况下不会影响机构的运动状态分析，但涉及机构的力分析时，必须考虑冗余约束的影响。

图3.1.1所示的“元件放置”操控板的连接列表中显示了可用的机械连接，每种连接的运动状况及自由度说明如下。

● 刚性（Rigid）连接：两个元件固定在一起，自由度为0。

● 销（Pin）连接：元件可以绕配合轴线进行旋转，旋转自由度为1，平移自由度为0。

● 滑块（Slider）连接：元件可以沿配合方向进行平移，旋转自由度为0，平移自由度为1。

● 圆柱（Cylinder）连接：元件可以相对于配合轴线同时进行平移和旋转，旋转自由度为1，平移自由度为1。

● 平面（Planar）连接：元件可以在配合平面内进行平移和绕平面法向的轴线旋转，旋转自由度为1，平移自由度为2。

● 球（Ball）连接：元件可以绕配合点进行空间旋转，旋转自由度为3，平移自由度为0。

● 焊缝（Weld）连接：两个元件按指定坐标系固定在一起，自由度为0。

● 轴承（Bearing）连接：元件可以绕配合点进行空间旋转，也可以沿指定方向平移，旋转自由度为3，平移自由度为1。

● 常规（General）连接：元件连接时约束自行定义，自由度根据约束的结果来判断。

● 6自由度（6DOF）连接：元件可以在任何方向上平移及旋转，旋转自由度为3，平移自由度为3。

● 万向（Gimbal）连接：元件可以绕配合坐标系的原点进行空间旋转，旋转自由度为3，平移自由度为0。

● 槽（Solt）连接：元件上的某点沿曲线运动。

图3.1.1 “元件放置”操控板