0102 机构自由度计算精彩试题问题详解Word格式文档下载.docx

0102 机构自由度计算精彩试题问题详解Word格式文档下载.docx

《0102 机构自由度计算精彩试题问题详解Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《0102 机构自由度计算精彩试题问题详解Word格式文档下载.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

2.自由度大于0；

3.原动件个数等于自由度数。

2.何谓复合铰链、局部自由度和虚约束？

在计算机构自由度时应如何处理？

复合铰链是三个或更多个构件组成两个或更多个共轴线的转动副。

在有些机构中,其某些构件所能产生的局部运动并不影响其他构件的运动,我们把这些构件所能产生的这种局部运动的自由度称为局部自由度。

虚约束是在机构中与其他约束重复而不起限制运动作用的约束。

在计算机构自由度时,K个构件汇交而成的复合铰链应具有〔K-1〕个转动副，同时应将机构中的局部自由度、虚约束除去不计。

三、计算题

1.试计算图1所示凸轮——连杆组合机构的自由度。

解由图1a可知，F=3n–〔2pl+ph–p’〕–F’=3×

5–（2×

7+0–0）–0=1

由图1b可知，F=3n–〔2pl+ph–p’〕–F’=3×

4–（2×

6+0–0）–0=0

由图1c可知，F=3n–〔2pl+ph–p’〕–F’=3×

3–（2×

4+0–0）–0=1

abc

图1

5.试计算图2所示的压床机构的自由度。

解由图2可知，该机构存在重复结构局部，故存在虚约束。

实际上，从传递运动的独立性来看，有机构ABCDE就可以了，而其余局部为重复局部，如此引入了虚约束。

直接由图2知，n=14，pl=22〔其中C，C〞，C’均为复合铰链〕，ph=0，p’=3，F’=0，由式〔1.2〕得

F=3n–〔2pl+ph–p’〕–F’=3×

14–（2×

22+0–3）–0=1

这里重复局部所引入的虚约束数目p’可根据该重复局部中的构件数目n’、低副数目pl’和高副数目ph’来确定，即

P’=2pl’+ph’–3n’=2×

15–0–3×

9=3

计算机构中的虚约束的数目在实际工程中是很有意义的，但就计算机构自由度而言，此类型题用前一种解法显得更省事。

10试计算图10所示机构的自由度。

解n=5，pl=7〔B处为复合铰链〕，ph=0，如此

F=3n–2pl–ph=3×

5–2×

7–0=1

试画出图示平面机构的机构示意图，并计算自由度〔步骤：

1〕列出完整公式，2〕带入数据，3〕写出结果〕。

其中：

图a）唧筒机构――用于水井的半自动汲水机构。

图中水管4直通水下，当使用者来回摆动手柄2时，活塞3将上下移动，从而汲出井水。

解：

自由度计算：

n=3

pL=4pH=0

p'

=0F'

=0

F=3n–〔2pl+ph–p’〕–F’

=3×

3–（2×

4+0–0）–0

=1

画出机构示意图：

图b）缝纫机针杆机构原动件1绕铰链A作整周转动，使得滑块2沿滑槽滑动，同时针杆作上下移动，完成缝线动作。

n=3

F=3n－（2pl＋ph－p′）－F′

3－（2×

4＋0－0）－0

试绘出图a）所示偏心回转油泵机构的运动简图（各局部尺寸由图中直接量取）。

图中偏心轮1绕固定轴心A转动，外环2上的叶片a在可绕轴心c转动的圆柱3中滑动，将低压油从右湍吸入，高压油从左端排出。

1）选取适当比例尺μl，

绘制机构运动简图（见图b）

2）分析机构是否具有确定运动

F=3n－（2pl＋ph－p′）－F′

=3×

=1

机构原动件数目＝1，机构有无确定运动？

有确定运动。

想一想：

通过对本油泵机构运动简图的绘制，你对机构运动简图的作用和优点有何进一步的认识?

8在图8所示的运动链中，标上圆弧箭头的构件为原动件。

lAB=lCD，lAF=lDE，lBC=lAD=lFE。

试求出该运动链的自由度数目。

解虚约束p’=1（EF杆带入一个虚约束），如此n=7，pl=10，ph=0，F’=1；

于是由式〔1.2〕得

F=3n–〔2pl+ph–p’〕–F’=3×

7–（2×

10-1）–0–0=2

图8

图a所示为一具有急回作用的冲床。

图中绕固定轴心A转动的菱形盘1为原动件，其与滑块2在B点铰接，通过滑块2推动拨叉3绕固定轴心C转动，而拨叉3与圆盘4为同一构件。

当圆盘4转动时，通过连杆5使冲头6实现冲压运动。

试绘制其机构运动简图，并计算自由度。

1）选取适当比例尺μl，绘制机构运动简图（见图b）

n=5pL=7pH=0p'

F=3n－（2pl＋ph－p′）－F′=3×

5－（2×

7＋0－0）－0＝1

机构原动件数目＝1机构有无确定运动？

有确定运动

2图a）所示为一简易冲床的初拟设计方案。

设计者的思路是：

动力由齿轮1输入，使轴A连续回转;

而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构使冲头4上下运动，以达到冲压的目的。

试绘出其机构运动简图〔各尺寸由图上量取〕，分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。

解1）选取适当比例尺μl，绘制机构运动简图（见图b）

2）分析是否能实现设计意图

pL=4pH=1

F=3n–〔2pl+ph–p’〕–F’

=3×

4+1–0）–0

机构有无确定运动？

无

能否实现设计意图？

不能

3）提出修改方案〔图c〕

b）μl=300mm/mm

c）

6计算图6所示平面机构的自由度，并指出复合铰链、局部自由度与虚约束，在进展高副低代后，分析机构级别。

解G处的滚子转动为局部自由度，即F’=1；

而虚约束p’=0，如此n=10，pl=13〔D处为复合铰链〕，ph=2，于是由式〔1.2〕得

10–（2×

13+2–0）–1=1

Ⅱ级机构

图6

7求图7所示机构的自由度，并在图中标明构件号，说明运动副的数目与其所在位置，最后分析机构为几级机构。

解B处的滚子转动为局部自由度，即F’=1；

而虚约束p’=0，如此n=7，pl=9〔O,B,C处为复合铰链〕，ph=1，于是由式〔1.2〕得

7–（2×

9+1–0）–1=1

Ⅲ级机构

图7

9.试计算图9所示凸轮——连杆组合机构的自由度。

解由图1可知，B,E两处的滚子转动为局部自由度，即F’=2；

而虚约束p’=0，如此n=7，pl=8〔C,F处虽各有两处接触，但都各算一个移动副〕，ph=2，于是由式〔1.2〕得

7–（2×

8+2–0）–2=1

这里应注意：

该机构在D处虽存在轨迹重合的问题，但由于D处相铰接的双滑块为一个Ⅱ级杆组，未引入约束，故机构不存在虚约束。

如果将相铰接的双滑块改为相固联的十字滑块时，该机构就存在一个虚约束或变成含有一个公共约束m=4的闭环机构了。

图9

11试计算图11所示机构的自由度，假如有复合铰链、局部自由度或虚约束时，应予以指出，并进展高副低代，确定该机构的级别。

而虚约束p’=0，如此n=9，pl=12〔E处为复合铰链〕，ph=1，于是由式〔1.2〕得

9–（2×

12+1–0）–1=1

图11

12判别图12所示机构的运动是否确定，为什么？

对该机构进展高副低代，拆组分析，并确定机构的级别。

解E处的滚子转动为局部自由度，即F’=1；

而虚约束p’=0，如此n=6，pl=7，ph=1，于是由式〔1.2〕得

6–（2×

7+1–0）–1=2

机构运动确定，为Ⅱ级机构。

131〕按传动顺序用数字1、2、3…在图示机构上给构件编号。

2〕计算自由度，并判断机构有无确定运动：

在图中指明：

复合铰链、局部自由度和虚约束

n=10pL=14pH=1

=1F'

10－（2×

14＋1－1）－1=1

机构原动件数目＝1

机构有无确定运动？

14传动顺序用数字1、2、3…在图示机构上给构件编号。

2〕计算自由度，并判断有无确定运动：

在图中指明复合铰链、局部自由度和虚约束

n=9pl=13ph=0

13+0）–0=1

有。

3〕杆组拆分，并判断机构级别：

〔从远离原动件的方向开始拆分〕

可见，该机构为Ⅱ级机构。

15按传动顺序用数字1、2、3…在图示机构上给构件编号。

请在图中指明：

复合铰链、局部自由度和虚约束

n=7pL=10pH=0

F=3n–〔2pl+ph–p’〕–F

10+0–0）–0=1

机构原动件数目＝1机构有无确定运动？

有

〔从远离原动件的方向开始拆分〕