第6章平面机构的运动简图及自由度.ppt

6.3.3 计算平面机构自由度时应注意的问题 1．复合铰链 两个以上构件在同一处以转动副相连接，所构成的运动副称为复合铰链，如图6-12（a），为三个构件在A处构成复合铰链。由其侧视图6-12（b）可知，此三构件共组成两个共轴线的转动副。因此，由K个构件组成复合铰链时，则组成 (K-1)个共轴线的转动副，即此处的转动副数为(K-1)个。 （a） （b） （a） （b） 图6-12 复合铰链 图6-13 局部自由度 2．局部自由度 机构中若某些构件所具有的自由度仅与其自身的局部运动有关，并不影响其它构件的运动，则这种自由度称为局部自由度。在计算机构自由度时，可预先排除。如图6-13（a）所示的平面凸轮机构中，为了减少高副接触处的磨损，在从动件上安装一个滚子3，使其与凸轮轮廓线滚动接触。显然，滚子绕其自身轴线转动并不影响凸轮与从动件间的相对运动，因此，滚子绕其自身轴线的转动为机构的局部自由度，在计算机构的自由度时，应预先将转动副C除去不计，或如图6-13（b）所示，设想将滚子3与从动件2固联在一起作为一个构件来考虑。 这样在机构中， ， ， ，其自由度为 。即此凸轮 机构中只有一个自由度。 3．虚约束 机构中某些运动副或某些运动副与构件的组合所形成的约束，与其他约束重复而对机构的运动不再起约束作用，则这种对机构运动不起约束作用的约束称为虚约束。在计算机构自由度时，应将虚约束除去不计。 平面机构中的虚约束常出现在下列场合： （1）两个构件之间组成多个导路平行的移动副时，只有一个移动副起作用，其余都是虚约束。如图6-14所示，缝纫机引线机构中，装针杆3在A、B处分别与机架组成导路重合的移动副。计算机构自由度时只能算一个移动副，另一个为虚约束。 图6-14 导路重合的虚约束 图6-15 轴线重合的虚约束 图6-16 对称结构的虚约束 （2）两个构件之间组成多个轴线重合的回转副时，只有一个回转副起作用，其余都是虚约束。如图6-15所示，两个轴承支撑一根轴，只能看作一个回转副。 （3）机构中对传递运动不起独立作用的对称部分，也为虚约束。如图6-16所示的轮系中，中心轮经过两个对称布置的小齿轮2和2’驱动内齿轮3，其中有一个小齿轮对传递运动不起独立作用。但由于第二个小齿轮的加入，使机构增加了一个虚约束。应当注意，对于虚约束，从机构的运动观点来看是多余的，但从增强构件刚度，改善机构受力状况等方面来看，都是必须的。 综上所述，在计算平面机构自由度时，必须考虑是否存在复合铰链、局部自由度、虚约束等特殊情况，并应将局部自由度和虚约束除去不计，才能得到正确的结果。 例6-4 试计算图6-17中，发动机配气机构的自由度。 图6-17 发电机配气机构 解：此机构中， ， 为导路重合的两移动副， 处的滚子为局部自由度。 ， ，其自由度为： 其中一个是虚约束； 除去虚约束及局部自由度后，该机构则有 例6-5 试计算图6-18（a）所示的大筛机构的自由度，并判断它是否有确定的运动。 （b） 图6-18 大筛机构 （a） 解：该机构中杆2、3、5在C处为复合铰链，滚子9为局部自由度，可将滚子9与活塞4视为一体；活塞4与缸体8（机架）在E、E`两处形成导路平行的移动副，其中一个为虚约束除去，弹簧10对运动不起限制作用，可略去。经以上处理后得机构运运简图如图（b）所示，其中 ， ， ，该机构的自由度为: 因为机构有两个原动件，其自由度等于2，所以具有确定的运动。 本章要点 1．两构件之间直接接触并能作相对运动的可动连接为运动副。运动副分类如下： 2．机构运动简图：为了突出和运动有关的因素，注意保留与运动有关的外形，仅用规定的符号来代表构件和运动副。 3．计算平面机构自由度的公式： ，式中， 为平面机构的自由度数， 为机构中的 为机构中的低副数目、 为机构中 活动构件数、 的高副数目。 4．机构具有确定运动的条件是：机构自由度必须大于零、且原动件数与其自由度必须相等。 5．在计算平面机构自由度时，必须考虑是否存在复合铰链、局部自由度、虚约束等特殊情况，并应将局部自由度和虚约束除去不计，才能得到正确的结果。 第6章 平面机构的运动简图及自由度 机构由构件组成，各构件之间具有确定的相对运动。然而，把构件任意拼凑起来不一定能运动；即使能够运动，也不一定具有确定的相对运动。那么构件应如何组合才能运动？在什么条件下才具有确定的相对运动？这对分析现有机构或创新机构很重要。 所有构件