《机械设计基础》课件第3章.ppt

例3-2试计算图3-10所示直线机构的自由度。解：此机构B、C、D、F四处都是由3个构件组成的复合铰链，各具有两个转动副。故n=7，pL=10，pH=0,由式(3-1)得F=3n－2pL－pH=3×7－2×10－0=12.局部自由度在如图3-11(a)所示的凸轮机构中，凸轮1是原动件，滚子3和推杆2是从动件。凸轮机构的功用是使推杆2获得预期的输出运动，因此推杆2是从动件中的输出构件，而滚子3只是为了减小磨损而加入的从动件。可以看出，圆形滚子3绕其自身轴心的自由转动丝毫不影响输出件的运动。这种机构中个别构件所具有的，不影响其他构件运动，并和整个机构运动无关的自由度，称为局部自由度，在计算机构自由度时应将它除去不计。图3-10直线机构图3-11局部自由度滚子是平面机构中局部自由度最常见的形式。为了防止计算差错，在计算自由度时，可以设想滚子与安装滚子的构件焊成一体(如图3-11(b)所示)，预先排除局部自由度，然后进行计算。3.虚约束机构的运动不仅与构件及运动副的数量和性质有关，而且与转动副间的距离、移动副导路的方向、高副曲率中心的位置等几何条件密切相关。但是，式(3-1)并没有考虑几何条件的影响。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。虚约束通常出现在以下几种情况中。(1)当不同构件上两点间的距离保持恒定时，若在两点间加上一个构件和两个转动副，虽不改变机构运动，但却引入一个虚约束。如图3-12(b)所示的蒸汽机车的车轮联动机构中，lAB=lCD=lEF、lAD=lBC、lBE=lAF，按活动构件n=4，pL=6计算，F=3n－2pL－pH=3×4－2×6－0=0，表明机构不能运动，这显然与实际情况不符。因为当该机构运动时，动点E与机架上的点F之间的距离始终保持不变，用构件EF及两个转动副将E、F联接，其形成的约束并不影响该机构的运动，故为虚约束。计算自由度时应解除点E、F之间引入的虚约束，如图3-12(c)所示，即F=3n－2pL－pH=3×3－2×4－0=1，这样则与实际相符。图3-12车轮联动机构(2)在下列情况下只有一个运动副起作用，其余运动副均为虚约束：两构件构成多个转动副且其轴线互相重合(如图3-13(a)中齿轮3上面的两个转动副)；两构件构成多个移动副且其导路互相平行(如图3-13(b)中构件4与机架1间的两个移动副)；构成高副两元素的公法线重合(如图3-13(c)中构件2、3间的两个高副D、Ｄ′)。(3)在机构中，不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为虚约束。如图3-14所示的周转轮系中，为了受力均衡而采用三个行星轮对称布置，从传递运动的角度来看，只需一个行星轮2即可，行星轮2′、2″引入的约束为虚约束。图3-13两构件组成多个运动副时引入的虚约束图3-14对称结构引入的虚约束在实际机构中，虚约束虽然不影响机构的运动，但可增加构件的刚性，改善其受力状况，或保证机构顺利通过某些特殊位置等，因而在结构设计中被广泛使用。必须指出，只有在特定的几何条件下才能构成虚约束，如果加工误差过大，满足不了这些特定的几何条件(如两构件组成两个移动副而导路不平行、两构件组成两个转动副而轴线不重合，或如图3-12(b)中BE≠AF等)，虚约束就会成为实际约束，从而使机构失去运动的可能性。计算机构自由度时，应仔细分析机构中是否存在虚约束，如有,则应先去除虚约束再进行计算。例3-3试计算图3-15(a)、(b)所示机构的自由度。解：(1)在图3-15(a)所示机构中，B和B′处为局部自由度，G′(或G)为虚约束，除去局部自由度和虚约束，则n=7，pL=8，pH=4，因此自由度为F=3n－2pL－pH=3×7－2×8－4=1(2)在图3-15(b)所示机构中，G处为局部自由度，D点是三个构件相铰接的复合铰链，考虑复合铰链并除去局部自由度，则n=9，pL=12，pH=2，因此自由度为F=3n－2pL－pH=3×9－2×12－2=1图3-15组合机构习题3-1什么叫运动副？平面高副、平面低副各有什么特点？3-2为什么要绘制机构运动简图？3-3平面机构具有确定运动的条件是什么？3-4计算机构自由度时，需要注意哪几个问题？3-5试绘出题3-5图所示机构的机构运动简图。3-6试确定题3-6图所列平面机构的自由度(图中绘有箭头的活动构件为原动件)。其中：(a)为推土机的推土机构；(b)为压力机工作