0022013機構自由度計算試題答案

1、一、填空題1. 平而運動副的最大約束數(shù)為 2，最小約束數(shù)為。2. 平面機構中若引入一個高副將帶入丄個約朿,而引入一個低副將帶入2_個約朿。平而機構中約束數(shù)與自由度數(shù)的關系是一約束數(shù)+自由度數(shù)=3一3. 在機器中，零件是_最小制造的單元,構件是_ 最小運動的單元。4. 點或線接觸的運動副稱為高副,如 齒輪副、凸輪副 等。5. 機器中的構件可以是單一的零件，也可以是由裝配成的剛性結構。6. 衛(wèi)_個構件相互接觸形成的具有確泄相對運動的一種聯(lián)接稱為運動副。7. 而接觸的運動副稱為低副,如轉(zhuǎn)動副、移動副等。8. 把兩個以上的構件通過運動副的聯(lián)接而構成的相對可動的系統(tǒng)稱為是運動鏈,若運動鏈 的齊構件構成了

2、首末封閉的系統(tǒng)稱為閉鏈，若運動鏈的構件未構成首末封閉的系統(tǒng) 稱為 開鏈。9. 平而機構是指組成機構的各個構件均在運動。10. 在平而機構中，平面低副提供2個約束,平而髙副提供 1個約朿。11. 機構具有確立運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目稱為機構的自由度。12. 機構具有確崖運動的條件是_機構的原動件數(shù)等于自由度數(shù) 。二、簡答題1. 機構具有確定運動的條件是什么？答：1要有原動件；2.自由度大于0： 3.原動件個數(shù)等于自由度數(shù)。2. 何謂復合較鏈、局部自由度和虛約朿在計算機構自由度時應如何處理答：復合較鏈是三個或更多個構件組成兩個或更多個共軸線的轉(zhuǎn)動副。在有些機構中，其某些構件所能產(chǎn)生的局

3、部運動并不影響英他構件的運動，我們把這些構件所能產(chǎn)生的這種局部運動的自由度稱為局部自由度，虛約束是在機構中與英他約朿重復而不起限制運動作用的約束。在汁算機構自由度時.K個構件匯交而成的復合狡鏈應具有（K-1）個轉(zhuǎn)動副，同時應將機構 中的局部自由度、虛約束除去不計。三、計算題1.試il算圖1所示凸輪一一連桿組合機構的自由度。解 由圖 la 可知，F(xiàn)=3n-(2pi+ph-p)-F=3x5 - (2x7+0 - 0)-0=1 由圖 lb 可知，F(xiàn)=3n- (2pi+ph-p)-F = 3x4-(2x6+0-0)-0=0 由圖 lc 可知，F(xiàn)=3n- (2pi+ph-p，) -F = 3x3-(2x

4、4+0-0)-0= 1圖1 5.試計算圖2所示的壓床機構的自由度。 解由圖2可知，該機構存在重復結構部分， 故存在虛約束。實際上，從傳遞運動的獨立性 來看，有機構ABCDE就可以了，而其余部分 為亟復部分，則引入了虛約束。直接由圖2知，n=14, pl=22 (其中C, C”， C，均為復合較鏈)，ph=0, p =3, F =0, 由式()得F=3n - (2pl + ph - pO - F =3X14 - (2X22+0 - 3) - 0=1這里重復部分所引入的虛約束數(shù)目P'可根據(jù) 該重復部分中的構件數(shù)目低副數(shù)目pH 和高副數(shù)目PIV來確定，即P =2pr +ph - 3"

5、;=2X15 - () - 3X9=3計算機構中的虛約束的數(shù)目在實際工程中是很有意義的，但就計算機構自由度而言，此類 型題用前一種解法顯得更省事。10試計算圖10所示機構的自由度。解n=5, pl=7 (B處為復合較鏈)，ph=0,則 F=3n - 2pl - ph = 3X5 一 2X7 - 0=1試畫出圖示平面機構的機構示意圖，并計算自由度（步驟：1）列出完整公式，2）帶入數(shù) 據(jù)，3）寫出結果）。其中：圖a）唧筒機構一一用于水井的半自動汲水機構。圖中水管4直通水下，當使用者來回擺動 手柄2時，活塞3將上下移動，從而汲出井水。解：自由度計算：n= 3pL= 4 pH=（）p*=00F= 3n

6、 - （2pl + ph - p7） -=3X3 - （2X4+0 -0）-0=1畫出機構示意圖：觀察方向圖b）縫紉機針桿機構 原動件1繞較鏈A作整周轉(zhuǎn)動，使得滑塊2沿滑槽滑動，同時針桿 作上下移動，完成縫線動作。解：自由度計算：n= 3pL= 4 pH= 0p*= 0F*=0F= 3n(2pl+php)一F= 3X3-(2X4+0-0)-0= 1畫出機構示意圖：試繪出圖a）所示偏心回轉(zhuǎn)油泵機構的運動簡圖（各部分尺寸由圖中直接量取）。圖中偏心輪1 繞固定軸心A轉(zhuǎn)動，外環(huán)2上的葉片a在可繞軸心c轉(zhuǎn)動的圓柱3中滑動，將低壓油從右 湍吸入，高壓油從左端排出。解：1）選取適當比例尺U1,繪制機構運動簡

7、圖（見圖b）2）分析機構是否具有確定運動n= 3pL= 4 pH= 0p*= 0 F= 0F=3n-（2pl+ph-p/ ）-Fz= 3X3（2X4+0-0）-0= 1機構原動件數(shù)目=1 ,機構有無確定運動？彳想一想：通過對本油泵機構運動簡圖的繪制，你對機構運2Z?) P /=1 mm/mm8在圖8所示的運動鏈中，標上圓弧箭頭的構件 為原動件。已知1AB=1CD, 1AF=1DE, 1BC=IAD=IFE.試求出該運動鏈的自由度數(shù)目。 解 虛約束p'=l（EF桿帶入一個虛約束），則1匸7, pl=10, ph=O, F，=1；于是由式（）得F=3n - （2pl + ph - p，）-

8、 F' =3X7- （2 X10-1） -0-0=2I認識?圖8圖a所示為一具有急回作用的沖床。圖中繞固定軸心A轉(zhuǎn)動的菱形盤1為原動件，其與滑 塊2在B點較接，通過滑塊2推動撥叉3繞固定軸心C轉(zhuǎn)動，而撥叉3與圓盤4為同一構件。當圓盤4轉(zhuǎn)動時，通過連桿5使沖頭6實現(xiàn)沖壓運動。試繪制其機構運動簡圖，并計 算自由度。解：1）選取適當比例尺Ph繪制機構運動簡圖（見圖b）2）分析機構是否具有確定運動n= 5pL= 7pH= 0pJ3X5-(2X7+0-0)-0機構原動件數(shù)目=1機構有無確定運動有確定運動F=3n(2pl+phpz )Fz =2圖a）所示為一簡易沖床的初擬設訃方案。設計者的思路是：

9、動力由齒輪1輸入，使軸A 連續(xù)回轉(zhuǎn);而固裝在軸A上的凸輪2與杠桿3組成的凸輪機構使沖頭4上下運動，以達到?jīng)_ 壓的目的。試繪出其機構運動簡圖（各尺寸由圖上量?。?，分析是否能實現(xiàn)設計意圖，并提 出修改方案。解1）選取適當比例尺g 繪制機構運動簡圖（見圖b）2）分析是否能實現(xiàn)設計意圖n= 3Pi= 4pi i=1p=（） F=0F= 3n _ （2匹十 ）_F=3x3-（2x4+1 -0）-0= 0機構有無確立運動？無能否實現(xiàn)設計意圖？不能c)3）提出修改方案（圖c）6訃算圖6所示平而機構的自由度，并指岀復合較鏈、局部自由度及虛約朿，在進行髙副低 代后，分析機構級別。解G處的滾子轉(zhuǎn)動為局部自由度，即

10、F=l：而虛約束p'=0,則n=10, p(=13 (D處為復合 校鏈)，Ph=2,于是由式()得F=3n- (2pi + ph-pO -F = 3x10-(2x13+2-0)-1=1II級機構F7求圖7所示機構的自由度，并在圖中標明構件號，說明運動副的數(shù)目及實所在位置，最后 分析機構為幾級機構。解B處的滾子轉(zhuǎn)動為局部自由度，即F=l；而虛約朿p=0,則n=7, p,=9 (O.B.C處為復 合狡鏈)，ph=l,于是由式()得F=3n- (2pi+ph p)-F = 3x7-(2x9+1 -0)-l = lIII級機構R圖79.試訃算圖9所示凸輪一一連桿組合機構的自由度。解 由圖1可知

11、，B,E兩處的滾子轉(zhuǎn)動為局部自由度，即F =2；而虛約束p'=0,則n=7, pi=8 (C,F處雖各有兩處接觸，但都各算一個移動副)，ph=2,于是由式()得F=3n- (2pi+ph-p)-F = 3x7-(2x8+2-0)-2=1這里應注意：該機構在D處雖存在軌跡重合的問題，但由于D處相錢接的雙滑塊為一 個II級桿組，未引入約束，故機構不存在虛約束。如果將相狡接的雙滑塊改為相固聯(lián)的十字 滑塊時，該機構就存在一個虛約束或變成含有一個公共約束n匸4的閉壞機構了。圖911試訃算圖11所示機構的自由度，若有復合較鏈、局部自由度或虛約束時，應予以指出， 并進行高副低代，確定該機構的級別。解

12、B處的滾子轉(zhuǎn)動為局部自由度，即F =l：而虛約束p'=0,則n=9, p,= 12 (E處為復合狡 鏈)，ph=l,于是由式()得F=3n- (2pI + ph-p，) -F = 3x9-(2xl2+l -0)-l=lIII級機構圖1112判別圖12所示機構的運動是否確立，為什么？對該機構進行高副低代，拆組分析，并確 定機構的級別。解E處的滾子轉(zhuǎn)動為局部自由度，即F=l：而虛約束p'=0,則n=6, pi=7, ph=b于是由 式()得F=3n - (2pi+ph-p)-F= 3x6-(2x7+1 - 0) -1=2機構運動確泄，為II級機構。131)按傳動順序用數(shù)字1、2. 3在圖示機構上給構件編號。2)計算自由度，并判斷機構有無確定運動：在圖中指明：復合鐵鏈、局部自由度和虛約朿n= 1() pi= 14 ph= 1p= 1 F= 1F=3一(21+處一/ )_F=3X10-(2X14+1-1)-!=1機構原動件數(shù)目= 114傳動順序用數(shù)字1、2、3在圖示機構上給構件編號。2）計算自由度，并判斷有無確泄運動：在圖中指明復合鐵鏈、局部自由度和虛約束n= 9/?=13丹=0d= 1 F= 0F= 3n- （2匹十pp'） -F= 3x9-（2x13+0 ）-0=1機構原動件數(shù)目= 1機構有無確主運動？W 3）桿組拆分，并判斷機構級