第一章平面机构的结构分析习题解答

发布 2019-07-08 20:28:15 阅读 1153

1.1 试画出图1.1(a)所示泵机构的机构运动简图,并计算其自由度。

【分析】在绘制机构运动简图时,首先必须搞清机构的组成及运动传递情况。在图示机构中,偏心盘1为原动件,其与机架4构成转动副a;构件1与带环的柱塞2构成转动副b(不管转动副外形尺寸大小如何,均系绕着它的转动中心回转,故均用在转动中心处的小圆圈来表示);构件2则在摆动盘3的槽中来回移动,构成移动副,其相对移动方向沿bc方向;构件3与机架4组成转动副c,其在摆动盘3的中心处。

解:根据上述分析,再选定一适当的比例尺和视图平面,并依次定出各转动副的位置和移动副导路的方位。就不难画出其机构运动简图,如图b所示。

由于该机构具有三个活动构件、三个转动副和一个移动副,没有高副,没有局部自由度和虚约束,故机构的自由度为。

f=3n-(2pl-ph)=3×3-(2×4) =1

【评注】 绘制机构运动简图时,不管机构多么复杂,从原动件开始循着运动的传递路径,搞清相接触的构件之间构成什么运动副及运动副的位置最为关键。

1.2 图1.2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输人,使轴a连续回转,而固装在轴a上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上、下运动以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图(尺寸按结构图画出即可),分析其运动是否能实现设计意图,并提出修改措施。

(ab)图1.1图1.2

【分析】该机构的机构运动简图如图1.3(a)所示。要分析其运动是否能实现设计意图,就要计算机构自由度,不难求出该机构自由度为零,即机构不能动。

要使该机构具有确定的运动,就要设法使其再增加一个自由度。

解:机构运动简图见图1.3(a)

自由度f=3n-(2pl+ph)=3×3-(2×4+1)=0

图1.3该简易机床设计方案的机构不能运动。

修改措施:1)在构件之间加一连杆及一个转动副(图(b)示);

2)在构件之间加一滑块及一个移动副(图(c)示);

3)在构件之间加一局部自由度滚子及一个平面高副(图。

d)示);修改措施还可以提出几种,如3杆可利用凸轮轮廓与推杆4接触推动4杆等。

【评注】 增加机构自由度的方法一般是在机构的恰当位置上添加一个。

构件(相当于增加3个自由度)和1个低副(相当于引人2个约束),如图(b)、(c)所示,这样就相当于给机构增加了一个自由度。用一个高副代替一个低副也可以增加机构的自由度,如图(d)。

1.3 计算图1.4示机构的自由度,并在图上标出复合铰链、局部自由度和虚约束。

分析】 c处为复合铰链;滚子转动副为局部自由度;偏心凸轮、滚子各有两处高副接触,各只计入一处;垂直移动杆导轨两处移动副只计入一处。

图1.4 解:f=3n-(2pl+ph)=

评注】 本题中局部自由度、复合铰链等运动副数目的计算都是计算自由度注意事项中点明的情况,只要掌握了这些基本内容就不易出错。

a)图1.5

1.4 试计算图1.5所示凸轮与连杆组合机构的自由度。

分析】 因有两个滚子,所以有两个局部自由度。构件3与机架8,构件5与机架8虽各有两处接触,但只能算作一个移动副。没有虚约束,故机构的自由度为。

解:f=3n-(2pl+ph- p’)-f’=3×7-(2×8+2-0)-2=1

如将d处结构改为如图(b)所示形式,即仅由两个移动副组成。注意,此时在该处将带来一个虚约束。因为构件和构件均组成移动副,均要限制构件6在图纸平面内转动,这两者是重复的,故其中有一个为虚约束。

f=3n-(2pl+ph- p’)-f’=3×6-(2×7+2-1)-2=1

评注】 上述两种结构的机构虽然自由度均为1,但在性能上却各有千秋;前者的结构较复杂,但没有虚约束,在运动中不容易产生卡涩现象;后者则相反,由于有一个虚约束,假如不能保证在运动过程中构件垂直,在运动中就会出现卡涩现象甚至卡死,对精度要求较高。

1.5 试确定图1.6(a)所示机构的自由度,并确定机构的级别。(以凸轮1为原动件)。

分析】机构共有8个活动件,10个低副(g是铰链数为2的复合铰链),两个高副,1个局部自由度,没有虚约数。要对该机构进行结构分析,必须将机构进行高副低代,化为图(b)所示的全低副机构。

解:(1)机构的自由度的计算。

f=3n-(2pl+ph- p’)-f’=3×8-(2×10+2-0)-1=1

2)机构级别的确定。

从远离原动件1处开始拆分基本杆组。首先拆出ii级杆组,注意由于g为复合铰链,故随杆组带走一个铰链g’后,该处还剩下一个铰链g” ,下一步只能拆出一个iii级杆组(因要再拆出ii级杆组的尝试均遭失败)。紧跟着又可再拆出另一个ii级杆组,剩下一个原动件和一个机架。

因杆组的最高级别为iii级,故该机构为**机构。

图1.6【评注】 对机构进行结构分析时,若是高副机构,应先进行高副低代。拆分机构时,从远离原动件处开始,且先以ii级基本杆组拆下考虑,不行再换为高一级基本杆组。

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