0022013機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算試題答案

1、一、填空題1. 平而運(yùn)動(dòng)副的最大約束數(shù)為 2，最小約束數(shù)為。2. 平面機(jī)構(gòu)中若引入一個(gè)高副將帶入丄個(gè)約朿,而引入一個(gè)低副將帶入2_個(gè)約朿。平而機(jī)構(gòu)中約束數(shù)與自由度數(shù)的關(guān)系是一約束數(shù)+自由度數(shù)=3一3. 在機(jī)器中，零件是_最小制造的單元,構(gòu)件是_ 最小運(yùn)動(dòng)的單元。4. 點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為高副,如 齒輪副、凸輪副 等。5. 機(jī)器中的構(gòu)件可以是單一的零件，也可以是由裝配成的剛性結(jié)構(gòu)。6. 衛(wèi)_個(gè)構(gòu)件相互接觸形成的具有確泄相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一種聯(lián)接稱為運(yùn)動(dòng)副。7. 而接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為低副,如轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副等。8. 把兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副的聯(lián)接而構(gòu)成的相對(duì)可動(dòng)的系統(tǒng)稱為是運(yùn)動(dòng)鏈,若運(yùn)動(dòng)鏈 的齊構(gòu)件構(gòu)成了

2、首末封閉的系統(tǒng)稱為閉鏈，若運(yùn)動(dòng)鏈的構(gòu)件未構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng) 稱為 開(kāi)鏈。9. 平而機(jī)構(gòu)是指組成機(jī)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件均在運(yùn)動(dòng)。10. 在平而機(jī)構(gòu)中，平面低副提供2個(gè)約束,平而髙副提供 1個(gè)約朿。11. 機(jī)構(gòu)具有確立運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度。12. 機(jī)構(gòu)具有確崖運(yùn)動(dòng)的條件是_機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)等于自由度數(shù) 。二、簡(jiǎn)答題1. 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是什么？答：1要有原動(dòng)件；2.自由度大于0： 3.原動(dòng)件個(gè)數(shù)等于自由度數(shù)。2. 何謂復(fù)合較鏈、局部自由度和虛約朿在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)如何處理答：復(fù)合較鏈?zhǔn)侨齻€(gè)或更多個(gè)構(gòu)件組成兩個(gè)或更多個(gè)共軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)副。在有些機(jī)構(gòu)中，其某些構(gòu)件所能產(chǎn)生的局

3、部運(yùn)動(dòng)并不影響英他構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，我們把這些構(gòu)件所能產(chǎn)生的這種局部運(yùn)動(dòng)的自由度稱為局部自由度，虛約束是在機(jī)構(gòu)中與英他約朿重復(fù)而不起限制運(yùn)動(dòng)作用的約束。在汁算機(jī)構(gòu)自由度時(shí).K個(gè)構(gòu)件匯交而成的復(fù)合狡鏈應(yīng)具有（K-1）個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，同時(shí)應(yīng)將機(jī)構(gòu) 中的局部自由度、虛約束除去不計(jì)。三、計(jì)算題1.試il算圖1所示凸輪一一連桿組合機(jī)構(gòu)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(jì)算圖2所示的壓床機(jī)構(gòu)的自由度。 解由圖2可知，該機(jī)構(gòu)存在重復(fù)結(jié)構(gòu)部分， 故存在虛約束。實(shí)際上，從傳遞運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性 來(lái)看，有機(jī)構(gòu)ABCDE就可以了，而其余部分 為亟復(fù)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(fù)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(fù)部分所引入的虛約束數(shù)目P'可根據(jù) 該重復(fù)部分中的構(gòu)件數(shù)目低副數(shù)目pH 和高副數(shù)目PIV來(lái)確定，即P =2pr +ph - 3"

5、;=2X15 - () - 3X9=3計(jì)算機(jī)構(gòu)中的虛約束的數(shù)目在實(shí)際工程中是很有意義的，但就計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度而言，此類 型題用前一種解法顯得更省事。10試計(jì)算圖10所示機(jī)構(gòu)的自由度。解n=5, pl=7 (B處為復(fù)合較鏈)，ph=0,則 F=3n - 2pl - ph = 3X5 一 2X7 - 0=1試畫(huà)出圖示平面機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)示意圖，并計(jì)算自由度（步驟：1）列出完整公式，2）帶入數(shù) 據(jù)，3）寫(xiě)出結(jié)果）。其中：圖a）唧筒機(jī)構(gòu)一一用于水井的半自動(dòng)汲水機(jī)構(gòu)。圖中水管4直通水下，當(dāng)使用者來(lái)回?cái)[動(dòng) 手柄2時(shí)，活塞3將上下移動(dòng)，從而汲出井水。解：自由度計(jì)算：n= 3pL= 4 pH=（）p*=00F= 3n

6、 - （2pl + ph - p7） -=3X3 - （2X4+0 -0）-0=1畫(huà)出機(jī)構(gòu)示意圖：觀察方向圖b）縫紉機(jī)針桿機(jī)構(gòu) 原動(dòng)件1繞較鏈A作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，使得滑塊2沿滑槽滑動(dòng)，同時(shí)針桿 作上下移動(dòng)，完成縫線動(dòng)作。解：自由度計(jì)算：n= 3pL= 4 pH= 0p*= 0F*=0F= 3n(2pl+php)一F= 3X3-(2X4+0-0)-0= 1畫(huà)出機(jī)構(gòu)示意圖：試?yán)L出圖a）所示偏心回轉(zhuǎn)油泵機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（各部分尺寸由圖中直接量?。D中偏心輪1 繞固定軸心A轉(zhuǎn)動(dòng)，外環(huán)2上的葉片a在可繞軸心c轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱3中滑動(dòng)，將低壓油從右 湍吸入，高壓油從左端排出。解：1）選取適當(dāng)比例尺U1,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)

7、圖（見(jiàn)圖b）2）分析機(jī)構(gòu)是否具有確定運(yùn)動(dòng)n= 3pL= 4 pH= 0p*= 0 F= 0F=3n-（2pl+ph-p/ ）-Fz= 3X3（2X4+0-0）-0= 1機(jī)構(gòu)原動(dòng)件數(shù)目=1 ,機(jī)構(gòu)有無(wú)確定運(yùn)動(dòng)？彳想一想：通過(guò)對(duì)本油泵機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制，你對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)2Z?) P /=1 mm/mm8在圖8所示的運(yùn)動(dòng)鏈中，標(biāo)上圓弧箭頭的構(gòu)件 為原動(dòng)件。已知1AB=1CD, 1AF=1DE, 1BC=IAD=IFE.試求出該運(yùn)動(dòng)鏈的自由度數(shù)目。 解 虛約束p'=l（EF桿帶入一個(gè)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(rèn)識(shí)?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(dòng)的菱形盤(pán)1為原動(dòng)件，其與滑 塊2在B點(diǎn)較接，通過(guò)滑塊2推動(dòng)撥叉3繞固定軸心C轉(zhuǎn)動(dòng)，而撥叉3與圓盤(pán)4為同一構(gòu)件。當(dāng)圓盤(pán)4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿5使沖頭6實(shí)現(xiàn)沖壓運(yùn)動(dòng)。試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并計(jì) 算自由度。解：1）選取適當(dāng)比例尺Ph繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖b）2）分析機(jī)構(gòu)是否具有確定運(yùn)動(dòng)n= 5pL= 7pH= 0pJ3X5-(2X7+0-0)-0機(jī)構(gòu)原動(dòng)件數(shù)目=1機(jī)構(gòu)有無(wú)確定運(yùn)動(dòng)有確定運(yùn)動(dòng)F=3n(2pl+phpz )Fz =2圖a）所示為一簡(jiǎn)易沖床的初擬設(shè)訃方案。設(shè)計(jì)者的思路是：

9、動(dòng)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(jī)構(gòu)使沖頭4上下運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到?jīng)_ 壓的目的。試?yán)L出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（各尺寸由圖上量取），分析是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，并提 出修改方案。解1）選取適當(dāng)比例尺g 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖b）2）分析是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖n= 3Pi= 4pi i=1p=（） F=0F= 3n _ （2匹十 ）_F=3x3-（2x4+1 -0）-0= 0機(jī)構(gòu)有無(wú)確立運(yùn)動(dòng)？無(wú)能否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖？不能c)3）提出修改方案（圖c）6訃算圖6所示平而機(jī)構(gòu)的自由度，并指岀復(fù)合較鏈、局部自由度及虛約朿，在進(jìn)行髙副低 代后，分析機(jī)構(gòu)級(jí)別。解G處的滾子轉(zhuǎn)動(dòng)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(fù)合 校鏈)，Ph=2,于是由式()得F=3n- (2pi + ph-pO -F = 3x10-(2x13+2-0)-1=1II級(jí)機(jī)構(gòu)F7求圖7所示機(jī)構(gòu)的自由度，并在圖中標(biāo)明構(gòu)件號(hào)，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目及實(shí)所在位置，最后 分析機(jī)構(gòu)為幾級(jí)機(jī)構(gòu)。解B處的滾子轉(zhuǎn)動(dòng)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(fù) 合狡鏈)，ph=l,于是由式()得F=3n- (2pi+ph p)-F = 3x7-(2x9+1 -0)-l = lIII級(jí)機(jī)構(gòu)R圖79.試訃算圖9所示凸輪一一連桿組合機(jī)構(gòu)的自由度。解 由圖1可知

11、，B,E兩處的滾子轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)移動(dòng)副)，ph=2,于是由式()得F=3n- (2pi+ph-p)-F = 3x7-(2x8+2-0)-2=1這里應(yīng)注意：該機(jī)構(gòu)在D處雖存在軌跡重合的問(wèn)題，但由于D處相錢(qián)接的雙滑塊為一 個(gè)II級(jí)桿組，未引入約束，故機(jī)構(gòu)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(shí)，該機(jī)構(gòu)就存在一個(gè)虛約束或變成含有一個(gè)公共約束n匸4的閉壞機(jī)構(gòu)了。圖911試訃算圖11所示機(jī)構(gòu)的自由度，若有復(fù)合較鏈、局部自由度或虛約束時(shí)，應(yīng)予以指出， 并進(jìn)行高副低代，確定該機(jī)構(gòu)的級(jí)別。解

12、B處的滾子轉(zhuǎn)動(dòng)為局部自由度，即F =l：而虛約束p'=0,則n=9, p,= 12 (E處為復(fù)合狡 鏈)，ph=l,于是由式()得F=3n- (2pI + ph-p，) -F = 3x9-(2xl2+l -0)-l=lIII級(jí)機(jī)構(gòu)圖1112判別圖12所示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是否確立，為什么？對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行高副低代，拆組分析，并確 定機(jī)構(gòu)的級(jí)別。解E處的滾子轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確泄，為II級(jí)機(jī)構(gòu)。131)按傳動(dòng)順序用數(shù)字1、2. 3在圖示機(jī)構(gòu)上給構(gòu)件編號(hào)。2)計(jì)算自由度，并判斷機(jī)構(gòu)有無(wú)確定運(yùn)動(dòng)：在圖中指明：復(fù)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(jī)構(gòu)原動(dòng)件數(shù)目= 114傳動(dòng)順序用數(shù)字1、2、3在圖示機(jī)構(gòu)上給構(gòu)件編號(hào)。2）計(jì)算自由度，并判斷有無(wú)確泄運(yùn)動(dòng)：在圖中指明復(fù)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(jī)構(gòu)原動(dòng)件數(shù)目= 1機(jī)構(gòu)有無(wú)確主運(yùn)動(dòng)？W 3）桿組拆分，并判斷機(jī)構(gòu)級(jí)