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题2-1 1图a所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输入,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(各尺寸由图上量取),分析是否能实现设计意图,并提出修改方案。解:1)取比例尺,绘制机构运动简图。(图2-1a)2)要分析是否能实现设计意图,首先要计算机构的自由度。尽管此机构有4个活动件,但齿轮1和凸轮2是固装在轴A上,只能作为一个活动件,故 原动件数不等于自由度数,此简易冲床不能运动,即不能实现设计意图。分析:因构件3、4与机架5和运动副B、C、D组成不能运动的刚性桁架。故需增加构件的自由度。3)提出修改方案:可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副,或用一个高副来代替一个低副。(1) 在构件3、4之间加一连杆及一个转动副(图2-1b)。(2) 在构件3、4之间加一滑块及一个移动副(图2-1c)。(3) 在构件3、4之间加一滚子(局部自由度)及一个平面高副(图2-1d)。讨论:增加机构自由度的方法一般是在适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(相当于引入2个约束),如图2-1(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自由度,如图2-1(d)所示。2-14 图a所示是为高位截肢的人所设计的一种假肢膝关节机构,该机构能保持人行走的稳定性。若以颈骨1为机架,试绘制其机构运动简图和计算其自由度,并作出大腿弯曲90度时的机构运动简图。解:1)取比例尺,绘制机构运动简图。大腿弯曲90度时的机构运动简图如虚线所示。(如图2-5所示)2) 2-15使绘制图a所示仿人手型机械手的食指机构的机构运动简图(以手指8作为相对固定的机架),并计算其自由度。解:1)取比例尺,绘制机构运动简图。(如图2-4所示)2) 题2-16图ABCD齿轮a)ABCFKDEILJMc)ABCD1234567d)ABCDEFb)2-16. 试计算图示各机构的自由度。图a、d为齿轮连杆组合机构;图b为凸轮连杆组合机构(图中在D处为铰接在一起的两个滑块);图c为一精压机机构。并问在图d所示机构中,齿轮3、5和齿条7与齿轮5的啮合高副所提供的约束数目是否相同?为什么?解a) 分析:A为复合铰链,不存在局部自由度和虚约束。F=3n-(2pL+pH)=34-(25+1)=1或F=3n-(2pL+pH-p)-F=34-(25+1-0)-0=1b) 分析:B、E为局部自由度。F=3n-(2pL+pH)=35-(26+2)=1或F=3n-(2pL+pH-p)-F=37-(28+2-0)-2=1注意:该机构在D处虽存在轨迹重合的问题,但由于D处相铰接的双滑块为一个级杆组,未引入约束,故机构不存在虚约束。如果将相铰接的双滑块改为相固联的十字滑块,则该机构就存在一个虚约束。c) 分析:该机构存在重复结构部分,故存在虚约束。实际上,从传递运动的独立性来看,有机构ABCDE就可以了,而其余部分为重复部分,则引入了虚约束。F=3n-(2pL+pH)=35-(27+0)=1或F=3n-(2pL+pH-p)-F=311-(217+0-2)-0=1d) 分析:A、B、C为复合铰链;D处高副的数目为2。不存在局部自由度和虚约束。 F=3n-(2pL+pH)=36-(27+3)=1或F=3n-(2pL+pH-p)-F=36-(27+3-0)-0=1齿轮3与5的中心距受到约束,轮齿两侧齿廓只有一侧接触,另一侧存在间隙,故齿轮高副提供一个约束。齿条7与齿轮5的中心距没有受到约束,两齿轮的中心可以彼此靠近,使轮齿两侧齿廓均接触,因轮齿两侧接触点处的法线方向并不重合,故齿轮高副提供两个约束。2-18图示为一刹车机构。刹车时,操作杆1向右拉,通过构件2、3、4、5、6使两闸瓦刹住车轮。试计算机构的自由度,并就刹车过程说明此机构自由度的变化情况。(注:车轮不属于刹车机构中的构件。)解:1)未刹车时,刹车机构的自由度 2)闸瓦G、J之一刹紧车轮时,刹车机构的自由度 3)闸瓦G、J同时刹紧车轮时,刹车机构的自由度 2-20试绘制图a所示凸轮驱动式四缸活塞空气压缩机的机构运动简图。并计算其机构的自由度(图中凸轮1原动件,当其转动时,分别推动装于四个活塞上A、B、C、D处的滚子,使活塞在相应得气缸内往复运动。图上AB=BC=CD=AD)。解:1)取比例尺,绘制机构运动简图。(如图2-7(b)所示)2) 此机构由1个凸轮、4个滚子、4个连杆、4个活塞和机架组成。凸轮与4个滚子组成高副,4个连杆、4个滚子和4个活塞分别在A、B、C、D处组成三副复合铰链。4个活塞与4个缸(机架)均组成移动副。解法一: 虚约束:因为,4和5,6和7、8和9为不影响机构传递运动的重复部分,与连杆10、11、12、13所带入的约束为虚约束。机构可简化为图2-7(b)重复部分中的构件数 低副数 高副数 局部自由度局部自由度 解法二:如图2-7(b)局部自由度 2-21图示为一收放式折叠支架机构。该支架中的件1和5分别用木螺钉联接于固定台板1和活动台板5上,两者在D处铰接,使活动台板能相对于固定台板转动。又通过件1、2、3、4组成的铰链四杆机构及连杆3上E点处销子与件5上的连杆曲线槽组成的销槽联接使活动台板实现收放动作。在图示位置时,虽在活动台板上放有较重的重物,活动台板也不会自动收起,必须沿箭头方向推动件2,使铰链B、D重合时,活动台板才可收起(如图中双点划线所示)。现已知机构尺寸lAB=lAD=90mm,lBC=lCD=25mm,试绘制机构的运动简图,并计算其自由度。解:1)取比例尺,绘制机构运动简图。(如图2-11所示)2) E处为销槽副,销槽两接触点公法线重合,只能算作一个高副。 2-23 2-24与下一题差不多
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