平面机构运动简图及自由度

一、平面机构运动简图

    机构各部分的相对运动只决定于各构件间组成的运动副类型（转动副、移动副和高副等）和各构件的运动尺寸（即确定各运动副相对位置的尺寸），而与构件的形状和外形尺寸等因素无关。所以，描述机构运茉理的图形，可以根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，再用规定的运动副的代表符号和代表构件的简单线条或几何图形将机构的运动情况表示出来，这种与实际机构位置相同或尺寸成比例绘出的简单图形称为机构运动简图。可以看出，机构运动简图是剔除了与运动关的因素而画出来的简图，最清楚地揭示了机构的运动特性。而设计机构，也就是要确定机构方案和与运动有关的尺寸，即设计机构运动简图。

    机构运动简图绘制的步骤和方法为：第一步：认清机架、输入构件和输出构件。第步：分清构件并编号。首先使主动件运动起来，然后从主动件开始，按构件是运动单元体的概念分清机构中有几个构件，并将构件（包括机架）按连接顺序编号为1，2，3，……。第三步：认清运动副类型并编号。根据两构件间的相对运动形态或运动副元素的形，认清运动副的类型并依次编号，如A、B、C、……。第四步：恰当地选择作图的投影平面。选择时应以能最简单、清楚地把机构的运动情况表示出来为原则。一般选机构中的多数构件的运动平面为投影面。第五步：以机架为参考坐标系，将主动件置于一个适当的位置，按比例定出各运动副的位置并画出各运动副的符号及注出编号。以机架为参考坐标系，就是可先定出机架上运动副的位置，并以此位置作为基准，画出机构中各构件相对于机架的位置关系，所以机架本身是否水平或倾斜是不必考虑的。将主动件置于适当位置的目的是使画出的机构运动简图清晰，就是代表构件的线条尽量不交叉、重叠。第六步：将同一构件的运动副用简单的线条连起来代表构件，并注出构件编号和示出原动件的转向箭头槐慊娉隽嘶构的运动简图。 二.面机构的自由度1．平面一般机构自由度的计算    其公式为：F=3n－2pl­－ph （1-1）    式（1-1）中,F为­­机构的自由度，n为机构中活动构件的数目， 为机构中低副的数目， 为机构中高副的数目。    为了使F计算正确，必须正确判断机构中n、 和 的数目，因此，应特别注意处理好下列三种情况：（1）要正确判定机构中构件的数目和运动副的数目    构件是机构中的运动单元体，所以，不论构件的结构如何复杂，只要是同一个运动单元体，它就是一个构件。    对于运动副数目的确定，应注意复合铰链的存在，即当m (m>2 )个构件同在一处以转动副联接时，则构成复合铰链，其转动副数应为（m-1）个。（2）要除去局部自由度    局部自由度是在有些机构中某些构件所产生的不影响机构其他构件运动的局部运动的自由度。在计算机构的自由度时，应将机构中的局部自由度除去不计（例如认为凸轮机构中从动件的滚子与从动件相固结）。（3）要除去虚约束    虚约束是机构中某些对机构的运动实际上不起约束作用的约束。在大多数情况下，虚约束用来改善机构的受力状况，但虚约束的存在总是使机构自由度的名义数目降低，因此，在计算构沟淖杂啥仁保应将引入虚约束的运动副和构件除去不计，以达到正确计算机构自由度的目的。虚约束常出现在下列场合：（1）当两构件在几处接触而构成移动副，且各接触处两构件相对移动的方向彼此平行，或者两构件在几处配合而构成转动副，且转动轴线重合时，这种情况下都只算一个低副（其余低副处的约束可以认为是虚约束）。（2）当两构件在几处接触而构成平面高副时，若各接触点处的公法线重合，应视为一个高副；若各接触点处的公法线不相重合，这时各接触点处提供的约束已不再是同一约束，例如若两构件在两呓哟ザ形成平面高副，两个接触点处公法线方向并不彼此重合，而是相交或平行，则应算作两个平面高副或相当于一个平面低副。（3）机构中传递运动不起独立作用的对称部分。总之，在计算机构的自由度时，先要正确分析并明确指出机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束，并将局部自由度和虚约束除去不计，再利用式（1-1）来计算机构的自由度。最后还应检验计算得到的自由度是否与机构中原动件的数目相等。2. 移动副平面机构自由度的计算对于仅有移动副组成的平面机构，由于每一个构件不存在转动⒃硕，只有移动运动，所以每一个没有装配起来的构件的自由度为2，因此，纯移动副平面机构自由度的计算不能用式（1-1）。可用下面的公式计算全移动副平面机构的自由度：F=2n－2pl­（1-2）    式（1-2）中, 为机构中活动构件的数目， 为机构中移动副的数目。