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机构设计之机构自由度的计算

自动设备开发过程中,经常涉及到机构的设计及计算,其中机构自由度的计算是需要掌握的基础知识之一,通过机构自由度我们知道:

(1)机器是否具有确定的运动。

如果机构具有确定运动的方式,那么机构的自由度=机构的原动件数目。

(2)机器确定运动的数量。

要学会简单的平面机构自由度(空间机构自由度暂不做讨论)的计算,

一、我们需要了解机构的相关术语

构件:具体确定运动的单元体。

机架:固定的构件。

原动件:具有独立运动的构件。

从动件:除了原动件之外的活动构件。

约束:对独立运动所加的限制称为约束。

自由度:构件独立运动的数目。

运动副:两构件直接相互接触,且可以产生相对运动的连接。

运动副可分为平面运动副空间运动副

平面运动副分为高副低副

空间运动副分为球面副螺旋副

运动副三要素点、线、面

低副:平面机构中两构件通过面接触,构成低副。

例如移动副转动副,引入1个自由度,2个约束数。

高副:平面机构中两构件通过点或线接触,构成高副。

例如凸轮高副齿轮高副,引入2个自由度,1个约束数。

二、理清楚单个构件自由度,以及约束和自由度的关系

(1)增加1个约束数,就减少1个自由度

(2)对于一个作平面运动的构件,仅有3个自由度(2个移动,1个转动)。

三、套用平面机构自由度的计算公式。

平面机构的自由度=构件的总自由度-低副约束数-高副约束数

即:F=3n-2PL-Ph

实例1:

活动构件数n=3,

低副数:移动副数目1个+转动副数目3个,

自由度F=3×n-2×PL-Ph

=3×3-2×4-0

=1

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