计算平面机构自由度时应注意的事项

计算平面机构自由度时应注意的事项

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/m0_66826043/article/details/143415428

在机械设计中，平面机构的自由度计算是一个基础且重要的概念。正确计算平面机构的自由度不仅有助于理解机构的运动特性，还能为机构的设计和优化提供理论依据。本文将详细介绍计算平面机构自由度时应注意的几个关键事项。

a. 正确计算运动副的数目

运动副是两个构件之间直接接触并能产生相对运动的连接方式。在计算平面机构自由度时，正确识别和计算运动副的数目至关重要。

(1) 注意复合铰链：

两个以上的构件在同一处以转动副连接就构成复合铰链。

(2) K个构件，K-1个转动副：

当K个构件通过转动副连接时，实际上只形成K-1个独立的转动副。

(3) 多导路重合或平行的移动副：

如果多个移动副的导路重合或平行，这些移动副可以看作一个移动副。

(4) 两构件——多处接触——多轴线重合的转动副：

如果两个构件在多处接触且接触点的轴线重合，这些转动副可以看作一个转动副。

(5) 两构件——多处接触——接触点处公法线重合的高副：

如果两个构件在多处接触且接触点的公法线重合，这些高副可以看作一个高副。

(6) 两构件——多处接触——接触点处公法线不重合的高副重合高副：

如果两个构件在多处接触且接触点的公法线不重合，这些高副可以看作两个高副或一个低副。

b. 去除局部自由度

局部自由度是指某些机构所产生的局部运动并不影响其他构件的运动。在计算自由度时，需要去除这些局部自由度。

(1) 定义：

在有些机构中，某些机构所产生的局部运动并不影响其他构件的运动，称这种局部运动的自由度为局部自由度。

(2) 计算：

将局部自由度减去。

(3) 作用：

滑动摩擦→滚动摩擦，减小磨损和摩擦。

c. 去除虚约束

虚约束是指在机构中某些约束条件实际上并不影响机构的运动，因此在计算自由度时需要去除这些虚约束。

Ⅰ 两构件运动轨迹重合的点

转动副连接：该转动副为虚约束——去掉该转动副及与转动副相连的一个构件。

Ⅱ 两运动构件上距离始终不变两点

双转动副连接：该双转动副为虚约束——去掉改双转动副及双转动副之间的连接件。

Ⅲ 机构重复部分

不影响运动传递：该重复部分为虚约束——去掉该重复部分。

Ⅳ 说明

1. 若结构中出现特殊几何关系，如平行且相等、对称、重复关系等，此时就需注意分析是否为虚约束。
2. 虚约束作用：改善机构受力情况，增加机构刚度。
3. 虚约束要求机构有较高的加工精度和装配精度；当达不到精度要求时，虚约束将成为有效约束，继而影响机构运动的可能性和灵活性。

通过以上分析，我们可以看到，在计算平面机构自由度时，不仅要正确识别和计算运动副的数目，还需要去除局部自由度和虚约束。这些注意事项对于准确计算机构自由度、理解机构运动特性以及进行机构设计都具有重要意义。