当前课程知识点:机械原理 > 第二章 平面机构的结构分析 > 2.5计算平面机构自由度时应注意事项 > 2.5.2局部自由度
接下来 我们讨论局部自由度
什么是局部自由度
我们来看一下它的定义描述
某些构件具有的只影响自身局部运动的
而不影响其它构件运动的自由度
我们称为局部自由度
局部自由度经常发生在
我们需要将滑动摩擦变为滚动摩擦的情况
它的最典型的应用
就是这样的机构
滚子凸轮机构
在这个机构中
下面这个构件是凸轮
上面这根杆是推杆
我们需要把凸轮的回转运动
转化成推杆的直线往复运动
我们知道凸轮机构中
推杆和凸轮之间是形成了高副
而高副是点接触
它之间既有绕接触点的相对转动
也有沿接触点切向的滑动
那么沿切向的滑动会导致
高副连接的这两个构件之间形成滑动摩擦
那么为了减小这种摩擦
人们在设计这个机构的时候
会在杆的末端加装一个圆滚子
这个滚子和这根杆之间
通过一个转动副连接
而这个滚子和凸轮之间仍然是高副
那么这样的机构
在滚子这个局部
当凸轮和推杆都不再运动的情况下
滚子仍然能绕着自身的中心回转
也就是说这个滚子的回转运动
不会影响凸轮和推杆它的运动传递
它只存在于局部
只影响自己
那么我们把这样的存在的自由度
称为局部自由度
如果我们按照实际的结构
来计算整个机构的自由度
有凸轮 推杆和滚子三个活动构件
凸轮和机架存在一个转动副连接
推杆和机架是移动副的连接
而推杆和滚子之间也是一个转动副连接
那么就有两个转动副加一个移动副
形成三个低副
滚子和凸轮形成一个高副
我们把这三个参数带入自由度计算公式
可以得到机构的自由度等于2
按照运动确定性条件
这个机构的自由度等于2
我们需要加两个独立的输入
机构的运动才能确定
而事实上
我们在使用这样的凸轮机构的时候
只会给凸轮加一个独立的运动输入
而并不需要给滚子也加一个运动输入
因为滚子 转与不转
对凸轮到推杆的运动变换
不会造成影响
所以滚子只是一个局部自由度
从这个角度来说
自由度等于2似乎是正确的
但是从机构设计的角度
我们要用这个机构来实现
凸轮到推杆的运动变换
如果我们按自由度等于2来进行设计
显然是不合理的
所以从机构设计和机构分析的角度
我们需要去除这样的局部自由度
我们认为这样的计算结果是不正确的
我们看一下机构的实际运动
给凸轮一个回转运动的输入
那么推杆的运动就唯一确定了
那么这样的局部自由度
我们在计算自由度的时候
如何去识别和处理呢
从识别的角度
我们只需要注意
第一 它应该是一个圆滚子
滚子中心和一根杆形成转动副连接
第二 滚子和另外一个构件形成高副连接
如果满足这样的一个结构
那么它就存在一个局部自由度
这是我们的识别方法
那么识别出局部自由度之后
我们如何在计算的过程中
处理这个局部自由度
而得到正确指导我们设计的结果呢
一种简便的方法
既然这个滚子的自由度是局部自由度
它不影响其它构件的运动
我们索性将这个滚子和这根杆之间直接刚连
刚连的结果
会减少一个活动构件
也会减少一个低副
然后我们把这样的
简图中的得到的活动构件数
低副数和高副数带入自由度计算公式
可以得到自由度等于1的结果
它正确地反映了凸轮机构的自由度
我们也可以用另外一种处理方法
不进行刚化固定
照左边的这个图去计算
但是需要注意
我们算出的结果中
包含了一个局部自由度
既然这个自由度对我们的设计没有用
那么我们就要从计算结果中
去除这个局部自由度
我们只需要再算出的自由度结果中
减掉局部自由度数目
就可以得到正确的机构自由度
好的 局部自由度
我们就介绍到这里
谢谢大家
-1.1 概述
--1.1 概述
-1.2 课程研究的对象及内容
-1.3 学习的目的和意义
-1.4 课程学习的方法和要点
-第一章 绪论--1.4 课程学习的方法和要点
-2.1机构结构分析
-2.2 机构的组成和分类
-2.3机构运动简图
-2.4机构自由度的计算
-2.5计算平面机构自由度时应注意事项
--2.5.3虚约束
-2.6平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
-2.6平面机构的组成原理、结构分类及结构分析--作业
-3.1机构运动分析的目的和方法
-3.2用瞬心法作机构的运动分析
-3.3用图解法作机构的运动分析
-3.4 瞬心法和矢量方程图解法的综合应用
-3.4 瞬心法和矢量方程图解法的综合应用--作业
-4.1 平面连杆机构的特点及应用
-4.2 平面四杆机构的类型和应用
-4.3平面四杆机构的一些基本知识
-4.4平面四杆机构的设计
-4.4平面四杆机构的设计--作业
-5.1 凸轮机构的应用和分类
-5.2 推杆的运动规律
-5.3 凸轮轮廓曲线设计
-5.4 凸轮机构基本尺寸的确定
-5.4 凸轮机构基本尺寸的确定--作业
-6.1 齿轮机构的特点及类型
-6.2 齿轮的齿廓曲线
-6.3 渐开线齿廓及其啮合特点
-6.4 渐开线标准齿轮各部分的名称和尺寸
-6.5渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动
-6.6渐开线齿廓的切制原理与根切现象
-6.7变位齿轮概述
-6.8斜齿圆柱齿轮传动
-6.9直齿锥齿轮传动
-6.10蜗杆传动
--6.10蜗杆传动
-6.10蜗杆传动--作业
-7.1齿轮系及其分类
-7.2定轴轮系的传动比
-7.3周转轮系的传动比
-7.4复合轮系的传动比
-7.5轮系的功能
-7.5轮系的功能--作业
-8.1概述
--8.1概述
-8.2 机械的运动方程式
-8.3 稳定运转状态下的机械的周期性速度波动及其调节
-8.3 稳定运转状态下的机械的周期性速度波动及其调节--作业