题目
图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,将使冲头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(要求用机构运动示意图表示出来)。 3-|||-2-|||-5-|||-)
图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,将使冲头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(要求用机构运动示意图表示出来)。

题目解答
答案
1)取出比例尺,绘制机构运动简图。(图a)

修改方案:可以在机构适当位置增加一个活动构件和一个底副,或者一个高副来代替一个底副。
①在构件3、4之间加一连杆及一个转动副(图(b)所示);
②在构件3、4之间加一滑块及一个移动副(图(c)所示);
③在构件3、4间加一局部自由度滚子及一个平面高副(图(d)示)。
解析
步骤 1:绘制机构运动简图
根据题目要求,首先需要绘制出机构的运动简图。从图中量取各尺寸,绘制出机构的运动简图。图中包含齿轮1、凸轮2、杠杆3、冲头4和机架5。齿轮1和凸轮2固装在轴A上,杠杆3与凸轮2接触,冲头4与杠杆3连接,机架5固定不动。
步骤 2:计算机构的自由度
计算机构的自由度,以确定机构是否能够运动。机构的自由度计算公式为:$F = 3n - 2p_l - p_h$,其中$n$为活动构件数,$p_l$为低副数,$p_h$为高副数。根据题目描述,机构有4个活动件,但齿轮1和凸轮2固装在轴A上,只能作为一个活动件,故$n=3$。低副数$p_l=4$,高副数$p_h=1$。代入公式计算得:$F = 3 \times 3 - 2 \times 4 - 1 = 0$。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。
步骤 3:提出修改方案
分析机构不能运动的原因,提出修改方案。由于构件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。可以在机构适当位置增加一个活动构件和一个低副,或者一个高副来代替一个低副。具体修改方案如下:
①在构件3、4之间加一连杆及一个转动副(图(b)所示);
②在构件3、4之间加一滑块及一个移动副(图(c)所示);
③在构件3、4间加一局部自由度滚子及一个平面高副(图(d)所示)。
根据题目要求,首先需要绘制出机构的运动简图。从图中量取各尺寸,绘制出机构的运动简图。图中包含齿轮1、凸轮2、杠杆3、冲头4和机架5。齿轮1和凸轮2固装在轴A上,杠杆3与凸轮2接触,冲头4与杠杆3连接,机架5固定不动。
步骤 2:计算机构的自由度
计算机构的自由度,以确定机构是否能够运动。机构的自由度计算公式为:$F = 3n - 2p_l - p_h$,其中$n$为活动构件数,$p_l$为低副数,$p_h$为高副数。根据题目描述,机构有4个活动件,但齿轮1和凸轮2固装在轴A上,只能作为一个活动件,故$n=3$。低副数$p_l=4$,高副数$p_h=1$。代入公式计算得:$F = 3 \times 3 - 2 \times 4 - 1 = 0$。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。
步骤 3:提出修改方案
分析机构不能运动的原因,提出修改方案。由于构件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。可以在机构适当位置增加一个活动构件和一个低副,或者一个高副来代替一个低副。具体修改方案如下:
①在构件3、4之间加一连杆及一个转动副(图(b)所示);
②在构件3、4之间加一滑块及一个移动副(图(c)所示);
③在构件3、4间加一局部自由度滚子及一个平面高副(图(d)所示)。