空间机构自由度计算例题

空间机构自由度计算例题

空

间

机

构

自

由

度

计

算

例

题

(1)拖拉机外轮调整机构(单封闭环机构,图拖拉机外轮调整机构)

由表确定单闭环机构的M的参考表查得此机构的M=2,表现为不能沿x轴移动和绕z轴转动:

n=4,j=5,P5=5

所以     W=1×5-(6-2)×(5-4)=1

(2)割草机割刀机构(单封闭环机构)

1)设取坐标系如图割草机割刀机构,其运动方程式为:

θ¢x=θDx

θ¢y=θCy+θDy

θ¢z=θAz+θBz+θDz

S ¢x=-aθAz-bθBz+cθCy+dθDy+cosα4SE

S ¢y=eθAz+fθBz+gθDz-dθDx

S ¢z=-kθCy-gθDy+sinα4SE

式中  a=lABsinα1-lBCsinα2-h

b=-lBCsinα2-h

c=lCDsinα3+lDEsinα4

d=lDEsinα4

e=lABcosα1+lBCcosα2+lCDcosα3+lDEcosα4

f=lBCcosα2+lCDcosα3+lDEcosα4

g=lDEcosα4

k=lCDcosα3+lDEcosα4

2)求系数矩阵的秩:

λ=6,即M=6-6=0

3)机构的自由度:

此机构中n=4,j=5,P5=4,P3=1

∴W=1×4+3×1-(6-0)×(5-4)=1

(3)谷物收获机的割刀机构(多封闭环机构,图谷物收获机的割刀机构)

n=6,j=8,P3=1,P5=7,所以j-n=2为空间双闭环机构

闭环Ⅰ为7-1-2-3-4-7,闭环Ⅱ为7-4-5-6-7。分别求出环Ⅰ和环Ⅱ的λ,由式

可求出整个机构的自由度

1)闭环Ⅰ:设取坐标系如图谷物收获机的割刀机构闭环Ⅰ,其运动方程式为:

θ¢x=θCx+θDx+θEx

θ¢y=θDy

θ¢z=θAz+θBz+θDz

S ¢x=-aθAz-bθBz+cθDy-dθDz

S ¢y=eθAz+fθBz-gθCx-hθDx

S ¢z=-iθCx-jθDx

式中  a=lABsinα1-lBCsinα2- lCDsinα3-lDEsinα4

b=-lBCsinα2- lCDsinα3-lDEsinα4

c=lDEcosα4

d=-lDEsinα4

e=lABcosα1+lBCcosα2+lCDcosα3cosβ

f=lBCcosα2+lCDcosα3cosβ

g=lCDcosα3sinβ+lDEcosα4

h=lDEcosα4

i=lCDsinα3+lDEsinα4

j=lDEsinα4

经求解此系数矩阵为满秩,即λⅠ=6,∴M=0

2)闭环Ⅱ:为一平面曲柄滑块机构,其M=3,λⅡ=3,由式W=P5+2P4+3P3+4P2+5P1-(6-M)(j-n)得:

W=1×7+3×1-(6+3)=1