杆组及其类型.doc

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1、杆组及其类型    任何机构都含有原动件、机架和从动件系统三部分。通常每个原动件具有一个自由度，且原动件数与机构自由度数相等，因此，除原动件和机架外的从动件系统的自由度必为零。在运动链中若构件尚未用运动副联接时可将各构件看作是“自由构件”。图2.4.1-1    图示为六杆机构。原动件1由电动机带动绕A转动。如果将原动件1和机架“分离”出来，那么剩余的为从动件系统。图示的从动件系统的自由度F=?    从动件系统就是运动链。它还可以再分解成若干自由度为零的最简单的（不可再分解的）组合称为杆组。图示的两个杆组的自由度F=？    杆组是组成机构的最小结构单元。显然不同类型的杆

2、组组成了不同的机构。组成杆组的构件数和运动副数应满足什么关系才能使杆组的自由度为零？           现在暂且只讨论全由低副组成的平面从动件系统。由平面运动链自由度计算公式F= 3n-2PL -PH知，从动件系统的自由度为F= 3n-2PL=0，由此得：由于n和PL均为正整数，因此杆组中n和PL必然有以下搭配关系：表2.4.1-1n246......PL369......图2.4.1-2①Ⅱ级杆组 最简单的杆组由n=2，PL=3组成，根据构件的基本形状——杆状和滑块以及转动副和移动副不同配置，此类杆组常见类型如图所示。此类杆组中每个构件都与两个低副相联，故称为Ⅱ级杆组，

3、简称Ⅱ级组。请再画出两个不同型式的Ⅱ级组。图2.4.1-3②Ⅲ级杆组由n=4，PL=6组成的杆组，有一个中心构件，其上有3个联接杆组内部的运动副A、B、C（称内副）  其余构件2、3、4称为外接构件，有3个联接杆组外部的运动副D、E、F（称外副）请再画出两个不同型式的Ⅲ级组。   n=4，PL=6其它更高级的杆组和n≥6的杆组在实际中应用很少，故这里不作讨论研究。平面机构的组成原理利用杆组如何组成具有确定运动的机构呢？   任何一个闭式链的平面机构，都可以看作是由若干个自由度为零的杆组，依次联接到原动件和机架或其他杆组上去而组成的。如图2.4.1-1所示的六杆机构就是由两个

4、Ⅱ级组依次联接到原动件和机架上组成的。图2.4.1-4   不同的杆组类型就组成不同类型的机构。如图2.4.1-5所示的一个全由转动副组成的Ⅲ级杆组联接到原动件和机架上去就组成了另一类的六杆机构。图2.4.1-5平面机构的组成分析   对机构进行组成分析就是将给定的机构分解为机架、原动件和杆组，并由此确定机构的级别。它与机构的组成过程恰好相反。对机构进行组成分析、拆杆组的步骤和要领为：   ①去除虚约束和局部自由度。   ②从远离原动件的构件开始拆杆组，先拆Ⅱ级组，拆不成Ⅱ级组的话再试拆Ⅲ级组。   ③每拆出一个杆组后，余下的部分仍为自由度不变的机构，直至最后余下原动件和机

5、架。   ④每一个构件和运动副不能重复出现在两个杆组中。       图2.4.2-1所示为某牛头刨床的主体机构。它是由8个构件组成的连杆机构，构件6为输出运动的从动件。图2.4.2-1所示运动链的运动是否确定？　图2.4.2-1现对该机构进行组成分析、拆杆组·先只能拆出一个Ⅲ级组，余下一个自由度为1的四杆机构。你能先拆出Ⅱ级组吗？·再将四杆机构拆成一个Ⅱ级组、原动件和机架。　   完成拆杆组任务后，将杆组的最高级别定为机构的级别。牛头刨床的主体机构由一个Ⅱ级组和一个Ⅲ级组组成，所以该机构为Ⅲ级机构。区分机构级别的目的是为了便于对机构进一步的分析和设计，因为不同级别的机构，

6、其分析和设计的方法及难易程度不同。高副低代应满足的条件    以上讨论的杆组均由低副组成，为使“杆组”这种分析方法也适用于平面高副机构，设想将高副代换成低副，也即将平面高副机构变换成平面低副机构来进行机构组成分析。当然这种高副低代必须保证低代前后两机构等效，即必须满足以下两个条件：·机构的自由度不变。·机构的瞬时速度和加速度特性完全相同。高副低代的基本原理能否直接用一个低副代换一个高副？为什么？   为使原高副机构的自由度不变，必须用一个构件和两个低副来代换一个高副。机构的瞬时速度和加速度特性同什么有关？图2.4.3-1    现以图示的高副机构为例说明机构高副低代的原理和

7、过程。机构中两构件各以半径为r1和r2的圆盘在点C高副接触，两圆盘称为C点高副的两元素。当机构运动时，两圆弧接触点C始终位于两圆心N1和N2点的连线上，且距离为定值。    由此可设想在N1和N2之间加上一个虚拟的构件4，并分别同构件1和2在N1和N2点组成转动副，以代换原来C点高副，如图2.4.3-1(b)所示。原高副机构就变换成低副的铰链四杆机构AN1N2B了。    显然这种替代对机构的运动并无影响，即借助构件4来传递运动与借助高副C来传递运动是完全一样的。　    如果机构中高副是由两个任意曲线组成，如图2