2.6.1 平面机构的组成原理在线视频

这一节

我们一起来讨论

平面机构的组成原理

前面我们提到机构的组成要素

指机构是由构件和运动副组成的

那么这里所说的

机构的组成原理又是指什么

我们这里所讨论的机构的组成原理

是从另外一个角度

也就是包含自由度的角度来探讨

把机构分成了

一些更小的组成部分

那么分解这样的部分的目的

一方面是要将机构

进行简化分解

另外一方面也是为机构设计

提供了一个思路

那么对于平面机构的组成原理

我们将从以下三个方面来讨论

第一 平面机构的组成原理

到底应该把机构划分成

什么样的基本的组成部分

第二 这样的基本组成部分

是如何进行划分分类的

第三 我们运用这样的基本组成部分

以及分类来分析一个复杂机构

它是如何组成的

反过来也可以指导

我们对机构的设计

我们先从机构的

组成原理来进行探讨

前面我们讨论过

机构具有确定运动的条件

这个条件是说

机构的原动件数目

应该等于机构的自由度

那么对于一个机构来说

我们计算它的自由度

我们就知道这个机构

应该有几个原动

有几个输入的运动

那么当我们把原动件

和机架拆除之后

从计算的角度

剩余的构件和运动副组成的部分

它的自由度应该为零

因为机架是没有自由度的

自由度为零

而原动件数

刚好代表了机构的自由度数

所以我们把除原动件和机架之外

剩余的部分来进行分析

这一部分的自由度等于零

如果我们继续

把剩余的这一部分进行拆分

拆分的原则是

可以拆成更小的组成部分

但是必须保证自由度为零

如果我们能够把剩余部分

进一步拆成自由度为零的

更小的组成部分

这一部分我们称为基本杆组

也就是我们需要把机构

拆到不能再拆为止

比如这样一个曲柄滑块机构

曲柄是原动件

它通过转动副与机架相连

我们把曲柄和机架拆开

剩余部分是连杆和滑块

当然滑块和固定导轨之间

是有移动副的连接

而固定的导轨属于机架

我们已经把它拆出来

那么连杆跟滑块

有两个活动构件

以及两个转动副加一个移动副

三个低副组成了一个基本部分

我们可以简单算一下

它的自由度是等于0的

那么连杆和滑块这一部分

就是一个基本单元

后面我们称之为基本杆组

因此从这个角度

我们可以定义平面机构的组成原理

那么任意一个机构

它是由这三部分组成的

机架 自由度为零的构件

再加原动件

当然有几个原动件取决于机构的自由度

剩余部分我们可以把它继续拆

分成一些自由度为零

并且不能再拆的最简单的一些基本单元

这些基本单元

我们称为基本杆组

那么任何一个机构从组成的角度

自由度相关的组成角度

我们可以认为

就是由这三个部分组成

基本杆组

它的数量在不同的机构中可能不一样

而且这些基本杆组的结构形式

也可能有差别

后面我们将要详细的讨论

常用的基本杆组到底有哪些

我们来看一看基本杆组的定义

对基本杆组的定义

提到几个关键的地方

第一它的自由度应该为零

是一个构件组

什么叫构件组

就是由构件和运动副

相互连接形成的一个单元

除了自由度为零的构件组之外

还有一点强调的是不能再拆的

最简单的

如果一个组成部分

还可以再拆为更简单的

自由度为零的构件组

那么它就不能称之为基本杆组

我们看这样一个机构

我们先把左侧的原动件

和机架的连接把它拆除

那么剩下的这一部分

经过计算

它的自由度为零

但是我们不能称为基本杆组

因为我们可以把剩下部分

继续拆分成这样的部分

中间这一部分是由两个活动构件

三个转动副组成

我们计算一下自由度等于0

再看右边的这一部分

稍微复杂一些

它由三角形构件

加外围的三根杆

四个构件组成

然后还有六个转动副

代入自由度计算公式

计算之后

这一部分的自由度仍然为零

那么整个机构右侧部分

我们可以再次拆分为两部分

而这两部分自由度又都等于0

那很显然

除了原动件和机架之外

剩余的部分

不能称之为一个简单的基本杆组

而下面的这两个部分

是不是可以称为基本杆组

我们尝试再次拆分

这样的构件组

我们看一下中间这个构件组

假如我们把它再次一分为二

右侧上面的这一部分

是由一根杆加两个转动副组成

我们可以算一下它的自由度

一个活动构件

三个自由度

两个转动副四个约束

它的自由度是等于-1的

那么不满足自由度为零的这个条件

所以它虽然更简单

但是不能称为基本杆组

再看下面这一部分

由一个三角形的活动构件

带了一个转动副组成

一个构件三个自由度

一个转动副2个约束

3-2=1

它拥有自由度等于1

也不满足自由度为零的条件

所以当我们把中间这一部分一分为二之后

无论哪一部分自由度都不等于0

那么这一部分就是不能再拆的

最简单的自由度为零的构件组

所以这个基本单元

我们可以称为基本杆组

我们再来看剩下的部分

这一部分构件数

和运动副数目都比较多

我们尝试把它再次地拆分

我们先把它一分为二

红色的这一部分

是由一根杆加两个转动副组成

我们很容易算出它的自由度

是不等于0的

下面的这一部分由三个活动构件

四个转动副组成

我们再次计算自由度

仍然发现自由度不等于0

那么我们能不能再把下面的

这一部分再一分为二

分解成右边的两个部分呢

似乎可以

那么我们分解之后

再分别计算它的自由度

无论右侧上面部分的自由度

还是下面部分的自由度

都无法保证自由度为零

所以左边的这个基本单元

我们不能尝试再次把它拆分成

更简单的自由度为零的构件组

那么左侧的这样的基本单元

虽然比较复杂

它也称之为基本杆组

在我们建立了基本杆组这个概念之后

我们就可以把机构的

结构组成原理进行一个描述

像这样一个机构

它是由一个基本部分

也就是原动件

与机架相连的这一部分

代表了自由度的数目

然后加了两个基本杆组组成

那么从机构组成角度

这个八杆的机构是由原动件机架

外加一个简单的杆组和

一个相对复杂的杆组

三个部分组成

当然根据我们的需要

我们可以继续增加基本杆组

而不改变机构的自由度

这样我们就可以通过组合基本杆组

形成各种各样的机构

来满足我们的运动传递条件

所以我们可以把机构的组成原理

总结成这样一个结论

任何一个机构

都可以认为是由

基本组成部分

加一系列的基本杆组组成的