机构自由度和构件自由度的关系及本质区别

为了避免产生机构自由度和构件自由度两个基本概念的混淆,对它们的本质属性和区别进行了详细的讨论。用广义杆组和虚拟环路的概念,给出了单环路和多环路中任意选定构件的自由度计算方法。通过对平面单环7R机构、滚子从动件凸轮机构、不同自由度的Sarrus机构、2-3RC等典型机构的分析,按机构自由度和构件自由度的关系,把机构分成三类:第一类是机构自由度为1的机构,机构自由度等于所有构件自由度;第二类是机构自由度等于构件最大自由度的机构;第三类是机构自由度大于构件最大自由度的机构。分析结果表明,构件(包括输出构件)自由度是独立位移参数的数目,具有运动形式性质。而机构自由度是使机构所有构件都具有确定位置的全部独立参数的数目,仅仅是一个自然数,没有运动性质可言,机构的自由度与输出构件的选择无关。机构自由度是反映机构整体性能的一个属性,构件自由度反映的是机构局部中某个构件性能的一个属性,两者有着本质区别,在使用这两个概念时要严格区分,不能混为一谈。

2自由度柔性构件运动特性研究

提出一种在工程应用中既产生弯曲变形又产生拉伸变形的2自由度柔性构件的伪刚体模型分析方法,讨论单一弯曲自由度柔性构件和2自由度柔性构件不同的变形特点,2自由度柔性构件的变形运动是弯曲运动和轴向直线拉伸运动的复合运动,柔性构件与刚性构件连接处的角变形不为零,而是θ角度,在分析2自由度柔性构件运动特点的基础上,建立具有扭转弹簧常数K1和轴向拉伸弹簧常数K2来模拟其变形能力的伪刚体模型,进行了2自由度柔性构件最大应力分析,并给出一个工程应用示例。