[科普中国]-基本杆组

基本特征

由于在机构中加上或去掉基本杆组不影响机构的自由度，因此，基本杆组最基本的特征就是它的自由度为零1。

如下图所示的机构有5个活动构件，机构的自由度为1。将构件2、3、4、5组成的运动链从机构中拆掉，得到的是由构件1和机架6组成的机构，而机构的自由度仍然为1。但是构件2、3、4、5组成的运动链并不是基本杆组，因为它不是由最少的构件和运动副组成，它还可以进一步分解出自由度为零的运动链。构件2、3组成的运动链和构件4、5组成的运动链为基本杆组。

平面基本杆组的形式对于由平面低副构成的机构，基本杆组应满足的条件为：

或

在基本杆组中，运动副分为内部运动副和外部运动副。若构成运动副的两个构件均属同一个基本杆组，则该运动副是基本杆组的内部运动副。否则，该运动副是基本杆组的外部运动副。

基本杆组的级等于由内部运动副形成的封闭多边形中所包含的运动副数。在下图中，由两个构件和三个低副构成的基本杆组称为Ⅱ级杆组（图a）；由四个构件和六个低副构成的基本杆组称为Ⅲ级杆组（图b）或Ⅳ级杆组（图c）。

在Ⅱ级杆组、Ⅲ级杆组和Ⅳ级杆组中，Ⅱ级杆组的级别最低，Ⅳ级杆组的级别最高。

机构的组成由基本杆组的概念可以得出一般机构的组成原理：机构可以看作是由若干基本杆组依次连接于原动件和（或）机架上构成的。一般在利用基本杆组的概念进行机构设计时，首先要选定一个构件作为机架，将数目等于设计要求的自由度数的构件分别以运动副连接到机架上作为原动件，再将若干个基本杆组依次连接到机架、原动件上，便可以得到具有期望自由度的机构。

机构组成图所示机构的结构设计过程为：为构造一个自由度为1的机构，首先设置好机架6和原动件1（下图a），将由构件2、3组成Ⅱ级杆组的外部运动副A、E分别加在构件1和机架6上，就可以得到一个自由度为1的机构OADE，如下图b所示。为了使机构能够实现更加复杂的运动规律，可以再将一个由构件4、5组成的Ⅱ级杆组的两个外部运动副分别加在机构OADE的两个不同的构件上，比如加在构件2和机架6上，如下图c所示1。

机构的级机构以机构中所含基本杆组的最高级作为机构的级。上图c所示机构中基本杆组的最高级别是Ⅱ级，所以该机构为Ⅱ级机构。

在确定机构的级时，必须从机构中将所包含的所有基本杆组拆出来。拆杆组的基本方法和步骤是：（1）从最远离原动件的构件拆起；（2）先试拆低级别的基本杆组，如果低级别的基本杆组不可拆出，则试拆高一级别的基本杆组。能拆出基本杆组的判断条件是：拆出基本杆组后剩余部分仍为机构，并且能保持原机构的自由度不变1。