概念设计中常用基本链型的拓扑持性分析与比较
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入 、 ４为输 出时 ， 出角 位 移 输 与 输 人角位 移 ２及各 杆 长度 Ｚ 、３ Ｚ 之 间的 关 系 ， ２ Ｚ 、４ 可简 记 为 ４＝ Ｌ ２ Ｚ ， 厂 （ ，２ Ｚ ， 。 图 １ 所 示 的五杆 运 动链 （ Ｚ）而 ３ ｂ 自由度 为 ２的 五杆 运 动链 也 只此一 种 ） 当 以 １为机 架 、 ， ２和 ５为输 入 、 ４为 输 出时 ， 出角 位移 ４ 输 与输 入 角 位移 ２ 、 及 各 杆 长 ５ 度 Ｚ 、３ Ｚ 、５ 间 的关 系 ， 简 记 为 ４＝ Ｌ ２ ５ ２ Ｚ 、４ Ｚ 之 可 厂 （ ， ， Ｚ ，３ Ｚ ， 。 见 五杆 运 动 链 比四杆 运 动 链 产 生 非线 Ｚ 图 ２所 示 ， 自由度 为 １的六 杆 运 动 链 只有 两 种 。 其 中 图 ２ 所 示 的瓦 特链 中 ， ａ 含有 两 个 四杆 闭 环 即 １—２
—
对 于一 个 不 考 虑 能 量 损 失 的 理 想 机 械 系 统 ， 输 其 入 功 与输 出功 相 等 ， 即有 ：
性 运 动 的 潜力 更 大 ， 即 可能 获得 的机 械 利益 更 高 。 也
２ 机 械 利 益
机 械利 益 是 系 统 输 出 力 与 输 入 力 之 比 ， 反 映 了 它
圈 １ 四杆 及 五 杆 运 动 链
运 动 链 的传 力 性 能 。对 设 计 者 而 言 ， 解 这 一 性 能 是 了
动链 和 自 由度 为 ２的五 杆 、 杆运 动 链 的机 械 利 益 、 七 紧 凑性 、 刚性 和 动态 灵 敏度 等 基本 特 性 ， 了深 入 的分 析 作 与 比较 ， 为设 计 者 在进 行 创造 性 型 综 合 之 前 。 择 较 可 选 为合 适 的 运 动链 提 供依 据 。
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４ 机构学与机械动力学 ８
文 章 编 号 ：０ １—２ ５ （０ ２ ０ —０ ４ —０ １０ ３ ４ ２ ０ ）８ ０ ８ ４
应 用 技 术与 实例 分 析
《 械设 计 ） ０ ２年 ８月 Ｎ ８ 机 ２０ Ｑ
概 念 设 计 中常 用 基 本 链 型 的拓 扑 特 性 分 析 与 比较 。
Ｆ ・Ｘ ＝ Ｆ ・Ｘ ￣ Ｘ ￣ Ｙ
式 中 ： △ Ｆ 、 ｘ— — 分 别 为 系 统 输 入 力 及 输 入 力 位 移 ； Ｆ、 。 △ｙ— — 分 别 为 系 统 输 出 力 及 输 出 力 位 移 。
３—４和 １—４—５—６ 而 图 ２ 所 示 的斯 蒂 芬 森链 中 ， ； ｂ ３—５—６ 由于 五杆 闭环 的非线 性 程 度 高一 些 ， 。 因此 ，
关 键 词 ： 念 设 计 ； 本 链 型 ； 扑 特 性 概 基 拓 中 圈分 类 号 ： ＴＨ１ １ １ 文献标 识码 ： Ａ
众所 周 知 ， 杆 机 构 除特 殊 情 况 外 ， 入 、 出关 连 输 输
１ 前 言
在 进 行机 构 型综 合 的 创新 构 思 ， 即概 念 设 计 时 ， 要 尽量 选 择合 适 的运 动 链 进 行 综 合 ， 此 研 究 和 掌 握 常 为
由式 （ ） 知 ， 了获 得 较 大 的机 械 利 益 ， 以选 ２ 可 为 可
择 运 动链 中具有 较 小 位 移 的杆 为输 出 杆 ， 有 较 大 位 具 移 的杆 为 输入 杆 。 而输 入 、 出之 间为 非 线 性 关 系 的 运 输
动链 ， 皆可满 足这 一 要 求 ， 产 生非 线 性 运 动 潜 力 越 大 且 的 运 动链 ， 可能 获得 的机 械利 益 也 越 高 。
运 动链 的拓 扑特 性 仅 与构 件 和运 动 副数 目及 其 连 接情 况 有关 ， 而不 涉 及 构件 尺 寸 和运 动 副 的相 互 位 置 。 因此 ， 拓扑 特性 并 不 等 于实 际 机构 的特 性 ， 它却 反 映 但
了运 动链 的 固有 属 性 。对 自 由度 为 １的 四杆 、 杆 运 六
含有 一 个＿ 闭 环 １—２—３—４和 一个 五 杆 闭环 １—４ 四杆
—
（） １
斯 蒂 芬森 链 产 生 非 线 性 运 动 的 潜 力 要 大 一 些 ， 即它 也 可能 获 得 的机 械利 益 要 高一 些 。
故 系统 的 机 械利 益 Ｍ 为 ：
Ｍ ＝Ｆ／ Ａ Ａ 。Ｆ ＝ Ｘ／ ｙ （ ２
３ 紧凑 性
紧凑 的运 动链 具 有 较 好 的 静 态 性 能 ， 占有 较 小 并 的空 间 。 然 ， 显 在不 考 虑 杆 长 的 情 况 下 ， 件 及 运 动 副 杆 数 目越 少 的链 就 越 紧 凑 。 于 具 有 相 同 杆 件 及 运 动 副 对 数 目的运 动链 ， 通 过定 义 杆件 之 间 的 距 离 ， 比较 它 可 来
用基 本 链 型 的拓 扑 特性 ， 显 得 十分 必 要 了 。 就
系 通 常都 是 非线 性 的 ， 产生 非 线性 运 动 的潜 力 ， 与 其 则 链 的拓 扑结 构 有 关 。 图 １ 如 ａ所 示 的 四杆 运 动 链 （ 自由 度 为 １的 四杆 运 动链 只此一 种 ） 当以 １为机 架 、 ， ２为输
・ 收 稿 日期 ：０ １ ９—２ ． 日期 －０ ２—０ —０ ２ ０ —０ ０； ．订 ＂ ０ ２ ２ ５
作 看 筒 介 ： 朝 琴 （９ ７ ， ， 南 街 阳 人 ， 潭 大 学 在 读 硕 士 研 究 生 ， 究 方 向 ： 械 学 及 机 构 Ｃ 彭 １ ７ 一） 女 湖 湘 研 机 ＡＤ。
彭朝 琴 ， 炜 ， 承 志 符 郭
（ 潭大学 ６ 湘 ９信 箱 ， 南 湘 潭 湖 ４１０ ） １ １５
摘 要 ： 析 、 较 了几 种 常 用基 本 链 型 的 机 械 利 益 、 凑 性 、 性 及 动 态灵 敏 度 等 拓 扑 特 性 ， 为 概 念 设 计 中 选 择 运 分 比 紧 刚 可 动链 提 供 参 考 。
—
对 于一 个 不 考 虑 能 量 损 失 的 理 想 机 械 系 统 ， 输 其 入 功 与输 出功 相 等 ， 即有 ：
性 运 动 的 潜力 更 大 ， 即 可能 获得 的机 械 利益 更 高 。 也
２ 机 械 利 益
机 械利 益 是 系 统 输 出 力 与 输 入 力 之 比 ， 反 映 了 它
圈 １ 四杆 及 五 杆 运 动 链
运 动 链 的传 力 性 能 。对 设 计 者 而 言 ， 解 这 一 性 能 是 了
动链 和 自 由度 为 ２的五 杆 、 杆运 动 链 的机 械 利 益 、 七 紧 凑性 、 刚性 和 动态 灵 敏度 等 基本 特 性 ， 了深 入 的分 析 作 与 比较 ， 为设 计 者 在进 行 创造 性 型 综 合 之 前 。 择 较 可 选 为合 适 的 运 动链 提 供依 据 。
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４ 机构学与机械动力学 ８
文 章 编 号 ：０ １—２ ５ （０ ２ ０ —０ ４ —０ １０ ３ ４ ２ ０ ）８ ０ ８ ４
应 用 技 术与 实例 分 析
《 械设 计 ） ０ ２年 ８月 Ｎ ８ 机 ２０ Ｑ
概 念 设 计 中常 用 基 本 链 型 的拓 扑 特 性 分 析 与 比较 。
Ｆ ・Ｘ ＝ Ｆ ・Ｘ ￣ Ｘ ￣ Ｙ
式 中 ： △ Ｆ 、 ｘ— — 分 别 为 系 统 输 入 力 及 输 入 力 位 移 ； Ｆ、 。 △ｙ— — 分 别 为 系 统 输 出 力 及 输 出 力 位 移 。
３—４和 １—４—５—６ 而 图 ２ 所 示 的斯 蒂 芬 森链 中 ， ； ｂ ３—５—６ 由于 五杆 闭环 的非线 性 程 度 高一 些 ， 。 因此 ，
关 键 词 ： 念 设 计 ； 本 链 型 ； 扑 特 性 概 基 拓 中 圈分 类 号 ： ＴＨ１ １ １ 文献标 识码 ： Ａ
众所 周 知 ， 杆 机 构 除特 殊 情 况 外 ， 入 、 出关 连 输 输
１ 前 言
在 进 行机 构 型综 合 的 创新 构 思 ， 即概 念 设 计 时 ， 要 尽量 选 择合 适 的运 动 链 进 行 综 合 ， 此 研 究 和 掌 握 常 为
由式 （ ） 知 ， 了获 得 较 大 的机 械 利 益 ， 以选 ２ 可 为 可
择 运 动链 中具有 较 小 位 移 的杆 为输 出 杆 ， 有 较 大 位 具 移 的杆 为 输入 杆 。 而输 入 、 出之 间为 非 线 性 关 系 的 运 输
动链 ， 皆可满 足这 一 要 求 ， 产 生非 线 性 运 动 潜 力 越 大 且 的 运 动链 ， 可能 获得 的机 械利 益 也 越 高 。
运 动链 的拓 扑特 性 仅 与构 件 和运 动 副数 目及 其 连 接情 况 有关 ， 而不 涉 及 构件 尺 寸 和运 动 副 的相 互 位 置 。 因此 ， 拓扑 特性 并 不 等 于实 际 机构 的特 性 ， 它却 反 映 但
了运 动链 的 固有 属 性 。对 自 由度 为 １的 四杆 、 杆 运 六
含有 一 个＿ 闭 环 １—２—３—４和 一个 五 杆 闭环 １—４ 四杆
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（） １
斯 蒂 芬森 链 产 生 非 线 性 运 动 的 潜 力 要 大 一 些 ， 即它 也 可能 获 得 的机 械利 益 要 高一 些 。
故 系统 的 机 械利 益 Ｍ 为 ：
Ｍ ＝Ｆ／ Ａ Ａ 。Ｆ ＝ Ｘ／ ｙ （ ２
３ 紧凑 性
紧凑 的运 动链 具 有 较 好 的 静 态 性 能 ， 占有 较 小 并 的空 间 。 然 ， 显 在不 考 虑 杆 长 的 情 况 下 ， 件 及 运 动 副 杆 数 目越 少 的链 就 越 紧 凑 。 于 具 有 相 同 杆 件 及 运 动 副 对 数 目的运 动链 ， 通 过定 义 杆件 之 间 的 距 离 ， 比较 它 可 来
用基 本 链 型 的拓 扑 特性 ， 显 得 十分 必 要 了 。 就
系 通 常都 是 非线 性 的 ， 产生 非 线性 运 动 的潜 力 ， 与 其 则 链 的拓 扑结 构 有 关 。 图 １ 如 ａ所 示 的 四杆 运 动 链 （ 自由 度 为 １的 四杆 运 动链 只此一 种 ） 当以 １为机 架 、 ， ２为输
・ 收 稿 日期 ：０ １ ９—２ ． 日期 －０ ２—０ —０ ２ ０ —０ ０； ．订 ＂ ０ ２ ２ ５
作 看 筒 介 ： 朝 琴 （９ ７ ， ， 南 街 阳 人 ， 潭 大 学 在 读 硕 士 研 究 生 ， 究 方 向 ： 械 学 及 机 构 Ｃ 彭 １ ７ 一） 女 湖 湘 研 机 ＡＤ。
彭朝 琴 ， 炜 ， 承 志 符 郭
（ 潭大学 ６ 湘 ９信 箱 ， 南 湘 潭 湖 ４１０ ） １ １５
摘 要 ： 析 、 较 了几 种 常 用基 本 链 型 的 机 械 利 益 、 凑 性 、 性 及 动 态灵 敏 度 等 拓 扑 特 性 ， 为 概 念 设 计 中 选 择 运 分 比 紧 刚 可 动链 提 供 参 考 。