2.2　機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一般原則

原理方案確定的工藝動(dòng)作是否能夠?qū)崿F(xiàn)，是否能夠?qū)崿F(xiàn)得好，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。

機(jī)構(gòu)種類繁多，除了純機(jī)械式的傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)，如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、撓性構(gòu)件機(jī)構(gòu)外，還有利用液、氣、聲、光、電、磁等工作原理理論設(shè)計(jì)制成的所謂“廣義機(jī)構(gòu)”，如液壓機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)機(jī)構(gòu)、聲電機(jī)構(gòu)、光電機(jī)構(gòu)、電磁機(jī)構(gòu)、記憶合金機(jī)構(gòu)、機(jī)電組合機(jī)構(gòu)、微動(dòng)機(jī)構(gòu)、微型機(jī)構(gòu)、信息機(jī)構(gòu)等。機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)不同、類型不同、工作原理不同，其性能、效率、安全性、可靠性、可操作性和經(jīng)濟(jì)性也各不相同。不同的機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)，也可以實(shí)現(xiàn)相同的運(yùn)動(dòng)；同一機(jī)構(gòu)經(jīng)過巧妙的改造能夠獲得和原來不相同的運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力特性；一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的工藝動(dòng)作有時(shí)也許只需用一個(gè)很簡單的機(jī)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)，有時(shí)也許需要一些復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，甚至需要多個(gè)機(jī)構(gòu)共同協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)。因此，如何獨(dú)具匠心地創(chuàng)造出新機(jī)構(gòu)，如何獨(dú)出心裁地將多個(gè)機(jī)構(gòu)集成在一起，使之成為一個(gè)能理想地完成設(shè)計(jì)任務(wù)的功能載體，是機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

與原理方案設(shè)計(jì)一樣，機(jī)構(gòu)創(chuàng)新有法而無定法。說有法是因?yàn)樵S許多多潛心從事機(jī)構(gòu)學(xué)研究的學(xué)者和工程技術(shù)人員，在長期的生產(chǎn)實(shí)踐和理論研究中為我們歸納總結(jié)出了大量的經(jīng)驗(yàn)，形成了比較豐富和系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的理論，這些理論能夠幫助設(shè)計(jì)者在機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新過程中思維得到較好的發(fā)散和收斂，使機(jī)構(gòu)創(chuàng)新成為可能。說無法是因?yàn)樵跈C(jī)構(gòu)的具體創(chuàng)新過程中，設(shè)計(jì)者必須根據(jù)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)自己建立創(chuàng)造目標(biāo)，并根據(jù)目標(biāo)的特點(diǎn)從技術(shù)上、結(jié)構(gòu)上去分析許多因素，考慮各種觀點(diǎn)，綜合運(yùn)用各種創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技法進(jìn)行推理和探索，并通過實(shí)踐進(jìn)行修正和完善，從而才有可能使自己的預(yù)見和設(shè)想得到印證，使機(jī)構(gòu)創(chuàng)新成為現(xiàn)實(shí)。因此，機(jī)構(gòu)創(chuàng)新除了要求創(chuàng)新者掌握一定的創(chuàng)新理論和技法外，還要求創(chuàng)新者必須較好地掌握相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)及相關(guān)理論，必須具有較強(qiáng)的機(jī)構(gòu)分析和綜合的能力以及較豐富的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。特別是在科技技術(shù)飛速發(fā)展的今天，機(jī)構(gòu)創(chuàng)新涉及的技術(shù)領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，各門學(xué)科交叉不斷加劇，機(jī)構(gòu)的門類變得越來越多，機(jī)構(gòu)的種類和形式已經(jīng)從傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上迅速地得到拓展和延伸，這無疑對(duì)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新者的知識(shí)水平、知識(shí)結(jié)構(gòu)和創(chuàng)造能力提出了更大的挑戰(zhàn)。當(dāng)然，這也為創(chuàng)新者創(chuàng)造新機(jī)構(gòu)開辟了更加廣闊的空間。

機(jī)構(gòu)創(chuàng)新雖然沒有固定的模式可以遵循，但創(chuàng)新的方向不外乎兩個(gè)。

①構(gòu)造全新的新機(jī)構(gòu)。這類創(chuàng)新設(shè)計(jì)也稱為機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)。

②對(duì)已知機(jī)構(gòu)進(jìn)行變性創(chuàng)造。這類創(chuàng)新設(shè)計(jì)也稱為機(jī)構(gòu)的變異設(shè)計(jì)。

的確，要?jiǎng)?chuàng)造一種以前人們從未見過的新機(jī)構(gòu)是一件非常困難的事，但是，如果能從現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)一些尚未被人察覺的某些性能，并將其加以巧妙地利用，就有可能創(chuàng)造出一種新機(jī)構(gòu)，這也可能是當(dāng)今機(jī)構(gòu)創(chuàng)造發(fā)明的重要方法之一。此外，設(shè)計(jì)者必須廣泛地關(guān)注當(dāng)今科學(xué)研究在各個(gè)領(lǐng)域中的發(fā)展，從中捕捉那些能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的新原理、新技術(shù)、新方法、新材料和新結(jié)構(gòu)，并及時(shí)將其轉(zhuǎn)化應(yīng)用于機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，這也可能是機(jī)構(gòu)發(fā)明創(chuàng)造的另一種重要方法。當(dāng)然，大量的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新通常總是在有目的地選擇已知機(jī)構(gòu)（選型）的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用組合、變性、移植、還原等創(chuàng)造原理，通過聯(lián)想、類比、求異、模仿、顛倒、替代等創(chuàng)新技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的。因此，充分掌握好的已知基本機(jī)構(gòu)的類型、特點(diǎn)及性能是機(jī)構(gòu)創(chuàng)新的必要條件，也是機(jī)構(gòu)創(chuàng)新的重要理論基礎(chǔ)。

由于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式的多樣性與復(fù)雜性，能實(shí)現(xiàn)同一運(yùn)動(dòng)功能的機(jī)構(gòu)不止一種。建立機(jī)構(gòu)評(píng)價(jià)和評(píng)優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)成為確保原理方案能高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)。因此，研究與機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)相關(guān)的機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的一般原則和常用基本機(jī)構(gòu)的特性及一般評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)非常必要。

機(jī)構(gòu)的形式設(shè)計(jì)是要解決以下關(guān)鍵問題：構(gòu)造什么樣的機(jī)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)原理方案所提出來的運(yùn)動(dòng)要求。這是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中最富有創(chuàng)造性、最直接影響方案的可靠性與經(jīng)濟(jì)性的重要環(huán)節(jié)。因此，機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì)，在保證機(jī)構(gòu)能滿足基本運(yùn)動(dòng)要求的同時(shí)，還應(yīng)滿足機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些一般性原則，這些原則也是評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)性能好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。這些一般性的原則如下。

（1）機(jī)構(gòu)應(yīng)盡可能的簡單

機(jī)構(gòu)越簡單越好。所謂簡單，是指機(jī)構(gòu)的構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副數(shù)量最少，即機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈應(yīng)最短。運(yùn)動(dòng)鏈短的機(jī)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)。

①構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副數(shù)量少，可降低生產(chǎn)成本、減輕產(chǎn)品的質(zhì)量。

②構(gòu)件數(shù)量少，有利于提高產(chǎn)品的剛度，減少產(chǎn)生振動(dòng)的環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品的可靠性。

③運(yùn)動(dòng)副少，有利于減少運(yùn)動(dòng)副摩擦帶來的功率損耗，提高機(jī)械傳動(dòng)效率及使用壽命。

④運(yùn)動(dòng)副少，能有效地減少運(yùn)動(dòng)副的累積誤差，提高產(chǎn)品的工作精度。

在對(duì)多種機(jī)構(gòu)進(jìn)行篩選比較時(shí)，如果每種機(jī)構(gòu)均能滿足方案的設(shè)計(jì)要求，盡管簡單機(jī)構(gòu)可能運(yùn)動(dòng)誤差比復(fù)雜機(jī)構(gòu)稍大，也寧可選運(yùn)動(dòng)誤差稍大的簡單機(jī)構(gòu)而不選用運(yùn)動(dòng)誤差小甚至理論上完全沒有運(yùn)動(dòng)誤差的復(fù)雜機(jī)構(gòu)。例如，圖2-7所示能實(shí)現(xiàn)直線軌跡的連桿機(jī)構(gòu)，其中圖2-7（a）中，由于AB=BC=BE，E點(diǎn)能精確實(shí)現(xiàn)直線軌跡。圖2-7（b）為E點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)近似直線軌跡的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。圖2-7（c）為E點(diǎn)能精確實(shí)現(xiàn)直線軌跡的八桿機(jī)構(gòu)。由于八桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副數(shù)量多，運(yùn)動(dòng)累積誤差大，在同一制造精度的條件下，八桿機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)誤差為四桿機(jī)構(gòu)的2～3倍。

（2）機(jī)構(gòu)尺寸應(yīng)盡可能的小

在滿足相同工作要求的前提下，不同的機(jī)構(gòu)，其尺寸、質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的緊湊性是大不相同的。例如，在傳遞相同功率并且設(shè)計(jì)合理的條件下，行星輪系的外形尺寸及質(zhì)量比定軸輪系小；在從動(dòng)件要求作較大行程的直線移動(dòng)的條件下，齒輪齒條機(jī)構(gòu)比凸輪機(jī)構(gòu)更容易實(shí)現(xiàn)體積小、質(zhì)量輕的目標(biāo)。但如果要求原動(dòng)件做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)、從動(dòng)件作較大行程的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，齒輪齒條構(gòu)件需增加換向機(jī)構(gòu)，從而增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，這時(shí)采用連桿機(jī)構(gòu)可能更為合適。例如，圖2-8所示為三種曲柄長度為滑塊行程的四分之一的機(jī)構(gòu)，圖2-8（a）為連桿齒輪齒條機(jī)構(gòu)（5個(gè)構(gòu)件、4個(gè)低副、2個(gè)高副）。圖2-8（b）為六桿機(jī)構(gòu)（6個(gè)構(gòu)件、2個(gè)低副）。圖2-8（c）為帶導(dǎo)向銷的等腰對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（4個(gè)構(gòu)件，4個(gè)低副，1個(gè)高副）。僅僅從要求機(jī)構(gòu)最簡單，且又能滿足相同行程的角度出發(fā)，圖2-8（c）所示方案由于構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副數(shù)量均最少，結(jié)構(gòu)最簡單、體積也小，應(yīng)該是三個(gè)方案中相對(duì)較好的。

（3）注意運(yùn)動(dòng)副的類型選擇

運(yùn)動(dòng)副元素是在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩擦和磨損的主要原因，運(yùn)動(dòng)副的數(shù)量和類型對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)效率和機(jī)構(gòu)的使用壽命都起著十分重要的作用。

在一般情況下，轉(zhuǎn)動(dòng)副易于制造，容易保證運(yùn)動(dòng)副元素的制造精度和配合精度，采用標(biāo)準(zhǔn)軸承，精度和效率較高。移動(dòng)副制造困難，不易保證配合精度，效率較低容易自鎖，移動(dòng)副的導(dǎo)軌需要足夠的導(dǎo)向長度，質(zhì)量較大。在進(jìn)行機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量少用不必要的移動(dòng)副，在有可能的條件下，可用轉(zhuǎn)動(dòng)副代替移動(dòng)副，如圖2-9（a）所示。或用無導(dǎo)軌的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)取代或減少移動(dòng)副的數(shù)量，如圖2-9（b）所示。

高副機(jī)構(gòu)能用較少的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。但高副元素接觸應(yīng)力較大，運(yùn)動(dòng)副元素一般需用貴重的特殊材料制作，設(shè)計(jì)和制造精度要求較高，通常需要特殊的加工工藝和設(shè)備，由于易于磨損，需要較好的潤滑條件，故通常只用于輕載的場合。在機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求權(quán)衡各方面的利弊得失，選擇合適的機(jī)構(gòu)類型。

（4）選擇合適的原動(dòng)機(jī)，盡可能減少運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的數(shù)量

機(jī)構(gòu)的形式設(shè)計(jì)不可避免地要考慮采用何種原動(dòng)機(jī)，因?yàn)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入運(yùn)動(dòng)是由原動(dòng)機(jī)經(jīng)過變速或運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換而獲得的。原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)輸入形式直接影響整個(gè)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)的繁簡程度。目前工程中常用的原動(dòng)機(jī)主要有三類。

①內(nèi)燃機(jī)　這類原動(dòng)機(jī)主要有汽油機(jī)和柴油機(jī)。由于內(nèi)燃機(jī)目前主要采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（長短幅外旋輪線缸體、三角形旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)由于高速時(shí)輸出扭矩小，其可靠性及經(jīng)濟(jì)性尚需進(jìn)一步改進(jìn)等原因，目前應(yīng)用尚不普遍），利用燃?xì)獾谋ν苿?dòng)活塞帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)活塞在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中只有部分行程對(duì)外做功，另外的行程需依靠飛輪慣性和其他活塞工作維持轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，曲柄轉(zhuǎn)速是不均勻的。此外，內(nèi)燃機(jī)的輸出功率隨其轉(zhuǎn)速降低而減小，燃?xì)獾睦寐式档停虼耍瑑?nèi)燃機(jī)不適合在低速狀態(tài)下工作，用內(nèi)燃機(jī)來驅(qū)動(dòng)低速執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須要采用減速設(shè)備，內(nèi)燃機(jī)主要適用于沒有電力供應(yīng)或需在遠(yuǎn)距離運(yùn)動(dòng)中提供動(dòng)力且對(duì)運(yùn)動(dòng)精度要求不高的場合。

②氣、液壓馬達(dá)，活塞式氣、液缸，擺動(dòng)式氣、液缸　上述原動(dòng)機(jī)可對(duì)外輸出轉(zhuǎn)動(dòng)、往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)、往復(fù)擺動(dòng)，借助控制設(shè)備也能實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。用它們作為執(zhí)行構(gòu)件獲驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件可以簡化機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)鏈。但上述原動(dòng)機(jī)必須使用一定的設(shè)備來為氣、液體增壓和傳輸，成本及維護(hù)管理費(fèi)用較高。用高壓氣體的原動(dòng)機(jī)，運(yùn)動(dòng)迅速、反應(yīng)快，有過載保護(hù)功能，但工作時(shí)速度穩(wěn)定性差，難以獲得大功率輸出，噪聲大，特別適合于易燃、易爆、多塵、強(qiáng)振、潮濕、溫度變化大，有集中供氣源的場合。用高壓液體的原動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)，振蕩和噪聲小，易于實(shí)現(xiàn)頻繁換向和啟動(dòng)，有過載保護(hù)功能，低速時(shí)能獲得大功率輸出，但是由于油液黏性受溫度影響大，不適合于高、低溫工況條件下工作。液壓元件加工和配合精度要求較高，維護(hù)運(yùn)行成本較高，且對(duì)環(huán)境有一定污染。

③電動(dòng)機(jī)　電動(dòng)機(jī)種類繁多，包括異步電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、滑差電動(dòng)機(jī)、直線電動(dòng)機(jī)、雙向電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)等。電動(dòng)機(jī)體積小、質(zhì)量輕、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲低、效率高、價(jià)格便宜、易于控制和調(diào)速。一般的電動(dòng)機(jī)可向外輸出轉(zhuǎn)動(dòng)，直線電動(dòng)機(jī)可輸出往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，雙向電動(dòng)機(jī)可輸出往復(fù)擺動(dòng)，伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)容易實(shí)現(xiàn)各種速度的正反向間歇運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的類型不同，機(jī)械特性也不同。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍大，輸出功率從零點(diǎn)幾瓦到上萬千瓦。因此，電動(dòng)機(jī)是工程設(shè)計(jì)中最常用的原動(dòng)機(jī)。

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械系統(tǒng)由傳統(tǒng)的剛性機(jī)械系統(tǒng)逐漸向由伺服控制系統(tǒng)直接控制電動(dòng)機(jī)軸驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件的柔性機(jī)械系統(tǒng)發(fā)展，從而大大簡化了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)鏈，使機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜、更精確的運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)這種由機(jī)械與電子技術(shù)相互滲透帶來設(shè)計(jì)思想方法上的變化，利用機(jī)電互補(bǔ)、機(jī)電結(jié)合、機(jī)電組合等方法，充分發(fā)揮機(jī)電一體化的優(yōu)越性，創(chuàng)造出性能更優(yōu)良的機(jī)械產(chǎn)品。

（5）應(yīng)使機(jī)構(gòu)具有良好的傳力條件和動(dòng)力特性

在進(jìn)行機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇效率高的機(jī)構(gòu)類型，并保證機(jī)構(gòu)具有較大的傳動(dòng)角和較大的機(jī)械增益，從而可以減小機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的截面尺寸和質(zhì)量，減小原動(dòng)機(jī)的功率。

對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，要注意構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式對(duì)機(jī)構(gòu)帶來的不利影響。較大偏心質(zhì)量的回轉(zhuǎn)構(gòu)件和大質(zhì)量的往復(fù)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的動(dòng)負(fù)荷，引起較大的沖擊和振動(dòng)，因此要注意構(gòu)件質(zhì)量的平衡。機(jī)構(gòu)中作一般平面運(yùn)動(dòng)或空間運(yùn)動(dòng)構(gòu)件質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩實(shí)現(xiàn)完全平衡比較困難，應(yīng)盡量避免選擇具有這種構(gòu)件的機(jī)構(gòu)。當(dāng)必須采用時(shí)，除了采取平衡措施外，還應(yīng)盡量避免其在高速或容易發(fā)生共振的頻率條件下運(yùn)動(dòng)。

機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺度綜合時(shí)，在能滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，應(yīng)盡可能縮小機(jī)構(gòu)的“體積”和外形尺寸，盡可能減小構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)空間，從而降低機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)負(fù)荷和能耗。

機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì)要注意運(yùn)動(dòng)副組合帶來的過約束。圖2-10所示為幾種導(dǎo)軌構(gòu)型，其過約束數(shù)計(jì)算如下。

圖2-10（a）中由于導(dǎo)軌由三個(gè)平面副構(gòu)成，每個(gè)平面副的約束數(shù)為3，而導(dǎo)軌只能保留一個(gè)移動(dòng)自由度，即約束只能為5，故其過約束數(shù)為4。

圖2-10（b）所示導(dǎo)軌由兩個(gè)圓柱副構(gòu)成，每個(gè)圓柱副的約束為4，故過約束數(shù)為3。

圖2-10（c）所示導(dǎo)軌由三個(gè)圓柱平面副構(gòu)成，每個(gè)圓柱平面副的約束為2，故導(dǎo)軌中存在的過約束數(shù)為1。

圖2-10（d）所示導(dǎo)軌由一個(gè)圓柱副和一個(gè)球體平面副構(gòu)成，球體平面副的約束為1，故導(dǎo)軌中存在的過約束數(shù)為0。

由此看來，運(yùn)動(dòng)副組合不恰當(dāng)將造成機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生過約束。過約束會(huì)造成機(jī)械裝配困難，增大運(yùn)動(dòng)副中的摩擦與磨損，從而降低機(jī)構(gòu)的壽命。過約束甚至?xí)a(chǎn)生楔緊而使機(jī)構(gòu)無法運(yùn)動(dòng)。然而在很多機(jī)構(gòu)中廣泛地存在著過約束的問題，例如，為了平衡行星輪運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心慣性力，改善輪齒的受力，實(shí)現(xiàn)功率分流；為了用較小體積的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大功率傳遞，行星輪系中常用多個(gè)行星輪，從而產(chǎn)生了過約束問題。讓某些構(gòu)件“彈性浮動(dòng)”，使機(jī)構(gòu)成為一個(gè)自適應(yīng)系統(tǒng)，可以大幅度降低對(duì)構(gòu)件制造精度的要求，減輕過約束帶來的不利影響，降低生產(chǎn)成本和裝配難度，提高機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能和使用壽命。

低副中兩運(yùn)動(dòng)副元素構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)存在著可逆性，即組成運(yùn)動(dòng)副的中空構(gòu)件與插入構(gòu)件位置互換不影響機(jī)構(gòu)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，但這種位置互換可能引起構(gòu)件受力的改變。例如，圖2-11（a）所示機(jī)構(gòu)將滑塊與導(dǎo)桿位置互換后，雖然作用力的位置相同，大小也未變，但各物體的受力卻發(fā)生了改變。圖2-11（b）所示的復(fù)合鉸鏈，將中空構(gòu)件與插入構(gòu)件互換可以得到另外不同的結(jié)構(gòu)形式，原來構(gòu)件1為多副桿，而構(gòu)件2、3、4為單副桿。經(jīng)變化后，構(gòu)件1、4為單副桿，而構(gòu)件2、3變?yōu)槎喔睏U。顯然，從制造、安裝和構(gòu)件受力的角度看，將單副桿2、3變?yōu)槎喔睏U并不是一個(gè)好的選擇，因此，應(yīng)盡可能地減少多副桿數(shù)量，并讓強(qiáng)度好、剛度高的構(gòu)件作為多副桿，而且最好使其作為機(jī)架，這樣有利于提高機(jī)構(gòu)的剛度和運(yùn)動(dòng)精度，改善構(gòu)件的受力。

對(duì)于有轉(zhuǎn)動(dòng)副的移動(dòng)副，轉(zhuǎn)動(dòng)副在移動(dòng)副上的位置也是一個(gè)應(yīng)當(dāng)認(rèn)真注意的問題。如圖2-12所示的滑塊，轉(zhuǎn)動(dòng)副在移動(dòng)構(gòu)件上的位置的改變將直接影響到移動(dòng)副中摩擦力的大小。因此，應(yīng)盡量使轉(zhuǎn)動(dòng)副位于兩移動(dòng)副元素的直線上，從而可以減少移動(dòng)副中的摩擦，提高機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率。