2-19如图2-2-19所示为某水库升船机的大型安全制动器,其制动轮直径D=5600mm,制动力矩Mf=5000kNm。该机构是一个常闭式(在重力G的作用下)多自由度机构,在外力F的作用下解除制动。为使两制动瓦均能可靠地离开制动轮,设置了四个限位挡块T1~T4。试计算该机构的自由度(计算时不考虑制动轮),并说明为什么该装置要用多自由度机构,其目的何在?并说明该制动器是否为欠驱动机构或变胞机构。制动瓦制动轮CR图2-2-19

步骤 1：计算机构的自由度
根据机构自由度的计算公式 $F=3n-2p_5-p'$，其中 $n$ 为活动构件数，$p_5$ 为低副数，$p'$ 为高副数。在该机构中，$n=13$，$p_5=18$，$p'=0$。由于N处为复合铰链，因此该机构的自由度为 $F=3n-2p_5-p'=3\times 13-2\times 18=3$。
步骤 2：解释为什么该装置要用多自由度机构
① 重力G发生作用时，两边的制动瓦与制动轮接触，限制了两个自由度；
② 同理F发生作用时，两边的制动瓦离开制动轮，与两侧的限位挡块接触，限制了两个自由度，机构本身运动需要一个自由度；
③ 为了使该制动器能有效的制动和解除制动，该装置需要3个自由度。
步骤 3：判断该制动器是否为欠驱动机构或变胞机构
该制动器是欠驱动机构和变胞机构。原因如下：
① 欠驱动机构是指驱动器数目少于自由度数目的机构，该制动器需要3个自由度，但只有两个驱动器（重力G和外力F），因此是欠驱动机构；
② 变胞机构是指机构的自由度数随机构状态变化而变化的机构，该制动器在制动和解除制动时，自由度数不同，因此是变胞机构。