平面連杆機構

平面連杆機構

傳動裝置結構
平面連杆機構是由若幹構件用低副(轉動副、移動副)連接組成的平面機構。最簡單的平面連杆機構由四個構件組成,稱為平面四杆機構。平面連杆機構廣泛應用于各種機械、儀表和各種機電産品中。[1]
  • 中文名:外文名
  • 外文名:Planar linkage
  • 性 質:一種傳動裝置結構
  • 分 類:四杆機構和多杆機構

特點

平面連杆機構廣泛應用于各種機械和儀表中,其主要優點有:

1)由于連杆機構中的運動副都是面接觸的低副,因而承受的壓強小,便于潤滑,磨損較輕,承載能力高;

2)構件形狀簡單,加T方便,構件之間的接觸是由構件本身的幾何約束來保持的,故構件工作可靠;

3)可實現多種運動形式之間的變換:

4)利用連杆可實現多種運動軌迹的要求。

其缺點有:

1)低副中存在間隙,構件數目較多時會産生較大的累積運動誤差,從而降低運動精度,效率低;

2)機構運動時産生的慣性力難以平衡,故不适宜于高速場合。

分類

平面連杆機構的類型很多,從組成機構的杆件數來看有四杆機構、五杆機構和六杆機構等,一般将由五個或五個以上的構件組成的連杆機構稱為多杆機構。

基本類型

平面鉸鍊四杆機構根據其兩連架杆的運動形式不同,可分為雙曲柄機構、曲柄搖杆機構和雙搖杆機構三種基本形式。

雙曲柄機構

連架杆均為曲柄的四杆機構,稱為雙曲柄機構。圖8.3所示的慣性篩機構是雙曲柄機構。它由曲柄1、3、連杆2、5、機架4和篩6組成,當曲柄1等速回轉時,另一曲柄3變速回轉,使篩6具有所需的加速度,利用加速度所産生的慣性力,使物料在篩上往複運動而達到篩選的目的。

曲柄搖杆機構

兩連架杆中一個為曲柄,另一個為搖杆的四杆機構,稱為曲柄搖杆機構。圖8.4所示的雷達天線俯仰角調整機構就是曲柄搖杆機構。天線固定在連架搖杆3上,由主動曲柄1通過連杆2使天線緩緩擺動,要求實現一定的擺角,以保證天線具有指定的擺動角。

雙搖杆機構

兩連架杆均為搖杆的四杆機構稱為雙搖杆機構。圖8.5所示的汽車前輪轉向機構就是雙搖杆機構。

曲柄存在條件

(1)連架杆或機架為最短杆;

(2)最短杆與最長杆長度之和小于或等于其他兩杆長度之和。

在有整轉副即曲柄存在的鉸鍊四杆機構中,最短杆兩端的轉動副均為整轉副,因此:若取最短杆為機架,則得雙曲柄機構;若取最短杆的任一相鄰的構件為機架,則得曲柄搖杆機構;若取最短杆對邊為機架,則得雙搖杆機構。

若鉸鍊四杆機構最短杆與最長杆長度之和大于其他兩杆長度之和,則無曲柄存在,兩連架杆均為搖杆。但此時這種情況下形成的雙搖杆機構與上述雙搖杆機構不同,它不存在整轉副。

平面四杆機構簡介

低副是面接觸,耐磨損;加上轉動副和移動副的接觸表面是圓柱面和平面,制造簡便,易于獲得較高的制造精度。因此,平面連杆機構在各種機械和儀器中獲得廣泛應用。連杆機構的缺點是:低副中存在間隙,數目較多的低副會引起運動累積誤差;而且它的設計比較複雜,不易精确地實現複雜地運動規律。

最簡單的平面連杆機構是由四個構件組成的,稱為平面四杆機構。它的應用非常廣泛,而且是組成多杆機構的基礎。

由若幹個剛性構件通過低副(轉動副、移動副)聯接,且各構件上各點的運動平面均相互平行的機構(圖1),又稱平面低副機構。低副具有壓強小、磨損輕、易于加工和幾何形狀能保證本身封閉等優點,故平面連杆機構廣泛用于各種機械和儀器中。與高副機構相比,它難以準确實現預期運動,設計計算複雜。

平面連杆機構中最常用的是四杆機構,它的構件數目最少,且能轉換運動。多于四杆的平面連杆機構稱多杆機構,它能實現一些複雜的運動,但杆多且穩定性差。

運動設計基本問題

平面連杆機構的運動設計一般可歸納為以下三類基本問題:

1) 實現構件給定位置(亦稱剛體導引),即要求連杆機構能引導某構件按規定順序精确或近似地經過給定的若幹位置。

2) 實現已知運動規律(亦稱函數生成),即要求主、從動件滿足已知的若幹組對應位置關系,包括滿足一定的急回特性要求,或者在主動件運動規律一定時,從動件能精确或近似地按給定規律運動。

3) 實現已知運動軌迹(亦稱軌迹生成),即要求連杆機構中作平面運動的構件上某一點精确或近似地沿着給定的軌迹運動。

在進行平面連杆機構運動設計時,往往是以上述運動要求為主要設計目标,同時還要兼顧一些運動特性和傳力特性等方面的要求,如整轉副要求、壓力角或傳動角要求、機構占據空間位置要求等。另外,設計結果還應滿足運動連續性要求,即當主動件連續運動時,從動件也能連續地占據預定的各個位置,而不能出現錯位或錯序等現象。

平面連杆機構運動設計的方法主要是幾何法和解析法,此外還有圖譜法和模型實驗法。幾何法是利用機構運動過程中各運動副位置之間的幾何關系,通過作圖獲得有關運動尺寸,所以幾何法直觀形象,幾何關系清晰,對于一些簡單設計問題的處理是有效而快捷的,但由于作圖誤差的存在,所以設計精度較低。解析法是将運動設計問題用數學方程加以描述,通過方程的求解獲得有關運動尺寸,故其直觀性差,但設計精度高。随着數值計算方法的發展和計算機的普及應用,解析法已成為各類平面連杆機構運動設計的一種有效方法。

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