連杆機構

連杆機構

機械的組成部分
連杆機構(Linkage Mechanism)又稱低副機構,是機械的組成部分中的一類,指由若幹相對運動的構件用低副聯接組成的機構。平面連杆機構中最基本也是應用最廣泛的一種型式,由四個構件組成的平面四杆機構。由于機構中的多數構件呈杆狀,所以常稱杆狀構件為杆。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。連杆機構廣泛應用于各種機械和儀表中。[1]
    中文名:連杆機構 外文名: 用途: 英文名:Linkage Mechanism 别稱:低副機構 應用:工程力學、機械設計與制造 性質:機械零件組成的機構

概念定義

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,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。

主要特征

連杆機構構件運動形式多樣,如可實現轉動、擺動、移動和平面或空間複雜運動,從而可用于實現已知運動規律和已知軌迹。

此外,低副面接觸的結構使連杆機構具有以下一些優點:運動副單位面積所受壓力較小,且面接觸便于潤滑,故磨損減小;制造方便,易獲得較高的精度;兩構件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的,它不象凸輪機構有時需利用彈簧等力封閉來保持接觸。因此,平面連杆機構廣泛應用于各種機械、儀表和機電産品中。

平面連杆機構的缺點是:一般情況下,隻能近似實現給定的運動規律或運動軌迹,且設計較為複雜;當給定的運動要求較多或較複雜時,需要的構件數和運動副數往往較多,這樣就使機構結構複雜,工作效率降低,不僅發生自鎖的可能性增加,而且機構運動規律對制造、安裝誤差的敏感性增加;機構中作複雜運動和作往複運動的構件所産生的慣性力難以平衡,在高速時将引起較大的振動和動載荷,故連杆機構常用于速度較低的場合。

組成類型

根據構件之間的相對運動為平面運動或空間運動,連杆機構可分為平面連杆機構和空間連杆機構。根據機構中構件數目的多少分為四杆機構、五杆機構、六杆機構等,一般将五杆及五杆以上的連杆機構稱為多杆機構。當連杆機構的自由度為1時,稱為單自由度連杆機構;當自由度大于1時,稱為多自由度連杆機構。

根據形成連杆機構的運動鍊是開鍊還是閉鍊,亦可将相應的連杆機構分為開鍊連杆機構(機械手通常是運動副為轉動副或移動副的空間開鍊連杆機構)和閉鍊連杆機構。

單閉環的平面連杆機構的構件數至少為4,因而最簡單的平面閉鍊連杆機構是四杆機構,其他多杆閉鍊機構無非是在其基礎上擴充杆組而成;單閉環的空間連杆機構的構件數至少為3,因而可由三個構件組成空間三杆機構。

理論應用

動力機的驅動軸一般整周轉動,因此機構中被驅動的主動件應是繞機架作整周轉動的曲柄在形成鉸鍊四杆機構的運動鍊中,a、b、c、d既代表各杆長度又是各杆的符号。當滿足最短杆和最長杆之和小于或等于其他兩杆長度之和時,若将最短杆或其鄰杆固定其一,則另一杆即為曲柄。

急回系數:

在曲柄等速運動、從動件變速運動的連杆機構中,要求從動件能快速返回,以提高效率。即k稱為急回系數。

壓力角:

如圖2a中的曲柄搖杆機構,若不計運動副的摩擦力和構件的慣性力,則曲柄a通過連杆b作用于搖杆c上的力P,與其作用點B的速度vB之間的夾角α稱為搖杆的壓力角,壓力角越大,PvB方向的有效分力就越小,傳動也越困難,壓力角的餘角γ稱為傳動角。在機構設計時應限制其最大壓力角或最小傳動角。

死點:

在曲柄搖杆機構中,若以搖杆為主動件,則當曲柄和連杆處于一直線位置時,連杆傳給曲柄的力不能産生使曲柄回轉的力矩,以緻機構不能起動,這個位置稱為死點。機構在起動時應避開死點位置,而在運動過程中則常利用慣性來過渡死點。

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