連桿機(jī)構(gòu)理論應(yīng)用

動力機(jī)的驅(qū)動軸一般整周轉(zhuǎn)動，因此機(jī)構(gòu)中被驅(qū)動的主動件應(yīng)是繞機(jī)架作整周轉(zhuǎn)動的曲柄在形成鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動鏈中，a、b、c、d既代表各桿長度又是各桿的符號。當(dāng)滿足最短桿和最長桿之和小于或等于其他兩桿長度之和時，若將最短桿的鄰桿固定其一，則最短桿即為曲柄。

若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和，則

a、 取最短桿的鄰桿為機(jī)架時，構(gòu)成曲柄搖桿機(jī)構(gòu);

b、 取最短桿為機(jī)架時，構(gòu)成雙曲柄機(jī)構(gòu);

c、 取最短桿為連桿時，構(gòu)成雙搖桿機(jī)構(gòu);

若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和，則無曲柄存在，不論以哪一桿為機(jī)架，只能構(gòu)成雙搖桿機(jī)構(gòu)。

在曲柄等速運(yùn)動、從動件變速運(yùn)動的連桿機(jī)構(gòu)中，要求從動件能快速返回，以提高效率。即k稱為急回系數(shù)。

如圖2a中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，若不計運(yùn)動副的摩擦力和構(gòu)件的慣性力,則曲柄a通過連桿b作用于搖桿c上的力P，與其作用點(diǎn)B的速度vB之間的夾角α稱為搖桿的壓力角，壓力角越大，P在vB方向的有效分力就越小，傳動也越困難,壓力角的余角γ稱為傳動角。在機(jī)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)限制其最大壓力角或最小傳動角。

在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若以搖桿為主動件，則當(dāng)曲柄和連桿處于一直線位置時，連桿傳給曲柄的力不能產(chǎn)生使曲柄回轉(zhuǎn)的力矩，以致機(jī)構(gòu)不能起動，這個位置稱為死點(diǎn)。機(jī)構(gòu)在起動時應(yīng)避開死點(diǎn)位置，而在運(yùn)動過程中則常利用慣性來過渡死點(diǎn)。

根據(jù)構(gòu)件之間的相對運(yùn)動為平面運(yùn)動或空間運(yùn)動，連桿機(jī)構(gòu)可分為平面連桿機(jī)構(gòu)和空間連桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目的多少分為四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等，一般將五桿及五桿以上的連桿機(jī)構(gòu)稱為多桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)連桿機(jī)構(gòu)的自由度為1時，稱為單自由度連桿機(jī)構(gòu);當(dāng)自由度大于1時，稱為多自由度連桿機(jī)構(gòu)。

根據(jù)形成連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動鏈?zhǔn)情_鏈還是閉鏈，亦可將相應(yīng)的連桿機(jī)構(gòu)分為開鏈連桿機(jī)構(gòu)(機(jī)械手通常是運(yùn)動副為轉(zhuǎn)動副或移動副的空間開鏈連桿機(jī)構(gòu))和閉鏈連桿機(jī)構(gòu)。單閉環(huán)的平面連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)至少為4，因而最簡單的平面閉鏈連桿機(jī)構(gòu)是四桿機(jī)構(gòu)，其他多桿閉鏈機(jī)構(gòu)無非是在其基礎(chǔ)上擴(kuò)充桿組而成;單閉環(huán)的空間連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)至少為3，因而可由三個構(gòu)件組成空間三桿機(jī)構(gòu)。

連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)動形式多樣，如可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動、移動和平面或空間復(fù)雜運(yùn)動，從而可用于實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動規(guī)律和已知軌跡。此外，低副面接觸的結(jié)構(gòu)使連桿機(jī)構(gòu)具有以下一些優(yōu)點(diǎn):運(yùn)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(gòu)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(jī)構(gòu)有時需利用彈簧等力封閉來保持接觸。

因此，平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械、儀表和機(jī)電產(chǎn)品中。平面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是:一般情況下，只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動規(guī)律或運(yùn)動軌跡，且設(shè)計較為復(fù)雜;當(dāng)給定的運(yùn)動要求較多或較復(fù)雜時，需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動副數(shù)往往較多，這樣就使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性增加;機(jī)構(gòu)中作復(fù)雜運(yùn)動和作往復(fù)運(yùn)動的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷，故連桿機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場合。

隨著連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計方法的發(fā)展，電子計算機(jī)的普及應(yīng)用以及有關(guān)設(shè)計軟件的開發(fā)，連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計速度和設(shè)計精度有了較大的提高，而且在滿足運(yùn)動學(xué)要求的同時，還可考慮到動力學(xué)特性。尤其是微電子技術(shù)及自動控制技術(shù)的引入，多自由度連桿機(jī)構(gòu)的采用，使連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計大為簡化，使用范圍更為廣泛。

因此，平面連桿機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械和儀器中獲得廣泛應(yīng)用。連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是:低副中存在間隙，數(shù)目較多的低副會引起運(yùn)動累積誤差;而且它的設(shè)計比較復(fù)雜，不易精確地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地運(yùn)動 規(guī)律。

最簡單的平面連桿機(jī)構(gòu)是由四個構(gòu)件組成的，稱為平面四桿機(jī)構(gòu)。它的應(yīng)用非常廣泛，而且是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。

由若干個剛性構(gòu)件通過低副(轉(zhuǎn)動副、移動副))聯(lián)接，且各構(gòu)件上各點(diǎn)的運(yùn)動平面均相互平行的機(jī)構(gòu)，又稱平面低副機(jī)構(gòu)。低副具有壓強(qiáng)小、磨損輕、易于加工和幾何形狀能保證本身封閉等優(yōu)點(diǎn)，故平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛用于各種機(jī)械和儀器中。與高副機(jī)構(gòu)相比，它難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動，設(shè)計計算復(fù)雜。

平面連桿機(jī)構(gòu)中最常用的是四桿機(jī)構(gòu)，它的構(gòu)件數(shù)目最少，且能轉(zhuǎn)換運(yùn)動。多于四桿的平面連桿機(jī)構(gòu)稱多桿機(jī)構(gòu)，它能實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的運(yùn)動，但桿多且穩(wěn)定性差。

低副是面接觸，耐磨損;加上轉(zhuǎn)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，平面連桿機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械和儀器中獲得廣泛應(yīng)用。連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是:低副中存在間隙，數(shù)目較多的低副會引起運(yùn)動累積誤差;而且它的設(shè)計比較復(fù)雜，不易精確地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地運(yùn)動規(guī)律。

最簡單的平面連桿機(jī)構(gòu)是由四個構(gòu)件組成的，稱為平面四桿機(jī)構(gòu)。它的應(yīng)用非常廣泛，而且是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。

由若干個剛性構(gòu)件通過低副(轉(zhuǎn)動副、移動副)聯(lián)接，且各構(gòu)件上各點(diǎn)的運(yùn)動平面均相互 平行的機(jī)構(gòu)(圖1)，又稱平面低副機(jī)構(gòu)。低副具有壓強(qiáng)小、磨損輕、易于加工和幾何形狀能保證本身封閉等優(yōu)點(diǎn)，故平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛用于各種機(jī)械和儀器中。與高副機(jī)構(gòu)相比，它難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動，設(shè)計計算復(fù)雜。

平面連桿機(jī)構(gòu)中最常用的是四桿機(jī)構(gòu)，它的構(gòu)件數(shù)目最少，且能轉(zhuǎn)換運(yùn)動。多于四桿的平面連桿機(jī)構(gòu)稱多桿機(jī)構(gòu)，它能實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的運(yùn)動，但桿多且穩(wěn)定性差。

空間連桿機(jī)構(gòu)常指單自由度空間閉鏈機(jī)構(gòu),但是隨著工業(yè)機(jī)器人和假肢技術(shù)的發(fā)展,多自由度空間開鏈機(jī)構(gòu)也有不少用途。單自由度單環(huán)平面連桿機(jī)構(gòu)只含4個轉(zhuǎn)動副,而單自由度單環(huán)空間連桿機(jī)構(gòu)所含轉(zhuǎn)動副應(yīng)為7個,此即空間七桿機(jī)構(gòu)?？臻g連桿機(jī)構(gòu)中采用多自由度的運(yùn)動副如球面副或圓柱副時，所含構(gòu)件數(shù)即可減少而形成簡單穩(wěn)定的空間四桿機(jī)構(gòu)或三桿機(jī)構(gòu)。為了表明空間連桿機(jī)構(gòu)的組成類型,常用R、P、C、S、H分別表示轉(zhuǎn)動副、移動副、圓柱副、球面副、螺旋副。一般空間連桿機(jī)構(gòu)從與機(jī)架相連的運(yùn)動副開始，依次用其中的一些符號來表示。常用空間四桿機(jī)構(gòu)的組成類型有RSSR、RRSS、RSSP和RSCS機(jī)構(gòu)這些機(jī)構(gòu)因含有兩個球面副,結(jié)構(gòu)比較簡單，但繞兩球心連線自由轉(zhuǎn)動的局部自由度影響高速性能。所有轉(zhuǎn)動副軸線匯交一點(diǎn)的球面四桿機(jī)構(gòu),也是一種應(yīng)用較廣的空間連桿機(jī)構(gòu)，如萬向聯(lián)軸節(jié)機(jī)構(gòu)。此外，還有某些特殊空間連桿機(jī)構(gòu)，如貝內(nèi)特機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動副軸線夾角和構(gòu)件尺度要求滿足某些特殊關(guān)系。