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連桿機(jī)構(gòu)

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連桿機(jī)構(gòu)又稱低副機(jī)構(gòu),是機(jī)械的組成部分中的一類,指由若干(兩個以上)有確定相對運(yùn)動的構(gòu)件用低副(轉(zhuǎn)動副或移動副)聯(lián)接組成的機(jī)構(gòu)。

平面連桿機(jī)構(gòu)是一種常見的傳動機(jī)構(gòu),其最基本也是應(yīng)用最廣泛的一種型式是由四個構(gòu)件組成的平面四桿機(jī)構(gòu)。由于機(jī)構(gòu)中的多數(shù)構(gòu)件呈桿狀,所以常稱桿狀構(gòu)件為桿。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。連桿機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械和儀表中。

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組成類型

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)。平面連桿機(jī)構(gòu)是一種常見的傳動機(jī)構(gòu)。它是指剛性構(gòu)件全部用低副聯(lián)接而成,故又稱低副機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)器、儀器以及操縱控制裝置中。如往復(fù)式發(fā)動機(jī)、抽水機(jī)和空氣壓縮機(jī)以及牛頭刨床、插床、挖掘機(jī)、裝卸機(jī)、顎式破碎機(jī)、擺動輸送機(jī)、印刷機(jī)械、紡織機(jī)械等的主要機(jī)構(gòu)都是平面連桿機(jī)構(gòu)。在連桿機(jī)構(gòu)中,若構(gòu)件不在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)稱為空間機(jī)構(gòu)(spatial mechanism)。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)。

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連桿機(jī)構(gòu)主要特征

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。

優(yōu)點(diǎn):(1)采用低副:面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損,形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精 度。

(2)改變桿的相對長度,從動件運(yùn)動規(guī)律不同。

(3)兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的,它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時需利用彈簧等力封閉來 保持接觸。

(4)連桿曲線豐富,可滿足不同要求。

缺點(diǎn):(1)構(gòu)件和運(yùn)動副多,累積誤差大、運(yùn)動精度低、效率低。

(2)產(chǎn)生動載荷(慣性力),且不易平衡,不適合高速。

(3)設(shè)計(jì)復(fù)雜,難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。

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。隨著連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展,電子計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用以及有關(guān)設(shè)計(jì)軟件的開發(fā),連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)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(jì)大為簡化,使用范圍更為廣泛。

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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)。

急回系數(shù)

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)。

死點(diǎn)

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)。

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