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連杆機構是全國科學技術名詞審定委員會審定、公布的科技術語。

漢字,中國古人智慧的結晶[1]。千百年間,它經歷了「甲金篆隸草楷行」的發展[2]。從記錄的工具到藝術的載體,它的身上,傾注了無數先人的心血。

名詞解釋

連杆機構(Linkage Mechanism)又稱低副機構,是機械的組成部分中的一類,指由若干(兩個以上)有確定相對運動的構件用低副(轉動副或移動副)聯接組成的機構。

平面連杆機構是一種常見的傳動機構,其最基本也是應用最廣泛的一種型式是由四個構件組成的平面四杆機構。由於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,製造簡便,易於獲得較高的製造精度。連杆機構廣泛應用於各種機械和儀表中。

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。平面連杆機構是一種常見的傳動機構。它是指剛性構件全部用低副聯接而成,故又稱低副機構。平面連杆機構廣泛應用於各種機器、儀器以及操縱控制裝置中。如往復式發動機、抽水機和空氣壓縮機以及牛頭刨床、插床、挖掘機、裝卸機、顎式破碎機、擺動輸送機、印刷機械、紡織機械等的主要機構都是平面連杆機構。在連杆機構中,若構件不在同一平面或相互平行的平面內運動的機構稱為空間機構(spatial mechanism)。

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,一般將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;當自由度大於1時,稱為多自由度連杆機構。

根據形成連杆機構的運動鏈是開鏈還是閉鏈,亦可將相應的連杆機構分為開鏈連杆機構(機械手通常是運動副為轉動副或移動副的空間開鏈連杆機構)和閉鏈連杆機構。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鏈連杆機構是四杆機構,其他多杆閉鏈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。

主要特徵

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,從而可用於實現已知運動規律和已知軌跡。

優點:(1)採用低副:面接觸、承載大、便於潤滑、不易磨損,形狀簡單、易加工、容易獲得較高的製造精 度。

(2)改變杆的相對長度,從動件運動規律不同。

(3)兩構件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維繫的,它不像凸輪機構有時需利用彈簧等力封閉來 保持接觸。

(4)連杆曲線豐富,可滿足不同要求。

缺點:(1)構件和運動副多,累積誤差大、運動精度低、效率低。

(2)產生動載荷(慣性力),且不易平衡,不適合高速。

(3)設計複雜,難以實現精確的軌跡。

因此,平面連杆機構廣泛應用於各種機械、儀表和機電產品中。隨着連杆機構設計方法的發展,電子計算機的普及應用以及有關設計軟件的開發,連杆機構的設計速度和設計精度有了較大的提高,而且在滿足運動學要求的同時,還可考慮到動力學特性。尤其是微電子技術及自動控制技術的引入,多自由度連杆機構的採用,使連杆機構的結構和設計大為簡化,使用範圍更為廣泛。

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鏈四杆機構的運動鏈中,a、b、c、d既代表各杆長度又是各杆的符號。當滿足最短杆和最長杆之和小於或等於其他兩桿長度之和時,若將最短杆的鄰杆固定其一,則最短杆即為曲柄。

若鉸鏈四杆機構中最短杆與最長杆長度之和小於或等於其餘兩桿長度之和,則

a、 取最短杆的鄰杆為機架時,構成曲柄搖杆機構;

b、 取最短杆為機架時,構成雙曲柄機構;

c、 取最短杆為連杆時,構成雙搖杆機構;

若鉸鏈四杆機構中最短杆與最長杆長度之和大於其餘兩桿長度之和,則無曲柄存在,不論以哪一杆為機架,只能構成雙搖杆機構。

急回係數

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稱為急回係數。

參考文獻