連桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用
根據(jù)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)或空間運(yùn)動(dòng),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(shí),稱為單自由度連桿機(jī)構(gòu);當(dāng)自由度大于1時(shí),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(dòng)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)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(jiǎn)單的平面閉鏈連桿機(jī)構(gòu)是四桿機(jī)構(gòu),其他平面多環(huán)閉鏈機(jī)構(gòu)無非實(shí)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(gè)構(gòu)件組成空間三桿機(jī)構(gòu)。
連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題和方法
連桿機(jī)構(gòu)(organization)設(shè)計(jì)通常包括(bāo kuò)選型、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、承載能力計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和繪制機(jī)構(gòu)裝配(assemble)圖與零件工作圖等網(wǎng)站內(nèi)容,其中選型是確定連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成,包括構(gòu)件數(shù)目以及運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目;運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)是確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的參數(shù),包括各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置尺寸以及描繪(trace)連桿曲線(Curve)的點(diǎn)的位置尺寸等等;承載能力計(jì)算是基于強(qiáng)度(strength)理論,確定關(guān)鍵(解釋:比喻事物的重要組成部分)零件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、承載能力計(jì)算的基礎(chǔ)上,綜合考慮(consider)安裝、調(diào)整、加工工藝性等因素(factor),對(duì)各零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)的全面細(xì)化。
平面連桿機(jī)構(gòu)(organization)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)是本章的主要研究(research)網(wǎng)站內(nèi)容,它一般可歸納(指歸攏并使有條理)為以下三類基本問題:
(1)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件給定位置(亦稱剛體導(dǎo)引),即要求連桿機(jī)構(gòu)(organization)能引導(dǎo)某構(gòu)件按規(guī)定(guī dìng)順序精確或近似地經(jīng)過給定的若干位置。行星齒輪減速機(jī)又稱為行星減速機(jī),伺服減速機(jī)。在減速機(jī)家族中,行星減速機(jī)以其體積小,傳動(dòng)效率高,減速范圍廣,精度高等諸多優(yōu)點(diǎn),而被廣泛應(yīng)用于伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)等傳動(dòng)系統(tǒng)中。其作用就是在保證精密傳動(dòng)的前提下,主要被用來降低轉(zhuǎn)速增大扭矩和降低負(fù)載/電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比。
(2)實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律(rhythmical)(亦稱函數(shù)生成),即要求原、從動(dòng)件滿足已知的若干組對(duì)應(yīng)位置關(guān)系,包括滿足一定的急回特性要求,或者在原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律一定時(shí),從動(dòng)件能精確或近似地按給定規(guī)律運(yùn)動(dòng)。硬齒面齒輪減速機(jī)為達(dá)到特別低的輸出轉(zhuǎn)速,可以通過兩個(gè)齒輪減速機(jī)相聯(lián)的方法來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用這種傳動(dòng)方案時(shí),可配置電機(jī)的功率必須依賴于減速機(jī)的極限輸出扭矩,而不能通過電機(jī)功率來計(jì)算減速機(jī)的輸出扭矩。
(3)實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)軌跡(亦稱軌跡生成),即要求連桿機(jī)構(gòu)(organization)中作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件上某一點(diǎn)精確或近似地沿著給定的軌跡運(yùn)動(dòng)。
在進(jìn)行平面連桿機(jī)構(gòu)(organization)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí),往往是以上述運(yùn)動(dòng)要求為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)(cause),同時(shí)還要兼顧一些運(yùn)動(dòng)特性和傳力特性等方面的要求,如整轉(zhuǎn)副要求、壓力角或傳動(dòng)角要求、機(jī)構(gòu)占據(jù)空間位置要求等。行星齒輪減速機(jī)相對(duì)其他減速機(jī),行星減速機(jī)具有高剛性,高精度(單級(jí)可做到1分以內(nèi)),高傳動(dòng)效率(單級(jí)在97%-98%),高的 扭矩/體積比,終身免維護(hù)等特點(diǎn)。另外,設(shè)計(jì)結(jié)果還應(yīng)滿足運(yùn)動(dòng)連續(xù)(Continuity)性要求,即當(dāng)原動(dòng)件連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí),從動(dòng)件也能連續(xù)地占據(jù)預(yù)定的各個(gè)位置,而不能出現(xiàn)錯(cuò)位或錯(cuò)序等現(xiàn)象。
平面連桿機(jī)構(gòu)(organization)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的方法主要是幾何法和解析法,此外還有圖譜法和模型實(shí)驗(yàn)(experiment)法。幾何法是利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程(guò chéng)中各運(yùn)動(dòng)副位置(position )之間的幾何關(guān)系,通過(tōng guò)作圖獲得有關(guān)運(yùn)動(dòng)尺寸,所以幾何法直觀形象,幾何關(guān)系清晰,對(duì)于一些簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)問題的處理(chǔ lǐ)是有效而快捷的,但由于作圖偏差的存在,所以設(shè)計(jì)精度(精確度)較低。解析法是將運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)問題用數(shù)學(xué)方程加以描述(description),通過方程的求解獲得有關(guān)運(yùn)動(dòng)尺寸,故其直觀性差,但設(shè)計(jì)精度高。隨著數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用,解析法已成為各類平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的一種有效方法。