第五章 常用机构.doc

第五章常用机构
机器人的结构十分复杂,它的操纵控制系统也非常先进;毕竟,机器人肢体动作的传动还是要由各种各样的基本机构来完成。

牛头刨床加工工件时,刀架(随着滑枕)
的直线往复运动是通过摆动导杆机构来实现的
§5-1 铰链四杆机构
一、铰链四杆机构的组成及基本形式
缝纫机踏板的上下摆动是应用曲柄摇杆机构而转化为带轮转动的。
内燃机活塞的冲程直线运动是应用曲柄滑块机构而转化为旋转运动的。
铰链(即转动副)的形式很多,在日常生活中,门和家具上用的合页也是铰链连接的具体应用。
铰链四杆机构是由四个杆件通过铰链连接而成的传动机构,简称四杆机构。

在机构简图中,小圆圈表示铰链,线段表示构件;
带一组短斜线的线段或者两固定铰链间的假想连线表示机构中固定不动的构件。
铰链四杆机构中各构件名称
在铰链四杆机构中固定不动的构件4称为机架,与机架直接相连的构件1、3称为连架杆,与机架不直接相连的构件2称为连杆。
在连架杆中,能做整周转动的称为曲柄,不能作整周转动的称为摇杆。
铰链四杆机构的基本形式:
根据两连架杆中曲柄存在形式的不同,铰链四杆机构分为三种基本形式:
1)曲柄摇杆机构
2)双曲柄机构
3)双摇杆机构
二、曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构的两连架杆中,若一个为曲柄,而另一个为摇杆,则称为曲柄摇杆机构。
铰链四杆机构中,曲柄存在的杆长条件为:
最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和。

曲柄摇杆机构应用实例:
剪板机
雷达天线俯仰摆动机构
搅拌器
汽车窗刮雨器
缝纫机踏板机构
曲柄摇杆机构运动特性分析
当曲柄为主动件并作匀速转动时,摇杆作往复摆动且有急回运动特性;
而当摇杆为主动件驱动曲柄作整周转动时,机构会出现两个止点位置。
急回特性

若曲柄匀速转动,很明显曲柄转过角φ1=180°+θ比转过角φ2=180°- θ需要的时间要多,这说明摇杆往复摆动的平均速度不同。铰链四杆机构的这种特性称为摇杆的急回运动特性。
止点位置

摇杆处于C1D或C2D两极限位置时,连杆BC与曲柄AB两次共线,此时,摇杆经连杆施加给曲柄的力F1或F2必然通过铰链中心A,曲柄不能获得转矩,机构将趋于静止状态。机构所处的这种位置称为止点位置。
三、双曲柄机构
若将曲柄摇杆机构中的最短杆固定为机架时,根据转动副运动的可逆性原理,与机架相连的两连架杆均可作整周转动,即形成双曲柄机构。
常见的双曲柄机构形式有:
1)两曲柄长度不同的不等长双曲柄机构;
2)四个杆件形成平行四边形的平行双曲柄机构;
3)相对的两杆件分别等长但互不平行的反向双曲柄机构。

双曲柄机构应用实例1——惯性筛

双曲柄机构应用实例2——天平

双曲柄机构应用实例3——码垛机械手

双曲柄机构应用实例4——汽车门启闭机构

四、双摇杆机构

将曲柄摇杆机构中的最短杆的对杆固定为机架时,即形成双摇杆机构;
若铰链四杆机构中,最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆的长度之和,不论以哪一杆为机架,均为双摇杆机构。
双摇杆机构应用实例1——起重吊车机构
两摇杆AB和DC往复摆动,连杆BC外伸端部E点的运动轨迹近似水平,能使重物平稳移动

双摇杆机构应用实例2——车轮转向机构
四杆件构成等腰梯形,按箭头方向牵动摇杆CD的延伸端点E ,可使两摇杆AB,CD同向摆动并带动两轮同时转向。




双摇杆机构应用实例3——飞机起落架机构
主动摇杆AB通过连杆BC带动从动摇CD杆动作,实现起落架的收放。
图示状态,摇杆AB与连杆BC共线,机构处于止点位置,可防止起落架自行收回。


双摇杆机构应用实例4——夹紧机构
手柄与连杆BC连为一体,扳动手柄可夹紧或松开工件。
图示状态,连杆BC与摇杆CD共线,机构处于止点位置,可提高工件夹紧的可靠性。

五、曲柄滑块机构及其演化形式
曲柄滑块机构,它是将曲柄摇杆机构中的摇杆转化为滑块而得来的一种演化形式。当曲柄AB匀速转动时,通过连杆BC带动滑块3在机架导轨上作往复直线运动。
曲柄滑块机构应用实例1——内燃机气缸

曲柄滑块机构应用实例2——冲压机


曲柄滑块机构应用实例3——滚轮送料机

曲柄滑块机构的演化形式——摆动导杆机构
取曲柄滑块机构中的曲柄作机架,使原有连杆缩短于机架并转化为新的曲柄。(原导轨转化为摆动导杆)

曲柄滑块机构的演化形式——摇块机构
取曲柄滑块机构中的连杆作机架。(原滑块转化为摇块)


曲柄滑块机构的演化形式——移动导杆机构
以曲柄滑块机构中的滑块为机架。(原导轨转化为移动