平面开式连杆机构分析及“L”型空间连杆机构论文_黄彪 王世光

摘要：按照连杆机构的各结构的相对运动是平面运动还是空间运动，可以将连杆机构分为平面连杆机构和空间连杆机构两大类，而在平面连杆机构中，按照组成运动链的各机构是否构成首尾封闭的系统，可以分为开式运动链和闭式运动链，简称其为开链和闭链。本文主要介绍平面开式运动链中的三杆机构、“L”型空间连杆机构、以及有关平面连杆机构、空间连杆机构的一些相关知识。

关键词：开式铰链；相对位移；“L”型空间连杆机构

1、机构简介

1.1、基本结构

如图1-1所示，三个连杆，一个机架，两个转动副，最长的杆与机架成90°相连接（若机械臂运用此结构，可在最长杆与机架连接处安装一个铰接），因为此运动链没有首尾相连，所以是开式运动链机构，机构可以有两个自由度（若机械臂运用此机构可以有三个自由度），此机构是具有开式运动链的低副机构。

1.2、图示结构

图 1-1

2、相关计算

2.1、有关机械触头与基座的相对位移距离的计算

图 2-1

3、优缺点

优点：结构比较简单，可靠性高。其上各点的运动轨迹曲线有多种多样，利用这些轨迹曲线可实现生产中多种工作要求。在该平面连杆机构中，各运动副均为面接触，传动时受到单位面积上的压力较小，且有利于润滑，所以磨损较轻，寿命较长。另外由于接触面多为圆柱面或平面，制造比较简单，易获得较高的精度。

缺点：难以实现任意的运动规律。惯性力难平衡(构件作往复运动和平面运动)，易产生动载荷，设计复杂，积累误差(低副间存在间隙)大，效率低等。

4、应用

在实际的生活和生产中，这种开式运动链的低副结构可以应用在工业生产的机械臂，挖掘机等机械结构里。一般情况下，机械连杆机构只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂。当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加。

5、拓展

5.1、基本机构

该机构由三个“L”型连杆，“L”型连杆的首末由转动机构相连接的具有空间运动的连杆机构。一般地，为了表明空间连杆机构的组成类型,常用R（转动副）、P（移动副）、C（圆柱副）、S（球面副）、H（螺旋副）等来表示。一般空间连杆机构从与机架相连的运动副开始，依次用其中的一些符号来表示。常用空间四杆机构的组成类型有RSSR、RRSS、RSSP和RSCS机构这些机构因含有两个球面副,结构比较简单，但绕两球心连线自由转动的局部自由度影响高速性能。本空间四杆机构的组成类型为SSSS。这种空间四杆机构可以用于机械臂。

5.2、结构示意图

图5- 1

5.3、三维结构示意图

图5- 2

5.4、优缺点

少量构件实现了空间复杂运动，结构紧凑，运动多样性和灵活性好，但其分析和综合较为复杂。一般情况下，只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹。构件作复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于低速轻载的场合。

6、结束语

人们对平面连杆机构和空间连杆机构的运用越来越广泛，例如起重、运输、冶金、化工、动力、农业、纺织、食品、机床等等。空间连杆机构在实现构建的空间运动方面，与其他机械机构相比，具有构件少，结构简单等优点，而且可实现平面机构不能实现的某些运动，所以，空间连杆运动在轻工业（缝纫、针织、制鞋、制革等）机械中有着广泛的应用。在农业机械、交通工具、化工机械、仪表机械以及各种控制装置也有其应用的实例，尤其是在机器人，机械臂机构中，空间连杆机构甚至占有主导地位。

参考文献

[1] 连杆机构及理论应用[D].金牛.2014(07)

[2] 机械原理[M].机械工业出版社.冯立艳，张雪雁，张秀花.2017(07)

[3] 空间连杆机构实现曲面精加工方法研究[J].中国知网.肖丽萍，魏文军.江西农业大学.2011(01）

作者简介：黄彪（1996—）河南周口人，哈尔滨远东理工学院本科生，研究方向；机械设计及理论。

王世光：（1962—）黑龙江哈尔滨人， 哈尔滨远东理工学院机械专业教师，研究方向：机械设计与理论。

哈尔滨远东理工学院教学质量工程项目——材料力学课程建设

论文作者:黄彪 王世光

论文发表刊物:《科学与技术》2019年17期

论文发表时间:2020/1/15

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