根據(jù)構件之間的相對運動為平面運動或空間運動,連桿機構可分為平面連桿機構和空間連桿機構。平面連桿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(lián)接而成,故又稱低副機構。平面連桿機構廣泛應用于各種機器、儀器以及操縱控制裝置中。如往復式發(fā)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桿機構。在連桿機構中,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(jù)機構中構件數(shù)目的多少分為四桿機構、五桿機構、六桿機構等,一般將五桿及五桿以上的連桿機構稱為多桿機構。當連桿機構的自由度為1時,稱為單自由度連桿機構;當自由度大于1時,稱為多自由度連桿機構。
根據(jù)形成連桿機構的運動鏈是開鏈還是閉鏈,亦可將相應的連桿機構分為開鏈連桿機構(機械手通常是運動副為轉動副或移動副的空間開鏈連桿機構)和閉鏈連桿機構。單閉環(huán)的平面連桿機構的構件數(shù)至少為4,因而最簡單的平面閉鏈連桿機構是四桿機構,其他多桿閉鏈機構無非是在其基礎上擴充桿組而成;單閉環(huán)的空間連桿機構的構件數(shù)至少為3,因而可由三個構件組成空間三桿機構。
連桿機構構件運動形式多樣,如可實現(xiàn)轉動、擺動、移動和平面或空間復雜運動,從而可用于實現(xiàn)已知運動規(guī)律和已知軌跡。
優(yōu)點:(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,從動件運動規(guī)律不同。
(3)兩構件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的,它不像凸輪機構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:(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)設計復雜,難以實現(xiàn)精確的軌跡。
因此,平面連桿機構廣泛應用于各種機械、儀表和機電產品中。隨著連桿機構設計方法的發(fā)展,電子計算機的普及應用以及有關設計軟件的開發(fā),連桿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,多自由度連桿機構的采用,使連桿機構的結構和設計大為簡化,使用范圍更為廣泛。
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桿機構的運動鏈中,a、b、c、d既代表各桿長度又是各桿的符號。當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。
若鉸鏈四桿機構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架時,構成曲柄搖桿機構;
b、 取最短桿為機架時,構成雙曲柄機構;
c、 取最短桿為連桿時,構成雙搖桿機構;
若鉸鏈四桿機構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,不論以哪一桿為機架,只能構成雙搖桿機構。
急回系數(shù)
在曲柄等速運動、從動件變速運動的連桿機構中,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
在曲柄搖桿機構中,若以搖桿為主動件,則當曲柄和連桿處于一直線位置時,連桿傳給曲柄的力不能產生使曲柄回轉的力矩,以致機構不能起動,這個位置稱為死點。機構在起動時應避開死點位置,而在運動過程中則常利用慣性來過渡死點。