平面连杆机构的运动设计

平面连杆机构是由若干构件用低副(转动副、移动副)连接组成的平面机构。最简单的平面连杆机构由四个构件组成,称为平面四杆机构。平面连杆机构广泛应用于各种机械、仪表和各种机电产品中。

平面连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中,其主要优点有:
1)由于连杆机构中的运动副都是面接触的低副,因而承受的压强小,便于润滑,磨损较轻,承载能力高;
2)构件形状简单,加T方便,构件之问的接触是由构件本身的几何约束来保持的,故构件工作可靠;
3)可实现多种运动形式之间的变换:
4)利用连杆可实现多种运动轨迹的要求。
其缺点有:
1)低副中存在间隙,构件数目较多时会产生较大的累积运动误差,从而降低运动精度,效率低;
2)机构运动时产生的惯性力难以平衡,故不适宜于高速场合。
平面连杆机构的运动设计一般可归纳为以下三类基本问题:
1) 实现构件给定位置(亦称刚体导引),即要求连杆机构能引导某构件按规定顺序精确或近似地经过给定的若干位置。
2) 实现已知运动规律(亦称函数生成),即要求主、从动件满足已知的若干组对应位置关系,包括满足一定的急回特性要求,或者在主动件运动规律一定时,从动件能精确或近似地按给定规律运动。
3) 实现已知运动轨迹(亦称轨迹生成),即要求连杆机构中作平面运动的构件上某一点精确或近似地沿着给定的轨迹运动。
在进行平面连杆机构运动设计时,往往是以上述运动要求为主要设计目标,同时还要兼顾一些运动特性和传力特性等方面的要求,如整转副要求、压力角或传动角要求、机构占据空间位置要求等。另外,设计结果还应满足运动连续性要求,即当主动件连续运动时,从动件也能连续地占据预定的各个位置,而不能出现错位或错序等现象。
平面连杆机构运动设计的方法主要是几何法和解析法,此外还有图谱法和模型实验法。几何法是利用机构运动过程中各运动副位置之间的几何关系,通过作图获得有关运动尺寸,所以几何法直观形象,几何关系清晰,对于一些简单设计问题的处理是有效而快捷的,但由于作图误差的存在,所以设计精度较低。解析法是将运动设计问题用数学方程加以描述,通过方程的求解获得有关运动尺寸,故其直观性差,但设计精度高。随着数值计算方法的发展和计算机的普及应用,解析法已成为各类平面连杆机构运动设计的一种有效方法。