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空間連桿機構

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空間連桿機構由若干剛性構件通過低副(轉動副﹑移動副)聯接﹐而各構件上各點的運動平面相互不平行的機構﹐又稱空間低副機構

1簡介

空間連桿機構
spatial linkage
由若干剛性構件通過低副(轉動副、移動副)聯接,而各構件上各點的運動平面相互不平行的機構,又稱空間低副機構。在空間連桿機構中,與機架相連的構件常相對固定的軸線轉動、移動,或作又轉又移的運動,也可繞某定點作複雜轉動;其餘不與機架相連的連桿則一般作複雜的空間運動。利用空間連桿機構可將一軸的轉動轉變為任意軸的轉動或任意方向的移動,也可將某方向的移動轉變為任意軸的轉動,還可實現剛體的某種空間移位或使連桿上某點軌跡近似於某空間曲線。與平面連桿機構相比,空間連桿機構常有結構緊湊、運動多樣、工作靈活可靠等特點,但設計困難,製造較複雜。空間連桿機構常應用於農業機械、輕工機械、紡織機械、交通運輸機械、機床、工業機器人、假肢和飛機起落架中。

2組成

空間連桿機構常指單自由度空間閉鏈機構,但是隨著工業機器人和假肢技術的發展,多自由度空間開鏈機構也有不少用途。單自由度單環平面連桿機構只含4個轉動副,而單自由度單環空間連桿機構所含轉動副應為7個,此即空間七桿機構。空間連桿機構中採用多自由度的運動副如球面副或圓柱副時,所含構件數即可減少而形成簡單穩定的空間四桿機構或三桿機構。為了表明空間連桿機構的組成類型,常用R、P、C、S、H分別表示轉動副、移動副、圓柱副、球面副、螺旋副。一般空間連桿機構從與機架相連的運動副開始,依次用其中的一些符號來表示。常用空間四桿機構的組成類型有RSSR、RRSS、RSSP和RSCS機構這些機構因含有兩個球面副,結構比較簡單,但繞兩球心連線自由轉動的局部自由度影響高速性能。所有轉動副軸線匯交一點的球面四桿機構,也是一種應用較廣的空間連桿機構,如萬向聯軸節機構。此外,還有某些特殊空間連桿機構,如貝內特機構,其運動副軸線夾角和構件尺度要求滿足某些特殊關係。

3運動分析和綜合

空間連桿機構的分析綜合均較平面連桿機構複雜困難,這在很大程度上影響空間連桿機構的推廣應用。研究空間連桿機構的方法有以畫法幾何為基礎的圖解法和運用向量、對偶數、矩陣和張量等數學工具的解析法。圖解法有一定的局限性,應用較多的是便於電子計算機運算的解析法。空間連桿機構分析中重要而又困難的問題是位移分析。對多於 4桿的空間連桿機構,由輸入求輸出位移時因中間運動變數不易避開或消去,一般要用數值迭代法聯解多個非線性方程式或求解高次代數方程式。對最難進行位移分析的空間7R機構,由輸入求輸出位移的代數方程式高達32次。

4基本問題

對空間連桿機構進行運動綜合的基本問題是:①當主動件運動規律一定時,要求連架從動件能按若干對應位置或近似按某函數關係運動;②要求連桿能按若干空間位置姿態運動而實現空間剛體的導引;③要求連桿上某點能近似沿給定空間曲線運動。由於這些問題和平面連桿機構的綜合問題相仿,所以平面的巴默斯特爾理論可解析地推廣於空間剛體的導引問題和其他運動綜合問題。此外尚有利用機構封閉性等同條件建立設計方程式和採用優化技術等綜合方法。
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