连杆机构：类型、原理与应用

连杆机构：类型、原理与应用

连杆机构是将旋转运动转换为线性运动的重要机械装置。本文详细介绍了不同类型的连杆机构，包括滑轨连杆、四连杆、虚拟四连杆、双反四杆和虚拟双反四杆，并解释了它们的工作原理和应用场景。

连杆机构概述

连杆机构广泛应用于将旋转运动（如舵机或电机的运动）转换为线性运动。它们具有专门的运动模式，使其成为某些机构的理想选择。

术语

连杆：通过铰链、滑动接头、球窝接头等连接到两个或多个其他链节上的实心链节或杆件系统。从而形成一个封闭链或一系列封闭链。一般用于将线性运动转换为旋转运动或反之亦然。

设计考虑因素

在构建连杆系统时，有几个方面需要考虑：

• 过中心：连杆旋转时超过其中心点（通常是连杆两杆平行的点）。将连杆机构转过中心点有一些好处，例如可以使连杆机构更难反向驱动。

• 速度和力的变化：连杆机构不会有恒定的线速度或力。它们通常在杆垂直时达到最大速度和力，并且随着连杆机构旋转得更远，速度和力会减小。

• 建模：将连杆机构进行建模对检查联动装置是否能达到您的要求非常有用。有关如何在 OnShape 中设置配合的示例，请参阅此youtube 视频。

常见连杆类型

滑轨连杆

连杆的一个常见用途是驱动线性延伸。这允许一种紧凑的方法将电机或舵机的旋转运动转换为线性运动，移动抽屉滑轨等机构。通常，带有多度球连杆部件的两杆连杆机构用于构建这些连杆机构。

四连杆

一种类型的连杆称为四杆连杆。这是一种使端杆始终与地面保持相同角度的连杆。例如，如果虚拟四杆的端杆在缩回时与地面平行，则它将始终与地面平行，即使完全旋转出去。这对于像爪子这样的机构是有益的，您希望在操作过程中与地面平行。此外，四杆可以在机器人框架之外提供延伸，并且由于机械臂跟随的“弧线”，通常提供垂直和水平延伸。此外，可以仔细选择杆的构造材料以节省重量。

虚拟四连杆

四杆连杆更受欢迎的替代方案是虚拟四杆。虽然从技术上讲不是连杆，但虚拟四杆使用链条或皮带来创造类似于四杆的效果，其中末端执行器始终与地面保持固定角度。因为不需要额外的杆，这种“连杆”可以移动超过180度，并且比传统的四杆连杆占用的空间更少。

双反四杆

双反向四杆是四连杆的延伸，允许更多的延伸。双反向四杆由一个四连杆组成，第二个四连杆安装在第一个连杆的末端。这允许纯线性延伸，而不是单个四杆将采取的“弧形”。由于纯线性延伸，末端执行器仍将与地面保持固定角度。

虚拟双反四杆

与虚拟四杆类似，虚拟双反四杆是一种连杆机构，它使用皮带或链条来代替双反四杆的连杆机构。虚拟双反四杆只是一个虚拟四杆机构，其中末端执行器链轮/皮带轮的尺寸是静态链轮/皮带轮的一半，导致2:1的驱动比。然后，将一根杆安装到末端执行器链轮/皮带轮上，并运行另一条链条/皮带，这创造了纯粹的线性运动，末端执行器始终与地面成相同的角度。这比双反四杆产生了更紧凑的线性运动，并且还可以向两个方向延伸。