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【乐高机械组教程】常用机械结构:连杆

Posted on 2021年11月14日2021年11月15日 By 黑猫 【乐高机械组教程】常用机械结构:连杆无评论

连杆机构是指由若干(两个以上)有确定相对运动的构件用低副(转动副或移动副)联接组成的机构,通俗来讲就是由铰链连接的刚性结构,可以在一定范围内运动。

常见连杆的种类

(一)瓦特连杆(Watt’s linkage)

瓦特连杆

瓦特连杆(也称为平行连杆)是詹姆斯·瓦特发明的一种机械连杆,其中连杆的中心运动点被约束在一条近乎直线上移动。瓦特在 1784 年的瓦特蒸汽机专利说明书中对其进行了描述。

汽车悬挂中的瓦特连杆结构

如今的汽车悬架,就是利用瓦特连杆原理(如上图所示),允许车辆的车轴垂直行驶,同时防止侧向运动。有乐高玩家也在其汽车模型中用乐高实现了瓦特连杆汽车悬挂,如下图所示。

乐高中的瓦特连杆汽车悬挂
悬挂效果

(二)Jansen 连杆 ( Jansen linkage)

看名字就知道由Jansen发明,目的是用于模拟平稳行走,利用这种连杆结构,便可通过电机提供的简单的旋转输入,来实现生物行走运动的模仿,该连杆已经用于行走机器人和步态分析。

Jansen连杆原理

也有大神利用乐高实现了Jansen连杆来模仿生物行走的模型。有兴趣可以看下下面的视频。

(三)切比雪夫连杆(Chebyshev linkage)

切比雪夫连杆是一种将旋转运动转换为近似直线运动的机械连杆。

切比雪夫连杆原理
乐高搭建的切比雪夫连杆

切比雪夫连杆机构经常被用于模拟机器人的行走。下面是利用乐高实现切比雪夫连杆模拟机器人行走的视频。

(四)波塞利连杆(Peaucellier linkage)

波塞利连杆也成为波塞利-利普金连杆,其最主要的一个特性是能够将转动输入转化为完美的线性输出,通俗来说就是可以转化为绝对直线输出。

波塞利连杆原理

利用乐高零件搭建的波塞利连杆如下图所示。

乐高搭建的波塞利连杆

乐高波塞利连杆工作原理和效果展示可以看下面的视频。

(五)霍肯连杆(Hoeckens Linkage)

霍肯连杆是一个四杆连杆机构,能够将旋转运动转化为近似直线运动。它以 Karl Hoecken(1874−1962 年)的名字命名。

霍肯连杆原理

下面是利用乐高零件搭建的2个霍肯连杆结构。

乐高霍肯连杆1
乐高霍肯连杆2

下面的视频是国外网友利用乐高机械组42093套装搭建的一个侯肯连杆结构装置。

(六)剪式连杆(Scissor Linkage)

剪式连杆也被称为剪式结构,由任意偶数根相同的梁组成,它既可以由任意一根梁的摇摆运动驱动,也可以通过移动能在支撑结构内滑动的梁的末端来驱动。
剪式连杆的核心优势是他的运动范围和稳定性,以及结构的紧凑型,上述特点使其成为一种很流程的机械结构。例如车窗升降、剪式升降机。

常见的剪刀式升降机
酒店中常见的折叠镜也是利用剪式连杆原理

利用乐高机械组零件也可以很容易的搭建一个剪式连杆结构,在剪式连杆结构中,对梁的长短没有额外要求,只需要所有梁长度相同即可。

乐高搭建的剪式连杆结构
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