1、平面六杆机构研讨课一、基本概念及设计一、基本概念及设计基本概念 六杆机构实际上是由一个二杆组和一个四杆机构组合而成，由于二杆组与四杆机构的连接方式不同而形式多样，可实现多种不同的功能需要。一、基本概念及设计 六连杆机构由六个连杆和七个关节构成。例：用于驱动步行机器腿的Klann连杆机构，如图所示。Klann连杆是一种平面机构，旨在模拟腿部动物的步态并起到车轮更换的作用。连杆包括框架，曲柄，两个接地摇杆和两个通过枢轴连接连接的连接器。它由Joe Klann于1994年开发。Klann连杆提供了更先进的步行车的许多好处，它可以跨越路缘，爬楼梯，或进入目前无法通过车轮进入的区域。基本概念1.按自由度
2、的数目进行分类,存在三个自由度的平面六杆机构。我们都知道自由度是:机构的各构件之间应具有确定的相对运确,显然,不能产生相对运动或作无规则运动的一堆构件难以用来传递运动,为了使组合起来的构件能产生相对运动并具有运动确定性,有必要探讨机构自由度各机构具有确定运动的条件。F：自由度；N：活动构件(含有机架)；pl：低副；ph：高副；公式为:F=3（N-1）-(2pl+ph);由于平面机构中一般不含有高副,所以平面六杆机构的自由度F=3（N-1）-2Pl。当自由度为3时可得出构架和低副的几种构型(N，PL)（6，6）（8，9）（10，12）一、基本概念及设计平面六杆机构的分类2.根据闭环个数进行分类。
3、在我们一般生产生活中,我们一般是用自由度数来区分的平面六杆机构,但是用这种方法不利于我们生活中的应用。一、基本概念及设计平面六杆机构的优越性 四杆机构结构简单，设计制造比较方便，但在性能上存在较大局限性（机构传动角和行程速度变化系数等），平面六杆机构相对于四杆机构有以下优势：1）可以获得较小的运动占据空间，如汽车车库门使用六杆机构2）可获得有利的传动角，窗户启闭机构，摆动洗衣机的搅拌机构3）获得较大的机械利益，锻压设备中的六杆肘杆机构（用于破碎机中）4）改变从动件的运动特性，插齿机构的主传动机构使用六杆机构，满足急回特性要求5）可实现机构从动件带停歇的运动：利用连杆曲线上的近似圆弧或直线部分实
4、现运动停歇（单停歇和双停歇机构）利用两个四杆机构在极位附近串接来实现近似的运动停歇6）扩大机构从动件的行程，调节从动件的行程7）实现特定要求下的平面引导，如六杆车轮悬挂系统一、基本概念及设计平面六杆机构的设计问题1.实现构件给定位置（又称刚体引导）。既要求连杆机构能够引导某构件按规定顺序能够经过给定的若干位置。2.实现已知运动规律(又称函数生成),即要求原、从动件应该满是已知的若干组的对应位置关系,包括满足一定的急回特性要求,或在原动件运动规律一定时,从动件能够按照给的定规律运动。3.实现已知运动轨迹(又称轨迹生成),即要求选杆机构中在作平面运动时构件上某一点要能够沿着给定的轨迹进行运动。一、
5、基本概念及设计球面四连杆机构，所有旋转关节的轴线相交于一点。球面六连杆机构，所有旋转关节的轴线相交于一点。一、基本概念及设计运动链有瓦特链和斯蒂芬森链两种瓦特链斯蒂芬森链一、基本概念及设计瓦特型这种六连杆机构具有瓦特拓扑结构，具有两个四杆环。瓦特型有两种形式，即瓦特、型。如果考虑从六个二元链接构造六边形，其中七个接头中的六个形成其顶点。添加第七个接头以连接六边形的两侧以形成具有两个三元链接的六条链接。一、基本概念及设计瓦特型瓦特型瓦特型一、基本概念及设计这样创建的两个三元链接，由一个或多个二进制链接分隔。这种六连杆机构具有Stephenson拓扑结构。Stephenson连杆的六杆和七个关节包
6、括一个四杆一个四杆环和一个五杆和一个五杆环。它有两个三元链接，由二进制链接分隔。两个三元链路不像Watt拓扑那样通过接头彼此连接，通过二进制链接分隔。斯蒂芬森有三种形式，取决于被选为框架的链接，表示为斯蒂芬森、型。前述Klann链接即为斯蒂芬森结构。首先将五个二进制链接组装成五边形来构造六连杆机构，五边形使用七个关节中的五个。然后通过添加连接五边形两侧的二进制链接来完成连接。斯蒂芬森型一、基本概念及设计斯蒂芬森型斯蒂芬森型斯蒂芬森型一、基本概念及设计通过对瓦特链和斯蒂芬链进行分析可以看出，六杆机构实际上是由一个二杆组和一个四杆机构组合而成，两者之间的区别就在于二杆组与四杆机构的连接方式的不同。
7、如果二杆组连接在与四杆机构相邻的两个连杆上则形成Watt 运动链型六杆机构，如果二杆组连接在四杆机构相隔的两个连杆上则会形成Stephenson 运动链型六杆机构。一、基本概念及设计由W可演绎出带有一个输出滑块P 为执行构件的机构W1P 和W6(3)P 如图2-1 中（a）、（b）所示，同时S也可演绎出带有一个输出滑块P 为执行构件的机构S6P 和S4(3)P 如图2-2 中（a）、（b）所示。图2-1 带有一个输出移动副的W型六杆机构图2-2 带有一个输出移动副的S型六杆机构(1)含有一个输出移动副的六杆机构一、基本概念及设计(2)含有两个移动副的平面六杆机构，其中一个为输出移动副 如果机构
8、中的一构件同时被三个相同的约束所作用，则其自由度等于零，并且也不可以变换为移动副，因此W运动链型式中的构件1 和S运动链型式中的构件1 不能转换为移动副。对于W运动链型式，其中3(6)作为输出移动副，6(3)作为原动件，那么只有4(5)能转变为移动副，与之相对应的典型机构为W3(6)P4(5)P 和W 3(6)P5(4)P，如图2-3 中（a）、（b）所示。图2-3 带有两个输出移动副的W型六杆机构一、基本概念及设计(2)含有两个移动副的平面六杆机构，其中一个为输出移动副 对于 S运动链型式机构，3（4）、6 其中必须有一个作为输出移动副，同时 构件 1 不可以被替换为移动副，在 S5P6P
9、机构当中，两构件 5 与 6 的运动类型 能够表达为相对移动或相对转动。其中两构件相对移动结构形式的机构为 S 5P6P、S6P4（3）P 和 S3（4）P5P，如图 2-4 中（a）、（b）和（c）所示。图2-4 带有两个输出移动副的S型六杆机构一、基本概念及设计(3)含有三个移动副的六杆机构，其中一个为输出的移动副对于 W运动链型式，其中 3（6）必须有一个作为原动件，则构件 5、6 的联 接可表示成相对转动或相对移动，其中以 3 作为原动件，那么 6 作为输出移动副，机构运动简图如图 2-5 中（a）、（b）所示。图 2-5 W6P5P4P 型六杆机构 一、基本概念及设计(3)含有三个移
10、动副的六杆机构，其中一个为输出的移动副对于 S运动链型式，3（4）、6 其中必须有一个构件作为原动件，假定构件 4 为原动件，6 为六杆机构输出滑块，那么 4132 可以组成偏置滑块机构型式，与之 相对应的机构运动简图如图 2-6 中（a）、（b）所示。图 2-14 S6P5P3（4）P 六杆机构一、基本概念及设计(3)含有三个移动副的六杆机构，其中一个为输出的移动副图 2-7 S3P4P5P 六杆机构当构件 6 为原动件，3 为输出移动副滑块时与之相对应的机构简图如图 2-7 中（a）、（b）所示。二、平面六杆机构的应用牛头刨床牛头刨床属于切削加工设备,利用循环运动的刀具切割在机床上固定的工
11、作部件,滑枕带着刨刀,作直线循环往复运动的刨床,因为其滑枕前端的刀架外形与牛头相类似,因此而得名,称为牛头刨床,在之前采用的是半自动化的切削,这种方法切削慢,工作效率低,并且工作后的工件成品质量较差,采用六杆机构的牛头刨床后,其效率有很大提高,不需要工人费力,只需国定好工作部件就可以了,而且成品质量有很大的提高。二、平面六杆机构的应用颚式破碎机颚式破碎机:颚式破碎机主要是进行将大块的矿山矿石或者大块的物料进行破碎,使其便于运输和使用,颚式碎机机构中采用的就是利用平面六杆机构来进行运动。二、平面六杆机构的应用颚式破碎机二、平面六杆机构的应用四杆铰链式颚式破碎机六杆铰链式颚式破碎机二、二、平面六杆
12、机构的应用在我们生活中,汽车已经变得非常普遍,在现在汽车中,汽车的转向机构目前还是采用的平面四杆机构,虽然现在平面四杆机构较为简单且应用已经很广,但是四杆机构的性能有较大的局限性.而采用平面六杆机构的话,虽说六杆机构的涉及较为复杂,但是六杆机构的构件数多,性能有很大的提高,所以采用平面六杆机构代替平面四杆机构为汽车的转向机构可以更好的实现转向功能。汽车转向机构在工厂里的生产中,我们会经需用到插床,插床是种应用丰常广泛的普通机床,通过插刀的上下循环运动完成对键槽和型孔的插削工作,特别适用于加工不通孔或有障碍台肩的内孔键槽，而且插床中的六杆机构是以双曲的机构为基础上发展而来的,从而可以实现预期的运
13、动规律并与插刀相连,实现切削运动。插床机构二、平面六杆机构的应用三、研讨总结三、研讨总结平面六杆机构不仅在众多工业生产中得到普遍应用，而且在其他领域方面如人造卫是,航空航天中太阳能的展开机构.还有人体假肢机构中采用的就是平面六杆机构。金属加工机床、起重运输机械,采矿机械、农业机械、交通运输机械和仪表等都应用到了平面六杆机构。现总结其优缺点如下：1.优点（除所有连杆机构都具备的优势外）：（1）可以获得较小的运动所占空间，如汽车车库门启闭机构当采 用四杆机构时，库门运动要占据较大的空间位置，且机构的传动性能不理想。若采用六杆机构，上述情况就会获得很大改善；（2）可取得有利的传动角：当从动件的摆角过
14、大，或者机构的外廓尺寸，或铰链布置的位置遭受到限制时，若还采取用四杆机构往往不能获得有利的传动角。如窗户启闭机构，若用曲柄滑块机构，虽能满足窗户启闭的其他要求，但在窗户全开位置，机构的传动角为0度，窗户的启闭均不方便。若改用六杆机构，则问题可获得较好解决。三、研讨总结三、研讨总结2.缺点：（1）由于在六杆机构中，机构的运动要经过中间构件进行传递，因此传动路线较长，在传递过程中会有很大的过程中能量的损失，易产生较大的误差累积，从而会使机械效率降低；（2）在六杆机构运动中，连杆和滑块在运动中由于会产生的惯性力且难用一般平衡的方法加以消除，所以连杆机构不适合用于高速运动；（3）对于六杆机构，由于尺寸参数较多，运动要求复杂，在电脑程序设计方面有很大的困难，因而设计也较困难。具体设计方法可以参阅有关专著。三、研讨总结 机械化的设备总是优缺共存的，有利也有缺，这就需要我们结合实际情况选择最合适我们的，努力将机构优势发挥到极致。从平面六杆机构的设计和应用中，我们可以看到机械设计是非常灵活的，这就要求我们活学活用，不断的思考，研讨，创新，发展，使得优缺互补，创造出更好的运动机构，更适合于实际的生产生活应用。谢 谢！
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