BL10_Chess.gif (1092 bytes)

機構之組合

★連桿機構:即皆由連桿元件所組成的機構,主要作為運動形式與方向的轉換,廣用於各種機台上;連桿機構依其運動路徑所形成的空間分類,大致上可分為平面連桿機構與空間連桿機構,依構造分類,可分為由單迴路所構成的簡單連桿機構,以及由多迴路所構成的複合連桿機構;依功能可分為急回機構、平行機構、直線機構、特殊曲線機構、肘節機構、以及其他類型機構;下圖為連桿機構分類之方塊圖。

10.jpg (11096 bytes)

★球面機構:為一種特殊的空間機構,有不少的應用。


相關資訊綜合討論回到首頁- 醫療機電整合回到上頁- 機構

長庚大學醫療自動化與復健工程研發室


四連桿組:

由四根連桿與四個接頭所組成的簡單機構,若四個接頭皆為旋轉對,且軸心互相平行,則稱之平面連桿組,若四個接頭皆為旋轉對,且軸心交於一點,則稱之為球面四連桿組;,若四個接頭皆為旋轉對,且軸心不平行亦不相交,則稱空間四連桿組。四連桿組是最簡單的連桿機構,亦是組成連桿機構的基本單元,一般而言,若無特別說明,四連桿組乃是指平面四連桿組。

平面四連桿各桿件與接頭的名稱與簡圖符號如圖2-11所示。固定桿乃是固定於機架上的機件,恆以桿1稱之。主動桿或輸入桿乃是動力源用以驅動其他連桿的機件,一般以桿2稱之。從動桿或輸出桿乃是主動桿影響而致動的機件,以桿3、桿4稱之;其中桿3同時和桿2與桿4鄰接,運動時無固定的旋轉中心,又稱為連接桿。和桿2、桿1及桿四、桿1附隨的接頭為固定軸樞,分別以a0、b0表示;和桿2、桿3及桿4、桿3附隨的接頭為可動軸樞,分別以a、b表示,具固定軸樞的連桿,若相對於固定桿能做360o的旋轉,則稱為曲柄;反之則稱搖桿。

11.jpg (6646 bytes)

圖2-11平面四連桿組


四連桿組類型:

在機構設計之初,動力源給予輸入桿的運動形式為何及輸出桿應產生何種運動,乃是相當重要的設計條件,而葛氏法則則用判斷四連桿組中的桿件,視作3600的旋轉,還是僅能做小於3600的搖擺,包括曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構、以及三搖桿機構。

 

  • 葛氏機構

對於一個四連桿運動鏈,另最短的桿長為rs,其餘兩桿的桿常為rp和rq。若桿長的關係式滿足下式:

rs+rl<=rp+rq

則至少有一桿能做3600的旋轉,此即為葛氏法則。滿足圖2-12的運動鏈為葛氏運動鏈;否則稱為非葛氏運動鏈,無任何桿件可做3600的旋轉。

12.jpg (18145 bytes)

圖2-12 葛氏運動鏈及其倒置機構

圖2-12.a所示者為滿足式1的運動鏈,所衍生初的四個倒置機構,分別如圖3.b~d所示,可依據最短桿功能之不同而有以下三種不同的運動分類:

  1. 最短桿為輸入桿,則此機構為曲柄搖桿機構;輸入桿作360度旋轉,而輸出桿做搖擺運動。
  2. 若最短桿為固定桿,則為雙曲柄機構,又稱為牽桿機構;輸入桿與輸出桿皆可做360度旋轉。
  3. 若非以上兩種情形,則為雙搖桿機構;輸入桿與輸出桿僅能做小於360度的搖擺運動,連接桿可做360度的旋轉運動。

 

  • 非葛氏機構

非葛氏運動鏈,圖2-13.a的桿長關係為

rs+rl>rp+rq

所衍生出的四個倒置機構,分別如圖2-13.b~e所示。由於所有的可動桿皆僅能做小於360度的搖擺運動,因此這類機構稱之為三搖桿機構。

13.jpg (16073 bytes)

圖2-13 非葛氏運動鏈即倒置機構


變點機構:

通常機構中各桿件均會在某些特定範圍內做拘束運動,但有些特殊桿長所組成之機構在某特定的狀態,桿件的運動路徑有多種可能。於這種桿件運動不明確的狀態,吾人稱為變換點或稱這種情形為不定構形,而具有這種特性的機構則稱為變點機構。

變點機構為葛氏機構的特殊情形,其存在的必要條件為:rs+rl=rp+rq

當所有連桿位於一直線位置時,即是變點構形。圖2-14.a所示者即為一變點機構。

變點機構的桿長關係有兩種特殊情形,一種為對邊等長,另一種為鄰邊等長。對邊等長者,有平行四連桿組與反平行四連桿組(如圖2-14.b、圖2-14.c所示);鄰邊等長者稱為箏形連桿組,或稱等腰雙曲柄連桿組。

14.jpg (10717 bytes)

圖2-14 變點機構


具滑件的四連桿機構:

先前所述的平面四連桿組,其運動對皆為旋轉對;若運動鏈中含有滑行對,則形成具滑件的四連桿機構。滑件可在圓弧導槽內滑動,亦可在直線導槽內滑動。圖2-15所示為一曲柄搖桿機構,若將桿4以一個圓弧滑件取代,且這個滑件在以b0為曲率中心的圓弧導槽內滑動,所得的機構特性與原機構完全一樣,這個具單滑件的四連桿機構,可視為由曲柄搖桿機構蛻變而成,以運動學而言,稱此兩機構為等效機構,而稱桿4為滑件的等效連桿。當導槽的曲率半徑為無線大時,接頭b的運動路徑為直線,圓弧導槽成為直線導槽,其等效連桿的桿長為無窮大,如圖2-15.b所示

15.jpg (8808 bytes)

圖2-15 等效機構


球面四連桿組:

球面四連桿組為一個具有四個旋轉對的空間四連桿機構,其旋轉對之軸線交於圓球的球心,且連桿均位於圓球的大圓弧線,如圖2-16所示。此種機構運動時,其桿上每一點之運動路徑具球心距離恆為定值,且在同一球面上,此稱為球面運動,此外,描述球面四連桿組時,通常以大圓弧線之球心角,取代球面上的桿長,如圖2-16.b所示,這些球心角在機構運動時恆為定值。

16.jpg (10372 bytes)

圖2-16 球面四連桿組

平面四連桿組所有的運動型式,在球面四連桿組中均有其對應的型式,若圖7.a中之最短桿2為輸入曲柄,繞軸線a0o做完整的旋轉運動,則點b之運動路徑為球面上的一個圓弧而桿4做搖擺運動,故為空間曲柄搖桿機構。用於天花板上的旋轉電風扇為球面四連桿的一種,馬達與轉扇整體固定在連接桿上,故桿3為輸入桿;桿2做360度旋轉,而桿4僅為搖擺運動,亦為空間曲柄搖桿機構。


相關資訊綜合討論回到首頁- 醫療機電整合回到上頁- 機構

長庚大學醫療自動化與復健工程研發室