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什么是波塞利耶-利普金直线运动机构?

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点击次数:更新时间:2018-01-11 16:01:50

波塞利耶-利普金直线运动机构又称为波舍利直线电动推杆运动机构一种往复式直线运动机构。由两根齿条和两个半圆外齿圈组成的封闭式外齿导轨固定于带有直线导轨的工作台,驱动齿轮固定连接驱动轴,轮轴支撑架连接驱动轴、导轮和中间齿轮轴,中间齿轮轴的两端固定连接两个中间齿轮,两个中间齿轮分别与驱动齿轮和封闭式外齿导轨的外齿啮合,导轮与封闭式外齿导轨的内轨配合。由法国军官查理·尼古拉·波赛利耶(Charles-Nicolas Peaucellier(1832–1913))和约姆·托伍·李普曼·利普金(Yom Tov Lipman Lipkin(1846–1876))于1864年发明。这种机械的设计思想是基于机械反演器把圆弧反演为直线。机械反演器由两组杆组成,一组由4条长度相同的短杆构成形状可以
变化化的菱形,另一组由两条等长的长杆,一端连在反演中心处,另一端连在菱形的对角上。可以用几何方法说明它的工作原理。设点O为反演中心,RPSQ四点构成菱形。根据对称性可以得到,点O,点P和点Q三点共线,都在∠ROS的角平分线上。根据勾股定理,由此得出,P点和Q点关于O点反演,反演半径为  。根据过反演中心的圆的反演是一条直线[2]  ,可以得到,当P在过点O的圆的一段圆弧上运动时,Q点的轨迹是直线。这种机械结构的优点是可以实现严格的线段约束,并实现直线运动和圆弧运动的正切转换。缺点是占空比较大,活动范围受到杆长的限制而比较小,需要的连杆和铰结构比较多(一共有7条连杆和6个铰结),因而结构比较复杂,引起可靠性不足。另外,如果有使连杆离开所活动的平面的力,将会使机械结构成为瞬变体系,导致结构强度不符合要求。
    直线运动机构是使构件上某点作准确或近似直线运动的机构。17世纪晚期,在人类能造出精确滑杆和导槽之前出现了一种机械设计思想,目的是用制造简便的刚片,连杆和铰的组合完成直线形的导槽和滑杆的功能,使构件上某点作准确或近似直线运动。由于现在加工高精度滑杆和导槽已无困难,这种机构已不多见,仅在仪表和某些机械上还有应用。但这种设计思想对于现代的仿生学机械设计有着重要的启发作用。直线运动机构分为近似直线运动和准确直线运动的两类,它们有着各自的特点,被应用在不同的场合。
近似直线机构
尽管精确直线机构可以替代滑杆和导槽,但在应用中,有需要一段是直线,另一段是曲线的结构。例如用脚行走的机械在着地时要沿着直线,返回时抬脚又需要走曲线。这样的机械很难让直线段严格为直线。但可以做成近似程度非常高的直线,误差小于千分之一。
霍肯机械电动推杆原理
霍肯机械(Hoeckens Linkage)[4]  由卡尔·霍肯(Karl Hoecken(1874-1962))发明,是一种由四条连杆构成的机械结构。连杆的末端在半个周期内走直线,另外半个周期走特殊的弧线。在走直线的半个周期内末端的速度近似恒定。
这是一种非常适用于设计用脚走路的运载工具的机械结构。由于用脚走路踩到地面的范围远少于轮子,而且脚的末端可以设置较大的面积的垫子以减小对地面的压强,平衡路面的高低不平,因而行走于不平坦的路面的运载工具更适合用脚代替轮子。可以猜测古代的木牛流马用了类似的直线机械。
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