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什麼是波塞利耶-利普金直線運動機構?

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點擊次數:更新時間:2018-01-11 16:01:50

波塞利耶-利普金直線運動機構又稱為波舍利直線電動推桿運動機構一種往復式直線運動機構。由兩根齒條和兩個半圓外齒圈組成的封閉式外齒導軌固定于帶有直線導軌的工作台,驅動齒輪固定連接驅動軸,輪軸支撐架連接驅動軸、導輪和中間齒輪軸,中間齒輪軸的兩端固定連接兩個中間齒輪,兩個中間齒輪分別與驅動齒輪和封閉式外齒導軌的外齒嚙合,導輪與封閉式外齒導軌的內軌配合。由法國軍官查理·尼古拉·波賽利耶(Charles-Nicolas Peaucellier(1832–1913))和約姆·托伍·李普曼·利普金(Yom Tov Lipman Lipkin(1846–1876))于1864年發明。這種機械的設計思想是基于機械反演器把圓弧反演為直線。機械反演器由兩組桿組成,一組由4條長度相同的短桿構成形狀可以
變化化的菱形,另一組由兩條等長的長桿,一端連在反演中心處,另一端連在菱形的對角上。可以用幾何方法說明它的工作原理。設點O為反演中心,RPSQ四點構成菱形。根據對稱性可以得到,點O,點P和點Q三點共線,都在∠ROS的角平分線上。根據勾股定理,由此得出,P點和Q點關于O點反演,反演半徑為  。根據過反演中心的圓的反演是一條直線[2]  ,可以得到,當P在過點O的圓的一段圓弧上運動時,Q點的軌跡是直線。這種機械結構的優點是可以實現嚴格的線段約束,並實現直線運動和圓弧運動的正切轉換。缺點是佔空比較大,活動範圍受到桿長的限制而比較小,需要的連桿和鉸結構比較多(一共有7條連桿和6個鉸結),因而結構比較復雜,引起可靠性不足。另外,如果有使連桿離開所活動的平面的力,將會使機械結構成為瞬變體系,導致結構強度不符合要求。
    直線運動機構是使構件上某點作準確或近似直線運動的機構。17世紀晚期,在人類能造出精確滑桿和導槽之前出現了一種機械設計思想,目的是用制造簡便的剛片,連桿和鉸的組合完成直線形的導槽和滑桿的功能,使構件上某點作準確或近似直線運動。由于現在加工高精度滑桿和導槽已無困難,這種機構已不多見,僅在儀表和某些機械上還有應用。但這種設計思想對于現代的仿生學機械設計有著重要的啟發作用。直線運動機構分為近似直線運動和準確直線運動的兩類,它們有著各自的特點,被應用在不同的場合。
近似直線機構
盡管精確直線機構可以替代滑桿和導槽,但在應用中,有需要一段是直線,另一段是曲線的結構。例如用腳行走的機械在著地時要沿著直線,返回時抬腳又需要走曲線。這樣的機械很難讓直線段嚴格為直線。但可以做成近似程度非常高的直線,誤差小于千分之一。
霍肯機械電動推桿原理
霍肯機械(Hoeckens Linkage)[4]  由卡爾·霍肯(Karl Hoecken(1874-1962))發明,是一種由四條連桿構成的機械結構。連桿的末端在半個周期內走直線,另外半個周期走特殊的弧線。在走直線的半個周期內末端的速度近似恆定。
這是一種非常適用于設計用腳走路的運載工具的機械結構。由于用腳走路踩到地面的範圍遠少于輪子,而且腳的末端可以設置較大的面積的墊子以減小對地面的壓強,平衡路面的高低不平,因而行走于不平坦的路面的運載工具更適合用腳代替輪子。可以猜測古代的木牛流馬用了類似的直線機械。


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