[发明专利]一种变自由度连杆机构教学实验台

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种变自由度连杆机构教学实验台，属于机械设计领域。

背景技术：

在机械运动中，我们常常可以看到“可变自由度机构”，即机构的自由度在工作过程中是可以变化的。机械运动的一些机构往往给人以很“巧妙”的感觉，这是因为其中应用了可变自由度的缘故。机构具有确定运动的充分必要条件是：原动件数＝机构自由度，若原动件数小于机构自由度，则从动件的运动是不确定的，若原动件数大于机构自由度，则机构将受到破坏，或者有些原动件失去驱动作用而被拖动。因此设计机器时，一般都要使原动件数等于机构自由度。大多数机器的机构自由度都等于1，而自由度在工作过程中自始至终是不变的，只要给机器一个原动件，就可使机器正常运转。

为了满足某种特殊工作需求，要求机构的自由度是可以变化的。而现有连杆机构教学实验台产品只能完成一个自由度的实验，尚缺乏自由度可变的连杆机构实验台。

发明内容

本发明专利要解决的技术问题是现有实验装置只能完成一个自由度的机械运动实验的问题，采用的技术方案是一种自由度可变的连杆机构实验台，由步进电机1(1)、步进电机2(2)、齿轮(3)、丝杆(4)、步进电机3(5)、丝杆螺母(6)、第二连杆(7)、第一连杆(8)、滑块(9)、第三连杆(10)、第四连杆(11)组成，步进电机2(2)与齿轮(3)相连接，丝杆(4)与步进电机3(5)相连接，滑块(9)、第一连杆(8)、第二连杆(7)、第三连杆(10)、第四连杆(11)依次用铰链相连接，滑块(9)与丝杆螺母(6)相连接机构自由度可以在1-3之间任意改变。

一种自由度可变的连杆机构实验台，将机构自由度从常规的四连杆1个自由度提升至3个自由度，并且自由度可以在1-3之间做任意改变，使实验装置具有多种自由度，实现多功能。

附图说明

图1：一种变自由度连杆机构教学实验台。

图2：1自由度连杆机构原理图。

图3：2自由度双曲柄滑块机构原理图

图4：2自由度五连杆机构原理图

图5：3自由度机构原理图

具体实施方式

本发明一种变自由度连杆机构教学实验台由步进电机1(1)、步进电机2(2)、齿轮(3)、丝杆(4)、步进电机3(5)、螺母(6)、第二连杆(7)、第一连杆(8)、滑块(9)、第三连杆(10)、第四连杆(11)组成。可将机构自由度从1个提升至3个，自由度可以在1-3之间任意改变。

1个自由度机构：将右边的第一连杆(8)、第二连杆(7)取下，则由第三连杆(10)第四连杆(11)与滑块组成单自由度机构，步进电机1(1)驱动第四连杆(11)运动，机构转换为单曲柄滑块机构。其自由度有：F＝3n-2PL-PH＝3*3-2*4＝1，为1个自由度机构。

2个自由度机构：1、双曲柄滑块机构。该机构可以实现激振机构功能，连曲柄AB即第四连杆(11)与曲柄CD即第一连杆(8)分别由步进电机1、步进电机2带动作为原动件，拆除第二连杆(7)，第三连杆(10)作为连杆BC，滑块(9)在导轨上做往复运动，振幅较大，改变电机1、电机2之间的相位差，可以调整振幅大小，可满足学生振动实验要求改变。

2、五连杆机构。在上述双曲柄滑块机构的基础上加入第二连杆(7)，同时将滑块固定在导轨上可得到五连杆机构。给定两连架杆AB、DE为原动件，两原动件的运动分别由两台步进电机1、电机2驱动，其自由度：F＝3n-2PL-PH＝3*4-2*5-0＝2，自由度大于0且等于原动件的数目，满足运动链成为机构的条件要求。

3个自由度机构：在上述五连杆机构的基础上，步进电机3(5)驱动丝杆(4)，滑块与丝杆螺母相连接，电机3通过丝杆(4)、螺母(6)调节AE之间的距离，其自由度有：F＝3n-2PL-PH＝3*5-2*6＝3，自由度大于0且等于原动件的数目。满足运动链成为机构的条件要求。