机构并联组合方法详解

机构并联组合中由两个或多个结构相同的基本机构并列布置，按输入和输出机构的不同安排，有如图3-11所示的几种结构形式。

图3-11 并联机构的类型

a）Ⅰ型并联 b）Ⅱ型并联 c）Ⅲ型并联

1.Ⅰ型并联

Ⅰ型并联是指当一个原动机功率不足时，可以采用多套传动系统，如图3-11a所示。例如，中华世纪坛转动部分重3000余吨，装有192个车轮，如果只以其中一个车轮为主动轮，则地面的摩擦力有限，不足以产生足够的驱动力。设计者经过反复试验，选用了16个车轮为主动轮，各有一套传动系统，成功地解决了转动问题（见图3-12、图3-13）。设计此类机构必须注意各机构的协调配合。在此是利用控制电动机输出转矩的方法，使各台电动机负载均衡。

有些飞机采用2个或4个发动机，不但能够满足所需的推动力要求，而且在飞行时如果有一个发动机故障，不能工作，则靠其余发动机维持飞行，可以避免发生严重事故。

图3-12 中华世纪坛旋转圆坛支撑轮与驱动轮布置图

图3-13 传动装置简图

图3-14所示V形发动机中，2个气缸成V形布置，2个活塞通过连杆各推动一个曲柄，该机构可以顺利地通过死点。

图3-15为一种飞机的襟翼操作机构。此机构由两个直移液压缸各推动一个齿条，使齿轮轴心移动，可以使襟翼的摆动速度加快。若其中一套机构发生故障不能运动，则靠另一套机构仍能完成襟翼的动作要求，只是运动速度为原来的1／2。设置冗余机构，增加了机器的可靠性。

图3-14 V形双缸发动机

图3-15 襟翼操纵机构

2.Ⅱ型并联

Ⅱ型并联是指将主动件或原动机的运动分为两个（或更多）运动，再将这两个运动合成为一个运动，如图3-11b所示。这种形式可以改善输出构件的运动状态和受力情况，使机构受力自动平衡。设计的主要问题是几个并联机构要协调配合。

图3-16所示的压力机由左右两套机构组合而成。主动件为压力缸1，通过连杆2和2′同时推动两套完全相同的摇杆滑块机构3、4、5和3′、4′、5。当3、4（3′、4′）杆接近死点位置时（3、4接近成一直线时），执行构件5以最大压力对工件进行加工。此机构的优点是可以由较小的气缸推力产生很大的工作压力，同时使横向力自动平衡。应该注意的是，两套机构必须严格同步运动。

图3-17所示的螺旋杠杆机构压力机，采用了左右螺旋机构，两个螺旋螺距相同而旋向相反，在转动螺旋时，压头可以向上或向下运动。这一机构螺母对螺旋的轴向力可以互相平衡，但是压头下压产生的压力会对螺旋产生弯曲应力，另外速度较慢。

图3-16 分散并联组合机构

图3-17 压力机的螺旋杠杆机构(www.xing528.com)

3.Ⅲ型并联

Ⅲ型并联式组合机构是将一个主动运动分解为两个或多个输出的运动，如图3-18所示。例如，纺织工业使用的细纱机，一个电动机通过传动装置可以带动400～500个纱锭，每一个纱锭以15000r／min左右的转速转动，完成纺织细纱的动作要求。

加工光学透镜的抛光机一般是1个电动机通过4套连杆机构同时加工4个光学透镜，如图3-18a所示。图3-18b所示为双滑块驱动送料机构。做往复摆动的主动件1推动大滑块2和小滑块4。杆1左边端部有一滚子，在大滑块的沟槽中运动，使大滑块左右移动。由于沟槽的作用，使大、小滑块运动规律不同。此机构一般用于工件输送装置。工作时，大滑块在右端位置先接受来自送料机的工件，然后向左移动工件，再由小滑块将工件推出。

图3-18 Ⅲ型并联举例

a）光学零件抛光机床 b）送料机构

1—主动件 2—大滑块 3—连杆 4—小滑块

在机械中广泛使用并联机构。几套机构之间的同步和配合往往起重要的作用，也是设计者必须注意的问题。图3-19所示为工业生产中广泛使用的桥式起重机，其跨度L可达30m以上。因此其两端的车轮必须同步滚动，否则起重机前进时将出现不稳定。

图3-20所示为几种常用桥式起重机大车集中驱动布置图。其中，图a为低速轴集中驱动，传动装置重量大，给起重机增加较大的负担；图b为高速轴集中驱动，重量轻，但是传动轴转速高，安装要求高；图c为中速轴集中驱动，机构复杂，使用少。图3-21所示为两套独立的无机械联系的机构，省去了中间传动轴，自重轻，分组性好，安装和维修方便，当桥架有足够的水平刚度，其轮距B与跨度L之比B／L=1／4～1／6时，两侧电动机的输出力矩能够互相调节，再加上电气控制技术采取适当措施，可以达到运行平稳。图3-19中采用的就是分别驱动。

有些机器需要几套机构之间的运动互相配合，完成复杂的工艺动作要求。例如，家用脚踏缝纫机的针、梭心、送布牙之间密切配合，可以实现缝纫的功能。

图3-19 桥式起重机

图3-20 集中驱动布置图

a）低速轴集中驱动 b）高速轴集中驱动 c）中速轴集中驱动

图3-21a所示为电影放映机的输片机构。凸轮轴为主动轴，当三角凸轮转动时，从动件沿导路上下移动，由于凸轮的圆弧EF和CD都是以O为中心的圆弧（见图3-21b），所以当这两段圆弧与框架接触时，从动件将不动（当圆弧CD与框架上边缘接触时，从动件处于最低位置；当圆弧EF与框架上边缘接触时，从动件处于最高位置），即三角凸轮每转动1周，从动件有两次停歇。另一个圆盘凸轮（图中称为歪盘）是一个局部凸起的薄圆盘，它插入框架的一个沟槽中，设计要求此盘的凸起部分，正好在框架停止运动时，使抓片齿从胶片侧面齿孔中进入或脱出，二者的运动配合如图3-21a所示。

图3-21 电影机放映机输片机构结构简图

a）电影机抓片机构及凸轮运动配合 b）电影机凸轮主要尺寸关系

目前并联机构是机构设计研究的热点问题之一。图3-22所示为用于航天飞船对接器的对接机构和对接模拟器的并联机器人。它是一个六自由度的并联机器人，可以完成主动抓取、对正、拉紧柔性连接以及锁住、卡紧等一系列工作。此外，还有吸收能量和减振的作用，可以保证对接任务的顺利进行。

图3-22是一种由并联机构组成的并联机器人，可以用于大型雷达或射电望远镜等设备，也可以作为并联机床，具有刚度质量比大、移动速度快、易于实现模块化设计和制造成本低等特点。而纯六自由度并联机床位置解析困难，姿态能力差，控制复杂，目前有向少自由度或串并联混合发展的趋势。

图3-22 航天飞船对接器并联机器人