能够以较小的力获得较大力的作用的机构,称为倍力机构。构成倍力机构的机械要素中,包括连杆、杠杆、螺钉、楔子、齿轮、滑轮等等。机器人大赛(俗称:Robocon)的轻量级手臂常采用可以通过简单机构获得倍力效果的连杆机构。
倍力机构的另一个应用是使用杠杆来提升重物。在这种情况下,尽管可以用很小的力举起重物,但与重物移动的距离相比,必须移动更长的距离。
如上所述,使用倍力机构,做功量(移动物体的力与移动距离的乘积)并不会改变。在本期栏目中,我们将介绍应用连杆机构的倍力机构。
让我们来尝试思考在4节旋转连锁的连杆机构(【图1】-a))中,节A上的力的矢量。
【图1】-b)中是能够获得更大倍力作用效果的连杆机构配置图。
【图1】-c)中是倍力作用效果较小的连杆机构配置图。
将这两者与“节A”上力的矢量成分进行对比解释。
【图1】-b)中,“曲柄 OA”和“连杆 AB”之间的角度接近 180 度,几乎是直线,“连杆 AB”和“杠杆 BC”接近直角。在这种情况下,当“力矩T”作用在“原动节OA”上,力F0作用在“节A”的切线方向上,由于“节A”处的矢量分量,“节A”上作用于“连杆AB”的力F1会获得达到切向力F'0的2.7倍的倍力效果。
【图1】-c)中,作用于“节A”上的“连杆AB”的力F'1仅为切向力F'0的1.1倍。
由此可见,【图1】-b)的位置关系中,可利用连杆机构构成倍力机构。此外,当将连杆机构应用于倍力机构时,必须强化所有旋转连接部分(转轴)与连杆的强度设计。