平面機構的組成要素及工作原理的設計方案

　　若組成機構的所有構件都在同一平面或相互平行的平面內運動│☁✘◕，則稱該機構為平面機構│₪↟◕。 機構是具有確定運動的構件系統│☁✘◕，其組成要素有構件和運動副│₪↟◕。所有構件的運動平面都相互平行的機構亦稱為平面機構│☁✘◕，否則稱為空間機構│₪↟◕。

　　一│·、平面機構的組成要素

　　1.構件及其型別

　　構件是機構彼此相對運動的運動單元體│₪↟◕。一個構件可以是一個單獨製造的零件│☁✘◕，如連桿;也可以是由若干零件聯接構成的組合體│₪↟◕。

　　構件依其在機構中的功能分為機架│·、主動件│·、聯運件和從動件│₪↟◕。機架是機構中相對靜止,支承各運動構件運動的構件;主動件又稱為原動件或輸入件│☁✘◕，是輸入運動和動力的構件;從動件又稱為被動件或輸出件│☁✘◕，是直接完成機構運動要求│☁✘◕，跟隨主動件運動的構件;聯運件是聯接主│·、從動件的中介構件│₪↟◕。

　　2.運動副

　　機構中各個構件之間必須有確定的相對運動│☁✘◕，因此│☁✘◕，構件的連線既要使兩個構件直接接觸│☁✘◕，又能產生一定的相對運動│☁✘◕，這種直接接觸的活動連線稱為運動副│₪↟◕。軸承中的滾動體與內外圈的滾道│☁✘◕，齧合中的一對齒廓│·、滑塊與導軌│☁✘◕，均保持直接接觸│☁✘◕，並能產生一定的相對運動│☁✘◕，因而都構成了運動副│₪↟◕。兩構件上直接參與接觸而構成運動副的點│·、線或面稱為運動副元素│₪↟◕。

　　3.運動鏈和機構

　　兩個以上的構件透過運動副聯接而成的系統稱為運動鏈│₪↟◕。運動鏈分為閉式運動鏈和開式運動鏈兩種│₪↟◕。所謂閉式運動鏈是指組成運動鏈的每個構件至少包含兩個運動副│☁✘◕，組成一個首末封閉的系統│☁✘◕，開式運動鏈的構件中有的構件只包含一個運動副│☁✘◕，它們不能組成一個封閉的系統│₪↟◕。

　　4.自由度和運動副約束

　　任何一個構件在空間自由運動時皆有六個自由度│₪↟◕。它可表示為在直角座標系內沿著三個座標軸的移動和繞三個座標軸的轉動│₪↟◕。而對於一個作平面運動的構件│☁✘◕，則只有三個自由度│₪↟◕。即沿x軸和y軸移動│☁✘◕，以及在xOy平面內的轉動│₪↟◕。我們把構件相對於參考系具有的獨立運動引數的數目稱為自由度│₪↟◕。

　　兩個及兩個以上的構件透過運動副聯接以後│☁✘◕，相對運動受到限制│₪↟◕。運動副對成副的兩個構件間的相對運動所加的限制稱為約束│₪↟◕。引入一個約束條件將減少一個自由度│☁✘◕，而約束的多少及約束的特點取決於運動副的形式│₪↟◕。

　　(1) 轉動副的運動副限制了軸頸2沿x軸和y軸的移動│☁✘◕，只允許軸頸繞軸承相對轉動│☁✘◕，這種運動副稱為轉動副│₪↟◕。轉動副引入了2個約束│☁✘◕，保留了1個自由度│₪↟◕。

　　(2) 移動副的運動副│☁✘◕，構件這間只能沿x軸作相對移動│☁✘◕，這種沿一個方向相對移動的運動副稱為移動副│₪↟◕。移動副也具有2個約束│☁✘◕，保留了1個自由度│₪↟◕。

　　轉動副和移動副都是面接觸│☁✘◕，統稱為低副│₪↟◕。

　　(3) 平面高副│☁✘◕，在曲線構成的運動副中構件2相對於構件1既可沿接觸點處切線方向移動│☁✘◕，又可繞接觸點A轉動│☁✘◕，運動副保留了2個自由度│☁✘◕，帶進了一個約束│₪↟◕。這種點接觸或線接觸的運動副稱為高副│₪↟◕。

　　二│·、平面機構的工作原理

　　因為機構具有確定運動的條件☁│₪：原動件數=F│☁✘◕，所以如將機構的機架和原動件(稱為基本機構)與其餘構件拆分開│☁✘◕，則由其餘構件構成的構件組的F=0│₪↟◕。

　　而這個F=0的構件組│☁✘◕，有時還可以再拆分成更簡單的F=0的構建組│₪↟◕。

　　我們把zui後不能再拆的zui簡單的自由度為0的構件組稱為基本杆組或阿蘇爾肝組│☁✘◕，簡稱為杆組│₪↟◕。

　　任何機構都可以看作是由若干個基本杆組依次聯接到原動件和機架上而構成的│₪↟◕。這就是所謂機構的組成原理│₪↟◕。即☁│₪：任何機構=原動件│·、機架(F個)+若干個基本杆組(F=0)

　　三│·、平面機構的設計方案

　　本裝置利用各種給定的平面機構│☁✘◕，根據想象力搭接成一個完整的機械傳動方案並進行機構運動的測試分析│☁✘◕，不僅可以培養學生的機構創意組合設計能力與數字化分析能力│☁✘◕，而且還可以培養工程實踐能力│₪↟◕。

　　1.實驗內容

　　1)平面機構創新設計☁│₪：學生根據所學知識和實驗臺提供的零件庫│☁✘◕，設計平面機構傳動方案│₪↟◕。

　　2)平面機構拼裝☁│₪：學生可根據本實驗臺提供的15種以上傳動方案或自己的設計方案進行組裝│₪↟◕。

　　3)平面機構運動學測試及模擬實驗☁│₪：學生透過對自己設計的平面機構進行測試分析│·、運動分析│·、實驗結果分析│₪↟◕。

　　4)虛擬三維運動演示實驗

　　2.效能特點

　　1)工作臺架採用雙面操作設計│☁✘◕，A面用於測試分析,B面用於平面機構設計和拼裝實驗,美觀大方│·、適用性強│·、操作方便│₪↟◕。

　　2)所有杆構件長度及滑塊偏心距均可進行調節│☁✘◕，分析該引數改變對機構運動特性的影響│₪↟◕。

　　3)該實驗臺集平面機構設計│·、拼裝│·、測試及效能分析與一體│☁✘◕，培養學生綜合設計│·、創新能力│·、工程實踐能力│·、分析問題和解決問題的能力│₪↟◕。

　　4)實驗臺框架及零部件採用優質鋼材精工製造│☁✘◕，零部件採用工業發藍處理│☁✘◕，防鏽效果好│₪↟◕。

　　3.主要技術引數

　　1)交流調速電機☁│₪：120W 220V 0-200r/min

　　2)交流帶減速器電機☁│₪：90W 220V 10r/min

　　3)測試感測器☁│₪：直線位移感測器☁│₪：輸出電壓☁│₪：0-5V 量程☁│₪：160L 1支

　　旋轉編碼器☁│₪：輸出電壓☁│₪：0～5V 脈衝數☁│₪：1000P 2支

　　4)皮帶傳動 皮帶輪 4個皮帶O型×850L 2根

　　5)齒輪傳動

　　M=2 Z=80 2個

　　M=2 Z=90 2個

　　M=2 Z=36 1個

　　6)工作臺外形尺寸☁│₪：1200×800×800mm

　　7)操作檯外形尺寸☁│₪：1000×300×800mm

　　4.提供帶測試軟體的15種拼裝方案

　　1)曲柄滑塊偏心機構

　　2)曲柄滑塊對心機構

　　3)曲柄導杆偏心機構

　　4)曲柄導杆對心機構

　　5)曲柄導杆滑塊偏心機構

　　6)曲柄導杆滑塊對心機構

　　7)曲柄搖桿-齒輪齒條機構

　　8)曲柄搖桿機構偏心機構

　　9)曲柄搖桿對心機構

　　10)曲柄導杆搖桿機構

　　11)雙曲柄搖桿機構

　　12)雙曲柄搖桿滑塊機構

　　13)正弦凸輪機構

　　14)簡振動凸輪機構

　　15)槽輪機構可以組合其他拼接機構

　　四│·、總結

　　機構的動力綜合zui初是在剛體動力學範疇中進行的│₪↟◕。通常先按一般的運動綜合方法把機構設計出來,這樣得到的機構在工作速度較高時,其動力效能常不能達到設計要求,故應根據動力學原理,透過改變質量配置或機構尺寸來獲得具有優良動力效能的機構│₪↟◕。60年代以來│☁✘◕，由於機械向高速│·、過載│·、精密│·、尺寸小和重量輕發展│☁✘◕，在機構綜合中必須考慮構件的彈性和運動副的間隙等影響│₪↟◕。如對於高速印刷機的夾持機構│☁✘◕，傳統的方法是把構件看作jue對剛體進行機構綜合│☁✘◕，夾持機構全無夾持效能│₪↟◕。在考慮到構件彈性而進行動力綜合時│☁✘◕，其方法是:先根據給定運動要求,按剛性構件進行機構運動綜合│☁✘◕，再考慮構件的彈性進行機構的運動和動力分析│₪↟◕。然後,將所得動力效能資料與理想的動力效能資料比較,如動力效能誤差超過允差│☁✘◕，就加以修正和進行再綜合│☁✘◕，這樣反覆進行│☁✘◕，直到滿足要求為止│₪↟◕。

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