平面機(jī)構(gòu)的組成要素及工作原理的設(shè)計方案
若組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動，則稱該機(jī)構(gòu)為平面機(jī)構(gòu)。 機(jī)構(gòu)是具有確定運動的構(gòu)件系統(tǒng)，其組成要素有構(gòu)件和運動副。所有構(gòu)件的運動平面都相互平行的機(jī)構(gòu)亦稱為平面機(jī)構(gòu)，否則稱為空間機(jī)構(gòu)。
一、平面機(jī)構(gòu)的組成要素
1.構(gòu)件及其類型
構(gòu)件是機(jī)構(gòu)彼此相對運動的運動單元體。一個構(gòu)件可以是一個單獨制造的零件，如連桿；也可以是由若干零件聯(lián)接構(gòu)成的組合體。
構(gòu)件依其在機(jī)構(gòu)中的功能分為機(jī)架、主動件、聯(lián)運件和從動件。機(jī)架是機(jī)構(gòu)中相對靜止,支承各運動構(gòu)件運動的構(gòu)件；主動件又稱為原動件或輸入件，是輸入運動和動力的構(gòu)件；從動件又稱為被動件或輸出件，是直接完成機(jī)構(gòu)運動要求，跟隨主動件運動的構(gòu)件；聯(lián)運件是聯(lián)接主、從動件的中介構(gòu)件。
2.運動副
機(jī)構(gòu)中各個構(gòu)件之間必須有確定的相對運動，因此，構(gòu)件的連接既要使兩個構(gòu)件直接接觸，又能產(chǎn)生一定的相對運動，這種直接接觸的活動連接稱為運動副。軸承中的滾動體與內(nèi)外圈的滾道，嚙合中的一對齒廓、滑塊與導(dǎo)軌，均保持直接接觸，并能產(chǎn)生一定的相對運動，因而都構(gòu)成了運動副。兩構(gòu)件上直接參與接觸而構(gòu)成運動副的點、線或面稱為運動副元素。
3.運動鏈和機(jī)構(gòu)
兩個以上的構(gòu)件通過運動副聯(lián)接而成的系統(tǒng)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?zhǔn)侵附M成運動鏈的每個構(gòu)件至少包含兩個運動副，組成一個首末封閉的系統(tǒng)，開式運動鏈的構(gòu)件中有的構(gòu)件只包含一個運動副，它們不能組成一個封閉的系統(tǒng)。
4.自由度和運動副約束
任何一個構(gòu)件在空間自由運動時皆有六個自由度。它可表示為在直角坐標(biāo)系內(nèi)沿著三個坐標(biāo)軸的移動和繞三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動。而對于一個作平面運動的構(gòu)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(nèi)的轉(zhuǎn)動。我們把構(gòu)件相對于參考系具有的獨立運動參數(shù)的數(shù)目稱為自由度。
兩個及兩個以上的構(gòu)件通過運動副聯(lián)接以后，相對運動受到限制。運動副對成副的兩個構(gòu)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于運動副的形式。
(1) 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動，這種運動副稱為轉(zhuǎn)動副。轉(zhuǎn)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(gòu)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(zhuǎn)動副和移動副都是面接觸，統(tǒng)稱為低副。
(3) 平面高副，在曲線構(gòu)成的運動副中構(gòu)件2相對于構(gòu)件1既可沿接觸點處切線方向移動，又可繞接觸點A轉(zhuǎn)動，運動副保留了2個自由度，帶進(jìn)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(jī)構(gòu)的工作原理
因為機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件：原動件數(shù)=F，所以如將機(jī)構(gòu)的機(jī)架和原動件（稱為基本機(jī)構(gòu)）與其余構(gòu)件拆分開，則由其余構(gòu)件構(gòu)成的構(gòu)件組的F=0。
而這個F=0的構(gòu)件組，有時還可以再拆分成更簡單的F=0的構(gòu)建組。
我們把最后不能再拆的最簡單的自由度為0的構(gòu)件組稱為基本桿組或阿蘇爾肝組，簡稱為桿組。
任何機(jī)構(gòu)都可以看作是由若干個基本桿組依次聯(lián)接到原動件和機(jī)架上而構(gòu)成的。這就是所謂機(jī)構(gòu)的組成原理。即：任何機(jī)構(gòu)=原動件、機(jī)架（F個）+若干個基本桿組（F=0）
三、平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案
本裝置利用各種給定的平面機(jī)構(gòu)，根據(jù)想象力搭接成一個完整的機(jī)械傳動方案并進(jìn)行機(jī)構(gòu)運動的測試分析，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)構(gòu)創(chuàng)意組合設(shè)計能力與數(shù)字化分析能力，而且還可以培養(yǎng)工程實踐能力。
1.實驗內(nèi)容
1)平面機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計：學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識和實驗臺提供的零件庫，設(shè)計平面機(jī)構(gòu)傳動方案。
2)平面機(jī)構(gòu)拼裝：學(xué)生可根據(jù)本實驗臺提供的15種以上傳動方案或自己的設(shè)計方案進(jìn)行組裝。
3)平面機(jī)構(gòu)運動學(xué)測試及仿真實驗：學(xué)生通過對自己設(shè)計的平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行測試分析、運動分析、實驗結(jié)果分析。
4)虛擬三維運動演示實驗
2.性能特點
1)工作臺架采用雙面操作設(shè)計，A面用于測試分析,B面用于平面機(jī)構(gòu)設(shè)計和拼裝實驗,美觀大方、適用性強(qiáng)、操作方便。
2)所有桿構(gòu)件長度及滑塊偏心距均可進(jìn)行調(diào)節(jié)，分析該參數(shù)改變對機(jī)構(gòu)運動特性的影響。
3)該實驗臺集平面機(jī)構(gòu)設(shè)計、拼裝、測試及性能分析與一體，培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計、創(chuàng)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采用優(yōu)質(zhì)鋼材精工制造，零部件采用工業(yè)發(fā)藍(lán)處理，防銹效果好。
3.主要技術(shù)參數(shù)
1)交流調(diào)速電機(jī)：120W 220V 0-200r/min
2)交流帶減速器電機(jī)：90W 220V 10r/min
3)測試傳感器：直線位移傳感器：輸出電壓：0-5V 量程：160L 1支
旋轉(zhuǎn)編碼器：輸出電壓：0～5V 脈沖數(shù)：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)操作臺外形尺寸：1000×300×800mm
4.提供帶測試軟件的15種拼裝方案
1)曲柄滑塊偏心機(jī)構(gòu)
2)曲柄滑塊對心機(jī)構(gòu)
3)曲柄導(dǎo)桿偏心機(jī)構(gòu)
4)曲柄導(dǎo)桿對心機(jī)構(gòu)
5)曲柄導(dǎo)桿滑塊偏心機(jī)構(gòu)
6)曲柄導(dǎo)桿滑塊對心機(jī)構(gòu)
7)曲柄搖桿-齒輪齒條機(jī)構(gòu)
8)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)偏心機(jī)構(gòu)
9)曲柄搖桿對心機(jī)構(gòu)
10)曲柄導(dǎo)桿搖桿機(jī)構(gòu)
11)雙曲柄搖桿機(jī)構(gòu)
12)雙曲柄搖桿滑塊機(jī)構(gòu)
13)正弦凸輪機(jī)構(gòu)
14)簡振動凸輪機(jī)構(gòu)
15)槽輪機(jī)構(gòu)可以組合其他拼接機(jī)構(gòu)
四、總結(jié)
機(jī)構(gòu)的動力綜合最初是在剛體動力學(xué)范疇中進(jìn)行的。通常先按一般的運動綜合方法把機(jī)構(gòu)設(shè)計出來,這樣得到的機(jī)構(gòu)在工作速度較高時,其動力性能常不能達(dá)到設(shè)計要求,故應(yīng)根據(jù)動力學(xué)原理,通過改變質(zhì)量配置或機(jī)構(gòu)尺寸來獲得具有優(yōu)良動力性能的機(jī)構(gòu)。60年代以來，由于機(jī)械向高速、重載、精密、尺寸小和重量輕發(fā)展，在機(jī)構(gòu)綜合中必須考慮構(gòu)件的彈性和運動副的間隙等影響。如對于高速印刷機(jī)的夾持機(jī)構(gòu)，傳統(tǒng)的方法是把構(gòu)件看作絕對剛體進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合，夾持機(jī)構(gòu)全無夾持效能。在考慮到構(gòu)件彈性而進(jìn)行動力綜合時，其方法是:先根據(jù)給定運動要求,按剛性構(gòu)件進(jìn)行機(jī)構(gòu)運動綜合，再考慮構(gòu)件的彈性進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運動和動力分析。然后,將所得動力性能數(shù)據(jù)與理想的動力性能數(shù)據(jù)比較,如動力性能誤差超過允差，就加以修正和進(jìn)行再綜合，這樣反復(fù)進(jìn)行，直到滿足要求為止。
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