平面机构运动方案创新设计实验

1、PAGE PAGE 24实验四 平面机构运动方案创新设计实验一、实验目的 1加深学生对机构组成原理的认识，进一步了解机构组成及其运动特性； 2 培养养学生的的工程实实践动手手能力； 3 培养养学生创创新意识识及综合合设计能能力。 二、 设备备和工具具1机机构运动动方案创创新设计计实验台台；2工具箱箱一套； 3自备备三角板板、圆规规和草稿稿纸等文文具。三、 实验验前的准准备工作作 1预预习实验验，掌握握实验原原理，初初步了解解机构创创新模型型；2选择设设计题目目，初步步拟定机机构系统统运动方方案。四、 实验验原理 任何平面面机构均均可以用用零自由由度的杆杆组依次次连接到到原动件件和机架架上的方方

2、法来组组成，这这是机构构的组成成原理，也也是本实实验的基基本原理理。1杆组的的概念 由于平面面机构具具有确定定运动的的条件是是机构的的原动件件数目与与机构的的自由度度相等，因因此机构构均由机机架、原原动件和和自由度度为零的的从动件件通过运运动副联联结而成成。将从从动件系系统拆成成若干个个不可再再分的自自由度为为零的运运动链，称称为基本本杆组（简简称杆组组）。 根据杆杆组的定定义，组组成平面面机构杆杆组的条条件是：F = 33n - 2PPL- PPH =00 （41） 式式中： n为杆杆组中的的构件数数；PL为杆组组中的低低副数；PH为杆组组中的高高副数。由由于构件件数和运运动副数数目均应应为

3、整数数，故当当n、PL、PH取不同同数值时时，可得得各类基基本杆组组。当PH=0时，杆杆组中的的运动副副全部为为低副，称称为低副副杆组。由由于有FF = 3n - 22PL- PPH =00，故，则n应当是是2的倍数数，而PPL应当是是3的倍数数，即nn：2、4、6，PL=3、6、9。当当n=22，PL=3时，基基本杆组组称为III级组组。III级组是是应用最最多的基基本杆组组，绝大大多数的的机构均均由III级杆组组组成，II级杆组可以有下图所示的五种不同类型：图41 平面低低副级杆组组n=4，PPL =66的杆组组形式很很多，如如图62所示为为常见的的级杆组组。图42 平面低低副级杆组组2、

4、正正确拆分分杆组 从机构中拆拆出杆组组具有三三个步骤骤： 1） 先去掉掉机构中中的局部部自由度度和虚约约束； 2） 计算机机构的自自由度，确确定原动动件；3） 从远离离原动件件的一端端开始拆拆分杆组组，每次次拆分时时，要求求先试着着拆分级组，没没有组时，再再拆分级组等等高一级级杆组，最最后剩下下原动件件和机架架。 拆分杆杆组是否否正确的的判定方方法是：拆去一一个杆组组或一系系列杆组组后，剩剩余的必必须为一一个完整整的机构构或若干干个与机机架相联联的原动动件，而而不能有有不成组组的零散散构件或或运动副副存在，全全部杆组组拆完后后，应当当只剩下下与机架架相联的的原动件件。 如如图43所示机机构，可

5、可先除去去K处的局局部自由由度，然然后，按按步骤22）计算算机构的的自由度度（F=1），并并确定凸凸轮为原原动件；最后根根据步骤骤3），先先拆分出出构件44和5组成的的级组，再再拆分出出构件66和7及构件件3和2组成的的两个级组以以及由构构件8组成的的单构件件高副杆杆组，最最后剩下下原动件件1和机架架9。图43杆组拆拆分3、杆组的的正确拼拼装 根根据事先先拟定的的机构运运动简图图，利用用机构运运动创新新设计方方案实验验台提供供的零件件按机构构运动的的传递顺顺序进行行拼装。拼拼装时，通通常先从从原动件件开始，按按运动传传递规律律进行拼拼装。拼拼装时，应应保证各各构件均均在相互互平行的的平面内内运

6、动，这这样可避避免各运运动构件件之间的的干涉，同同时保证证各构件件运动平平面与轴轴的轴线线垂直。拼拼装应以以机架铅铅垂面为为参考平平面，由由里向外外拼装。 注注意：为为避免连连杆之间间运动平平面相互互紧贴而而摩擦力力过大或或发生运运动干涉涉，在装装配时应应相应装装入层面面限位套套。 机机构运动动创新设设计实验验台提供供的运动动副拼接接方法参参见以下下各图所所示。1)实验台台机架：图4-4 实验验台机架架图 实实验台机机架中有有5根铅垂垂立柱，均均可沿xx方向移移动。移移动前应应旋松在在电机侧侧安装在在上、下下横梁上上的立柱柱紧固螺螺钉，并并用双手手移动立立柱到需需要的位位置后，应应将立柱柱与上

7、(或下)横梁靠靠紧再旋旋紧立柱柱紧固螺螺钉(立柱与与横梁不不靠紧旋旋紧螺钉钉时会使使立柱在在x方向发发生偏移移)。 注注：立柱柱紧固螺螺钉只需需旋松既既可，不不允许将将其旋下下。 立立柱上的的滑块可可在立柱柱上沿YY方向移移动，要要移动立立柱上的的滑块，只只需将滑滑块上的的内六角角平头紧紧定螺钉钉旋松即即可(该紧定定螺钉在在靠近电电机侧)。 按按上述方方法移动动立柱和和滑块，就就可在机机架的XX、Y平面内内确定固固定铰链链的位置置。2)主、从从动轴与与机架的的连接(下图各各零件编编号与“机构运运动创新新设计方方案实验验台组件件”序号相相同，后后述各图图均相同同)图4-5 主、从从动轴与与机架的

8、的连接 按按上图方方法将轴轴联接好好后，主主(或从)动轴相相对机架架不能转转动，与与机架成成为刚性性联接；若件22不不装配，则则主(或从)动轴可可以相对对机架作作旋转运运动。3)转动副副的连接接图46 转动动副连接接图按图示联接接好后，采采用件119联接接端连杆杆与件99无相对对运动，采采用件220联接接端连杆杆与件99可相对对转动，从从而形成成两连杆杆的相对对旋转运运动。4)移动副副的连接接图47 移动动副连接接图5)活动铰铰链座II的安装装图48 活动动铰链座座I连接图图 如如图联接接，可在在连杆任任意位置置形成铰铰链，且且件9如图装装配，就就可在铰铰链座II上形成成回转副副或形成成回转移

9、动副副。6)活动铰铰链座III的安安装 图49 活动动铰链座座II的连连接图如图连接，可可在连杆杆任意位位置形成成铰链，从从而形成成回转副副。7)复合铰铰链I的安装装：(或转一一移动副副)图4100 复复合铰链链I的连接接图将复合铰链链I铣平端端插入连连杆长槽槽中时构构成移动动副，而而联接螺螺栓均应应用带垫垫片螺栓栓。8)复合铰铰链III的安装装图4111 复复合铰链链II的连连接图复合铰链II联接好好后，可可构成三三构件组组成的复复合铰链链，也可可构成复复合铰链链+移动副副。复合铰链III联接接好后，可可构成四四构件组组成的复复合铰链链。9)齿轮与与主(从)动轴的的连接图4122 齿齿轮与主

10、主(从)动轴的的连接图图10)凸轮轮与主（从从）动轴轴的连接接图4133凸轮轮与主（从从）动轴轴的连接接图11）凸轮轮副连接接图414凸凸轮副连连接图12）槽轮轮机构连连接图图415槽槽轮机构构连接图图注：拨盘装装入主动动轴后，应应在拨盘盘上拧入入紧定螺螺钉377，使拨拨盘与主主动轴无无相对运运动；同同时槽轮轮装入主主（从）动轴后后，也应应拧入紧紧定螺钉钉37，使使槽轮与与主（从）动轴无无相对运运动。13）齿条条相对机机架的连连接 如如图连接接后，齿齿条可相相对机架架作直线线移动；旋松滑滑块上的的内六角角螺钉，滑滑块可在在立柱上上沿Y方向相相对移动动（齿条护护板保证证齿轮工工作位置置）。图41

11、6齿齿条相对对机架的的连接14)主动动滑块与与直线电电机轴的的连接：图4417主主动滑块块与直线线电机轴轴的连接接当由滑块作作为主动动件时，将将主动滑滑块座与与直线电电机轴(齿条)固连即即可，并并完成如如图示连连接就可可形成主主动滑块块。五、实验内内容 机构构运动创创新设计计实验，其其运动方方案由学学生根据据设计要要求构思思平面机机构运动动简图进进行创新新构思并并完成方方案的拼拼接，达达到开发发学生创创造性思思维的目目的。 实实验可以以选用工工程机械械中应用用的各种种平面机机构，根根据机构构运动简简图，进进行拼接接实验；也可从从下列运运用于工工程机械械中的各各种机构构中选择择拼接方方案，完完成

12、实验验。1、内燃机机机构图4188 内燃机机机构 机构构组成：曲柄滑滑块与摇摇杆滑块块组合而而成的机机构。 工作作特点：当曲柄柄1作连续续转动时时，滑块块6作往复复直线移移动，同同时摇杆杆3作往复复摆动带带动滑块块5作往复复直线移移动。 该机机构用于于内燃机机中，滑滑块6在压力力气体作作用下作作往复直直线运动动(故滑块块6是实际际的主动动件)，带动动曲柄11回转并并使滑块块5往复运运动使压压力气体体通过不不同路径径进入滑滑块6的左、右右端并实实现排气气。图4199 精压压机机构构2、精压机机机构 机机构组成成：该机机构由曲曲柄滑块块机构和和两个对对称的摇摇杆滑块块机构所所组成。对对称部分分由杆

13、件件4567和杆件件8910一7两部分分组成，其其中一部部分为虚虚约束。 工作作特点：当曲柄柄1连续转转动时，滑滑块3上、下下移动，通通过杆4456使滑块块7作上下下移动，完完成物料料的压紧紧。对称称部分889107的作用用是使构构件7平稳下下压，使使物料受受载均衡衡。 用途途：如钢钢板打包包机，纸纸板打包包机，棉棉花打捆捆机、剪剪板机等等均可采采用此机机构完成成预期工工作。3、牛头刨刨床机构构图4200 牛头头刨床机机构图b)为将将图a)中的构构件3由导杆杆变为滑滑块，而而将构件件4由滑块块变为导导杆形成成。机构组成：牛头刨刨床机构构由摆动动导杆机机构与双双滑块机机构组成成。只是是在图aa)

14、中，构构件2、3、4组成两两个同方方位的移移动副，且且构件33与其它它构件组组成移动动副两次次；而图图b)则是是将图aa)中D点滑块块移至AA点，使使A点移动动副在箱箱底处，易易于润滑滑，使移移动副摩摩擦损失失减少，机机构工作作性能得得到改善善。图aa)和图图b)所示示机构的的运动特特性完全全相同。 工作作特点：当曲柄柄1回转时时，导杆杆3绕点A摆动并并具有急急回性质质，使杆杆5完成往往复直线线运动，并并具有工工作行程程慢，非非工作行行程快回回的特点点。4、两齿轮轮曲柄柄摇杆机机构图4211 齿轮轮一曲柄柄摇杆机机构 图4422 齿轮曲柄摆摆块机构构机构组成：该机构构由曲柄柄摇杆机机构和齿齿轮

15、机构构组成，其其中齿轮轮5与摇杆杆2形成刚刚性联接接。 工作作特点：当曲柄柄1回转时时，连杆杆2驱动摇摇杆3摆动，从从而通过过齿轮55与齿轮轮4的啮合合驱动齿齿轮4回转。由由于摆杆杆3往复摆摆动，从从而实现现齿轮44的往复复回转。5、两齿轮轮曲柄柄摆块机机构： 机机构组成成：该机机构由齿齿轮机构构和曲柄柄摆块机机构组成成。其中中齿轮11与杆2可相对对转动，而而齿轮44则装在在铰链BB点并与与导杆33固联。 工作作特点：杆2作圆周周运动，为为曲柄通通过连杆杆使摆块块摆动从从而改变变连杆的的姿态使使齿轮44带动齿齿轮1作相对对曲柄的的同向回回转与逆逆向回转转。6、喷气织织机开口口机构图4233 喷

16、气气织机开开口机构构 机机构组成成：该机机构由曲曲柄摆块块机构，齿齿轮一齿齿条机构构和摇杆杆滑块机机构组合合而成，其其中齿条条与导杆杆BC固联联，摇杆杆DD与齿轮轮G固联。 工工作特点点：曲柄柄AB以等等角速度度回转，带带动导杆杆BC随摆摆块摆动动的同时时与摆块块作相对对移动，在在导杆BBC上固固装的齿齿条E与活套套在轴上上的齿轮轮G相啮合合，从而而使齿轮轮G作大角角度摆动动，与齿齿轮G固联在在一起的的杆DDD随之运运动，通通过连杆杆DF(DF)使滑块块作上、下下往复运运动。组组合机构构中，齿齿条E的运动动是由移移动和转转动合成成的复合合运动，而而齿轮GG的运动动就取决决于这两两种运动动的合成

17、成。图4244 冲压压机构 77、冲压压机构机构组成：该机构构由齿轮轮机构与与对称配配置的两两套曲柄柄滑块机机构组合合而成，AD杆与齿轮1固联，BC杆与齿轮2固联。 组组成要求求：z1=z2； ADD=BCC； 工工作特点点：齿轮轮1匀速转转动，带带动齿轮轮2回转，从从而通过过连杆33、4驱动杆杆5上下直直线运动动完成预预定功能能。 该该机构可可拆去杆杆件5，而E点运动动轨迹不不变，故故该机构构可用于于因受空空间限制制无法安安置滑槽槽但又须须获得直直线进给给的自动动机械中中。而且且对称布布置的曲曲柄滑块块机构可可使滑块块运动受受力状态态好。应用：此机机构可用用于冲压压机、充充气泵、自自动送料料

18、机中。8、插床机机构图4255 插床床机构 机构组组成：该该机构由由转动导导杆机构构与正置置曲柄滑滑块机构构构成。工作特点：曲柄11匀速转转动，通通过滑块块2带动从从动杆33绕B点回转转，通过过连杆44驱动滑滑块5作直线线移动。由由于导杆杆机构驱驱动滑块块5往复运运动时对对应的曲曲柄1转角不不同，故故滑块55具有急急回特性性。 应应用：此此机构可可用于刨刨床和插插床等机机械中。9、筛料机机构图4266 筛筛料机构构 机构构组成：该机构构由曲柄柄摇杆机机构和摇摇杆滑块块机构构构成。工作特点点：曲柄柄1匀速转转动，通通过摇杆杆3和连杆杆4带动滑滑块5作往复复直线运运动，由由于曲柄柄摇杆机机构的急急

19、回性质质，使得得滑块55速度、加加速度变变化较大大，从而而更好地地完成筛筛料工作作。10、凸轮轮连杆杆组合机机构 图图427 凸轮连杆组组合机构构 机机构组成成：该机机构由凸凸轮机构构和曲柄柄连杆机机构以及及齿轮齿齿条机构构组成，且且曲柄EEF与齿齿轮为固固联构件件。 工工作特点点：凸轮轮为主动动件匀速速转动，通通过摇杆杆2、连杆杆3使齿轮轮4回转，通通过齿轮轮4与齿条条5的啮合合使齿条条5作直线线运动，由由于凸轮轮轮廓曲曲线和行行程限制制以及各各杆件的的尺寸制制约关系系，齿轮轮4只能作作往复转转动，从从而使齿齿条5作往复复直线移移动。 应应用：此此机构用用于粗梳梳毛纺细细纱机钢钢领板运运动的

20、传传动机构构。11、凸轮轮五连连杆机构构图4288 凸凸轮五五连杆机机构机构组成：该机构构由凸轮轮机构和和连杆机机构构成成，其中中凸轮与与主动曲曲柄1固联，又又与摆杆杆4构成高高副。图4299 行行程放大大机构工作特点：凸轮11匀速回回转，通通过杆11和杆3将运动动传递给给杆2，从而而杆2的运动动是两种种运动的的合成运运动，因因此连杆杆2上的C点可以以实现给给定的运运动轨迹迹。12、行程程放大机机构： 机机构组成成：该机机构由曲曲柄滑块块机构和和齿轮齿齿条机构构组成，其其中齿条条5固定为为机架，齿齿轮4为移动动件。 工工作特点点：曲柄柄1匀速转转动，连连杆上CC点作直直线运动动，通过过齿轮33

21、带动齿齿条4作直线线移动，齿齿条4的移动动行程是是C点行程程的两倍倍，故为为行程放放大机构构。 注注：若为为偏置曲曲柄滑块块，则齿齿条4具有急急回性质质。13、冲压压机构图4300 冲冲压机构构机构组成：该机构构由齿轮轮机构、凸凸轮机构构、连杆杆机构组组成，其其中凸轮轮3与齿轮轮2固联。工作特点：齿轮11匀速转转动，齿齿轮2带动与与其固联联的凸轮轮3。起转转动，通通过连杆杆机构使使滑块77和滑块块10作往往复直线线移动，其其中滑块块7完成冲冲压运动动，滑块块10完成成送料运运动。 该该机构可可用于连连续自动动冲压机机床或剪剪床(剪床则则由滑块块7为剪切切工具)。实验内内容也可可按下面面的题目目

22、要求设设计一个个机构。任选一题，进行机构系统运动方案的设计。（一）钢板翻转机 1设设计题目目： 如图431示,该机构构具有将将钢板翻翻转1880的的功能。钢钢板由辊辊道送至至左翻板板,并顺时时针方向向转动，当当转至铅铅垂位置置偏左110左左右时，与与逆时针针方向转转动的右右翻板会会合，接接着左翻翻板与右右翻板一一同转至至铅垂位位置偏右右10左右，左左翻板折折回到水水平位置置，与此此同时，右右翻板顺顺时针方方向转到到水平位位置，从从而完成成钢板翻翻转任务务。图4311 钢板板翻转机机构工作作原理图图 2已已知条件件： 1） 原动件件由电动动机驱动动；2） 每分钟钟翻钢板板10次； 3设计计任务：

23、 1） 用图解解法或解解析法完完成机构构运动方方案的设设计，并并用机构构创新模模型加以以实现；2） 绘制出出机构运运动简图图，计算算自由度度，并分分析机构构的基本本杆组。 （二）设计平台印刷机主传动机构 1设计题目 平台印刷机的工作原理是复印原理，即将铅版上凸出的痕迹借助于油墨印到纸张上。平台印刷机一般由输纸、着墨（即将油墨均匀涂抹在嵌于版台的铅版上）、压印、收纸等四部分组成。如图632所示，平台印刷机的压印动作是在卷有纸张的滚筒与嵌有铅版的版台之间进行。整部机器中各机构的运动均由同一电机驱动，运动由电机经过减速装置后分成两路：一路经传动机构带动滚筒作回转运动，另一路经过传动机构带动版台作往复直线运动，当版台与滚筒接触时，就可在纸上压印出字迹或图形。图4322 平台台印刷机机工作原原理图版台工作行行程分三三个区段段：在第第一区段段中，送送纸和着着墨机构构相继完完成输纸纸、着墨墨作业；第二区区段，滚滚筒和版版台完成成压印动动作；在在第三区区段，收收纸机构构进行收收纸作业业。 本本题目所所要设计计的主传传动机构构就是指指滚筒的的传动机机构和版台台的传动动机构。 2 已知知条件 1） 印刷速速度为1180张张/小时； 2） 版台行行程长度度5000mm； 3） 压印区区段长度度3000mm； 4）