機(jī)構(gòu)動作方案教師參考用

機(jī)構(gòu)動作方案的構(gòu)思與擬定應(yīng)該是機(jī)構(gòu)動作簡圖設(shè)計的"綜合型"部分，它對于機(jī)械設(shè)備的重量、水平、功能和經(jīng)濟(jì)效益是非常關(guān)鍵的。尤其值得注意的是，我國重返"關(guān)貿(mào)總協(xié)定"之后，對于引進(jìn)國外設(shè)備不允許照搬照抄。因此，機(jī)構(gòu)動作方案設(shè)計的重要性，愈來愈被廣大科技人員所認(rèn)識。

"機(jī)構(gòu)動作方案創(chuàng)新設(shè)計實(shí)驗(yàn)"也可以作為機(jī)構(gòu)方案構(gòu)思組裝模仿改進(jìn)實(shí)驗(yàn)開出，其內(nèi)容是，在課程設(shè)計中，指導(dǎo)學(xué)生排列、結(jié)合這種實(shí)驗(yàn)臺的多功能零件，將它們自己構(gòu)思創(chuàng)新、試湊選型的機(jī)構(gòu)方案親手按比例組裝成實(shí)物模型，模擬真實(shí)現(xiàn)象，直觀調(diào)節(jié)布置、連接方法和動作學(xué)尺寸來改進(jìn)自己的設(shè)計，最終學(xué)生自行確定其設(shè)計方案和動作功能數(shù)值，教師鑒定其總體演示效果作為"創(chuàng)新及動手"環(huán)節(jié)的評定分?jǐn)?shù)依據(jù)。

關(guān)于機(jī)構(gòu)動作方案拼接中的幾點(diǎn)說明：

1、拼接機(jī)構(gòu)動作方案時，應(yīng)十分注意各動作構(gòu)件所占用的動作層面問題，否則所拼接的機(jī)構(gòu)在實(shí)際動作中會發(fā)生構(gòu)件動作干涉而導(dǎo)致拼接失敗。本方案提供的機(jī)構(gòu)動作學(xué)尺寸（單位：毫米）僅供參考，實(shí)驗(yàn)者只要保證每一步所拼接的構(gòu)件的動作相對靈活，你就可以繼續(xù)實(shí)行下一步的拼接，這樣做一定會成功。建議拼接順序由里向外（由第1層到最外層）實(shí)行拼接；

2、構(gòu)件層面是以機(jī)架的拼接起始參考面為基準(zhǔn)的，即動作層面數(shù)的第1層是指機(jī)架的拼接起始參考面，層面數(shù)隨構(gòu)件動作層面逐漸遠(yuǎn)離第1層而增大；

3、為協(xié)作實(shí)操者拼接實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的機(jī)構(gòu)動作方案，機(jī)構(gòu)動作簡圖中所標(biāo)注的數(shù)字編號的意義為：橫杠前面的數(shù)字代表構(gòu)件編號，橫杠后面的數(shù)字為建議該構(gòu)件所占據(jù)的動作層面。動作層面數(shù)的第1層是指機(jī)架的拼接起始參考面，層面數(shù)隨逐漸遠(yuǎn)離第一層增大。提供參考的機(jī)構(gòu)動作學(xué)尺寸（單位：毫米）中，帶有下標(biāo)X和Y的意義是：以鉛垂平面坐標(biāo)系為參考，表示由水平方向尺寸和鉛垂方向尺寸二者一起合作確定的一個位置點(diǎn)。提醒實(shí)驗(yàn)者注意的是：由兩個零件固接而成的一個動作構(gòu)件需要占用兩個動作層面；

4、我們收集了一些機(jī)構(gòu)動作方案提供給老師，以充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。在今后的實(shí)驗(yàn)中，對學(xué)生拼接成功的機(jī)構(gòu)動作方案，請你測量并記錄其機(jī)構(gòu)動作學(xué)尺寸，以不斷完善本方案中的內(nèi)容。

桿件的的拆分：

1、桿組的概念

任何機(jī)構(gòu)全部是由機(jī)架、原動件和從動件系統(tǒng)，經(jīng)過動作副聯(lián)接而成。機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)應(yīng)等于原動件數(shù)，因此封閉環(huán)機(jī)構(gòu)從動件系統(tǒng)的自由度必等于零。而整個從動件系統(tǒng)又往往可以分解為若干個不可再分的、自由度為零的構(gòu)件組，稱為構(gòu)成機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)桿組，簡稱桿組。

按照三族平面機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合和構(gòu)造公式，基礎(chǔ)桿組應(yīng)適用的條件：

其中活動構(gòu)件數(shù)n，低副數(shù)P₅和高副數(shù)P₄全部必須是整數(shù)。由此可以獲取各種類型的桿組。當(dāng)n = 1, P₅ = 1, P₄ = 1時即可獲取單構(gòu)件高副桿組，常見的有如下幾種：

圖１ 單構(gòu)件高副桿組

當(dāng) P₄ = 0時，稱之為低副桿組，即

因此適用上式的構(gòu)件數(shù)和動作副數(shù)的結(jié)合為： n = 2, 4, 6……, P₅ = 3, 6, 9……。

最簡便的桿組為n = 2, P₅ = 3，稱為Ⅱ級組，由于桿組中轉(zhuǎn)動副和位移副的配備不一樣，Ⅱ級桿組共有如下五種形式：

圖2 平面低副Ⅱ級組

n = 4, P₅ = 6的桿組稱為Ⅲ級桿組，其形式較多，圖3所示的是幾種常見的Ⅲ級桿組：

圖3 平面低副Ⅲ級組

2、正確拆分桿組

正確拆分桿組的三個步驟：

1) 先去掉機(jī)構(gòu)中的局部自由度和虛約束，有時還要將高副加以低代；

2) 計算機(jī)數(shù)值數(shù)值構(gòu)的自由度，確定原動件；

3）從遠(yuǎn)離原動件的一端（即執(zhí)行構(gòu)件）先試拆分Ⅱ級桿組，若拆不出Ⅱ級組時，再試拆Ⅲ級組，即由最低級別桿組向高一級桿組依次拆分，最后剩下原動件和機(jī)架。

正確拆組的判定標(biāo)準(zhǔn)是：拆去一個桿組或一系列桿組后，剩余的必須仍為一個完整的機(jī)構(gòu)或若干個與機(jī)架相聯(lián)的原動件，不許有不成桿組的零散構(gòu)件或動作副存在，否則這個桿組拆得不對。每當(dāng)拆出一個桿組后，再對剩余機(jī)構(gòu)拆組，并按第3）步驟實(shí)行，直到剩下與機(jī)架相聯(lián)的原動件為止。

圖4 桿組拆分例圖

如圖4所示機(jī)構(gòu)，可先除去K處的局部自由度；然后，按步驟2）計算機(jī)數(shù)值數(shù)值構(gòu)的自由度F = 1,并確定凸輪為原動件；最后按照步驟3）的要領(lǐng)，先拆分出由構(gòu)件4和5構(gòu)成的Ⅱ級組，再拆分出由構(gòu)件3和2及構(gòu)件6和7構(gòu)成的兩個Ⅱ級組及由構(gòu)件8構(gòu)成的單構(gòu)件高副桿組，最后剩下原動件1和機(jī)架9。

3、正確拼接組裝動作副及機(jī)構(gòu)動作方案

按照擬定或由實(shí)驗(yàn)中獲取的機(jī)構(gòu)動作學(xué)尺寸，運(yùn)用機(jī)構(gòu)動作方案創(chuàng)新設(shè)計實(shí)驗(yàn)臺提供的零件按機(jī)構(gòu)動作的傳遞順序?qū)嵭衅唇?。拼接時，首先要分清機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件所占據(jù)的動作

機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動 方 案

教師參考用

機(jī)構(gòu)動作方案的構(gòu)思與擬定應(yīng)該是機(jī)構(gòu)動作簡圖設(shè)計的"綜合型"部分，它對于機(jī)械設(shè)備的重量、水平、功能和經(jīng)濟(jì)效益是非常關(guān)鍵的。尤其值得注意的是，我國重返"關(guān)貿(mào)總協(xié)定"之后，對于引進(jìn)國外設(shè)備不允許照搬照抄。因此，機(jī)構(gòu)動作方案設(shè)計的重要性，愈來愈被廣大科技人員所認(rèn)識。

"機(jī)構(gòu)動作方案創(chuàng)新設(shè)計實(shí)驗(yàn)"也可以作為機(jī)構(gòu)方案構(gòu)思組裝模仿改進(jìn)實(shí)驗(yàn)開出，其內(nèi)容是，在課程設(shè)計中，指導(dǎo)學(xué)生排列、結(jié)合這種實(shí)驗(yàn)臺的多功能零件，將它們自己構(gòu)思創(chuàng)新、試湊選型的機(jī)構(gòu)方案親手按比例組裝成實(shí)物模型，模擬真實(shí)現(xiàn)象，直觀調(diào)節(jié)布置、連接方法和動作學(xué)尺寸來改進(jìn)自己的設(shè)計，最終學(xué)生自行確定其設(shè)計方案和動作功能數(shù)值，教師鑒定其總體演示效果作為"創(chuàng)新及動手"環(huán)節(jié)的評定分?jǐn)?shù)依據(jù)。

關(guān)于機(jī)構(gòu)動作方案拼接中的幾點(diǎn)說明：

1、拼接機(jī)構(gòu)動作方案時，應(yīng)十分注意各動作構(gòu)件所占用的動作層面問題，否則所拼接的機(jī)構(gòu)在實(shí)際動作中會發(fā)生構(gòu)件動作干涉而導(dǎo)致拼接失敗。本方案提供的機(jī)構(gòu)動作學(xué)尺寸（單位：毫米）僅供參考，實(shí)驗(yàn)者只要保證每一步所拼接的構(gòu)件的動作相對靈活，你就可以繼續(xù)實(shí)行下一步的拼接，這樣做一定會成功。建議拼接順序由里向外（由第1層到最外層）實(shí)行拼接；

2、構(gòu)件層面是以機(jī)架的拼接起始參考面為基準(zhǔn)的，即動作層面數(shù)的第1層是指機(jī)架的拼接起始參考面，層面數(shù)隨構(gòu)件動作層面逐漸遠(yuǎn)離第1層而增大；

3、為協(xié)作實(shí)操者拼接實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的機(jī)構(gòu)動作方案，機(jī)構(gòu)動作簡圖中所標(biāo)注的數(shù)字編號的意義為：橫杠前面的數(shù)字代表構(gòu)件編號，橫杠后面的數(shù)字為建議該構(gòu)件所占據(jù)的動作層面。動作層面數(shù)的第1層是指機(jī)架的拼接起始參考面，層面數(shù)隨逐漸遠(yuǎn)離第一層增大。提供參考的機(jī)構(gòu)動作學(xué)尺寸（單位：毫米）中，帶有下標(biāo)X和Y的意義是：以鉛垂平面坐標(biāo)系為參考，表示由水平方向尺寸和鉛垂方向尺寸二者一起合作確定的一個位置點(diǎn)。提醒實(shí)驗(yàn)者注意的是：由兩個零件固接而成的一個動作構(gòu)件需要占用兩個動作層面；

4、我們收集了一些機(jī)構(gòu)動作方案提供給老師，以充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。在今后的實(shí)驗(yàn)中，對學(xué)生拼接成功的機(jī)構(gòu)動作方案，請你測量并記錄其機(jī)構(gòu)動作學(xué)尺寸，以不斷完善本方案中的內(nèi)容。

桿件的的拆分：

1、桿組的概念

任何機(jī)構(gòu)全部是由機(jī)架、原動件和從動件系統(tǒng)，經(jīng)過動作副聯(lián)接而成。機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)應(yīng)等于原動件數(shù)，因此封閉環(huán)機(jī)構(gòu)從動件系統(tǒng)的自由度必等于零。而整個從動件系統(tǒng)又往往可以分解為若干個不可再分的、自由度為零的構(gòu)件組，稱為構(gòu)成機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)桿組，簡稱桿組。

按照三族平面機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合和構(gòu)造公式，基礎(chǔ)桿組應(yīng)適用的條件：

其中活動構(gòu)件數(shù)n，低副數(shù)P₅和高副數(shù)P₄全部必須是整數(shù)。由此可以獲取各種類型的桿組。當(dāng)n = 1, P₅ = 1, P₄ = 1時即可獲取單構(gòu)件高副桿組，常見的有如下幾種：

圖１ 單構(gòu)件高副桿組

當(dāng) P₄ = 0時，稱之為低副桿組，即

因此適用上式的構(gòu)件數(shù)和動作副數(shù)的結(jié)合為： n = 2, 4, 6……, P₅ = 3, 6, 9……。

最簡便的桿組為n = 2, P₅ = 3，稱為Ⅱ級組，由于桿組中轉(zhuǎn)動副和位移副的配備不一樣，Ⅱ級桿組共有如下五種形式：

圖2 平面低副Ⅱ級組

n = 4, P₅ = 6的桿組稱為Ⅲ級桿組，其形式較多，圖3所示的是幾種常見的Ⅲ級桿組：

圖3 平面低副Ⅲ級組

2、正確拆分桿組

正確拆分桿組的三個步驟：

1) 先去掉機(jī)構(gòu)中的局部自由度和虛約束，有時還要將高副加以低代；

2) 計算機(jī)數(shù)值數(shù)值構(gòu)的自由度，確定原動件；

3）從遠(yuǎn)離原動件的一端（即執(zhí)行構(gòu)件）先試拆分Ⅱ級桿組，若拆不出Ⅱ級組時，再試拆Ⅲ級組，即由最低級別桿組向高一級桿組依次拆分，最后剩下原動件和機(jī)架。

正確拆組的判定標(biāo)準(zhǔn)是：拆去一個桿組或一系列桿組后，剩余的必須仍為一個完整的機(jī)構(gòu)或若干個與機(jī)架相聯(lián)的原動件，不許有不成桿組的零散構(gòu)件或動作副存在，否則這個桿組拆得不對。每當(dāng)拆出一個桿組后，再對剩余機(jī)構(gòu)拆組，并按第3）步驟實(shí)行，直到剩下與機(jī)架相聯(lián)的原動件為止。

圖4 桿組拆分例圖

如圖4所示機(jī)構(gòu)，可先除去K處的局部自由度；然后，按步驟2）計算機(jī)數(shù)值數(shù)值構(gòu)的自由度F = 1,并確定凸輪為原動件；最后按照步驟3）的要領(lǐng)，先拆分出由構(gòu)件4和5構(gòu)成的Ⅱ級組，再拆分出由構(gòu)件3和2及構(gòu)件6和7構(gòu)成的兩個Ⅱ級組及由構(gòu)件8構(gòu)成的單構(gòu)件高副桿組，最后剩下原動件1和機(jī)架9。

3、正確拼接組裝動作副及機(jī)構(gòu)動作方案

按照擬定或由實(shí)驗(yàn)中獲取的機(jī)構(gòu)動作學(xué)尺寸，運(yùn)用機(jī)構(gòu)動作方案創(chuàng)新設(shè)計實(shí)驗(yàn)臺提供的零件按機(jī)構(gòu)動作的傳遞順序?qū)嵭衅唇?。拼接時，首先要分清機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件所占據(jù)的動作