平面机构运动方案设计与拼装
实验报告
一、实验目的
1、 加深学生对机构组成原理的认识，进一步理解平面机构的组成及其运动特性。
2、 通过平面机构拼装，训练学生的工程实践动手能力，了解机构在实际安装中可能出现的
运动干涉现象及解决的办法。
3、 通过机构运动方案的设计，培养学生的创新意识和综合设计能力。
二、内燃机机构设计及实验组装说明书
1、实验所用器材介绍
搭接机构是在机架前侧平面上完成的。
机架后侧 2立柱 y 1机架 5皮带传动 3滑块 x 4电动机 图1 机架
本实验配有各种工具、连接用的螺钉、螺帽、垫圈等。其它主要零部件及其功能请仔细阅读表1。
表1 主要零件及其功能表 标号 1 名称 固定支座销轴 销轴 端螺栓 图形 功能 与机架相连，带键槽的为主动销轴。不带键槽的为从动销轴。 2 用于构成转动副或移动副的连接轴 装于轴端头，有台肩的可压紧轴端头，无台肩的可压紧套在轴上的连杆。 将1、2的圆柱或扁头装于其上3 4 . 连杆 .
的圆孔或槽中，用端螺栓压紧轴端头，构成转动副或移动副。 5 铰链座 将其凸台坎在连杆4的槽中用3固定，则连杆4的构件长度可任意调整。 大孔装于直线电机的圆形齿条上并固定，轴孔与销轴2连接。销轴2或作主动滑块或与齿条连接。 6 主动滑 块 座
2、实验原理
机构组成：曲柄滑块与摇杆滑块组合而成的机构，如图所示。
B机架
图：内燃机机构
工作特点：
当曲柄1座连续转动时，滑块6作往复直线移动，同时摇杆3作往复摆动带动滑块5作往复直线移动。
该机构用于内燃机中，滑块6在压力气体作用下作往复直线运动（故滑块6实际的主动件），带动曲柄1回转并使滑块5往复运动是压力气体通过不同的路径进入滑块6的左、右端并实现排气。
3、实验正确拼装运动副方案
根据拟定或由实验中获得的机构运动学尺寸，利用机构运动方案创新设计实验台提供的零件按机构运动的传递顺序进行拼接。拼接时，首先要分清机构中各构件所占据的运动平面，其目的是避免各运动构件发生运动干涉。然后，以实验台机架铅垂面为拼接的起始参考面，按预定拼接计划进行拼接。拼接中应注意各构件的运动平面是平行的，所拼接机构的外伸运动层面数愈少，机构运动愈平稳，为此，建议机构中各构件的运动层面以交错层的排列方式进行拼接。
机构运动方案创新设计实验台提供的运动副的拼接方法请参见以下介绍。 1）实验台机架
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图5 实验台机架图
实验台机架中有5根铅垂立柱，它们可沿X方向移动。移动时请用双手扶稳立柱、并尽可能使立柱在移动过程中保持铅垂状态，这样便可以轻松推动立柱。立柱移动到预定的位置后，将立柱上、下两端的螺栓锁紧（安全注意事项：不允许将立柱上、下两端的螺栓卸下，在移动立柱前只需将螺栓拧松即可）。立柱上的滑块可沿Y方向移动。将滑块移动到预定的位置后，用螺栓将滑块紧定在立柱上。按上述方法即可在X、Y平面内确定活动构件相对机架的连接位置。面对操作者的机架铅垂面称为拼接起始参考面或操作面。
2）轴相对机架的拼接（图示中的编号与“机构运动方案创新设计实验台零部件清单”序号相同）
有螺纹端的轴颈可以插入滑块28#上的铜套孔内，通过平垫片、防脱螺母34#的连接与机架形成转动副或与机架固定。若按图6拼接后，6或8#轴相对机架固定；若不使用平垫片34# ，则6或8#轴相对机架作旋转运动。拼接者可根据需要确定是否使用平垫片34#。
扁头轴6#为主动轴、8#为从动轴。该轴主要用于与其它构件形成移动副或转动副、也可将连杆或盘类零件等固定在扁头轴颈上，使之成为一个构件。
图6 轴相对机架的拼接图
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3）转动副的拼接（图示中的编号与“机构运动方案创新设计实验台零部件清单”序号相同）
若两连杆间形成转动副，可按图7所示方式拼接。其中，14#件的扁平轴颈可分别插入两连杆11#的圆孔内，再用压紧螺栓16#和带垫片螺栓15#分别与转动副轴14#两端面上的螺孔连接。这样，有一根连杆被压紧螺栓16#固定在14#件的轴颈处，而与带垫片螺栓15#相连接的14#件相对另一连杆转动。
图7 转动副拼接图
提示：根据实际拼接层面的需要，14#件可用7#件“转动副轴-3”替代，由于7#件的轴颈较长，此时需选用相应的运动构件层面限位套17#对构件的运动层面进行限位。
4）移动副的拼接
如图8-1所示，转滑副轴24#的圆轴端插入连杆11#的长槽中，通过带垫片的螺栓15#的连接，转滑副轴24#可与连杆11#形成移动副。
图8-1 移动副的拼接
提示：转滑副轴24#的另一端扁平轴可与其它构件形成转动副或移动副。根据拼接的实际需要，也可选用7#或14#件替代24#件作为滑块。
另外一种形成移动副的拼接方式如图8-2所示。选用两根轴（6#或8#），将轴固定在机架上，仍后再将连杆11#的长槽插入两轴的扁平轴颈上，旋入带垫片螺栓15#，则连杆在两轴的支撑下相对机架作往复移动支。
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图8-2 移动副的拼接
提示：根据实际拼接的需要，若选用的轴颈较长，此时需选用相应的运动构件层面限位套17#对构件的运动层面进行限位。
5）滑块与连杆组成转动副和移动副的拼接（图示中的编号与“机构运动方案创新设计实验台零部件清单”序号相同）
如图9所示的拼接效果是滑块13#的扁平轴颈处与连杆11#形成移动副；在20#、21#的帮助下，滑块13#的圆轴颈处与另一连杆在连杆长槽的某一位置形成转动副。首先用螺栓、螺母21#将固定转轴块20#锁定在连杆11#上，再将转动副轴13#的圆轴端穿插20#的圆孔及连杆11#的长槽中，用带垫片的螺栓15#旋入13#的圆轴颈端面的螺孔中，这样13#与11#形成转动副。将13#扁头轴颈插入另一连杆的长槽中，将15#旋入13#的扁平轴端面螺孔中，这样13#与另一连杆11#形成移动副。
图9 滑块与连杆组成转动副、移动副的拼接
6）固定支座销轴与机座拼接
如图2所示，将表1的中固定支座销轴1插于在机架滑块的圆孔中，套上垫片固紧螺母
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即完成安装 。销轴装于机架滑块的圆孔中的长度稍大于滑块的宽度。图2a) 中的销轴无键槽其上套有垫片，螺母通过垫片压紧立柱上的滑块，所以销轴与立柱滑块间无相对运动，构成机架上的固定销轴。
图2b) 中的销轴有键槽，螺母在销轴上旋紧后与立柱上的滑块间有一定间隙，所以销轴与立柱滑块间可有相对运动，构成机架上的活动销轴。在轴上键槽处装上键并套上带轮，由电机的带轮带动即构成主动销轴。
螺母 立柱 垫片 滑块 固定支座销轴11 a) b) 图2 固定支座销轴安装
实验组装效果图：
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三、按比例绘制实际拼装的机构运动方案简图，标注构件和运动副数目，并计算自由度。
简图及标注如上图所示。 自由度F=3n-2pl-ph
=3*7-2*10-0 =1
四、对实验中出现的问题，解决方法进行总结
出现的问题：在实验中由于对机构的组装不熟悉，对机构组装的布局不是很细心，出现了部分连杆平面不平行，部分连杆之间的运动平面相互紧贴等问题，导致摩擦力过大以及发生运动干涉，使实验不能顺利进行。
解决方法：在老师的帮助下矫正了部分倾斜连杆，重新布局使连杆平面不再相互紧贴，最终使机构运动正常运行。
五、收获和体会
通过本次实验，我们对运动副和自由度等概念有了进一步的认识，同时对机构的分析过程有了更深的掌握。虽然我们在实验前做了充足的准备，但是在试验过程中还是遇到了一些问题，例如在挑选构件时不能准确把握构件的大小或尺寸，需要试探几次之后才能确定；没有考虑到构件在空间交叉所带来的影响，导致整体不能运动或运动不畅。所以仅仅明白原理是远远不够的，必须要把原理和实际情况结合起来才能达到实验的最终目的 ，这也是本次
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实验带给我们的教训，也是最大的收获。
实验操作：刘长鑫
张周 张鹏鹏配合 报告整理：一、三、五：张周 .
二：刘长鑫 四：张鹏鹏 汇总：张周
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