機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案教師參考用
機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的構(gòu)思與擬定應(yīng)該是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)的“綜合型”部分，它對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、水平、性能和經(jīng)濟(jì)效益是非常關(guān)鍵的。尤其值得注意的是，我國(guó)重返“關(guān)貿(mào)總協(xié)定”之后，對(duì)于引進(jìn)國(guó)外產(chǎn)品不允許照搬照抄。因此，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的重要性，愈來(lái)愈被廣大科技人員所認(rèn)識(shí)。
“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”也可以作為機(jī)構(gòu)方案構(gòu)思組裝模擬改進(jìn)實(shí)驗(yàn)開(kāi)出，其內(nèi)容是，在課程設(shè)計(jì)中，指導(dǎo)學(xué)生排列、組合這種實(shí)驗(yàn)臺(tái)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)情況，直觀調(diào)整布局、連接方式和運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸來(lái)改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)，最終學(xué)生自行確定其設(shè)計(jì)方案和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，教師鑒定其總體演示效果作為“創(chuàng)新及動(dòng)手”環(huán)節(jié)的評(píng)分依據(jù)。
關(guān)于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案拼接中的幾點(diǎn)說(shuō)明：
1、拼接機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案時(shí)，應(yīng)十分注意各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件所占用的運(yùn)動(dòng)層面問(wèn)題，否則所拼接的機(jī)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中會(huì)發(fā)生構(gòu)件運(yùn)動(dòng)干涉而導(dǎo)致拼接失敗。本方案提供的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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)件的運(yùn)動(dòng)相對(duì)靈活，你就可以繼續(xù)進(jìn)行下一步的拼接，這樣做一定會(huì)成功。建議拼接順序由里向外（由第1層到最外層）進(jìn)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，即運(yùn)動(dòng)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)件運(yùn)動(dòng)層面逐漸遠(yuǎn)離第1層而增大；
3、為配合操作者拼接實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中所標(biāo)注的數(shù)字編號(hào)的意義為：橫杠前面的數(shù)字代表構(gòu)件編號(hào)，橫杠后面的數(shù)字為建議該構(gòu)件所占據(jù)的運(yùn)動(dòng)層面。運(yùn)動(dòng)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)運(yùn)動(dòng)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共同確定的一個(gè)位置點(diǎn)。提醒實(shí)驗(yàn)者注意的是：由兩個(gè)零件固接而成的一個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件需要占用兩個(gè)運(yùn)動(dòng)層面；
4、我們收集了一些機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(duì)學(xué)生拼接成功的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案，請(qǐng)你測(cè)量并記錄其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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)都是由機(jī)架、原動(dòng)件和從動(dòng)件系統(tǒng)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而成。機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)應(yīng)等于原動(dòng)件數(shù)，因此封閉環(huán)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件系統(tǒng)的自由度必等于零。而整個(gè)從動(dòng)件系統(tǒng)又往往可以分解為若干個(gè)不可再分的、自由度為零的構(gòu)件組，稱為組成機(jī)構(gòu)的基本桿組，簡(jiǎn)稱桿組。
根據(jù)三族平面機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合和結(jié)構(gòu)公式，基本桿組應(yīng)滿足的條件：
其中活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n，低副數(shù)P5和高副數(shù)P4都必須是整數(shù)。由此可以獲得各種類型的桿組。當(dāng)n = 1, P5 = 1, P4 = 1時(shí)即可獲得單構(gòu)件高副桿組，常見(jiàn)的有如下幾種：
圖１ 單構(gòu)件高副桿組
當(dāng) P4 = 0時(shí)，稱之為低副桿組，即
因此滿足上式的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)的組合為： n = 2, 4, 6……, P5 = 3, 6, 9……。
最簡(jiǎn)單的桿組為n = 2, P5 = 3，稱為Ⅱ級(jí)組，由于桿組中轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副的配置不同，Ⅱ級(jí)桿組共有如下五種形式：
圖2 平面低副Ⅱ級(jí)組
n = 4, P5 = 6的桿組稱為Ⅲ級(jí)桿組，其形式較多，圖3所示的是幾種常見(jiàn)的Ⅲ級(jí)桿組：
圖3 平面低副Ⅲ級(jí)組
2、正確拆分桿組
正確拆分桿組的三個(gè)步驟：
1) 先去掉機(jī)構(gòu)中的局部自由度和虛約束，有時(shí)還要將高副加以低代；
2) 計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，確定原動(dòng)件；
3）從遠(yuǎn)離原動(dòng)件的一端（即執(zhí)行構(gòu)件）先試拆分Ⅱ級(jí)桿組，若拆不出Ⅱ級(jí)組時(shí)，再試拆Ⅲ級(jí)組，即由最低級(jí)別桿組向高一級(jí)桿組依次拆分，最后剩下原動(dòng)件和機(jī)架。
正確拆組的判定標(biāo)準(zhǔn)是：拆去一個(gè)桿組或一系列桿組后，剩余的必須仍為一個(gè)完整的機(jī)構(gòu)或若干個(gè)與機(jī)架相聯(lián)的原動(dòng)件，不許有不成桿組的零散構(gòu)件或運(yùn)動(dòng)副存在，否則這個(gè)桿組拆得不對(duì)。每當(dāng)拆出一個(gè)桿組后，再對(duì)剩余機(jī)構(gòu)拆組，并按第3）步驟進(jìn)行，直到剩下與機(jī)架相聯(lián)的原動(dòng)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(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度F = 1,并確定凸輪為原動(dòng)件；最后根據(jù)步驟3）的要領(lǐng)，先拆分出由構(gòu)件4和5組成的Ⅱ級(jí)組，再拆分出由構(gòu)件3和2及構(gòu)件6和7組成的兩個(gè)Ⅱ級(jí)組及由構(gòu)件8組成的單構(gòu)件高副桿組，最后剩下原動(dòng)件1和機(jī)架9。
3、正確拼裝運(yùn)動(dòng)副及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案
根據(jù)擬定或由實(shí)驗(yàn)中獲得的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供的零件按機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳遞順序進(jìn)行拼接。拼接時(shí)，首先要分清機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件所占據(jù)的運(yùn)動(dòng)
機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 方 案
教師參考用
機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的構(gòu)思與擬定應(yīng)該是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)的“綜合型”部分，它對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、水平、性能和經(jīng)濟(jì)效益是非常關(guān)鍵的。尤其值得注意的是，我國(guó)重返“關(guān)貿(mào)總協(xié)定”之后，對(duì)于引進(jìn)國(guó)外產(chǎn)品不允許照搬照抄。因此，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的重要性，愈來(lái)愈被廣大科技人員所認(rèn)識(shí)。
“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”也可以作為機(jī)構(gòu)方案構(gòu)思組裝模擬改進(jìn)實(shí)驗(yàn)開(kāi)出，其內(nèi)容是，在課程設(shè)計(jì)中，指導(dǎo)學(xué)生排列、組合這種實(shí)驗(yàn)臺(tái)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)情況，直觀調(diào)整布局、連接方式和運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸來(lái)改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)，最終學(xué)生自行確定其設(shè)計(jì)方案和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，教師鑒定其總體演示效果作為“創(chuàng)新及動(dòng)手”環(huán)節(jié)的評(píng)分依據(jù)。
關(guān)于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案拼接中的幾點(diǎn)說(shuō)明：
1、拼接機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案時(shí)，應(yīng)十分注意各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件所占用的運(yùn)動(dòng)層面問(wèn)題，否則所拼接的機(jī)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中會(huì)發(fā)生構(gòu)件運(yùn)動(dòng)干涉而導(dǎo)致拼接失敗。本方案提供的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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)件的運(yùn)動(dòng)相對(duì)靈活，你就可以繼續(xù)進(jìn)行下一步的拼接，這樣做一定會(huì)成功。建議拼接順序由里向外（由第1層到最外層）進(jìn)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，即運(yùn)動(dòng)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)件運(yùn)動(dòng)層面逐漸遠(yuǎn)離第1層而增大；
3、為配合操作者拼接實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中所標(biāo)注的數(shù)字編號(hào)的意義為：橫杠前面的數(shù)字代表構(gòu)件編號(hào)，橫杠后面的數(shù)字為建議該構(gòu)件所占據(jù)的運(yùn)動(dòng)層面。運(yùn)動(dòng)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)運(yùn)動(dòng)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共同確定的一個(gè)位置點(diǎn)。提醒實(shí)驗(yàn)者注意的是：由兩個(gè)零件固接而成的一個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件需要占用兩個(gè)運(yùn)動(dòng)層面；
4、我們收集了一些機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(duì)學(xué)生拼接成功的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案，請(qǐng)你測(cè)量并記錄其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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)都是由機(jī)架、原動(dòng)件和從動(dòng)件系統(tǒng)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而成。機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)應(yīng)等于原動(dòng)件數(shù)，因此封閉環(huán)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件系統(tǒng)的自由度必等于零。而整個(gè)從動(dòng)件系統(tǒng)又往往可以分解為若干個(gè)不可再分的、自由度為零的構(gòu)件組，稱為組成機(jī)構(gòu)的基本桿組，簡(jiǎn)稱桿組。
根據(jù)三族平面機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合和結(jié)構(gòu)公式，基本桿組應(yīng)滿足的條件：
其中活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n，低副數(shù)P5和高副數(shù)P4都必須是整數(shù)。由此可以獲得各種類型的桿組。當(dāng)n = 1, P5 = 1, P4 = 1時(shí)即可獲得單構(gòu)件高副桿組，常見(jiàn)的有如下幾種：
圖１ 單構(gòu)件高副桿組
當(dāng) P4 = 0時(shí)，稱之為低副桿組，即
因此滿足上式的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)的組合為： n = 2, 4, 6……, P5 = 3, 6, 9……。
最簡(jiǎn)單的桿組為n = 2, P5 = 3，稱為Ⅱ級(jí)組，由于桿組中轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副的配置不同，Ⅱ級(jí)桿組共有如下五種形式：
圖2 平面低副Ⅱ級(jí)組
n = 4, P5 = 6的桿組稱為Ⅲ級(jí)桿組，其形式較多，圖3所示的是幾種常見(jiàn)的Ⅲ級(jí)桿組：
圖3 平面低副Ⅲ級(jí)組
2、正確拆分桿組
正確拆分桿組的三個(gè)步驟：
1) 先去掉機(jī)構(gòu)中的局部自由度和虛約束，有時(shí)還要將高副加以低代；
2) 計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，確定原動(dòng)件；
3）從遠(yuǎn)離原動(dòng)件的一端（即執(zhí)行構(gòu)件）先試拆分Ⅱ級(jí)桿組，若拆不出Ⅱ級(jí)組時(shí)，再試拆Ⅲ級(jí)組，即由最低級(jí)別桿組向高一級(jí)桿組依次拆分，最后剩下原動(dòng)件和機(jī)架。
正確拆組的判定標(biāo)準(zhǔn)是：拆去一個(gè)桿組或一系列桿組后，剩余的必須仍為一個(gè)完整的機(jī)構(gòu)或若干個(gè)與機(jī)架相聯(lián)的原動(dòng)件，不許有不成桿組的零散構(gòu)件或運(yùn)動(dòng)副存在，否則這個(gè)桿組拆得不對(duì)。每當(dāng)拆出一個(gè)桿組后，再對(duì)剩余機(jī)構(gòu)拆組，并按第3）步驟進(jìn)行，直到剩下與機(jī)架相聯(lián)的原動(dòng)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(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度F = 1,并確定凸輪為原動(dòng)件；最后根據(jù)步驟3）的要領(lǐng)，先拆分出由構(gòu)件4和5組成的Ⅱ級(jí)組，再拆分出由構(gòu)件3和2及構(gòu)件6和7組成的兩個(gè)Ⅱ級(jí)組及由構(gòu)件8組成的單構(gòu)件高副桿組，最后剩下原動(dòng)件1和機(jī)架9。
3、正確拼裝運(yùn)動(dòng)副及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案
根據(jù)擬定或由實(shí)驗(yàn)中獲得的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供的零件按機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳遞順序進(jìn)行拼接。拼接時(shí)，首先要分清機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件所占據(jù)的運(yùn)動(dòng)