机构运动简图测绘与分析实验

实验一机构运动简图测绘与分析实验
一、实验目的
1．根据机构模型，掌握正确绘制平面机构运动简图的方法和技能。

2．验证和巩固机构自由度的计算，进一步理解机构自由度的概念。

3．应用机构自由度的计算方法，分析平面机构运动的确定性。

4．掌握平面机构的组成原理，能够对平面机构进行结构分析。

二、实验设备
1、机构模型（铆钉机构B1、简易冲床B
2、装订机机构B
3、鄂式破碎机B
4、步进输送机B
5、假肢膝关节机构B
6、机械手腕部机构B
7、抛光机B
8、牛头刨床B
9、制动机构B10等）；
2．所用工具：钢板尺、游标卡尺、三角板、铅笔、圆规、橡皮、纸（除钢板尺和游标卡尺外，其余学生自备）。

三、实验内容
1. 选择5种机构模型进行测量，绘制机构运动简图；
2. 计算机构自由度，并注明其活动构件数、低副数、高副数，然后代入公式进行计算。

3．对所选择的机构进行结构分析，确定机构的级别。

四、实验原理、方法和手段
在对现有机械设备进行分析或设计新的机械设备时，都需要运用其机构运动简图。

而机构各部分的运动是由其原动件的运动规律、该机构中各运动副的数目、类型，运动副相对位置和构件的数目来确定的，而与构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目及运动副的具体构造等无关。

所以，只要根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，就可以用运动副的代表符号和简单的线条把机构的运动简图画出来。

常用符号见下表：
1、机构运动简图的概念
抛开构件的复杂外形和运动副的具体结构，利用简单的线条和规定的符号来代表每一个构件和运动副，并按一定的比例将机构的运动特征表达出来的简单图形称为机构运动简图。

机构运动简图与原机构具有完全相同的运动特性，因而可以根据该图对机构进行运动分析和动力分析。

2、测绘方法
（1）分析运动情况。

绘制机构运动简图时，首先要把该机器或模型的实际构造和运动情况搞清楚。

为此，先应确定出原动件和从动件，再使被测机器或模型缓慢运动，然后按照运动的传递路线，把原动件和从动件之间的各构件的运动情况观察清楚，尤其应注意有微小
运动的构件，分清各构件间的接触情况及相对运动的性质，从而确定组成机构的运动构件数目、联接次序和运动副数目、种类等。

（2）选择投影面。

投影面的选择应以能简单清楚地把机构运动情况正确地表达出来为原则。

一般应先确定机构原动件的位置，原则是选择机构中的每一构件均能清楚地表达出来的最佳位置（避免构件间的交叉和重叠），然后将机构投影到与多数构件的运动平面相平行的平面上。

必要时可就机器的不同部分选择两个或两个以上的投影面，应尽量减少投影面。

（3）选择适当的比例尺。

在确定了原动件和投影面以后，就可以测量机构的运动尺寸，按照一定的比例尺画出各构件和各运动副之间的相对位置。

比例尺：
μL ＝实际长度L AB （m ）／图示长度AB(mm)。

五、实验步骤
1．先了解测绘的机械实物或模型的名称、用途和结构，并找出它的机架、原动构件和活动构件数目。

2．缓慢驱动被测的机器或机构模型，从原动件开始，根据运动传递路线，仔细观察相联接两零件间是否有相对运动，特别要注意那些运动很微小的构件，认清机架，原动件和从动件，弄清机构的活动构件数目。

3．分析各构件之间相对运动的性质，确定各运动副的类型、运动副的数目。

根据运动传递的顺序，仔细分析相互连接两构件间的接触方式及相对运动形式，确定运动副类型和数目。

4．合理选择机构运动简图的投影面。

要以清楚地把机构的运动情况正确地表达出来为原则。

一般选择与机构中多数构件的运动平面平行的平面为投影面。

5．绘制机构运动简图的草图。

首先将原动件转到适当的位置（避开构件之间重合），大致定出各运动副之间的相对位置，在草稿纸上，用规定的符号画出运动副，并用线条连接起来，然后用数字1、2、3……及字母A 、B 、C ……分别标注相应的构件和运动副，并用箭头表示原动件的运动方向和运动形式，量出机构对应运动副间的尺寸，再将草图按比例画入实验报告中。

6．计算自由度，并与实际机构对照，观察原动件数与自由度是否相等。

计算公式：
H L P P n F --=23
7．分析机构运动的确定性。

将前面计算的机构自由度与实际机构的自由度相对照，若与实际相符，则机构具有确定的运动；若与实际情况不符，要找出原因及时改正。

在实验报告纸上用三角板和圆规，将上述草图按选定的长度比例尺，在实验报告上绘制正式的机构运动简图，计算机构的自由度。

8．对机构进行结构分析，并判断机械的级别。

9．举例绘制如图2-1(a)所示的小型压力机的机构运动简图。

解：该小型压力机的工作原理是电机带动偏心轮1′作顺时针转动，通过构件2、3将主运动传给构件4；同时另一路运动自与偏心轮1′固联的齿轮1输出，经齿轮8及与其固
联的槽型凸轮8′，传递给构件4；两路运动经构件4合成，由滑块6带动压头7作上下移动，实现冲压工艺动作。

显然该压力机的机架是构件0，原动件为组件1-1′，其他为从动件。

仔细观察各连接构件之间的相对运动特点后可知，构件0和1(1′)、1′和2、2和3、3和4、4和5、6和7及0和8(8′)之间构成转动副；而构件0和3、4和6及0和7间构成移动副；高副为1和8、8′和5之间形成。

图2-1(a) 图2-1(b)
选定视图投影面及比例尺L μ=0.001m/mm ，顺序确定转动副A 、H 和移动副导路D 、M 的位置，根据原动件1′的位置及各杆长等绘出转动副B 、C 、E 、F 、J 的位置按规定符号绘出各运动副(包括高副G 、N)及各构件等，最后得到该压力机的机构运动简图，如图2-1(b)所示。

由上述分析可知，该机构活动杆件数为8，转动副数为7，移动副数为3，高副为2。

但构件4与凸轮8′之间以滚子5实现滚动接触，故此处引进了一个局部自由度，应排除(即设想将滚子与构件4焊成一体)。

这样n=7；P L =9；P H =2；计算自由度得
12927323=-⨯-⨯=--=H L P P n F 。

六、思考题
1．一张正确的机构运动简图应包括哪些必要的内容？
2．绘制机构运动简图时，原动件的位置能否任意选定？会不会影响运动简图的正确性？
3．机构自由度大于或小于原动件数时会产生什么结果？
七、实验报告
平面机构运动简图的测绘与分析实验报告
一、实验预习
常用运动副、构件的表示法（举三个例子）。

二、测绘结果及分析
三、思考题讨论。