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机械原理认知试验
2 机械原理认知实验
2 机械原理认知实验
2.1 概 述
机械是机器和机构的统称,机器是由各种机构组成,一部机器由一种或者多种机构
组成,如内燃机是由曲柄滑块机构、齿轮机构、凸轮机构等组合而成。机构的运动形式
也是多种多样的,但都是由一些常见的基本机构通过各种组合形式来协调实现的。随着
自动化以及机械向着高精度、高速度、高效率的趋势发展,要求设计出更多的新机构与
之相适应。通过本实验中可动机构的展示,让学生了解机构的组成原理、机构特点和应
用场合,以及运动的传递过程。同时对课程相关的知识点进行回顾,加深印象,也为后
面进一步进行机构创新实验开阔思路。
2.2 相关理论知识
所谓机械就是机构与机器的总称。
(1)机构。
机构是用来传递运动和力或运动形式转换的多件实物(机件)的组合体。它可以变
换和传递机器之间的运动形式(往复移动变为转动)及速度(高速变低速),如自行车
要通过链条传动把脚踏的旋转运动变为后轮的旋转运动,链条就是一种机构;指针手表
通过齿轮保持时、分、秒针之间的比例关系,齿轮也是一种机构;折叠式家具及门铰链
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机械原理实验指导
大多采用的是连杆机构;还有一定功率下电机的输出力矩很小,不能直接使用,通过采
用齿轮机构来获得所需的力矩。常见的机构有带传动机构、链传动机构、齿轮机构、凸
轮机构、连杆机构、曲柄滑块机构、蜗轮蜗杆传动机构、螺旋机构等。
(2 )机器。
机器是根据某种具体使用要求而设计的多件实物(机件)的组合体。由原动部分、
传动部分(机构)、执行部分和控制部分组成的执行机械运动的装置,它可以转换和传
递能量、物料和信息。如缝纫机可以缝合衣服,它是机器;汽车可以运送物料,它也是
机器;打印机可以把电子信息变为纸上可见的信息,它还是机器。这些机器的共同点就
是它们都是由多个机构组成的,且都是通过做功来完成机械运动的。
机器虽然是由多个构件组成的,但就内部结构而言,它又都是通过原动机(如电
机)带动常用的传动机构(连杆、凸轮、链、同步带、齿轮或行星齿轮)来执行运动
的。因此,所谓机器,主要也是由机构组成的。机械原理研究机械,实际上主要研究
的是机构。
(3 )平面连杆机构。
平面连杆机构是许多构件用低副(转动副和移动副)连接组成的平面机构。
低副是面接触,耐磨损。并且转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面,制造简
便,易于获得较高的制造精度。因此,平面连杆机构在各种机械和仪器中应用广泛。连
杆机构的缺点是:低副中存在间隙,数目较多的低副会引起运动累积误差,而且它的设
计比较复杂,不易精确地实现复杂的运动规律。
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2 机械原理认知实验
平面连杆机构中最常用的是四杆机构,它的构件数目少,且能转换运动。多于四杆
的平面连杆机构称多杆机构,它能实现一些复杂的运动,但结构复杂且稳定性差。
(4 )空间连杆机构。
空间连杆机构是由若干刚性构件通过低副(转动副、移动副)连接,而各构件上各
点的运动平面相互不平行的机构,又称空间低副机构。在空间连杆机构中,与机架相连
的构件常相对固定的轴线转动、移动,或既做转动又做移动,也可绕某定点做复杂转动;
其余不与机架相连的连杆则一般做复杂的空间运动。利用空间连杆机构可将一轴的转动
转变为任意轴的转动或任意方向的移动,也可将某方向的移动转变为任意轴的转动,还
可实现刚体的某种空间移位或使连杆上某点轨迹近似于某空间曲线。与平面连杆机构相
比,空间连杆机构有结构紧凑、运动多样、工作灵活可靠等特点,但设计困难,制造较
复杂。空间连杆机构常用于农业机械、轻工机械、纺织机械、交通运输机械、机床、工
业机器人、假肢和飞机起落架等。
(5 )凸轮机构。
凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。凸轮是一个具有
曲线轮廓或凹槽的构件,一般为主动件,做等速回转运动或往复直线运动。从动件与凸
轮轮廓接触,是传递动力和实现预定运动规律的
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