机械原理认知试验.pdf

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 1 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。 2 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