若組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，則稱(chēng)該機(jī)構(gòu)為平面機(jī)構(gòu)。 機(jī)構(gòu)是具有確定運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件系統(tǒng)，其組成要素有構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副。所有構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面都相互平行的機(jī)構(gòu)亦稱(chēng)為平面機(jī)構(gòu)，否則稱(chēng)為空間機(jī)構(gòu)。

　　一、平面機(jī)構(gòu)的組成要素

　　1.構(gòu)件及其類(lèi)型

　　構(gòu)件是機(jī)構(gòu)彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單元體。一個(gè)構(gòu)件可以是一個(gè)單獨(dú)制造的零件，如連桿;也可以是由若干零件聯(lián)接構(gòu)成的組合體。

　　構(gòu)件依其在機(jī)構(gòu)中的功能分為機(jī)架、主動(dòng)件、聯(lián)運(yùn)件和從動(dòng)件。機(jī)架是機(jī)構(gòu)中相對(duì)靜止,支承各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件;主動(dòng)件又稱(chēng)為原動(dòng)件或輸入件，是輸入運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的構(gòu)件;從動(dòng)件又稱(chēng)為被動(dòng)件或輸出件，是直接完成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求，跟隨主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件;聯(lián)運(yùn)件是聯(lián)接主、從動(dòng)件的中介構(gòu)件。

　　2.運(yùn)動(dòng)副

　　機(jī)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件之間必須有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此，構(gòu)件的連接既要使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸，又能產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種直接接觸的活動(dòng)連接稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)副。軸承中的滾動(dòng)體與內(nèi)外圈的滾道，嚙合中的一對(duì)齒廓、滑塊與導(dǎo)軌，均保持直接接觸，并能產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而都構(gòu)成了運(yùn)動(dòng)副。兩構(gòu)件上直接參與接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的點(diǎn)、線(xiàn)或面稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)副元素。

　　3.運(yùn)動(dòng)鏈和機(jī)構(gòu)

　　兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而成的系統(tǒng)稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)鏈。運(yùn)動(dòng)鏈分為閉式運(yùn)動(dòng)鏈和開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈兩種。所謂閉式運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)侵附M成運(yùn)動(dòng)鏈的每個(gè)構(gòu)件至少包含兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副，組成一個(gè)首末封閉的系統(tǒng)，開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈的構(gòu)件中有的構(gòu)件只包含一個(gè)運(yùn)動(dòng)副，它們不能組成一個(gè)封閉的系統(tǒng)。

　　4.自由度和運(yùn)動(dòng)副約束

　　任何一個(gè)構(gòu)件在空間自由運(yùn)動(dòng)時(shí)皆有六個(gè)自由度。它可表示為在直角坐標(biāo)系內(nèi)沿著三個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)和繞三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。而對(duì)于一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，則只有三個(gè)自由度。即沿x軸和y軸移動(dòng)，以及在xOy平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。我們把構(gòu)件相對(duì)于參考系具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱(chēng)為自由度。

　　兩個(gè)及兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接以后，相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到限制。運(yùn)動(dòng)副對(duì)成副的兩個(gè)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所加的限制稱(chēng)為約束。引入一個(gè)約束條件將減少一個(gè)自由度，而約束的多少及約束的特點(diǎn)取決于運(yùn)動(dòng)副的形式。

　　(1) 轉(zhuǎn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)副限制了軸頸2沿x軸和y軸的移動(dòng)，只允許軸頸繞軸承相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為轉(zhuǎn)動(dòng)副。轉(zhuǎn)動(dòng)副引入了2個(gè)約束，保留了1個(gè)自由度。

　　(2) 移動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)副，構(gòu)件這間只能沿x軸作相對(duì)移動(dòng)，這種沿一個(gè)方向相對(duì)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為移動(dòng)副。移動(dòng)副也具有2個(gè)約束，保留了1個(gè)自由度。

　　轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副都是面接觸，統(tǒng)稱(chēng)為低副。

　　(3) 平面高副，在曲線(xiàn)構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副中構(gòu)件2相對(duì)于構(gòu)件1既可沿接觸點(diǎn)處切線(xiàn)方向移動(dòng)，又可繞接觸點(diǎn)A轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)副保留了2個(gè)自由度，帶進(jìn)了一個(gè)約束。這種點(diǎn)接觸或線(xiàn)接觸的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為高副。

　　二、平面機(jī)構(gòu)的工作原理

　　因?yàn)闄C(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：原動(dòng)件數(shù)=F，所以如將機(jī)構(gòu)的機(jī)架和原動(dòng)件(稱(chēng)為基本機(jī)構(gòu))與其余構(gòu)件拆分開(kāi)，則由其余構(gòu)件構(gòu)成的構(gòu)件組的F=0。

　　而這個(gè)F=0的構(gòu)件組，有時(shí)還可以再拆分成更簡(jiǎn)單的F=0的構(gòu)建組。

　　我們把zui后不能再拆的zui簡(jiǎn)單的自由度為0的構(gòu)件組稱(chēng)為基本桿組或阿蘇爾肝組，簡(jiǎn)稱(chēng)為桿組。

　　任何機(jī)構(gòu)都可以看作是由若干個(gè)基本桿組依次聯(lián)接到原動(dòng)件和機(jī)架上而構(gòu)成的。這就是所謂機(jī)構(gòu)的組成原理。即：任何機(jī)構(gòu)=原動(dòng)件、機(jī)架(F個(gè))+若干個(gè)基本桿組(F=0)

　　三、平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案

　　本裝置利用各種給定的平面機(jī)構(gòu)，根據(jù)想象力搭接成一個(gè)完整的機(jī)械傳動(dòng)方案并進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的測(cè)試分析，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)構(gòu)創(chuàng)意組合設(shè)計(jì)能力與數(shù)字化分析能力，而且還可以培養(yǎng)工程實(shí)踐能力。

　　1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

　　1)平面機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)：學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供的零件庫(kù)，設(shè)計(jì)平面機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案。

　　2)平面機(jī)構(gòu)拼裝：學(xué)生可根據(jù)本實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供的15種以上傳動(dòng)方案或自己的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行組裝。

　　3)平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)試及仿真實(shí)驗(yàn)：學(xué)生通過(guò)對(duì)自己設(shè)計(jì)的平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試分析、運(yùn)動(dòng)分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。

　　4)虛擬三維運(yùn)動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)

　　2.性能特點(diǎn)

　　1)工作臺(tái)架采用雙面操作設(shè)計(jì)，A面用于測(cè)試分析,B面用于平面機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和拼裝實(shí)驗(yàn),美觀大方、適用性強(qiáng)、操作方便。

　　2)所有桿構(gòu)件長(zhǎng)度及滑塊偏心距均可進(jìn)行調(diào)節(jié)，分析該參數(shù)改變對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的影響。

　　3)該實(shí)驗(yàn)臺(tái)集平面機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、拼裝、測(cè)試及性能分析與一體，培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)、創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

　　4)實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架及零部件采用優(yōu)質(zhì)鋼材精工制造，零部件采用工業(yè)發(fā)藍(lán)處理，防銹效果好。

　　3.主要技術(shù)參數(shù)

　　1)交流調(diào)速電機(jī)：120W 220V 0-200r/min

　　2)交流帶減速器電機(jī)：90W 220V 10r/min

　　3)測(cè)試傳感器：直線(xiàn)位移傳感器：輸出電壓：0-5V 量程：160L 1支

　　旋轉(zhuǎn)編碼器：輸出電壓：0～5V 脈沖數(shù)：1000P 2支

　　4)皮帶傳動(dòng) 皮帶輪 4個(gè)皮帶O型×850L 2根

　　5)齒輪傳動(dòng)

　　M=2 Z=80 2個(gè)

　　M=2 Z=90 2個(gè)

　　M=2 Z=36 1個(gè)

　　6)工作臺(tái)外形尺寸：1200×800×800mm

　　7)操作臺(tái)外形尺寸：1000×300×800mm

　　4.提供帶測(cè)試軟件的15種拼裝方案

　　1)曲柄滑塊偏心機(jī)構(gòu)

　　2)曲柄滑塊對(duì)心機(jī)構(gòu)

　　3)曲柄導(dǎo)桿偏心機(jī)構(gòu)

　　4)曲柄導(dǎo)桿對(duì)心機(jī)構(gòu)

　　5)曲柄導(dǎo)桿滑塊偏心機(jī)構(gòu)

　　6)曲柄導(dǎo)桿滑塊對(duì)心機(jī)構(gòu)

　　7)曲柄搖桿-齒輪齒條機(jī)構(gòu)

　　8)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)偏心機(jī)構(gòu)

　　9)曲柄搖桿對(duì)心機(jī)構(gòu)

　　10)曲柄導(dǎo)桿搖桿機(jī)構(gòu)

　　11)雙曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

　　12)雙曲柄搖桿滑塊機(jī)構(gòu)

　　13)正弦凸輪機(jī)構(gòu)

　　14)簡(jiǎn)振動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)

　　15)槽輪機(jī)構(gòu)可以組合其他拼接機(jī)構(gòu)

　　四、總結(jié)

　　機(jī)構(gòu)的動(dòng)力綜合zui初是在剛體動(dòng)力學(xué)范疇中進(jìn)行的。通常先按一般的運(yùn)動(dòng)綜合方法把機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)出來(lái),這樣得到的機(jī)構(gòu)在工作速度較高時(shí),其動(dòng)力性能常不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,故應(yīng)根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理,通過(guò)改變質(zhì)量配置或機(jī)構(gòu)尺寸來(lái)獲得具有優(yōu)良動(dòng)力性能的機(jī)構(gòu)。60年代以來(lái)，由于機(jī)械向高速、重載、精密、尺寸小和重量輕發(fā)展，在機(jī)構(gòu)綜合中必須考慮構(gòu)件的彈性和運(yùn)動(dòng)副的間隙等影響。如對(duì)于高速印刷機(jī)的夾持機(jī)構(gòu)，傳統(tǒng)的方法是把構(gòu)件看作jue對(duì)剛體進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合，夾持機(jī)構(gòu)全無(wú)夾持效能。在考慮到構(gòu)件彈性而進(jìn)行動(dòng)力綜合時(shí)，其方法是:先根據(jù)給定運(yùn)動(dòng)要求,按剛性構(gòu)件進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)綜合，再考慮構(gòu)件的彈性進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析。然后,將所得動(dòng)力性能數(shù)據(jù)與理想的動(dòng)力性能數(shù)據(jù)比較,如動(dòng)力性能誤差超過(guò)允差，就加以修正和進(jìn)行再綜合，這樣反復(fù)進(jìn)行，直到滿(mǎn)足要求為止。

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