清华大学机械设计原理A2第一次探讨课报告

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一、课程目的

（1）明确运动链成为机构的条件，学会根据功能要求构思机构方案；能对已构思出的方

案进行分析，找出存在的问题并加以改进；

（2）把握急回特性的真谛，扩展课堂所学知识，并学会根据急回特性的要求，构思多种

方案；

（3）把握连杆机构的设计方法，学会灵活运用设计原理。

二、课程内容

探讨课包含三组题目，分别训练运动链成为机构的条件、急回特性的本质以及连杆机构的设计方法。在探讨课上，已经探讨过1-1、2-3和3-1，总结中将主要围绕1-3、2-3和3-1进行说明探讨的成果。

三、题目解答

1.题目1-3

下图所示为一脚踏式推料机设计方案示意图。设计思路是：动力由踏板1输入，通过连杆2使杠杆3摇摆，进而使推板4沿导轨直线运动，完成输送工件或物料的工作。试按比例绘制出该设计方案的机构运动简图，分析该方案能否实现设计意图，并说明理由。若不能，请在该方案的基础上提出2种以上修改方案，画出修改后方案的机构运动简图。

1.1正确解答

画出该设计方案的机构运动简图如图：

该运动链有4个构件（不包括机架）和6个运动副；且只有一个原动件。计算该运动链的自由度如下：

F=4×（6-3）-6×（5-3）=0

由于自由度数为零，与原动件数不相等，故而该运动链不能成为机构。

EF43DC21BA

根据自由度计算公式，我们得知假使能增加一个构件，同时增加一个五级副，就可以将自由度数凑成F=1。根据此思路，可以对运动链进行修改。

方案①：

GDE53C2B4F1

此时，运动链的自由度为：

F=5×（6-3）-7×（5-3）=1

运动链的自由度数等于原动件数，且运动且运动过程中不会发生干扰，故而该运动链能够成为机构。

但是，仅仅满足原动件数等于自由度数是不能够完全确定运动链是否能成为机构的，如下面这种方案就是错误的。

1.2错误方案：

DE43F

C5B2A1根据自由度公式计算有：

F=5×（6-3）-7×（5-3）=1

与原动件数一致，然而在原动件运动过程中，折杆3与上面的机架间会发生干扰，导致运动链无法正常工作。

同理，我们也可以选择减少一个构架和一个运动副（五级副）的方式，如方案②。

C3D

B2

根据自由度计算公式，有：

F=3×（6-3）-4×（5-3）=1

与原动件数目相等，又运动链在运动过程中没有干扰现象，故而可以成为机构。

此外，我们可以用将五级副降为四级副的方式来凑出满足运动链成为机构的条件。但由于篇幅问题，这里就不展开了。

1A2.题目2-3

某生产线的动力源为匀速转动的电动机，执行构件为往复移动的滑块。生产工艺要求滑

块的运动需具有急回运动特性。试在图2-3机构运动简图的基础上，根据设计要求完成机构系统简图的设计工作，要求给出2种以上（含2种）设计方案。

2.1题目分析

此题考察对机构急回特性的理解与应用。机构急回特性的产生需要以下条件：

（1）从动件存在两个极限位置；

（2）主动件在两个极限位置时的极位夹角θ不为0。而要产生急回特性无外乎两种途径：设计机构使其运动具有不对称性设计机构使其位置具有不对称性

其中，运动的不对称性通过四杆机构传递运动即可实现，由于主动杆件与从动杆件的不对称导致了主动杆件的匀速运动传递到从动杆件时已经不是匀速运动，从动杆件再通过一根杆将这种不对称的运动输出即可实现滑块运动的不对称。另外，通过凸轮机构也可以实现运动的不对称，且能对滑块运动实现更确切的控制。

位置的不对称则可