K-《机械工学实验实验》指导书g.doc

《机械工学实验》
(一)
实验指导书

康献民 刘贤坤
五邑大学机电系
2007年9月印刷
目 录

学生实验守则 2
实验一 齿轮范成原理实验 3
实验二 平面机构创意设计实验 7
实验三 转子动平衡实验 18
实验四 平面机构组合及运动参数测试实验 25
实验五 机械传动系统方案设计和性能测试实验 44
实验六 减速器装拆实验 65
（12.5）周六做实验三

学生实验守则
一、 学生实验前应认真预习相关实验内容，明确实验目的、内容、步骤，对指导教师的抽查提问回答不合要求者，须重新预习，否则不准其做实验。
二、 学生在实验中，应听从指导教师及实验人员的安排，在使用精密、贵重仪器时，必须按要求操作以确保设备的安全使用，禁止随意动用与本实验无关的仪器设备，若对实验内容持有创见性的改革，实施前必须经指导人员同意后方可进行。
三、 学生应认真地进行实验，严格按操作规程办事，正确记录实验数据，不准抄袭别组数据，不得擅自离开操作岗位。实验后要认真做好实验报告，认真分析实验结果、处理实验数据。
四、 严格考勤，对无故缺席实验的学生以旷课论处，不得补做；对请假的学生，须另行安排时间予以补做。
五、 实验完毕后，学生必须按规定断电、关水、关气、整理设备、清扫场地，经指导教师检查合格后方可离开。如发现有损坏仪器设备、偷盗公物者，一经查实，须追究责任，视情节按有关规定论处。
六、 实验室内应保持安静，不准高声喧哗、吸烟，注意环境卫生。实验时应注意安全，节约水、电、气，遇到事故应切断电（气）源，并向指导教师报告

实验一 齿轮范成原理实验
实验项目性质：验证性实验
实验计划学时：2学时
一、目的
1. 掌握用范成法切制渐开线齿廓的基本原理，了解齿廓曲线的渐开线部分及过渡曲线部分的形成过程；
2. 了解渐开线齿轮的根切现象、齿轮变尖现象及其产生的原因；
3. 了解变位齿轮的切制方法，并比较变位齿轮与标准齿轮的异同点。
二、设备及工具
1. 齿轮范成仪。
2. 3号图纸一张，削尖的铅笔两支，三角板，橡皮，计算器（学生自备）。
三、实验原理
范成法加工渐开线齿廓，是利用一对齿轮（或齿轮与齿条）互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来切齿的。如将共轭齿廓中的一个齿廓磨成刀刃（即齿轮刀具），另一为齿轮毛坯，当刀具和齿轮毛坯的分度圆相切并作纯滚动时，齿轮刀具的刀刃就可在齿轮毛坯上切出齿廓。又因为两个任意半径的基圆的渐开线都互为包络线，故可以用任一具有渐开线齿廓的刀具范成加工任意基圆的渐开线齿廓。其中基圆半径为无穷大的齿条刀具的渐开线齿廓最简单，是一条直线，这就是加工渐开线齿轮用的齿条刀具的轮廓。
范成仪上齿条刀具齿廓和被加工齿廓的主要参数见下表：
序 号
齿条刀具参数
被加工齿轮
主要参数
类 型
1
m=8mm α=20°
Cx=0.25
Z=20 x=0
标 准
2
m=16mm α=20°
Cx=0.25
Z=10 x=0
标 准
3
m=16mm α=20°
Cx=0.25
Z=10 x=0.4375
xm=7mm
正 变 位
图2—1是齿轮范成仪的简图，图中1为圆盘，它装在机架4上并绕0点转动，表示被加工齿轮的图纸将固定在此圆盘上。3为溜板，它在机架4的导轨上作水平移动。圆盘1与溜板3用齿轮、齿条联接，以保证溜板与圆盘作相对纯滚动，实验时，代表齿条刀具的有机玻璃模型板2用螺钉装在溜板3上，松开螺钉5即可调整它与被加工齿轮的径向距离。
加工标准齿轮时，应保证齿条工具的中线与被加工齿轮的分度圆相切。加工变位齿轮时，可按变位量xm 调整刀具中线与被加工齿轮中心的距离（其移动的距离 xm值可在溜板上的刻度尺读出）。
四、实验步骤
1. 根据所用范成仪的齿条刀具基本参数和被加工齿轮的齿数Z、变位系数X，由齿条刀具加工齿轮不发生根切的条件求出最小变位系数Xmino

分别计算出分度圆直径、基圆直径以及标准齿轮、变位齿轮的根圆、顶圆直径，并将计算结果填在实验报告表中。
2. 在图纸上作出基圆、分度圆，并把它们分为三等分（即每部分的圆心角均为1200）。为了对心方便，需分别作出这三等分圆心角的角平分线，再作这些角平分线的垂线。然后，分别在这三等分上画出两个标准齿轮（m1=8mm，Z1=20；m2=16mm，Z2=10），一个正移距变位齿轮（m=16mm，Z=10）的顶圆和根圆。（上述步骤必需在实验之前做好，并按外径φ210、孔径φ36将图纸剪成一穿孔圆纸片，实验时带来。）
3. 把代表轮坯的穿孔圆纸片在对准中心固定在圆盘上，使相应于标准齿轮部分的角平线垂直于齿条刀具的中线，并调节齿条刀具的中线与轮坯分度圆相切。
4. 先“切制” m1=8mm，Z1=20r的标准齿轮，后“切制”m2=16mm，Z2=10的标准齿轮。开始“切制”齿廓时，将齿条刀具溜板推到最右（或最左）边，然后把溜板3向左（或向右）移动，每移动一个微小的距离（约2～3毫米）时，在图纸上用削尖的铅笔描下刀具刃的轮廓，直到形成2～3个完整的齿为止。
5. 切完m=16mm，Z=10的标准齿轮后，调整齿条刀具离开轮坯中心，作正移距xm（毫米），再将图纸转到相应于正移距变位齿轮的部分，重复步骤3和4。
6. 比较所得的不同齿数之标准齿轮在分度圆与根圆上的齿厚，并比较标准齿轮和变位齿轮在分度圆上的齿厚、齿间、周节以及齿顶齿厚、根圆、顶圆、分度圆和基圆的相应变化和特点。
[注]若需“切制”负移距变位齿轮，则图纸除应作出基圆、分度圆外，还需画出相应于负移距变位齿轮的顶圆和根圆，“切制”时将齿条刀具调离标准位置，移近轮坯中心，作负移距xm（毫米），重复步骤3和4。
五、思考题
1. 齿轮根切现象是如何产生的?如何避免?在图形上如何判断齿轮是否根切?
2. 齿条刀具的齿顶高和齿根高为什么都等于（） m?
3. 用齿条刀具加工标准齿轮时,刀具和轮坯之间的相对位置和相对运动有何要求?
4. 为什么说齿轮的分度圆是加工时的节圆?

齿轮范成原理实验报告
班 别 学 号 姓 名
日 期 成 绩 教师签名

一、齿轮尺寸计算和比较表
正变位系数：X=
名称
计算公式
计算结果
结果比较（与标准齿轮比较）
m1=8mm，Z1=20；
m2=16mm，Z2=10
标 准
变 位
标 准
标 准
正变位
正变位
分度圆直径d

基圆直径d

顶圆直径dα

根圆直径df

分度圆周节P

分度圆齿厚S

分度圆齿间e

齿顶厚Sa＇

基圆齿厚Sb

齿全高h

齿根高hf

齿顶高hα

二、附上所描绘的齿廓图，并在图上注明各个圆的直径。
三、思考题讨论。

实验二：机构运动创新设计实验
实验项目性质：验证性实验
实验计划学时：3 - 4学时
一、实验目的
1、培养学生对机械系统运动方案的整体认识，加强学生的工程实践背景的训练，拓宽学生的知识面，培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。
2、通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，可以发现一些基本机构及机械设计中的典型问题，通过解决问题，可以对运动方案设计中的一些基本知识点融会贯通，对机构系统的运动特性有一个更全面的理解。
3、加深学生对平面机构的组成原理、结构组成的认识，了解平面机构组成及运动特性，进一步掌握机构运动方案构型的各种创新设计方法。培养学生用实验方法构思、验证、确定机械运动方案的初步能力。
4、培养学生用电机、传感器、等控制测量元件组装动力源，对机械进行驱动和控制的能力。
二、实验的核心内容：
使用“机构运动创新设计实验台”进行积木式组合调整，从而让学生自己构思创新、试凑选型机械设计方案，亲手按比例组装成实物模型，亲手安装电机及控制电路，模拟真实工况，动态演示观察机构的运动情况和传动性能，通过直观调整布局、连接方式及尺寸以及更改电路来验证和改进设计。设计和组装融为一体，直到该模型机构灵活、可靠地按照设计要求运动到位，最终使学生用实验方法自行确定了切实可行，性能较优的机械设计方案和参数，即通过创意实验模拟实施环节来实现培养学生创新动手能力的教改目标。
三、实验设备、工具
1、 机构运动创新设计实验台，两人一套。
2、 交流调速、直流电机等动力控制元件。
3、 钢板尺、量角器、游标卡尺。
4、 扳手、钳子、螺丝刀等常用工具一套。
四、实验选题
可从给出的设计题目中任选一个或自己根据生活中所遇到的实际问题自定设计题目，进行机构的方案设计，并就多个方案进行分析、筛选，选出较优的方案；
依据所选设计方案，利用机械运动创新设计实验台进行组装，在装配过程中，对设计进行改进和完善，直至实验台可按设计要求运动；
根据模型，最终确定设计方案和参数，绘制机构运动简图；
按要求认真完成实验报告的各项内容。
1、刮雨器传动装置
要求：（1）原动件整周旋转，输出摇杆大摆角摆动（相同的摆角）。
（2）九杆机构。
2、车门启闭机构
要求：（1）气缸驱动。
（2）车门开启角度90度。
3、电风扇摇头机构
要求：（1）电机驱动。
（2）电风扇左右摆动。
（3）有高副机构。
4、增大CAM升程角的转动导杆和凸轮机构
要求：（1）曲柄为输入键。
（2）凸轮与导杆相连。
（3）当曲柄转过90度时，凸轮与导杆一起转过180度。
5、插床的双滑块急回机构
6、手动冲床
要求：使扳动手柄的力获得两次放大。
7、插床机构
要求：（1）具有急回特性，Q=30度。
（2）插刀实现大行程往复运动。
（3）运动传递由电机→齿轮减速→原动件曲柄→……→输出件插刀。
8、自动手套机大行程往复运动机构
要求：（1）输出件实现大行程往复运动。
（2）运动传递由电机→齿轮减速→原动件→…→输出件。
9、行程速比系数为1的平面连杆机构
要求：（1）行程速比系数为1。
（2）运动传递由电机→齿轮减速→原动件曲柄→……→输出件。
10、牛头刨床主切削运动机构
要求：（1）具有急回特性，Q=30度。
（2）运动传递由电机→齿轮减速→导杆→……→滑块
11、料仓自动出料门
要求：（1）门关闭后实现自锁。
（2）通过电机带动实现自动操作。
（3）可提供的机构有杆、凸轮、齿轮、蜗杆等。
12、鄂式破碎机偏心铰链连杆机构
要求：（1）挤压力放大30倍。
（2）摆杆角度10±5度。
13、压力机
要求：（1）设计一六杆机构。
（2）输出运动为往复直线运动。
14、插齿机主动机构
要求：（1）设计一六杆机构。
（2）输入运动
（3）输出运动为往复直线运动。
15、内燃机机构
说明：本实验题目仅供参考，学生也可自拟题目，经实验老师检查同意后，亦可参加实验。
五、实验前的准备工作
1、 预习本实验，初步了解实验装置，熟悉各种运动副和杆件的组装方法，熟悉机构尺寸的调整方法，电机等控制元件的安装使用方法。
2、 针对设计题目，初步拟定机械系统运动方案及控制方案，绘出草图。
六、实验方法与步骤
1、 教师指导学生使用“机构运动创新设计实验台”的多功能零件，按照自己设计的草图，现在桌面上进行机构的初步实验组装，这一步的目的是杆件分层。一方面为了使各个杆件在相互平行的平面内运动，另一方面为了避免各个杆件、各个运动副之间发生运动干涉。
2、 教师指导学生按照上一步骤实验好的分层方案，使用实验台的多功能零件，从最里层开始，依次将各个杆件组装连接待机架上。其中构件杆的选取、转动副的联接、移动副的联接、移动副的联接、凸轮、齿轮、齿条与杆件用转动副联接、凸轮、齿轮、齿条与杆件用移动副联接，杆件以转动副的形式与机架联接，杆件以移动副的形式与机架联接，输入转动和输入移动的原动件的组装方式详见附图和说明。
3、 教师指导学生根据输入运动的形式选择原动件。若输入运动为转动（工程实际中以柴油机、电动机等为动力的情况），则选用双轴承式主动定铰链轴或蜗杆为原动件，并使用电机通过软轴联轴器进行驱动；若输入运动为移动（工程实际中以油缸、气缸等为动力的情况），可选用直线电机驱动。
4、 教师指导学生试用手动方式摇动或推动原动件，观察整个机构各个杆、副的运动，全都畅通无阻后，安装电机，用柔性联轴器将电机与机构相连。
5、 教师指导学生最后检查无误后，打开电源试机。
6、 教师指导学生通过动态观察机构系统的运动，对机构系统的工作到位情况、运动血迹动力学特性作出定性的分析和评价。一般包括如下几个方面
⑴各个杆、副是否发生干涉；
⑵有无“憋劲”现象；
⑶输入转动原动件是否曲柄；
⑷输出杆件是否具有急回特性；
⑸机构的运动是否连续；
⑹最小传动角（或最大压力角）是否超过其许用值，是否在非工作行程中；对机构运动过程中是否产生刚性或柔性冲击；
⑺机构是否灵活、可靠的按照设计要求运动到位；
⑻自由度大于1的机构，其几个原动件能否使整个机构的各个局部实现良好的协调动作；
⑼控制元件的使用及安装是否合理，是否按预定的要求正常工作。
7、 若观察机构系统运动发生问题，则学生必须按前述步骤进行组装调整，直至该模型机构灵活、可靠的完全按照设计要求运动。
8、 至此学生已经用实验方法自行确定了设计方案和参数，再测绘自己组装的模型，换算出实际尺寸，填写实验报告，包括按比例绘制正规的机构运动简图，标注全部参数，计算自由度，划分杆组，兼述步骤7所列各项评价情况，指出自己有所创新之处，指出不足之处并简述改进的设想。
9、 教师验收合格，签定总体演示效果，作为创新及动手环节的评分依据。

附：机构运动创新设计实验台使用说明
机构组合创新设计实验报告
班级 姓名 学号 合作者
1、机构运动简图（要求符号规范并注参数）

2、机构有 个活动构件。有 个低副，其中转动副 个，移动副 个。有 个高副，其中齿轮副 个，蜗轮蜗杆副 个，凸轮副 个。有 个复合铰链，
在 处。有 个局部自由度，在 处。有 虚约束，在 处。

机构自由度数目为F=3n-2PL-PH=3X-2X-0=

3、机构 个原动件。在 处用 驱动，模拟 的运动；在 处用 驱动，模拟 的运动；在 处用 驱动，模拟
的运动。
4、针对原设计要求，按照实验结果建树机构的有关杆、副是否运动到位、曲柄是否存在、是否实现急回、最小传动角数值、是否有“憋劲”现象。

5、指出在机构中自己有所创新之处。

6、指出机构的不足之处，简述进一步改进的设想。

附：机构运动创新设计实验台使用说明
一、实验设备及工具：
1、创新组合模型一套，包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具。设备名称：ZBS-C机构运动创新设计方案实验台，实验台组件清单如下：
ZBS-C机构运动创新方案设计实验台组件清单
序
名称
示意图
规格
数
量
备注
1
齿 轮

M=2,α=20°
Z=28、35、42、56
各3共12
D=56㎜;70㎜;
84㎜;112㎜
2
凸轮

基圆半径R=20㎜升回型;
行程30㎜
3

3
齿条

M=2 α=20°
3

4
槽轮

4槽
1

5
拨盘

双销，销回转半径
R=49.5㎜
1

6
主动轴

15㎜
L=
30㎜
45㎜
60㎜
75㎜
4
4
3
2
2

7
从动轴（形成回转副）

15㎜
30㎜
L=
45㎜
60㎜
75㎜
8
6
6
4
4

8
从动轴（形成移动副）

15㎜
L=
30㎜
45㎜
60㎜
75㎜
8
6
6
4
4

9
转动副轴（或滑块）

L=5㎜
32

10
复合铰链Ⅰ（或滑块）

L=20㎜
8

11
复合铰链Ⅱ（或滑块）

L=20㎜
8

12
主动滑块插件

L=
40㎜
55㎜
1
1

13
主动滑块座

1

14
活动铰链座Ⅰ

螺孔M8
16
可在杆件任意位置形成转-移副
15
活动铰链座Ⅱ

螺孔M5
16
可在杆件任意位置形成移动副或转动副
16
滑块导向杆（或连杆）

L=330㎜
4

17
连杆Ⅰ

100㎜
110㎜
L=
150㎜
160㎜
240㎜
300㎜
12
12
8
8
8
8

18
连杆Ⅱ

L1=22㎜
L2=138㎜
8

19
压紧螺栓

M5
64

20
带垫片螺栓

M5
48

21
层面限位套

4㎜
7㎜
L=
10㎜
15㎜
30㎜
45㎜
60㎜
6
6
20
40
20
20
10

22
紧固垫片（限制轴回转）

厚2㎜
孔￠16，外径￠22
20

23
高副锁紧弹簧

3

24
齿条护板

6

25
T型螺母

20
用于电机座与行程开关座的固定
26
行程开关碰块

1

27
皮带轮

6

28
张紧轮

3

29
张紧轮支承杆

3

30
张紧轮销轴

3

31
螺栓Ⅰ

M10×15
6

32
螺栓Ⅱ

M10×20
6

33
螺栓Ⅲ

M8×15
16

34
直线电机

10㎜/s
1
带电机座及安装螺栓/螺母
35
旋转电机

10r/min
3
带电机座及安装螺栓/螺母
36
实验台机架
机架内可移动立柱5根，每根立柱上可移动滑块3块。用直线电机的机架配有行程开关，行程开关安装板及直线电机控制器。

4

37
平头紧定螺钉

M6×6
21
标准件
38
六角螺母

M10
M12
6+6
30
标准件
39
六角薄螺母

M8
12
标准件
40
平键

A型3×20
15
标准件
41
皮带

3
标准件

1）齿轮：模数2，压力角20°，齿数为28、35、42、56，单级齿轮传动可实现四种基本传动比，中心距组合为：63、70、77、84、91、98；
2）凸轮：基圆半径20㎜，升回型，从动件行程为30㎜；从动件采用对心滚子从动件；为保证凸轮和从动件始终保持接触，还提供了弹簧使其产生力锁合。
3）齿条：模数2，压力角20°，单根齿条全长为400㎜；
4）槽轮：4槽槽轮；4工位；
5）拨盘：可形成两销拨盘或单销拨盘；
6）主动轴：轴端带有一平键，有圆头和扁头两种结构型式（可构成回转或移动副）；
7）从动轴：轴端无平键，有圆头和扁头两种结构型式（可构成回转副或移动副）；
8）转动副轴（或滑块）：用于两构件形成转动副或移动副；
9）复合铰链Ⅰ（或滑块）：用于三构件形成复合转动副或形成转动副+移动副；
10）复合铰链Ⅱ（或滑块）：用于四构件形成复合转动副；
11）主动滑块插件：插入主动滑块座孔中，使主动运动为往复直线运动；
12）主动滑块座：装入直线电机齿条轴上形成往复直线运动；
13）活动铰链座Ⅰ：用于在滑块导向杆(或连杆)以及连杆的任意位置形成转动-移动副；
14）活动铰链座Ⅱ：用于在滑块导向杆(或连杆)以及连杆的任意位置形成转动副或移动副。
15）滑块导向杆（或连杆）；
16）连杆Ⅰ：有六种长度不等的连杆；
17）连杆Ⅱ：可形成三个回转副的连杆；
18）压紧螺栓：规格M5，使连杆与转动副轴固紧，无相对转动且无轴向窜动；
19）带垫片螺栓：规格M5，防止连杆与转动副轴的轴向分离，连杆与转动副轴能相对转动；
20）层面限位套：限定不同层面间的平面运动构件距离，防止运动构件之间的干涉；
21）紧固垫片：限制轴的回转；
22）高副锁紧弹簧：保证凸轮与从动件间的高副接触；
23）齿条护板：保证齿轮与齿条间的正确啮合；
24）皮带轮与皮带：用于机构主动件为转动时的运动传递；
25）张紧轮：用于皮带的张紧；
26）张紧轮支承杆：调整张紧轮位置，使其张紧或放松皮带；
27）张紧轮销轴：安紧张紧轮；
28）（螺栓M8）：特制，用于在连杆任意位置固紧活动铰链座Ⅰ；螺栓Ⅲ；
29）直线电机：10㎜/s，配直线电机控制器，根据主动滑块移动的距离，调节两行程开关的相对位置来调节齿条或滑块往复运动距离，但调节距离不得大于400㎜；注意：机构拼接未运动前，应先检查行程开关与装在主动滑块座上的行程开关碰块的相对位置，以保证换向运动能正确实施，防止机件损坏；
30）旋转电机：10r/min，沿机架上的长形孔可改变电机的安装位置；
31）标准件、紧固件若干（A型平键、螺栓、螺母、紧定螺钉等）；
32）实验台机架。
2、组装、拆卸工具：一字起子、十字起子、呆搬手、内六角搬手、钢板尺。
3、实验需自备笔和纸。
二、实验原理
一个好的机械原理方案能否实现，机械设计是关键。机构设计中最富有创造性、最关键的环节，是机构形式的设计。常用机构形式的设计方法有两大类，即机构的选型和机构的构型。
1、机构形式设计的原则：
1）机构尽可能简单：从四个方面加以考虑。一是机构运动链尽量简短，完成同样的运动要求，应优先选用构件数和运动副数最少的机构，这样可以简化机器的构造，从而减轻重量、降低成本。此外也可以减少由于零件的制造误差而形成的运动链的累积误差，从而提高零件加工工艺性和增强机构工作的可靠性。二是适当选择运动副：在基本机构中，高副机构只有3个构件，低副机构则至少有4个构件和4个运动副。因此，从减少构件数和运动副数，以及设计简便等方面考虑，应优先选用高副机构。但从低副机构的运动副元素加工方便、容易保证配合精以及有较高的承载能力等方面考虑，应优先选用低副机构。选用时应根据设计要求全面衡量得失，尽可能做到“扬长避短”。在一般情况下，应先考虑低副机构，而且尽量少采用移动副（制造中不易保证高精度，运动中易出现自锁）。在执行机构的运动规律要求复杂，采用连杆机构很难完成精确设计时，应考虑采用高副机构，如凸轮机构或连杆 - 凸轮机构。三是适当选择原动机：执行机构的形式与原动机的形式密切相关，不要仅局限于选择传统的电动机驱动形式。如在只要求执行构件实现简单的工作位置变换的机构中，采用气压或液压缸作为原动机比较方便，它同采用电动机驱动相比，可省去一些减速传动机构和运动变换机构，从而可缩短运动链，简化机构，且具有传动平稳、操作方便、易于调速等优点。此外，改变原动机的传输方式，也可能使结构简化。在多个执行构件运动的复杂机器中，若由单机（原动）统一驱动改为多机分别驱动，虽然增加了原动机的数目和电控部分的要求，但传动部分的运动链却可大为简化，功率损耗也可减少。因此，在一台机器中指采用一个原动机驱动不一定就是最佳方案。四是选购用广义机构，不要仅局限于刚性机构，还可选用柔性机构，以及利用光、电、磁和利用摩擦、重力、惯性等原理工作的广义机构，许多场合可使机构更加简单、实用。
2）尽量缩小机构尺寸：如周转轮系减速器的尺寸和重量比普通定轴轮系减速器要小得多。在连杆机构和齿轮机构中，也可利用齿轮传动时节圆作纯滚动的原理或利用杠杆放大或缩小的原理等来缩小机构尺寸。圆柱凸轮机构尺寸比较紧凑，尤其是在从动件形成较大的情况下。盘状凸轮机构的尺寸也可借助杠杆原理相应缩小。
3）应使机构具有较好的动力学特性：一是采用传动角较大的机构，以提高机器的传力效益，减少功耗。尤其对于传力大的机构，这一点更为重要。如在可获得执行构件为往复摆动的连杆机构中，摆动导杆机构最为理想，其压力角始终为零。从减小运动副摩擦，防止机构出现自锁现象考虑，则尽可能采用全由转动副组成的连杆机构，因为转动副制造方便，摩擦小，机构传动灵活。二是采用增力机构，对于执行机构行程不大，而短时克服工作阻力很大的机构（如冲压机械中的主机构），应采用“增力”的方法，即瞬时有较大机械增益的机构。三是采用对称布置的机构，对于高速运转的机构，其作往复运动和平面一般运动的构件，以及偏心的回转构件的惯性力和惯性力矩较大，在选择机构时，应尽可能考虑机构的对称性，以较小运转过程中的动载荷和振动。
2、机构的选型：
利用发散思维的方法，将前人创造发明出的各种机构按照运动特性或实现的功能进行分类，然后根据原理方案确定的执行机构所需要的运动特性或实现的功能进行搜索、选择、比较和评价，选出合适的机构形式。下表给出了当机构的原动件为转动时，各种执行构件运动形式、实现机构及应用举例，供机构选型时参考：
执行构件运动形式
机构类型
应用实例
匀速转动
平行四边形机构
机车车轮联动机构、联轴器

双转块机构
联轴器

齿轮机构
减速、增速、变速装置

摆线针轮机构
减速、增速、变速装置

谐波传动机构
减速装置

周转轮系
减速、增速、运动合成和分解装置

挠性件传动机构
远距离传动、无极变速装置

摩擦轮机构
无极变速装置
非匀速转动
双曲柄机构
惯性振动器

转动导杆机构
刨床

滑块曲柄机构
发动机

非圆齿轮机构

挠性件传动机构

往复移动
曲柄摇杆机构
锻压机

移动导杆机构
缝纫机挑针机构

齿轮齿条机构

移动凸轮机构
配气机构

楔块机构
压力机、夹紧装置

螺旋机构
千斤顶、车床传动机构

挠性件传动机构
远距离传动装置

气液动机构
升降机
往复摆动
曲柄摇杆机构
破碎机

滑块摇杆机构
车门启闭机构

摆动导杆机构
刨床

曲柄摇块机构
装卸机构

摆动凸轮机构

齿条齿轮机构

挠性件传动机构

气液动机构

间歇运动
棘轮机构
机床进给、转位、分度等机构

槽轮机构
转位装置、电影放映机

凸轮机构
分度装置、移动工作台

不完全齿轮机构
间歇回转、移动工作台
特定运动轨迹
铰链四杆机构
鹤式起重机、搅拌机构

行星轮系
研磨机构、搅拌机构

机构方案评价指标
评价指标
运动性能
A
工作性能
B
动力性能
C
经济性
D
结构紧凑
E
具体项目
1. 运动规律、
运动轨迹
2. 运转速度、
运动精度
1. 效率高低
2. 使用范围
1. 承载能力
2. 传力特性
3. 振动、噪声
1. 加工难易、
2. 维护方便性
3. 能耗大小
1. 尺寸
2. 重量
3. 结构复杂性
连杆机构、凸轮机构、齿轮机构是最常用的首选机构，下表是对他们的初步评价，仅供参考。
典型机构的评价
评价指标
具体项目
评价
连杆机构
凸轮机构
齿轮机构
A
运动性能
1.运动规律、
运动轨迹
2.运转速度、
运动精度
任意性较差，只能达到有限个精确位置

较低
基本能任意

较高
一般作定比传动或移动

高
B
工作性能
1.效率高低
2.使用范围
一般
较大
一般
高
C
动力性能
1.承载能力
2.传力特性
3.振动、噪声
较大
一般
较大
较小
一般
较小
较大
较好
较小
D
经济性
1.加工难易、
2.维护方便性
3.能耗大小
易
较方便
一般
难
较麻烦
一般
一般
方便
一般
E
结构紧凑
1.尺寸
2重量
3.结构复杂性
较大
较轻
复杂
较小
较重
一般
较小
较重
简单
3、机构的构型
当应用选型的方法初选出的机构形式不能完全实现预期的要求，或虽能实现功能要求但存在着机构复杂、运动精度不够或动力性能欠佳等缺点时，可采用创新构型的方法，重新构筑机构的形式。机构创新构型的基本思路是：以通过选型初步确定的机构方案为雏形，通过组合、变异、再生等方法进行突破，获得新的机构。
1）利用组合原理构型新机构
将两种以上的基本机构进行组合，充分利用各自的良好性能，改善其不良特性，创造出能够满足原理方案要求的、具有良好运动和动力特性的新型机构。如：齿轮—连杆机构，能使先进歇传送运动、实现大摆角、大行程的往复运动、同时能较精确的实现给定的运动轨迹；凸轮—连杆机构更能精确的实现给定的复杂轨迹，凸轮机构虽也可实现任意的给定运动规律的往复运动，但在从动件作往复摆动时，受压力角的限制，其摆角不能太大，将简单的连杆机构与凸轮机构组合起来，可以克服上述缺点，达到很好的效果；齿轮—凸轮机构常自由度为2的差动轮系为基础机构，并用凸轮机构为附加机构，主要应用于以下场合：实现给定运动规律的变速回转运动、实现给定运动轨迹，如机床的分度补偿机构、误差校正机构。
2）利用机构变异构型新机构：
机构倒置：机构的运动构件与机架的转换；
机构的扩展：以原有机构作为基础，增加新的构件，构成新的机构，机构扩展后，原有各构件间的相对运动关系不变，但所构成的新机构的某些性能与原机构有很大差别。
机构局部结构改变：如导杆机构的导杆槽由直线变为曲线，或机构的主动件被另一自由度为1的机构或构件组合所置换，即可得到运动停歇的特性。
运动副的变异：高副低代法。
三、实验方法
任何平面机构都是由若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上而构成。因此必须掌握平面机构组成原理、杆组概念、基本杆组的拆分与拼装方法
1、杆组的概念：
机构具有确定运动的条件是其原动件的数目应等于其所具有的自由度的数目。因此，机构可以拆分成机架、原动件和自由度为零的构件组。而自由度为零的构件组，还可以拆分成更简单的自由度为零的构件组，我们将最后不能再拆的最简单的自由度为零的构件组称为基本杆组，简称为杆组。
由杆组定义，组成平面机构的基本杆组应满足条件：

式中：n为杆组中的构件数；PL为杆组中的低副数；PH为杆组中的高副数。由于构件数和运动副数数目均应为整数，故当n、PL、PH取不同数值时，可得各类基本杆组。
高副杆组：

A
B
A
B

图4-1 高副杆组
低副杆组：
当PH=0时，杆组中的运动副全部为低副，称为低副杆组。由于有，故，故n应当是2的倍数，而PL应当是3的倍数，即n=2、4、6……，PL=3、6、9……。当n=2，PL=3时，基本杆组称为Ⅱ级组。Ⅱ级组是应用最多的基本杆组，绝大多数的机构均由Ⅱ级杆组组成，Ⅱ级杆组可以有下图所示的五种不同类型：

图4-2 平面低副Ⅱ级组
n=4，PL=6时的基本杆组特称为Ⅲ级组。常见的Ⅲ级组如图4-3所示。

图4-3 平面低副Ⅲ级组
由上述分析可知：任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次连接到机架和原动件上的方法而形成。因此，上述机构的组成原理是机构创新设计拼装的基本原理。
2、杆组的正确拆分：
杆组正确拆分应参照如下步骤：
1）正确计算机构的自由度（注意去掉机构中的虚约束和局部自由度），并确定原动件。
2）从远离原动件的构件开始拆杆组。先试拆Ⅱ级组，若拆不出Ⅱ级组，再试拆
Ⅲ级组。即杆组的拆分应从低级别杆组拆分开始，依次向高一级杆组拆分。
正确拆分的判别标准：每拆分出一个杆组后，留下的部分仍应是一个与原机
构有相同自由度的机构，直至全部杆组拆出只剩下原动件和机架为止。
3）确定机构的级别（由拆分出的最高级别杆组而定，如最高级别为Ⅱ级组，则此机构为Ⅱ级机构）。
注：同一机构所取的原动件不同，有可能成为不同级别的机构。但当机构的原动件确定后，杆组的拆法是唯一的，即该机构的级别一定。
若机构中含有高副，为研究方便起见，可根据一定条件将机构的高副以低副来代替，然后再进行杆组拆分。

图4-4 杆组拆分例图（锯木机机构）
如图所示机构，先去掉k处的局部自由度，计算机构的自由度：，并设凸轮（与杆件1固连）为原动件；按步骤2）的拆分原则，先拆分出由杆件4、5，2、3，6、7组成的三个Ⅱ级杆组，再拆分出由杆件8组成的单构件高副杆组，最后剩下的是原动件1和机架9。上图机构为Ⅱ级机构。
3、杆组的正确拼装：
根据事先拟定的机构运动简图，利用机构运动创新设计方案实验台提供的零件按机构运动的传递顺序进行拼装。拼装时，通常先从原动件开始，按运动传递规律进行拼装。拼装时，应保证各构件均在相互平行的平面内运动，这样可避免各运动构件之间的干涉，同时保证各构件运动平面与轴的轴线垂直。拼装应以机架铅垂面为参考平面，由里向外拼装。
注意：为避免连杆之间运动平面相互紧贴而摩擦力过大或发生运动干涉，在装配时应相应装入层面限位套。
机构运动创新设计方案实验台提供的运动副拼接方法参见以下各图所示。
1）实验台机架：如图4-5
实验台机架中有5根铅垂立柱，均可沿X方向移动。移动前应旋松在电机侧安装在上、下横梁上的立柱紧固螺钉，并用双手移动立柱到需要的位置后，应将立柱与上