实验四机构创新实验指导书.doc

实验四：机构运动创新设计实验实验注意事项：1、实验前要认真预习，完成预习报告（内容包括实验目的、实验工具、实验方法、思考题等）2、独立完成实验，下课后，交完实验报告（预习报告、数据记录、图纸、总结等）才能离开，否则将不计实验成绩一、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二、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号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12D=56 mm；70 mm84mm，112mm2凸轮基圆半径R=20mm升回型;行程30mm33齿条M=2 α=20°34槽轮4槽15拨盘双销，销回转半径R=49.5mm16主动轴15mmL=30mm45mm60mm75mm443227从动轴（形成回转副）15mm30mmL=45mm60mm75mm86644序号名 称示意图规 格数量备 注8从动轴（形成移动副）15mmL=30mm45mm60mm75mm866449转动副轴（或滑块）L=5mm3210复合铰链Ⅰ（或滑块）L=20mm811复合铰链Ⅱ（或滑块）L=20mm812主动滑块插件L= 40mm 55mm1113主动滑块座114活动铰链座Ⅰ螺孔M816可在杆件任意位置形成转-移副15活动铰链座Ⅱ螺孔M516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=330mm417连杆Ⅰ100mm110mmL=150mm160mm240mm300mm1212888818连杆ⅡL1=22mmL2=138mm819压紧螺栓M56420带垫片螺栓M548序号名 称示意图规 格数量备 注21层面限位套4mm7mmL=10mm15mm30mm45mm60mm66204020201022紧固垫片（限制轴回转）厚2mm孔￠16，外径￠222023高副锁紧弹簧324齿条护板625T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127皮带轮628张紧轮329张紧轮支承杆330张紧轮销轴331螺栓ⅠM10×15632螺栓ⅡM10×20633螺栓ⅢM8×151634直线电机10mm/s1带装螺栓/螺母序号名 称示意图规 格数量备 注35旋转电机10r/min3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437平头紧定螺钉M6×621标准件38六角螺母M10M126+630标准件39六角薄螺母M812标准件40平键A型3×2015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20mm，升回型，从动件行程为30mm；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400mm；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：10mm/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400mm；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、卷尺3、实验需自备笔和纸三、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。