機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)創(chuàng)新組合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書機(jī)械原理及機(jī)械設(shè)計(jì)教研室于瀟雁 葉仲和 陳亮 林誠忠實(shí)驗(yàn)五 機(jī)構(gòu)系統(tǒng)創(chuàng)新組合一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.加強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)組成原理的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步了解機(jī)構(gòu)組成及其運(yùn)動(dòng)特性，為機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ)。2.增強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐及動(dòng)手能力；體會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)際機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)；完成從運(yùn)動(dòng)簡圖設(shè)計(jì)到實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過渡。3.培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)及綜合設(shè)計(jì)的能力。二、設(shè)備和工具一）設(shè)備：創(chuàng)新組合模型兩組一組機(jī)構(gòu)系統(tǒng)創(chuàng)新組合模型（包括4個(gè)架）基本配置所含組件如下：1接頭接頭分單接頭和組合接頭兩種：單接頭有5種形式，組合接頭有4種形式。（1） 單接頭J1螺紋分左旋和右旋兩種。方頭的側(cè)

2、面上，為12×12方通孔。（2） 單接頭J2螺紋分左旋和右旋兩種。方頭的側(cè)面上，為12圓通孔。（3）單接頭J3螺紋全部為右旋，方頭的側(cè)面上為12×12方通孔，且螺桿端有一段12的過渡桿，根據(jù)長度的不同分為6種，即：從短至長適應(yīng)一到六層的分層需要，便于不同層次聯(lián)接選擇。（4）單接頭J4為L形狀，兩垂直面上，一面為方通孔，另一面為圓通孔。（5）單接頭J5有一方孔，其兩垂直右旋螺桿上有一端帶有12圓柱，根據(jù)圓柱長度不同分為6種，即：從短至長適應(yīng)一到六層的分層需要，便于不同層次聯(lián)接選擇。（6）組合接頭J1/J7有兩種，J1與J7之間可相對(duì)旋轉(zhuǎn)。兩種組合接頭組合形狀一樣，但其中一種為

3、一右旋和一左旋螺紋，另一種為兩左旋螺紋。（7）組合接頭J6/J4，J6與J4之間可相對(duì)旋轉(zhuǎn)。其中：J6為一帶方孔的方塊。（8）組合接頭J6/J7，J6與J7之間可相對(duì)旋轉(zhuǎn)。其中：J6為一帶方孔的方塊。接頭J6/J7接頭J6/J4接頭J4接頭J2接頭J1接頭J5接頭J1/J7接頭J32連桿（1）連桿為正方形桿件，可套入接頭的方孔內(nèi)進(jìn)行滑動(dòng)和固定，共有7種不同長度，可用于各種拼接。桿長在60300 mm內(nèi)能分段無級(jí)調(diào)整，超過300 mm的桿可另行組裝而成。小于60 mm的桿件可利用齒輪或凸輪上的偏心孔。代號(hào)L60L100L140L180L220L260L300圖1 連桿ZLM齒條連接螺釘HM1換向

4、螺釘（2）連桿兩端各有右旋及左旋M8螺孔，可通過ZLM齒條連接螺釘將連桿相互連接到所需長度，也可通過HM1換向螺釘將左旋螺孔轉(zhuǎn)為右旋螺孔，兩端孔還可根據(jù)需要和其他接頭零件相連。3凸輪及凸輪副從動(dòng)組件有四種輪廓的凸輪構(gòu)件。端螺母DAM凸輪凸輪上的8通孔可穿入接頭螺桿，配合端螺母DAM及連桿使凸輪作曲柄使用。4齒輪、齒條模數(shù)相等（m=2.5）齒數(shù)不同的6種直齒圓柱齒輪（其齒數(shù)分別為17，21，齒輪25，30，34，43）和一種齒條，可提供43種傳動(dòng)比。齒輪上分布的8通孔與凸輪上通孔作用相同。齒條與齒輪模數(shù)相等的齒條（ZL），可通過齒條連接螺釘將兩齒條聯(lián)接到一起，中間的12圓孔、20×20

5、方孔可按需要作固定或插桿作用（12通孔可配入DAM端螺母和右旋螺桿接頭）。5組合機(jī)架組合機(jī)架是機(jī)構(gòu)系統(tǒng)創(chuàng)新組合模型的主體，由多種零件組成。（1） 外框架（ZJ1）（2） 內(nèi)框架（橫梁ZJ2-1、豎梁ZJ2-2）（3） 橫向滑桿（ZJ3）（4） 滑桿支板（ZJ4）組合機(jī)架（5） 豎滑塊（左ZJ5-1，右ZJ5-2）（6） 橫向滑塊（ZJ6）（7） 軸套（ZJ7）（8） 鎖緊手柄（ZJ9）（9） M20螺母（ZJ10）6旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)總成：（1） 旋轉(zhuǎn)減速電動(dòng)機(jī)一臺(tái)（YCJ）其轉(zhuǎn)速為10r/min（2） 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)支座一件（3） 電動(dòng)機(jī)安裝螺釘7減速直線式電動(dòng)機(jī)總成：（1） 直線減速電動(dòng)機(jī)一臺(tái)（YC

6、JZ）其速度為10mm/s（2） 直線電動(dòng)機(jī)支座一件（XH）（3） 直線電動(dòng)機(jī)電控盒（DKH）一套及限位器（4） 移動(dòng)副主動(dòng)軸（YF）及移動(dòng)軸端子旋轉(zhuǎn)副主動(dòng)軸移動(dòng)副主動(dòng)軸（5） 旋轉(zhuǎn)副主動(dòng)軸（XF）8用于拼接各種機(jī)構(gòu)形式的其他輔助零件：（1） 皮帶輪（PN）配A型皮帶L=1245（2） 端螺母（DAM）（3） 墊柱（L4、L20）（4） 彈簧（TH）6×60（5） 齒條連接螺釘（ZLM）及左右旋螺母（M81、M82）（6） 換向螺釘（HM1）L20墊柱L4墊柱皮帶輪（7） 其它標(biāo)準(zhǔn)件（螺釘、平健等）9根據(jù)教學(xué)實(shí)踐的創(chuàng)意及需要，在模型上增加的其他構(gòu)件。二）工具：平口起子和固定扳手及活動(dòng)

7、扳手若干套。三、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作1要求預(yù)習(xí)本實(shí)驗(yàn)，掌握實(shí)驗(yàn)原理，初步了解機(jī)構(gòu)創(chuàng)新模型；2熟悉教師給定的設(shè)計(jì)題目及機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案；（亦可自己選擇設(shè)計(jì)題目，初步擬定機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案）3拆分桿組，畫在紙上，實(shí)驗(yàn)前交由教師檢查。四、實(shí)驗(yàn)原理任何平面機(jī)構(gòu)都可用零自由度的桿組依次連接到原動(dòng)件和機(jī)架上去的方法來組成，這就是本實(shí)驗(yàn)的基本原理。用本實(shí)驗(yàn)裝置可搭接的桿組有：圖2齒輪副圖1凸輪副1單構(gòu)件高副桿組(一個(gè)構(gòu)件，一個(gè)低副和一個(gè)高副)圖3 平面低副II級(jí)桿組2平面低副II級(jí)桿組共有五種形式，如圖3所示：3常見的平面低副III級(jí)桿組，如圖4所示：圖4 平面低副III級(jí)桿組五、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1正確拆分桿組從機(jī)

8、構(gòu)中拆出桿組具有三個(gè)步驟：1）先去掉機(jī)構(gòu)中的局部自由度和虛約束；2）計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，確定原動(dòng)件；3）從遠(yuǎn)離原動(dòng)件的一端開始拆分桿組，每次拆分時(shí)，先試著拆分出II級(jí)組，沒有II級(jí)組時(shí)，再拆分III級(jí)組等高級(jí)組，最后剩下原動(dòng)件和機(jī)架。圖5例圖拆組是否正確的判定方法是：拆去一個(gè)桿組或一系列桿組后，剩余的必須為一個(gè)與原機(jī)構(gòu)具有相同自由度的子機(jī)構(gòu)或若干個(gè)與機(jī)架相聯(lián)的原動(dòng)件，不能有不成組的零散構(gòu)件或運(yùn)動(dòng)副存在；全部桿組拆完后，只應(yīng)當(dāng)剩下與機(jī)架相聯(lián)的原動(dòng)件。如圖5所示機(jī)構(gòu)，可先除去I處的局部自由度；然后，按步驟2）計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度：F=1，并確定凸輪為原動(dòng)件；最后根據(jù)步驟3）的要領(lǐng)，先拆分出由滑塊C和構(gòu)件

9、MC組成的II級(jí)RRP桿組，接著拆分出由構(gòu)件AB和BD組成的II級(jí)RRR桿組，再拆分出由構(gòu)件EF和FG組成的II級(jí)RRR桿組，最后拆分出由構(gòu)件GHI組成的單構(gòu)件高副桿組，最后剩下原動(dòng)件KM和機(jī)架。2正確拼裝桿組將機(jī)構(gòu)創(chuàng)新模型中的桿組，根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，在平板上試拼機(jī)構(gòu)。拼接時(shí)，首先要分層，一方面是為了使各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)在相互平行的平面內(nèi)進(jìn)行，另一方面是為了避免各構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)發(fā)生干涉，因此，這一點(diǎn)是至關(guān)重要的。試拼之后，從最里層裝起，依次將各桿組聯(lián)接到機(jī)架上去。1）移動(dòng)副的聯(lián)接圖6表示兩構(gòu)件以移動(dòng)副相聯(lián)接的方法。圖6 移動(dòng)副的聯(lián)接圖7 轉(zhuǎn)動(dòng)副的聯(lián)接2）轉(zhuǎn)動(dòng)副的聯(lián)接圖7表示兩構(gòu)件以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接的方

10、法。3）齒條與構(gòu)件以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)圖8表示齒條與構(gòu)件以轉(zhuǎn)動(dòng)副的形式相聯(lián)接的方法。4）齒條與其他部分的固聯(lián)：圖9表示齒條與其他部分固聯(lián)的方法。圖8 齒條與構(gòu)件以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式的聯(lián)接圖9 齒條與其他部分的固聯(lián)5）構(gòu)件以轉(zhuǎn)動(dòng)副的形式與機(jī)架相連圖10表示連桿作為原動(dòng)件與機(jī)架以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式相聯(lián)的方法。用同樣的方法可以將凸輪或齒輪作為原動(dòng)件與機(jī)架的主動(dòng)軸相連。如果連桿或齒輪不是作為原動(dòng)件與機(jī)架以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式相連，則將主動(dòng)軸換作螺栓即可。注意:為確保機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)都必須在相互平行的平面內(nèi)進(jìn)行，可以選擇適當(dāng)長度的主動(dòng)軸、螺栓及墊柱，如果不進(jìn)行調(diào)整，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)就可能不順暢。圖10 構(gòu)件與機(jī)架以轉(zhuǎn)動(dòng)副的形式相連6）構(gòu)件以

11、移動(dòng)副的形式與機(jī)架相聯(lián)圖11表示移動(dòng)副作為原動(dòng)件與機(jī)架的聯(lián)接方法。圖11 構(gòu)件與機(jī)架以移動(dòng)副的形式相連3實(shí)現(xiàn)確定運(yùn)動(dòng)試用手動(dòng)的方式驅(qū)動(dòng)原動(dòng)件，觀察各部分的運(yùn)動(dòng)都暢通無阻之后，再與電機(jī)相聯(lián)，檢查無誤后，方可接通電源。4分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)特性通過觀察機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，對(duì)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)特性作出定性的分析。一般包括如下幾個(gè)方面：1）平面機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄；2）輸出件是否具有急回特性；3）機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是否連續(xù)；4）最小傳動(dòng)角（或最大壓力角）是否在非工作行程中；5）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中是否具有剛性沖擊、柔性沖擊。六、實(shí)驗(yàn)題目可以教師指定，可以學(xué)生自己選擇。（最好由學(xué)生自己選擇）七、實(shí)驗(yàn)實(shí)例：鑄錠送料機(jī)

12、構(gòu)實(shí)驗(yàn)題目：試設(shè)計(jì)一機(jī)構(gòu)完成如圖20鑄錠送料1設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)（過程略）結(jié)構(gòu)說明：如圖20所示液壓缸1為主動(dòng)件，通過連桿2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)ABCD，將從加熱爐出料的鑄錠6送到升降臺(tái)7。工作原理和特點(diǎn)：圖中實(shí)線位置為出爐鑄錠進(jìn)入盛料器3內(nèi)，盛料器3即為雙搖桿ABCD中的連桿BC，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到虛線位置時(shí)，盛料器3翻轉(zhuǎn)1800把鑄錠卸放到升降臺(tái)7上。圖202拆分桿組3部件選用名稱代號(hào)數(shù)量備注名稱代號(hào)數(shù)量備注連桿L-3002接頭J2-11左旋L-2201J2-22右旋L-1801組合接頭J1/J7-22L-1002J6/J7-11左旋旋轉(zhuǎn)副主動(dòng)軸XF2墊柱L41L203移動(dòng)副主動(dòng)軸YF1齒條連接螺釘ZLM2銅螺母M8-16左旋螺母M8-26右旋4裝配示意圖注：箭頭表示裝配方向。×表示要鎖緊。裝配時(shí)注意調(diào)整好間距，再把螺母鎖緊。ZJ3為橫向滑桿，ZJ6為橫向滑塊。用手動(dòng)試運(yùn)桿后，再將YF套入電機(jī)桿上，并調(diào)整好行程開關(guān)，使其在左右運(yùn)動(dòng)時(shí)能起作用。機(jī)構(gòu)創(chuàng)新