平面機構運動方案創(chuàng)新設計實驗.

1、實驗四平面機構運動方案創(chuàng)新設計實驗一、實驗目的1加深學生對機構組成原理的認識，進一步了解機構組成及其運動特性；2 培養(yǎng)學生的工程實踐動手能力；3 培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識及綜合設計能力。二、 設備和工具1機構運動方案創(chuàng)新設計實驗臺；2工具箱一套；3自備三角板、圓規(guī)和草稿紙等文具。三、 實驗前的準備工作1預習實驗，掌握實驗原理，初步了解機構創(chuàng)新模型；2選擇設計題目，初步擬定機構系統(tǒng)運動方案。四、 實驗原理任何平面機構均可以用零自由度的桿組依次連接到原動件和機架上的方法來組成， 這是機構的組成原理，也是本實驗的基本原理。1桿組的概念由于平面機構具有確定運動的條件是機構的原動件數(shù)目與機構的自由度相等，因此機

2、構均由機架、原動件和自由度為零的從動件通過運動副聯(lián)結而成。將從動件系統(tǒng)拆成若干個不可再分的自由度為零的運動鏈，稱為基本桿組（簡稱桿組）。根據(jù)桿組的定義，組成平面機構桿組的條件是：F = 3n - 2PL - P H =0（41）式中： n 為桿組中的構件數(shù)； PL 為桿組中的低副數(shù)； PH為桿組中的高副數(shù)。由于構件數(shù)和運動副數(shù)目均應為整數(shù)，故當n、 PL 、PH取不同數(shù)值時，可得各類基本桿組。當 P =0時，桿組中的運動副全部為低副，稱為低副桿組。由于有F = 3n - 2PL- PH=0 ，H2PLn故 3 ，則n應當是 2的倍數(shù)，而 PL應當是 3的倍數(shù)，即 n：2、4、6 ，PL=3、6

3、、9 。當 n=2，PL=3時，基本桿組稱為 II 級組。 II 級組是應用最多的基本桿組，絕大多數(shù)的機構均由 II 級桿組組成， II 級桿組可以有下圖所示的五種不同類型：圖 4 1 平面低副級桿組n=4， PL =6 的桿組形式很多，如圖6 2所示為常見的級桿組。圖 4 2 平面低副級桿組2、正確拆分桿組從機構中拆出桿組具有三個步驟：1） 先去掉機構中的局部自由度和虛約束；2） 計算機構的自由度，確定原動件；3） 從遠離原動件的一端開始拆分桿組，每次拆分時，要求先試著拆分級組，沒有組時， 再拆分級組等高一級桿組， 最后剩下原動件和機架。 拆分桿組是否正確的判定方法是：拆去一個桿組或一系列桿

4、組后，剩余的必須為一個完整的機構或若干個與機架相聯(lián)的原動件，而不能有不成組的零散構件或運動副存在，全部桿組拆完后，應當只剩下與機架相聯(lián)的原動件。如圖 4 3所示機構，可先除去 K處的局部自由度，然后，按步驟 2）計算機構的自由度（ F=1），并確定凸輪為原動件；最后根據(jù)步驟 3），先拆分出構件 4和5組成的級組，再拆分出構件 6和7及構件 3和 2組成的兩個級組以及由構件 8組成的單構件高副桿組， 最后剩下原動件 1和機架 9。圖43桿組拆分3、桿組的正確拼裝根據(jù)事先擬定的機構運動簡圖，利用機構運動創(chuàng)新設計方案實驗臺提供的零件按機構運動的傳遞順序進行拼裝。拼裝時，通常先從原動件開始，按運動傳遞

5、規(guī)律進行拼裝。拼裝時，應保證各構件均在相互平行的平面內運動，這樣可避免各運動構件之間的干涉，同時保證各構件運動平面與軸的軸線垂直。拼裝應以機架鉛垂面為參考平面，由里向外拼裝。注意：為避免連桿之間運動平面相互緊貼而摩擦力過大或發(fā)生運動干涉，在裝配時應相應裝入層面限位套。機構運動創(chuàng)新設計實驗臺提供的運動副拼接方法參見以下各圖所示。1) 實驗臺機架：圖4-4實驗臺機架圖實驗臺機架中有 5根鉛垂立柱，均可沿 x方向移動。移動前應旋松在電機側安裝在上、下橫梁上的立柱緊固螺釘，并用雙手移動立柱到需要的位置后，應將立柱與上 ( 或下 ) 橫梁靠緊再旋緊立柱緊固螺釘 ( 立柱與橫梁不靠緊旋緊螺釘時會使立柱在

6、x 方向發(fā)生偏移 ) 。注：立柱緊固螺釘只需旋松既可，不允許將其旋下。立柱上的滑塊可在立柱上沿 Y方向移動，要移動立柱上的滑塊， 只需將滑塊上的內六角平頭緊定螺釘旋松即可 ( 該緊定螺釘在靠近電機側 ) 。按上述方法移動立柱和滑塊，就可在機架的X、Y平面內確定固定鉸鏈的位置。2) 主、從動軸與機架的連接 ( 下圖各零件編號與“機構運動創(chuàng)新設計方案實驗臺組件”序號相同，后述各圖均相同 )圖 4-5 主、從動軸與機架的連接按上圖方法將軸聯(lián)接好后，主 ( 或從 ) 動軸相對機架不能轉動，與機架成為剛性聯(lián)接；若件 22不裝配，則主 ( 或從 ) 動軸可以相對機架作旋轉運動。3) 轉動副的連接圖 4 6

7、轉動副連接圖按圖示聯(lián)接好后，采用件 19聯(lián)接端連桿與件 9無相對運動，采用件 20聯(lián)接端連桿與件 9 可相對轉動，從而形成兩連桿的相對旋轉運動。4) 移動副的連接圖 4 7移動副連接圖5) 活動鉸鏈座 I 的安裝圖48活動鉸鏈座 I 連接圖如圖聯(lián)接，可在連桿任意位置形成鉸鏈，且件9如圖裝配，就可在鉸鏈座I 上形成回轉副或形成回轉移動副。6) 活動鉸鏈座 II 的安裝圖 49 活動鉸鏈座 II 的連接圖如圖連接，可在連桿任意位置形成鉸鏈，從而形成回轉副。7) 復合鉸鏈 I 的安裝： ( 或轉一移動副 )圖 4 10 復合鉸鏈 I 的連接圖將復合鉸鏈 I 銑平端插入連桿長槽中時構成移動副，而聯(lián)接螺

8、栓均應用帶墊片螺栓。8) 復合鉸鏈 II 的安裝圖411復合鉸鏈 II 的連接圖復合鉸鏈 I 聯(lián)接好后，可構成三構件組成的復合鉸鏈，也可構成復合鉸鏈+移動副。復合鉸鏈 II 聯(lián)接好后，可構成四構件組成的復合鉸鏈。9) 齒輪與主 ( 從) 動軸的連接圖412齒輪與主 ( 從) 動軸的連接圖10) 凸輪與主（從）動軸的連接圖413凸輪與主（從）動軸的連接圖11）凸輪副連接圖414凸輪副連接圖12）槽輪機構連接圖 4 15槽輪機構連接圖注：撥盤裝入主動軸后，應在撥盤上擰入緊定螺釘 37，使撥盤與主動軸無相對運動；同時槽輪裝入主（從）動軸后，也應擰入緊定螺釘 37，使槽輪與主（從）動軸無相對運動。13

9、）齒條相對機架的連接如圖連接后，齒條可相對機架作直線移動；旋松滑塊上的內六角螺釘，滑塊可在立柱上沿 Y方向相對移動（齒條護板保證齒輪工作位置） 。圖 416 齒條相對機架的連接14) 主動滑塊與直線電機軸的連接：圖4 17主動滑塊與直線電機軸的連接當由滑塊作為主動件時，將主動滑塊座與直線電機軸 ( 齒條 ) 固連即可，并完成如圖示連接就可形成主動滑塊。五、實驗內容機構運動創(chuàng)新設計實驗，其運動方案由學生根據(jù)設計要求構思平面機構運動簡圖進行創(chuàng)新構思并完成方案的拼接，達到開發(fā)學生創(chuàng)造性思維的目的。實驗可以選用工程機械中應用的各種平面機構，根據(jù)機構運動簡圖，進行拼接實驗；也可從下列運用于工程機械中的各

10、種機構中選擇拼接方案，完成實驗。1、內燃機機構圖 4 18 內燃機機構機構組成：曲柄滑塊與搖桿滑塊組合而成的機構。工作特點：當曲柄 1作連續(xù)轉動時， 滑塊 6作往復直線移動， 同時搖桿 3作往復擺動帶動滑塊 5作往復直線移動。該機構用于內燃機中， 滑塊 6在壓力氣體作用下作往復直線運動( 故滑塊 6是實際的主動件 ) ，帶動曲柄 1回轉并使滑塊 5往復運動使壓力氣體通過不同路徑進入滑塊 6的左、右端并實現(xiàn)排氣。圖419 精壓機機構2、精壓機機構機構組成：該機構由曲柄滑塊機構和兩個對稱的搖桿滑塊機構所組成。對稱部分由桿件 4 5 6 7和桿件 8910一 7兩部分組成，其中一部分為虛約束。工作特

11、點：當曲柄 1連續(xù)轉動時，滑塊 3上、下移動，通過桿 456使滑塊 7作上下移動，完成物料的壓緊。 對稱部分 89107的作用是使構件 7平穩(wěn)下壓， 使物料受載均衡。用途：如鋼板打包機，紙板打包機，棉花打捆機、剪板機等均可采用此機構完成預期工作。3、牛頭刨床機構圖 4 20 牛頭刨床機構圖b) 為將圖 a) 中的構件 3由導桿變?yōu)榛瑝K，而將構件4由滑塊變?yōu)閷U形成。機構組成：牛頭刨床機構由擺動導桿機構與雙滑塊機構組成。只是在圖a) 中，構件 2、3、 4組成兩個同方位的移動副，且構件3與其它構件組成移動副兩次；而圖b) 則是將圖 a)中 D點滑塊移至 A點，使A點移動副在箱底處，易于潤滑，使移

12、動副摩擦損失減少，機構工作性能得到改善。圖 a) 和圖 b) 所示機構的運動特性完全相同。工作特點：當曲柄 1回轉時，導桿 3繞點 A擺動并具有急回性質，使桿 5完成往復直線運動，并具有工作行程慢，非工作行程快回的特點。4、兩齒輪曲柄搖桿機構圖 4 21 齒輪一曲柄搖桿機構圖422 齒輪曲柄擺塊機構機構組成：該機構由曲柄搖桿機構和齒輪機構組成，其中齒輪 5與搖桿 2形成剛性聯(lián)接。工作特點：當曲柄 1回轉時，連桿 2驅動搖桿 3擺動，從而通過齒輪 5與齒輪 4的嚙合驅動齒輪 4回轉。由于擺桿 3往復擺動，從而實現(xiàn)齒輪 4的往復回轉。5、兩齒輪曲柄擺塊機構：機構組成：該機構由齒輪機構和曲柄擺塊機構

13、組成。其中齒輪 1與桿 2可相對轉動，而齒輪 4則裝在鉸鏈 B點并與導桿 3固聯(lián)。工作特點：桿 2作圓周運動，為曲柄通過連桿使擺塊擺動從而改變連桿的姿態(tài)使齒輪4帶動齒輪 1作相對曲柄的同向回轉與逆向回轉。6、噴氣織機開口機構圖423 噴氣織機開口機構機構組成：該機構由曲柄擺塊機構，齒輪一齒條機構和搖桿滑塊機構組合而成，其中齒條與導桿 BC固聯(lián)，搖桿 DD與齒輪 G固聯(lián)。工作特點：曲柄 AB以等角速度回轉， 帶動導桿 BC隨擺塊擺動的同時與擺塊作相對移動，在導桿 BC上固裝的齒條 E與活套在軸上的齒輪 G相嚙合，從而使齒輪 G作大角度擺動， 與齒輪G固聯(lián)在一起的桿 DD隨之運動， 通過連桿 DF

14、(DF) 使滑塊作上、 下往復運動。 組合機構中，齒條 E的運動是由移動和轉動合成的復合運動，而齒輪 G的運動就取決于這兩種運動的合成。圖424 沖壓機構7 、沖壓機構機構組成：該機構由齒輪機構與對稱配置的兩套曲柄滑塊機構組合而成，AD桿與齒輪 1固聯(lián)， BC桿與齒輪 2固聯(lián)。組成要求： z1=z2；AD=BC ；工作特點：齒輪 1勻速轉動，帶動齒輪 2回轉，從而通過連桿 3、4驅動桿 5上下直線運動完成預定功能。該機構可拆去桿件 5，而 E點運動軌跡不變，故該機構可用于因受空間限制無法安置滑槽但又須獲得直線進給的自動機械中。而且對稱布置的曲柄滑塊機構可使滑塊運動受力狀態(tài)好。應用：此機構可用于

15、沖壓機、充氣泵、自動送料機中。8、插床機構圖425 插床機構機構組成：該機構由轉動導桿機構與正置曲柄滑塊機構構成。工作特點：曲柄 1勻速轉動，通過滑塊 2帶動從動桿 3繞B點回轉，通過連桿 4驅動滑塊 5作直線移動。由于導桿機構驅動滑塊 5往復運動時對應的曲柄 1轉角不同，故滑塊 5具有急回特性。應用：此機構可用于刨床和插床等機械中。9、篩料機構圖 4 26 篩料機構機構組成：該機構由曲柄搖桿機構和搖桿滑塊機構構成。工作特點：曲柄 1勻速轉動，通過搖桿 3和連桿 4帶動滑塊 5作往復直線運動，由于曲柄搖桿機構的急回性質，使得滑塊 5速度、加速度變化較大，從而更好地完成篩料工作。10、凸輪連桿組

16、合機構圖427凸輪連桿組合機構機構組成：該機構由凸輪機構和曲柄連桿機構以及齒輪齒條機構組成，且曲柄 EF與齒輪為固聯(lián)構件。工作特點：凸輪為主動件勻速轉動，通過搖桿2、連桿 3使齒輪 4回轉，通過齒輪 4與齒條 5的嚙合使齒條 5作直線運動，由于凸輪輪廓曲線和行程限制以及各桿件的尺寸制約關系，齒輪 4只能作往復轉動，從而使齒條 5作往復直線移動。應用：此機構用于粗梳毛紡細紗機鋼領板運動的傳動機構。11、凸輪五連桿機構圖428凸輪五連桿機構機構組成：該機構由凸輪機構和連桿機構構成， 其中凸輪與主動曲柄 1固聯(lián)，又與擺桿4構成高副。圖4 29行程放大機構工作特點：凸輪 1勻速回轉，通過桿 1和桿 3

17、將運動傳遞給桿 2，從而桿 2的運動是兩種運動的合成運動，因此連桿 2上的 C點可以實現(xiàn)給定的運動軌跡。12、行程放大機構：機構組成：該機構由曲柄滑塊機構和齒輪齒條機構組成， 其中齒條 5固定為機架， 齒輪4為移動件。工作特點：曲柄 1勻速轉動，連桿上 C點作直線運動， 通過齒輪 3帶動齒條 4作直線移動，齒條 4的移動行程是 C點行程的兩倍，故為行程放大機構。注：若為偏置曲柄滑塊，則齒條4具有急回性質。13、沖壓機構圖 4 30 沖壓機構機構組成：該機構由齒輪機構、凸輪機構、連桿機構組成，其中凸輪3與齒輪 2固聯(lián)。工作特點：齒輪 1勻速轉動，齒輪 2帶動與其固聯(lián)的凸輪 3。起轉動，通過連桿機

18、構使滑塊 7和滑塊 10作往復直線移動，其中滑塊 7完成沖壓運動，滑塊 10完成送料運動。該機構可用于連續(xù)自動沖壓機床或剪床 ( 剪床則由滑塊 7為剪切工具 ) 。實驗內容也可按下面的題目要求設計一個機構。任選一題，進行機構系統(tǒng)運動方案的設計。（一）鋼板翻轉機1設計題目：如圖 4 31示, 該機構具有將鋼板翻轉 180的功能。鋼板由輥道送至左翻板, 并順時針方向轉動，當轉至鉛垂位置偏左 10左右時，與逆時針方向轉動的右翻板會合，接著左翻板與右翻板一同轉至鉛垂位置偏右 10左右，左翻板折回到水平位置，與此同時，右翻板順時針方向轉到水平位置，從而完成鋼板翻轉任務。圖 431 鋼板翻轉機構工作原理圖

19、2已知條件：1） 原動件由電動機驅動；2） 每分鐘翻鋼板 10次；3設計任務：1） 用圖解法或解析法完成機構運動方案的設計，并用機構創(chuàng)新模型加以實現(xiàn)；2） 繪制出機構運動簡圖，計算自由度，并分析機構的基本桿組。（二）設計平臺印刷機主傳動機構1設計題目平臺印刷機的工作原理是復印原理，即將鉛版上凸出的痕跡借助于油墨印到紙張上。平臺印刷機一般由輸紙、著墨（即將油墨均勻涂抹在嵌于版臺的鉛版上）、壓印、收紙等四部分組成。 如圖 6 32所示，平臺印刷機的壓印動作是在卷有紙張的滾筒與嵌有鉛版的版臺之間進行。整部機器中各機構的運動均由同一電機驅動，運動由電機經(jīng)過減速裝置后分成兩路：一路經(jīng)傳動機構帶動滾筒作回轉運動，另一路經(jīng)過傳動機構帶動版臺作往復直線運動，當版臺與滾筒接觸時，就可在紙上壓印出字跡或圖形。圖 432 平臺印刷機工作原理圖版臺工作行程分三個區(qū)段： 在第一區(qū)段中， 送紙和著墨機構相繼完成輸紙、 著墨作業(yè)；第二區(qū)段，滾筒和版臺完成壓印動作；在第三區(qū)段，收紙機構進行收紙作業(yè)。本題目所要設計的主傳動機構就是指滾筒的傳動機構和版臺的傳動機構。2 已知條件1） 印刷速度為 180張/ 小時；2） 版臺行程長度 500mm；3） 壓印區(qū)段長度 300mm；4） 滾筒直徑 116mm；5） 電機轉速 6r/min 。