實訓(xùn)二創(chuàng)新思維專項能力訓(xùn)練

1、實訓(xùn)二 創(chuàng)新思維專項能力訓(xùn)練平面機構(gòu)創(chuàng)意設(shè)計一實訓(xùn)目的 1加深學(xué)生對機構(gòu)組成原理的認識；進一步了解機構(gòu)組成及其運動特征； 2訓(xùn)練學(xué)生的工程實踐動手能力； 3培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和綜合設(shè)計的能力二實訓(xùn)設(shè)備、零部件及工具11）2）3）4）5）6）7） 滑塊用，8）9）機械運動創(chuàng)新方案拼接實驗臺組件 凸輪：基圓半徑為 18mm，從動推桿的行程為 30mm。 高副鎖緊彈簧：用于凸輪與從動桿之間的高副形成。 齒輪：模數(shù) 2，壓力角 齒條：模數(shù) 2，壓力角 槽輪拔盤：兩個主動銷。槽輪：四槽 主動軸；支承主動構(gòu)件， 轉(zhuǎn)動副軸（或滑塊） 也可以使它們相對固定。20°，齒數(shù) 34 或 42，兩齒輪中心距為

2、 76mm 。 20°，單根齒條全長為 422mm ，兩齒條可拼接使用。傳遞動力。3：用于兩構(gòu)件或三構(gòu)件形成轉(zhuǎn)動副或兩構(gòu)件形成移動副時作從動軸：支承和固定從動構(gòu)件。 主動滑塊插件：與主動滑塊座（10#）配用，可組成作直線運動的主動滑塊。1 0）主動滑塊座：與直線電機齒條軸固定，支承并固定主動滑塊插件。11）連桿（或滑塊導(dǎo)向桿）：中間有10mm寬的長形孔，可調(diào)節(jié)連桿長度，或作為滑塊 導(dǎo)向桿使用。12）轉(zhuǎn)動副軸（或滑塊） 4：用于兩構(gòu)件形成轉(zhuǎn)動副或兩構(gòu)件形成移動副時作滑塊用。13）轉(zhuǎn)動副軸（或滑塊） 2：與固定轉(zhuǎn)軸塊（ 20#）配用，可在連桿長形孔中的某一位 置固定并形成轉(zhuǎn)動副。14）轉(zhuǎn)

3、動副軸（或滑塊） 1 ：用于兩構(gòu)件形成轉(zhuǎn)動副或兩構(gòu)件形成移動副時作滑塊用。15）帶墊片螺栓：用于防止連桿與轉(zhuǎn)動副軸的軸向竄動，二者能相對轉(zhuǎn)動1 6 ）壓緊螺栓：與壓緊連桿墊片（ 24#）配用，用于防止連桿與轉(zhuǎn)動副軸的軸向竄動， 二者相對固定。1 7 ）層面限位套：用于不同構(gòu)件運動平面之間的距離限定，以免發(fā)生各構(gòu)件之間 運動平面的干涉。18）19 ） 轉(zhuǎn)動副。主動軸皮帶輪：固定在主動軸上，使主動構(gòu)件轉(zhuǎn)動。 盤桿轉(zhuǎn)動軸： 盤類零件與連桿形成轉(zhuǎn)動副時使用，也可以用于兩連桿或三連桿形成20） 定位置形成轉(zhuǎn)動副。21）連桿加長螺栓：用于兩連桿加長時的固定；與彈簧壓緊墊片（ 簧的位置；用于齒條導(dǎo)向板與齒條

4、的固定。22）23）24）25）固定轉(zhuǎn)軸塊：與轉(zhuǎn)動副軸（或滑塊）2（ 13#）配用，可在連桿長形孔中的某一固25#）配用，固定彈曲柄雙連桿部件：用于一個主動構(gòu)件同時提供二個曲柄的機構(gòu)運動方案。 齒條導(dǎo)向板：使齒輪與齒條處在同一平面內(nèi)不脫開。 壓緊連桿墊片：與壓緊螺栓（16#）配用，使連桿與軸相對固定。壓緊彈簧墊片：與連桿加長螺栓（ 211#）配用，壓緊彈簧端部的圓環(huán)。-49-26）內(nèi)六角螺釘 M6 X 12:用于將主動滑塊座固定（10#）在直線電機齒條軸上，和將 主動滑塊插件（9# ）固定在主動滑塊座上。27）28）置。內(nèi)六角緊定螺釘：用于盤類零件與軸的固定?；瑝K：支承主動軸或從動軸，在立柱上

5、任意移動，調(diào)整并固定主動軸或從動軸的位29）30）31）32）實驗臺機架：機構(gòu)運動方案的拼接平臺。立柱墊圈：與內(nèi)六角螺釘 M8 X 35配用固定立柱。 鎖緊滑塊方塊：與內(nèi)六角螺釘T型螺母：卡在機架的長形孔內(nèi)，M6 X 25 （ 37#）配用鎖緊滑塊。與內(nèi)六角螺釘 M8 X 25 （42#）配用固定電機座或行程開關(guān)支座。33）行程開關(guān)支座：與內(nèi)六角螺釘34）平墊片、防脫螺母：調(diào)整主動軸或從動軸的軸向間隙（軸能轉(zhuǎn)動） 上脫出：也可以使軸相對機架固定不轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)電機座：支承并固定旋轉(zhuǎn)電機。直線電機座：支承并固定直線電機。 內(nèi)六角螺釘M6 X 25：鎖緊滑塊。直線電機控制器：與行程開關(guān)（41#）配用，

6、可控制直線電機往復(fù)運動的行程。Z型V帶：傳遞動力。直線電機：提供直線運動動力。10mm / S,不允許改變直線電機的安裝位置。35)36)37)38)39)40)M5 X 20配用固定行程開關(guān)（41#），防止軸從滑塊旋轉(zhuǎn)電機：提供旋轉(zhuǎn)運動動力。10mm/S,沿機架的長形孔移動可改變旋轉(zhuǎn)電機的位置。 電機上連有220V、50Hz的電源線和插頭，電線上串接有手柄開關(guān)，能很方便地通、斷電 機電源。41）42）43）行程開關(guān)：與直線電機控制器（38#）配用，控制直線電機往復(fù)運動的行程。內(nèi)六角螺釘 M8 X 25:與T型螺母（32#）配用，固定電機座或行程開關(guān)支座。 保險管2.5A :與直線電機控制器（

7、38#）配用，起電路保護作用。2.工 具：內(nèi)六角扳手、活動扳手、卷尺和紙三、桿組的概念、正確拆分桿組及拼裝桿組1. 桿組的概念由于平面機構(gòu)具有確定運動的條件是機構(gòu)的原動件數(shù)目與機構(gòu)的自由度數(shù)目相等，因此機構(gòu)均由機架、原動件和自由度為零的從動件通過運動副聯(lián)接而成。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(gòu)桿組的條件是：F = 3n 2Pl Ph其中活動構(gòu)件數(shù) n低副數(shù)Pl和高副數(shù)Ph都必須是整數(shù)。由此可以獲得各種類型的桿組。當n= 1 , Pl = 1 , Ph = 1時即可獲得單構(gòu)件高副桿組，常見的有如下幾種：B圖11-1單構(gòu)件高副

8、桿組當Ph=0時，稱之為低副桿組，即F = 3n2Pl= 0n = 2, 4, 6, ,Pl = 3, 6, 9。II級組，由于桿組中轉(zhuǎn)動副和移動副的配置不同，IIIII級桿組。III級桿組，n = 4,圖11-3平面低副III級因此滿足上式的構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)的組合為: 最簡單的桿組為 n = 2, PL = 3,稱為 級組共有如下五種形式。2. 機構(gòu)的組成原理根據(jù)如上所述，可將機構(gòu)的組成原理概述為：任何平面機構(gòu)均可用零自由度的桿組依次 聯(lián)接到原動件和機架上去的方法來組成。這是本實驗的基本原理。3. 正確拆分桿組正確拆分桿組的三個步驟：1）先去掉機構(gòu)中的局布自由度和虛約束，有時還要將高副加以低

9、代。2）計算機構(gòu)的自由度，確定原動件；3） 從遠離原動件的一端（即執(zhí)行構(gòu)件）先試拆分II桿組，若拆不出II級組時，再試 拆III級組，即由最低級別桿組向高級桿組依次拆分，最后剩下原動件和機架。正確拆組的判定標準是：拆去一個桿組或一系列桿組后，剩余的必須仍為一個完整的機構(gòu)或若干個與機架相聯(lián)的原動件，不允許有不成組的零散構(gòu)件或運動副存在，否則這個桿組拆得不對。每當拆出一個桿組后，再對剩余機構(gòu)拆組，并按第3）步驟進行，直到全部桿組拆完，只應(yīng)剩下與機架相聯(lián)的原動件為止。如圖11-4所示機構(gòu)，可先除去 K處的局部自由度；然后，按步驟2）計算機機構(gòu)的自4和5組成級組及由構(gòu)件8組成的單構(gòu)由度；F=1，并確定

10、凸輪為原動件；最后根據(jù)步驟3）的要領(lǐng)，先拆分出由構(gòu)件3和2組成的兩個II9。的II級組，再拆分出由構(gòu)件 6和7及構(gòu)件 件高副桿組，最后剩下原動件1和機架8f6圖 11-4桿組拆分例圖4 .正確拼裝桿組根據(jù)擬定的機構(gòu)運動學(xué)尺寸, 的傳遞順序進行拼接。拼接時, 的運動在相互平行的平面內(nèi)進行，利用機械運動創(chuàng)新方案拼接實驗臺提供的零件按機構(gòu)運動 首先要分清機構(gòu)中各構(gòu)件所占據(jù)的運動平面，并且使各構(gòu)件其目的是避免各運動構(gòu)件發(fā)生干涉。然后，以機架鉛垂面為參考面，所拼接的構(gòu)件以原動構(gòu)件起始，依運動傳遞順序?qū)⒏鳁U組由里（參考面）向外進 行拼接。機械運動創(chuàng)新方案拼接實驗臺提供的運動副的拼接過程請參見以下圖示方法，

11、圖中的編號與“ JCP-5型機械運動創(chuàng)新拼接實驗臺組件清單”相同。1） 實驗臺機架實驗臺機架中有5根鉛垂立柱，它們可沿 X方向移動。移動時請用手輕輕推動、并盡可能使立柱在移動過程中保持鉛垂狀態(tài)。立柱移動到預(yù)定的位置后，用螺栓將立柱上、下兩端鎖緊（安全注意事項：不允許將立柱上、下兩端的螺栓卸下， 在移動立柱前只需將螺栓旋 松即可。）立柱上的滑塊可沿 丫方向移動。將滑塊移動到預(yù)定的位置后，用螺栓將滑塊緊定 在立柱上。按圖11-5所示方法即可在 XY平面內(nèi)確定一個固定點，這樣活動構(gòu)件相對機架的聯(lián)接位置就確定了。機架圖11-5實驗臺機架2） 轉(zhuǎn)軸相對機架的聯(lián)接圖按圖11-示聯(lián)接好后，其中標號為“3）

12、轉(zhuǎn)動副的聯(lián)接11-6轉(zhuǎn)軸與機架的聯(lián)接圖6或8”的轉(zhuǎn)軸相對機架作旋轉(zhuǎn)運動。f4圖11-7轉(zhuǎn)動副聯(lián)接圖按圖11-示聯(lián)接好后，兩連桿作相對旋轉(zhuǎn)運動。4）移動副的聯(lián)接按圖11-示聯(lián)接好后，連桿與轉(zhuǎn)動副軸作相對直線運動。5）齒輪與主（從）動軸的聯(lián)接圖11-9齒輪與主（從）動軸的聯(lián)接圖 11- 按圖11-示聯(lián)接好后，齒輪與轉(zhuǎn)動軸固定，可固接為一活動構(gòu)件。6）凸輪與主（從）動軸的聯(lián)接圖11-10凸輪與主（從）動軸的聯(lián)接圖 按圖11-示聯(lián)接好后，凸輪與轉(zhuǎn)動固定，可固接為一活動構(gòu)件。7） 凸輪副的聯(lián)接21刃-妙25圖11-11凸輪副的聯(lián)接圖>38） 滑塊導(dǎo)向桿相對機架的聯(lián)9)10)12)槽輪副的聯(lián)接S11

13、-13槽輪副聯(lián)接圖11-圖主動滑塊與直線電機齒條軸的聯(lián)接圖11-14主動滑塊與直線電機齒條軸的聯(lián)接圖曲柄雙連桿部件的使用方法:圖11-15曲柄雙連桿部件與連桿的聯(lián)接圖齒輪和凸輪與主（從）動軸的并聯(lián)聯(lián)接13)14)16)o21兩齒輪與主（從）動軸的并聯(lián)聯(lián)接弋圖11-17兩齒輪與主（從）動軸的并聯(lián)聯(lián)接圖21齒條導(dǎo)向板的使用方法齒條導(dǎo)向板與齒條的并聯(lián)聯(lián)接圖圖 11-18?-傻7 七3連桿加長螺栓的聯(lián)接方法rr£-O圖11-19連桿加長螺栓與連桿的聯(lián)接圖固定轉(zhuǎn)軸塊與轉(zhuǎn)動副軸（或滑塊）一2的使用方法ff ，為IntfAO圖11-20固定轉(zhuǎn)軸塊與轉(zhuǎn)動副軸（或滑塊）一 2及連桿的聯(lián)接圖丿 嗨j_

14、I £ : /，豐 0 )：?-?lQ>丄Inf；l型更J打17）盤桿轉(zhuǎn)動軸的使用方法1?-J打151JA212721W-217-2/?圖11-21盤桿轉(zhuǎn)動軸與齒輪、連桿的聯(lián)接圖18）轉(zhuǎn)動副軸（或滑塊）一 3的使用方法n!1-和02和5圖11-22轉(zhuǎn)動副軸（或滑塊）一3與連桿的聯(lián)接圖四、實訓(xùn)步驟1.2.3.4.5.6.熟悉實驗設(shè)備的硬件組成及零件功能；自擬機構(gòu)運動方案或選擇提供的機構(gòu)運動方案作為拼接實驗內(nèi)容; 詳細設(shè)計所確定的機構(gòu)，按比例繪制出機構(gòu)的運動簡圖；將所選定的機構(gòu)運動方案根據(jù)機構(gòu)組成原理按桿級進行正確拆分; 在“機械運動創(chuàng)新方案拼接實驗臺”上拼接桿組；將桿組按運動的傳

15、遞順序依次接到原動件和機架上。五.實訓(xùn)內(nèi)容些？1.繪制實際拼裝的機構(gòu)運動方案簡圖，并在簡圖中標識實測所得的機構(gòu)運動學(xué)尺寸。2 .簡要說明機構(gòu)桿組的拆組過程，并畫出所拆桿組簡圖。3 .根據(jù)你所拆分的桿組， 按不同的順序進行排列桿組，可能組合的機構(gòu)運動方案有哪一要求用簡圖表示出來，就運動傳遞情況作方案比較，并簡要說明理由。實驗總結(jié)七、1. 對實驗中出現(xiàn)的問題，解決方法進行總結(jié)2. 撰寫機構(gòu)設(shè)計及實驗組裝說明書。注意事項1.2.3.4.直線電機控制器使用注意事項：根據(jù)主動滑塊移動的距離， 通過改變離直線電機較遠的行程開關(guān)，來調(diào)節(jié)齒條（相當于滑塊）往復(fù)運動行程，可調(diào)節(jié)的最大行程不得大于400mm。所有

16、螺紋類零件只需輕輕用力帶緊即可，不能過度用力，以免損壞零件；機構(gòu)拼接完成后，先用手動試驗，確認運動正常后方可開電機。實驗結(jié)束后，各類零件應(yīng)分門別類放回原處，離開實驗室前，應(yīng)拔掉所有插頭，關(guān) 好門窗。附錄：平面連桿機構(gòu)創(chuàng)意設(shè)計實例題目：牛頭刨床主體機構(gòu)設(shè)計工作原理及工藝動作過程牛頭刨床是一種用于切削平面的加工機床，它是依靠刨刀的往復(fù)運動和支承并固定工件的工作臺的單向間歇移動來實現(xiàn)對平面的切削加工。刨刀向左運動時切削工件，為空回。向右運動時圖11-23牛頭刨床工作臺示意圖二.原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求111.刨刀所切削的工件長度L=180mm，并要求刀具在切削工件前后各有一段約0.05L的空刀行程。每分鐘

17、刨削 30次。2 為保證加工質(zhì)量，要求刨刀在工作行程時速度比較均勻。3 為提高生產(chǎn) ，刨刀應(yīng)有急回特性，要求行程速比系數(shù)K = 2。三.設(shè)計任務(wù)1 構(gòu)思刨削主體機構(gòu)運動組成方案，畫出機構(gòu)示意圖。2 對所構(gòu)思出的機構(gòu)方案進行論證及評價，選出較佳方案。3 詳細設(shè)計所確定的機構(gòu)，按比例繪制出機構(gòu)的運動簡圖。4 用“機械運動創(chuàng)新方案拼接實驗臺組件 ”進行組裝試驗。5 對機構(gòu)的設(shè)計方案提出改進意見。6 撰寫機構(gòu)設(shè)計及實驗組裝說明書。案例：牛頭刨床主體機構(gòu)設(shè)計方案一.構(gòu)思刨削主體機構(gòu)運動組成方案，畫出機構(gòu)示意圖。由上設(shè)計要求可知，刨削主體機構(gòu)系統(tǒng)的特點是，在運動方面，有曲柄的回轉(zhuǎn)運動變 換成具有急回特性的

18、往復(fù)直線運動，且要求執(zhí)行件行程較大，速度變換平緩；在受力方面， 由于執(zhí)行件（刨刀）受到較大的切削力，故要求機構(gòu)具有較好的傳力特性。根據(jù)對牛頭刨床主體刨削運動特性的要求，可以列出以下幾個運動方案，如圖11-24所示。r A ,A Iiz 圖11-24刨削主體機構(gòu)運動組成方案二.對所構(gòu)思出的機構(gòu)方案進行論證及評價，選出較佳方案。方案（a）采用偏置曲柄滑塊機構(gòu)。結(jié)構(gòu)最為簡單，能承受較大載荷，但其存在有較大 的缺點。一是由于執(zhí)行件行程較大， 則要求有較長的曲柄，從而帶來機構(gòu)所需活動空間較大； 二是機構(gòu)隨著行程速比系數(shù) K的增大，壓力角也增大，使傳力特性變壞。方案（b）由曲柄搖桿機構(gòu)與搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)而

19、成。該方案在傳力特性和執(zhí)行件的速 度變化方面比方案（a）有所改進，但在曲柄搖桿機構(gòu) ABCD中，隨著行程速比系數(shù) K的增 大，機構(gòu)的最大壓力角仍然較大，而且整個機構(gòu)系統(tǒng)所占空間比方案（a）更大。方案（C）由擺動導(dǎo)桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)而成。該方案克服了方案（ 傳力特性好，機構(gòu)系統(tǒng)所占空間小，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也較緩慢。方案（d）由擺動導(dǎo)桿機構(gòu)和齒輪齒條機構(gòu)組成。由于導(dǎo)桿作往復(fù)變速擺動，在空回形 成中導(dǎo)桿角速度變化劇烈， 雖然回程中載荷不大， 但齒輪機構(gòu)會受到較大的慣性沖擊，而且在工作行程開始也會突然受到較大切削力的沖擊，由此容易引起輪齒的疲勞折斷，而且還會引起噪音和振動。此外，扇形齒輪和齒條的加工也較為復(fù)雜，成本較高。b）的缺點,方案（e）由凸輪機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)所組成。由于凸輪與搖桿滾子也為高副接觸，在 工作行程開始也會突然受到較大切削力沖擊，由此引起附加動載荷，致使凸輪接觸表面的磨損和變形加劇。當然，此方案的優(yōu)點是：容易通過凸輪輪廓設(shè)計來保證執(zhí)行件滑塊在工作行 程中作