機構運動方案創(chuàng)新設計實驗

1、 機構運動方案創(chuàng)新設計實驗一、 概述機構運動方案創(chuàng)新設計是各類復雜機械設計中決定性的一步，機構的設計選型一般先通過作圖和計算來進行，一般比較復雜的機構都有多個方案，需要制作模型來試驗和驗證，多次改進后才能得到最佳的方案和參數。本實驗所用搭接試驗臺能夠任意選擇平面機構類型，組裝調整機構尺寸等功能，能夠比較直觀、方便的搭接、驗證、調試、改進、確定設計方案，較好地改善了在校學生對平面機構的學習和設計一般只停留在理論設計“紙上談兵”的狀況。二、實驗目的掌握機構創(chuàng)新模型的使用方法及實驗原理。（1）訓練學生的工程實踐動手能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識及綜合設計的能力。（2）加深對平面機構的組成原理及其運動特性的理

2、解和感性認識。三、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去的方法來組成，這是機構的組成原理，也是本實驗的基本原理。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具有確定運動的條件是機構的原動件數目與機構的自由度數目相等，因此機構均由機架、原動件和自由度為零的從動件系統(tǒng)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。根據桿組的定義，組成平面機構桿級的條件是：F=3n2PL-PH=0。其中構件數n，高副數PL和低副數PH都必須是整數。由此可以獲得各種類型的桿組。最簡單的桿組為n=2，PL=3，稱為II級組，由

3、于桿組中轉動副和移動副的配置不同，II級桿組共有五種形式如圖2-22所示。III級桿組形式較多，其中n=4，PL=6，圖2-23所示為機構創(chuàng)新模型已有的幾種常見的III級桿組。2 正確拆分桿組正確拆分桿組的三個步驟：（1）先去掉機構中的局部自由度和虛約束，有時還要將高副加以低代。（2）計算機構的自由度，確定原動件。（3）從遠離原動件的一端（即執(zhí)行構件）先試拆分II級桿組，若拆不出II級組時，再試拆III極桿組，即由最低級別桿組向高一級桿組依次拆分，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或若干個與機架相聯(lián)的原動件，不許有不成組的零散構

4、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，再對剩余機構拆桿組，并按第（3）步驟進行，直到全部桿組拆完，只應剩下與機架相聯(lián)的原動件為止。如圖2-24所示機構，先除去K處的局部自由度，高副低帶，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：最后根據步驟（3）的要領，先拆分出由構件4和5組成的II級桿組，再拆分出由構件6和7及構件3和2，構件8和10組成的三個II級桿組，最后剩下原動件1和機架9。3正確拼裝桿組 根據擬定的機構運動學尺寸，利用機構運動創(chuàng)新方案實驗臺提供的零件按機構運動傳遞順序進行拼接。拼接時，首先要分清機構中各構件所占據的運動平面，并且使各構件的運動

5、在相互平行的平面內進行，其目的是避免各運動構件發(fā)生干涉。然后，以實驗臺機架鉛垂面為拼接的起始參考面，所拼接的構件以原動構件起始，依運動傳遞順序將各桿組由里（參考面）向外進行拼接。四、實驗設備及功用機構運動方案創(chuàng)新設計實驗臺設備包括機架及其組件，分別詳述如下。1機架 實驗臺機架如圖右所示機架中有5根鉛垂立柱，它們可沿方向移動。移動時請用雙手推動、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擰松即可）。立柱上的滑塊可沿y方向移動。將滑塊移動到預定的位置后，用螺栓將滑塊緊定在立柱上

6、。按圖示方法即可在x、y平面內確定一個固定點，這樣活動構件相對機將滑塊緊定在立柱上。按圖示方法即可在x、y平面內確定一個固定點，這樣活動構件相對機架的連接位置就確定了。2其他組件（1）凸輪和高副鎖緊彈簧 凸輪基圓半徑為18mm，從動推桿的行程為30mm。從動件為正弦加速度運動規(guī)律；凸輪與從動件的高副形成是依靠彈簧力的鎖合，各4件。（2）齒輪 模數2，壓力角20，齒數分別為34和42，兩齒輪中心距為76mm。各4件。（3）齒條 模數2，壓力角20，單根齒條全長為422mm，為4件。（4）槽輪撥盤 兩個主動銷，為4件。（5）槽輪 四槽，為1件。（6）主動軸 動力輸入用軸，軸上有平鍵槽。L為5mm、

7、20mm、35mm、50mm各4件，L為65mm，為2件。（7）轉動副軸（或滑動） 主要用于跨層面（即非相鄰平面）的轉動副或動副的形成。L為5mm、30mm分別為6件、4件、3件。（8）扁頭軸 又稱從動軸，軸上無鍵槽，主要起支撐及傳遞運動的作用。L為5mm、20mm、35mm、50mm、65mm，分別為16件、12件、12件、10件和8件。（9）主動滑塊插件 與主動滑塊座固聯(lián)，可組成做直線運動的主動滑塊。L為40mm、55mm，各一件。（10）主動滑塊座 與直線電機齒條固連形成主動件，且隨直線電機齒條作往復直線運動，為1件。（11）連桿（或滑塊異向桿） 其長槽與滑塊形成移動副，其圓孔與軸形成轉

8、動副。L為50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm，各8件。（12）壓緊連桿用特制墊片 將連桿固定在主動軸或固定軸上時用。6.5為16件。（13）轉動副軸（或滑塊） 與固定轉軸塊配用時間可在連桿長槽的某一選定位置形成轉動副或做滑塊。L為5mm、20mm，各8件。（14）轉動副軸（或滑塊） 用于兩構件形成轉動副或作滑塊用，為16件。（15）帶墊片螺栓 轉動副軸與連桿之間構成轉動副或移動副時用帶墊片螺栓連接，用于加長轉動副軸或固定軸的軸長，規(guī)格M6，為48件。（16）壓緊螺栓 轉動副軸或固定軸與連桿形成同一構件時用該壓緊螺栓連接，規(guī)格M6，為48件。（17）

9、運動構件層面限位套 用于不同構件運動平面之間的距離限定，避免發(fā)生運動構件間的運輸干涉。L為5mm、15mm、30mm、45mm、60mm，分別35件、40件、20件、20件、10件。（18） 帶輪 大孔軸，用于旋轉電機，為3件。（19） 主動軸帶輪 小孔軸，用于主動軸，為3件。（20）盤桿轉動軸 盤類零件或與其他構件（如連桿）構成轉動副時用。L為20mm、35mm、45mm，分別為6件、6件、4件。（21）固定轉軸塊 用螺栓將固定轉軸塊鎖緊在連桿長槽上，構件可與該連桿在選定位置形成轉動副，為8件。（22）加長連桿和固定凸輪彈簧用螺栓、螺母 用于兩桿加長時鎖緊的連接件，固定彈簧，M10，各為18

10、件。（23）曲柄雙連桿部件 偏心輪與活動圓環(huán)形成轉動副，且已制作成一組合件，為4件。（24）齒條導向板 將齒條夾緊在兩塊齒條導向板之間，可保證齒輪與齒條的正常嚙合，為8件。（25）轉動副軸（或滑塊） 軸的扁頭主要用于兩構件形成轉動副；軸的圓頭主要用于兩構件形成移動副，或做滑塊時用，為16件。（26）安裝電機座行程開關座用內六角螺栓、平墊 標準件M825，8，各32件。（27）內六角螺釘 標準件M615，為2件，用于將主動滑塊固定在直線電機齒條上。（28）內六角緊定螺釘 標準件M66，為18件。（29）滑塊 已與機架相連支撐軸，并在機架平面內沿鉛垂方向上下移動，為64件。（30）壓緊立柱特制平墊

11、 已與機架相連，用于固定立柱。9，為40件。（31）固定立柱上滑塊用特制螺母 已與機架相連，M6，為64件。（32）固定電機用特制螺母 卡在機架的長槽內，可輕松檸緊螺栓固定電機座，為18件。（33）行程開關支座 2件，并配內六角頭螺栓平墊，M515，5，各4件。用于行程開關與其座的連接，行程開關的安裝高度可在長孔內進行調節(jié)。（34）平墊片 使軸相對機架不轉動時用，17，為20件。（35）防脫螺母 防止軸從機架上脫出，M12，為76件。（36）轉速電機座 已與電機相連，為3件。（37）直線電機座 已與電機相連，為1件。（38）平鍵 主動軸與帶輪的連接，315，為20件。（39）直線電機控制器 與

12、行程開關配用，可控制直線電機的往復運動行程。前面板為LED顯示方式，當控制器的前面板與操作者是面對面的位置關系時，控制器上的發(fā)光管指示直線電機齒條的位移方向?？刂破鞯暮竺姘迳现糜须娫匆鼍€及開關，與直線電機相連的4芯插座、與行程開關相連的5芯插座和2A保險管，為1件。（40）帶 標準件，O型，為3件。（41）直線電機 120mm/s，10r/min。直線電機安裝在實驗臺機架底部，并可沿機架底部的長形槽移動電機。直線電機的長齒條為機構輸入直線運動的主動件。在實驗中，允許齒條單方向的最大直線位移為300mm，可根據主動滑塊的位移量確定直線電機兩行程開關的相對間方向的最大直線位移為300mm，可根據主動滑塊的位移確定直線電機兩行程開關的相對間距，并且將兩行程開關的最大安裝間距限制在300mm范圍內。直線電機控制器使用注意事項：根據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，來調節(jié)齒條（相當于滑塊）往復運動行程，其可調節(jié)的最大行程不得大于400mm。故障排除 當接通電源開關，電機不運行，可能是前面板上保護電機的熔斷器（2.5A）燒斷。及時告訴指導老師更換新的2.5A熔斷器。*注意：未拼接機構運動前、預設直線電機的工作行程后，請務必調整直線電機行程開關的高度，以確保電機行程開關的靈活動作，從而防止直線電機齒條脫離電機主體，防止組裝零件的損壞