机构运动方案创新设计实验指导书.docx
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机构运动方案创新设计实验指导书
机构运动方案创新设计实验指导书
一、实验目的
1．培养学生机构型综合的设计能力、创新能力和实践动手能力；
2．培养学生综合应用所学知识对机构的结构和运动性能加以评价的分析能力。
二、实验原理
任何机构都是将基本组依次连接到机架和原动件上而构成的。
三、实验内容
1.多功能移动式残病人浴缸翻转机构（见动画）
上身部缸体翻转机构
要求上身部缸体从水平位置向上翻转至70度，即翻转角为0-70度.
可采用的机构：
摆动导杆机构，导杆与上身部缸体固装在－起，带动缸体翻转。
由直线电机带动主动杆摆动。
双摇杆机构，上身部缸体作为从动摇杆，在主动摇杆驱动下作0-70度摆动.主动杆由直线电机带动摆动。
其它机构
腿部缸体翻转机构
要求腿部缸体从垂直位置向上翻转至水平位置，利用死点保持腿部缸体在水平位置,
借助凸轮机构破坏死点，使腿部缸体在重力作用下复位。
可采用机构：
双摇杆机构，腿部缸体作为主动摇杆；
其它机构
2.牛头创床机构（见动画）
要求刨刀（安装在滑枕上）作直线往复运动。
可采用的机构：
转动导杆机构和曲柄滑块机构组合,由电机驱动主动件转动。
摆动导杆机构和滑块机构组合,由电机驱动主动件转动。
其它机构
3．翻转机（见动画）
要求翻转模板装在连杆上，模板翻转180度。
四杆机构，电机驱动。
其它机构
4．飞机起落架
要求起落架上轮子从水平位置向下翻转至垂直位置，利用死点使起落架轮子保持在垂直位置。
可采用的机构：
四杆机构，电机驱动。
其它机构
5．插床机构
要求插刀作垂直上下往复直线运动，向下时（工作行程）较慢，向上运动（空程）时速度较快。
可采用的机构：
双曲柄机构与曲构滑块机构组合，电机驱动.
其它机构
6．冲压成型机
压头作垂直上下直线运动，以较小功率带动主动件运动时，滑块能产生巨大的冲压力。
可采用的机构：
六杆增力机构，电机驱动.
其它机构
7．拉延压力机压边机构
压边滑块作垂直上下直线运动，在下极限位置时，有瞬时停歇现象；同时以较小功率带动主动件运动时，滑块能产生巨大的冲压力。
可采用的机构：
曲柄摇杆机构和六杆增力机构串联，电机驱动.
其它机构
8.其他自选机构
四、实验方法
本搭接实验是在具有六根立柱的机架上完成的。
配有旋转电动机和直线电动机，以输出直线运动和旋转运动；配有齿轮、凸轮、带轮、槽轮等零件，通过搭接可完成直线、旋转、往复、间歇等运动传递；配有连杆、滑块座及连接零件，可搭接成各种执行机构。
机构搭接完成后可通电运转以检验其创造结果。
一般情况下，学生在实验前应完成机构方案的创造与选型，并仔细阅读本实验指导书后方可进行本实验。
五、实验台主要零部件功能
本搭接实验在如图1所示的专用实验台的机架1上完成的。
五根立柱2可在上下横梁中沿x方向（双手上下均匀用力）调整其位置,然后用上下横梁上的螺栓固定。
滑块3可在立柱2上沿y方向调整其位置，然后用其上的内六角螺钉固定。
滑块上的圆孔用于安装销轴。
电动机以10r/min的速度转动，它安装在机架的后侧的底盘上，其上的主动带轮通过皮带驱动从动带轮。
从动带轮的轴安装在滑块3的圆孔中。
搭接机构是在机架前侧平面上完成的。
本实验配有各种工具、连接用的螺钉、螺帽、垫圈、键等。
其它主要零部件及其功能请仔细阅读表1。
表1主要零件及其功能表
标号
名称
图形
功能
1
固定支座销轴
与机架相连，带键槽的为主动销轴。
不带键槽的为从动销轴。
2
销轴
用于构成转动副或移动副的连接轴
3
端螺栓
装于轴端头，有台肩的可压紧轴端头，无台肩的可压紧套在轴上的连杆。
4
连杆
将1、2的圆柱或扁头装于其上的圆孔或槽中，用端螺栓压紧轴端头，构成转动副或移动副。
5
铰链座
将其凸台坎在连杆4的槽中用3固定，则连杆4的构件长度可任意调整。
6
主动滑
块座
大孔装于直线电机的圆形齿条上并固定，轴孔与销轴2连接。
销轴2或作主动滑块或与齿条连接。
7
齿条
与齿轮啮合，构成齿轮齿条传动。
8
齿条
护板
通过4个螺孔与齿条连接，使齿轮与齿条在同一平面上啮合。
9
齿轮
模数m=2¸z=28，35，42，56的各3个
10
凸轮
基圆半径20mm，升回型，行程30mm
11
槽轮
4槽
12
拨盘
双销，销回转半径49.5mm
六、实验台主要零部件的拼接（以下图中标号与表中相同）
1．固定支座销轴与机座拼接
如图2所示，将表1的中固定支座销轴1插于在机架滑块的圆孔中，套上垫片固紧螺母即完成安装。
销轴装于机架滑块的圆孔中的长度稍大于滑块的宽度。
图2a）中的销轴无键槽其上套有垫片，螺母通过垫片压紧立柱上的滑块，所以销轴与立柱滑块间无相对运动，构成机架上的固定销轴。
图2b）中的销轴有键槽，螺母在销轴上旋紧后与立柱上的滑块间有一定间隙，所以销轴与立柱滑块间可有相对运动，构成机架上的活动销轴。
在轴上键槽处装上键并套上带轮，由电机的带轮带动即构成主动销轴。
2．转动副的拼接
如图3所示，连杆4的两个圆孔间的距离即该连杆的长度，备有L=22mm,100mm~330mm共八种规格的连杆。
如图3a）所示，将销轴2穿入两连杆的孔中，销轴的两端面用带有凸台的端螺栓3固定，则两连杆构成一个转动副。
销轴2圆柱段的长度有几种规格，较长的销轴配以套筒用图3a）的方法可拼接成由三连杆构成的复合铰。
如所需杆长不在八种规格之列，按图3b）所示安装可得到任意杆长的连杆。
将销轴2插入铰链座5的孔中，然后用带有凸台的端螺栓3固定，即得到可与其它连杆相连的销轴。
将铰链座的凸台坎入连杆槽中的任意位置旋紧固紧螺栓，则可得到任意杆长的连杆。
3．移动副的拼接
如图4所示，将带有扁头的销轴2的扁头坎入连杆的槽中，另一端圆柱插入另一连杆的孔中，销轴2的两端头均用带有凸台的端螺栓固定。
该销轴可在连杆的槽中滑动相当于滑块。
4．主动滑块与电机轴的拼接
如图5所示，直线电动机的圆形齿条以10mm/s的速度输出直线运动。
并配有控制器及两个行程开关。
当由滑块作为原动件时，将主动滑块座6用两个六角螺栓连接在圆形齿条上，把销轴2插入主动滑块座的孔中用埋头螺钉上紧，销轴2即可作为主动滑块使用。
为产生往复运动，在销轴2上装有控制行程开关的碰块。
注意，圆形齿条的往复行程的距离不应大于400mm，应首先调整两个行程开关控制方向及位置，切不可使圆形齿条从电机中滑出，防止机件损坏。
5．凸轮与销轴的安装
如图6所示，将凸轮10的孔套在装于机架滑块上的固定支座销轴1上然后用埋头螺钉固紧。
6．齿轮与销轴的安装
如图7所示，将齿轮9的孔套在装于机架滑块上的固定支座销轴1上然后用埋头螺钉固紧。
7．齿条与固定支座销轴的安装
如图8a）所示，将齿条7与两块（或单块）齿条护板8用四个螺钉固紧，使可保持与之啮合的齿轮在同一平面运动。
图8b）为齿条及其护板的的组装图。
如图8c）所示，将齿条组件的槽套在装于机架滑块上的销轴的扁头上，并在销轴的端头用带台肩的螺栓固紧。
则齿条组件可沿销轴的扁头移动。
c）
8．槽轮机构的安装
如图9所示，拨盘12上有两个拨销，将拨盘套入装于机架滑块上的固定支座销轴1，其轴端用端螺栓3固定，使其与固定支座轴销1一起转动。
将槽轮11的槽对准拨盘的拨销将其套入固定支座销轴1中，销轴1的轴端用端螺栓3固定。
9．凸轮机构的安装
如图10所示，将凸轮10套在装于机架滑块上的固定支座销轴1，用埋头螺钉将其与固定支座轴销1固定，使凸轮可与固定支座轴销1一起转动。
将连杆的槽套入两固定支座轴销1上，其轴端用带台肩的端螺栓3固定，使连杆可在轴销1的扁头上自由滑动。
弹簧的一端固定于连杆的孔中，另一端套在固定支座销轴1上，使连杆紧压在凸轮上，保持凸轮与连杆紧密接触。
七、实验步骤
为达到开发学生创造性思维和实践动手能力之目的，拼接的机构方案原则上应在实验前由学生自行完成。
该实验在2学时内完成。
每4人一组完成不少于1个机构方案的拼装。
1．实验前，根椐文字资料或动画演示的机构功能进行机构运动方案设计,初步画出机构运动简图；
2．阅读本实验指导书，熟悉实验中所用的设备、安装工具和零部件的功能；
3．阅读本实验指导书，熟悉各传动装置、各固定支座、移动副、转动副的安装方法；
4．按照运动传递的顺序，从原动机开始依次拼装机构；
5．仔细检查，确认拼装无误、连接牢靠后方可通电运转；
6．仔细观察机构的运动，判断是否满足工艺要求并作出相应改进；
7．根据要求写出实验报告。
八、实验报告
1．按比例绘制拼装机构的运动简图，标注出机构运动简图的尺寸参数；
2．计算机构的自由度；
3．说明该机构是否满足给定的工艺要求；
4．分析该机构的优缺点，如何改进？
有否代替机构？
机构运动方案创新设计实验报告书
一、实验目的：
1、使学生巩固和加深对课堂讲授的基本理论知识的理解。
2、加强学生对机构原理的认识，进一步了解机构组成及运动特性。
3、增强学生对机构的感性认识，完成从运动简图设计到实际结构设计的过渡。
4、使学生掌握现代实验方法，培养学生用实验手段进行机构分析。
5、培养学生的综合设计能力、创新能力和实践动手能力。
二、实验设备及工具：
1、ZBS-C机构运动创新设计方案实验台及组装机构的配件。
2、组装、拆卸工具：
一字起子（1把）、十字起子（1把）、呆扳手（2把）、内六角扳手（2把）
活动扳手（1把）、钢板尺（1把）、卷尺（1个）、工具盘（1个）[每组共十件]
三、实验内容：
每次实验分成八个组，每组3~4人，各组根据现有设备及工具设计、组装不同的机械系统。
四、实验方法与步骤：
1、掌握平面机构组成原理；
2、熟悉本实验中的实验设备，各零、部件功用和安装、拆卸工具；
3、自拟平面机构运动方案，形成拼接实验内容；
4、根据执行机构的运动特点，组成传动系统；
5、将零、部件按运动传递规律顺序联接到机架上。
6、将动力系统、传动系统和执行机构组接起来，构成机械系统；
7、经指导教师或实验老师检查许可后，才能开机运转。
五、实验要求：
1、机构运动方案设计；
2、计算机构的自由度；
3、机构运动尺寸设计，并按比例画出机构运动简图，在简图中标注实测得到的机构运动尺寸；
4、分析该机构的优缺点，如何改进？
有否代替机构？
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