实验四机构创新组合设计实验知识讲解.docx

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实验四机构创新组合设计实验知识讲解

实验四机构创新组合设计实验

一、实验目的

1、加深学生对平面机构的组成原理认识,进一步了解机构组成及运动特性。

2、训练学生的工程实践动手能力。

培养学生创新意识及综合设计的能力。

二、实验设备及工具

1、JKZB-Ⅱ机构创新组合设计实验台。

附件：

齿轮、齿条、槽轮、凸轮、转动轴、连杆、各种连接组合零部件等。

2、装拆工具：

十字起子、活动扳手、内六角扳手、钢板尺、卷尺等。

3、学生自备草稿纸、笔、绘图工具等。

三、实验要求

1、每2～3人一组,每一组实验前拟一份机构运动设计方案,实验后提交新设计方案.

2、完成实验后各组将机械零部件“物还原位”,老师验收后方可离去.

3、每人完成一份实验报告。

四、实验原理和方法

根据平面机构的组成原理：

任何平面机构都可以由若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上而构成，故可通过选定的机构类型，拼装该机构并进行分析。

五、实验内容

1、自行到实验室熟悉本实验中的实验装置，各种零部件、装拆工具的功能；了解机构的拼接方法，拟订自已的机构运动方案的拼接步骤。

2、自拟或课本提供的机构运动方案做为拼接对象。

3.拼接机构,将各基本杆组按运动传递规律顺序拼接到原动件和机架上。

4．绘制运动简图，分析所拼接的平面机构。

5．根据平面机构的组成原理，利用常用的零部件拼接调整，设计一种具有新型的带发明创造性的组合机构。

每一组提交一份机构创新设计方案。

6．最后把组合机构安装在实验平台上，进行测试分析、运动分析、实验结果分析、拟定这次实验的步骤，并写出实验报告。

六、实验方法与步骤

1.学生使用“机构创新组合设计实验台”提供的各种零件。

按照自己的运动方案简图，先在桌面上进行机构的初步试验组装，这一步的目的是杆件分层。

一方面为了使各个杆件在互相平行的平面内运动，一一方面为了避免各个杆件，各个运动副之间发生运动干涉。

2.按照上一步骤试验好的分层方案，从最里层开始，依次将各个杆件组装连接到机架上。

选取构件杆，连接转动副或移动副。

凸轮。

齿轮。

齿条与杆件用转动副连接，凸轮。

齿轮。

齿条与杆件用移动副连接，杆件以转动副的形式与机架相连，杆件以移动副的形式与机架相连，最后组装连接输入转动的原动件或输入移动的原动件。

3.根据输入运动的形式选择原动件。

若输入运动为转动（工程实际中以柴油机，电动机等为动力的情况），则选用双轴承式主动定铰链轴或蜗杆为原动件，并使用电机通过软轴联轴器进行驱动。

若输入运动为移动（工程实际中以油缸，气缸等为动力的情况），可选用适当行程的气缸驱动，用软管连接好气缸，气控组件和空气压缩机并进行空载形成实验。

4.试用手动的方式摇动或推动原动件，观察整个机构各个杆，副的运动，确定运动没有干涉后，安装电动机，用柔性联轴节将电机与机构相连，或安装气缸，用附件将气缸与机构相连。

5.检查无误后，接通电源试机

6.观察机构系统的运动，对机构系统的工作到位情况，运动学及动力学特性作出定性的分析和评价。

一般包括如下几个方面：

①各个杆、副是否发生干涉

②有无形成运动副的两构件的运动不在一个平面，因而出现摩擦力过大的现象

③输入转动的原动件是否为曲柄。

④输出构件是否具有急回回特性。

⑤机构的运动是否连续。

⑥最小传动角（或最大压力角）是否超过其许用值。

⑦机构运动过程中是否产生刚性冲击或柔性冲击。

⑧机构是否符合设计要求、是否运动到位、灵活可靠。

⑨多自由度机构的几个原动件，能否使整个机构实现良好的协调动作。

⑩动力元件的选用及安装是否合理，是否按预定的要求正常工作。

7.若观察到机构系统运动出现问题，则必须按前述步骤进行组装调整，直到该模型机构完全按照设计要求灵活、可靠地运动。

8.至此已经用实验方法确定了设计方案和参数，再测绘自己组装的模型，换算出实际尺寸，填写实验报告，包括按比例绘制正规的机构运动简图，标注全部参数，计算自由度，划分杆组，简述各项评价情况，指出自己有所创新之处，指出不足之处并简述改进的设想。

七、完成实验报告

根据学院的实验报告内容完成此次设计型实验的实验报告。

1、实验目的及实验内容。

2、实验仪器及工具、设备。

3、根据实验台现有的机构，绘制机构运动简图；并进行分析。

4、自拟或课本提供的机构运动方案做为拼接对象，进行机构实际拼接。

根据实际拼接结果，进行自由度的计算，并回答此机构的功能？

5、通过此实验学到了什么？

有什么感想和体会？

将组合是图片打印出来。

包括每组的组合图片、和实验平台图片、最终搭建的机构实物图片。

黏贴在实验报告的相应位置。

附录：

机构运动创新设计方案实验台提供的运动副拼接方法参见以下各图所示。

1）实验台机架：

如图4-5

实验台机架中有5根铅垂立柱，均可沿X方向移动。

移动前应旋松在电机侧安装在上、下横梁上的立柱紧固螺钉，并用双手移动立柱到需要的位置后，应将立柱与上（或下）横梁靠紧再旋紧立柱紧固螺钉（立柱与横梁不靠紧旋紧螺钉时会使立柱在X方向发生偏移）。

注：

立柱紧固螺钉只需旋松既可，不允许将其旋下。

立柱上的滑块可在立柱上沿Y方向移动，要移动立柱上的滑块，只需将滑块上的内六角平头紧定螺钉旋松即可（该紧定螺钉在靠近电机侧）。

按上述方法移动立柱和滑块，就可在机架的X、Y平面内确定固定铰链的位置。

图4-5实验台机架图

2）主、从动轴与机架的连接（下图各零件编号与“机构运动创新设计方案实验台组件清单”序号相同，后述各图均相同）如图4-6

图4-6主、从动轴与机架的连接

按上图方法将轴联接好后，主（或从）动轴相对机架不能转动，与机架成为刚性联接；若件22不装配，则主（或从）动轴可以相对机架作旋转运动。

3）转动副的连接：

图4-7转动副连接图

按图示联接好后，采用件19联接端连杆与件9无相对运动，采用件20联接端连杆与件9可相对转动，从而形成两连杆的相对旋转运动。

4）移动副的连接：

图4-8移动副连接图

5）活动铰链座Ⅰ的安装：

图4-9活动铰链座Ⅰ连接图

如图联接，可在连杆任意位置形成-铰链，且件9如图装配，就可在铰链座Ⅰ上形成回转副或形成回转-移动副。

6）活动铰链座Ⅱ的安装：

图4-10活动铰链座Ⅱ的连接图

如图连接，可在连杆任意位置形成铰链，从而形成-回转副。

1）复合铰链Ⅰ的安装：

（或转-移动副）

图4-11复合铰链Ⅰ的连接图

将复合铰链Ⅰ铣平端插入连杆长槽中时构成移动副，而联接螺栓均应用带垫片螺栓。

2）复合铰链Ⅱ的安装：

图4-12复合铰链Ⅱ的连接图

复合铰链Ⅰ联接好后，可构成三构件组成的复合铰链，也可构成复合铰链+移动副。

复合铰链Ⅱ联接好后，可构成四构件组成的复合铰链。

9）齿轮与主（从）动轴的连接图：

图4-13齿轮与主（从）动轴的连接图

10）凸轮与主（从）动轴的连接图：

图4-14凸轮与主（从）动轴的连接图

11）凸轮副连接图：

图4-15凸轮副连接图

按图示连接后，连杆与主（从）动轴间可相对移动，并由弹簧23保持高副的接触。

12）槽轮机构连接：

图4-16槽轮机构连接图

注：

拨盘装入主动轴后，应在拨盘上拧入紧定螺钉37，使拨盘与主动轴无相对运动；同时槽轮装入主（从）动轴后，也应拧入紧定螺钉37，使槽轮与主（从）动轴无相对运动。

13）齿条相对机架的连接：

图4-17齿条相对机架的连接图

如图连接后，齿条可相对机架作直线移动；旋松滑块上的内六角螺钉，滑块可在立柱上沿Y方向相对移动（齿条护板保证齿轮工作位置）。

14）主动滑块与直线电机轴的连接：

图4-18主动滑块与直线电机轴的连接图

当由滑块作为主动件时，将主动滑块座与直线电机轴（齿条）固连即可，并完成如图示连接就可形成主动滑块。

五、实验拼接典型方案示例：

机构运动创新设计实验，其运动方案可由学生构思平面机构运动简图进行创新构思并完成方案的拼接，达到开发学生创造性思维的目的。

实验也可选用工程机械中应用的各种平面机构，根据机构运动简图，进行拼接实验。

该实验台提供的配件可完成不少于40种机构运动方案的拼接实验。

实验时每台架可由3～4名学生一组，完成不少于1种/每人的不同机构运动方案的拼接设计实验。

下列工程机械中的各种机构中选择拼接方案典型示例，仅供参考。

1、内燃机机构：

图5-1内燃机机构

机构组成：

曲柄滑块与摇杆滑块组合而成的机构。

工作特点：

当曲柄1作连续转动时，滑块6作往复直线移动，同时摇杆3作往复摆动带动滑块5作往复直线移动。

该机构用于内燃机中，滑块6在压力气体作用下作往复直线运动（故滑块6是实际的主动件），带动曲柄1回转并使滑块5往复运动使压力气体通过不同路径进入滑块6的左、右端并实现排气。

2、精压机机构：

图5-2精压机机构

机构组成：

该机构由曲柄滑块机构和两个对称的摇杆滑块机构所组成。

对称部分由杆件4→5→6→7和杆件8→9→10→7两部分组成，其中一部分为虚约束。

工作特点：

当曲柄1连续转动时，滑块3上、下移动，通过杆4→5→6使滑块7作上下移动，完成物料的压紧。

对称部分8→9→10→7作用是使构件7平稳下压，使物料受载均衡。

用途：

如钢板打包机，纸板打包机，棉花打捆、剪板机等均可采用此机构完成预期工作。

3、牛头刨床机构：

（a）（b）

图5-3牛头刨床机构

图b）为将图a）中的构件3由导杆变为滑块，而将构件4由滑块变为导杆形成。

机构组成：

牛头刨床机构由摆动导杆机构与双滑块机构组成。

只是在图a）中，构件2、3、4组成两个同方位的移动副，且构件3与其它构件组成移动副两次；而图b）则是将图a）中D点滑块移至A点，使A点移动副在箱底处，易于润滑，使移动副摩擦损失减少。

机构工作性能得到改善。

图a）和图b）所示机构的运动特性完全相同。

工作特点：

当曲柄1回转时，导杆3绕点A摆动并具有急回性质，使杆5完成往复直线运动，并具有工作行程慢，非工作行程快回的特点。

4、两齿轮-曲柄摇杆机构：

图5-4齿轮-曲柄摇杆机构

机构组成：

该机构由曲柄摇杆机构和齿轮机构组成，其中齿轮5与摇杆2形成刚性联接。

工作特点：

当曲柄1回转时，连杆2驱动摇杆3摆动，从而通过齿轮5与齿轮4的啮合驱动齿轮4回转。

由于摆杆3往复摆动，从而实现齿轮4的往复回转。

5、两齿轮-曲柄摆块机构：

图5-5齿轮-曲柄摆块机构

机构组成：

该机构由齿轮机构和曲柄摆块机构组成。

其中齿轮1与杆2可相对转动，而齿轮4则装在铰链B点并与导杆3固联。

工作特点：

杆2作圆周运动，为曲柄通过连杆使摆块摆动从而改变连杆的姿态使齿轮4带动齿轮1作相对曲柄的同向回转与逆向回转。

6、喷气织机开口机构：

图5-6喷气织机开口机构

机构组成：

该机构由曲柄摆块机构，齿轮-齿条机构和摇杆滑块机构组合而成，其中齿条与导杆BC固联，摇杆DD′与齿轮G固联。

工作特点：

曲柄AB以等角速度回转，带动导杆BC随摆块摆动的同时与摆块作相对移动，在导杆BC上固装的齿条E与活套在轴上的齿轮G相啮合，从而使齿轮G作大角度摆动，与齿轮G固联在一起的杆DD′随之运动，通过连杆DF（D′F′）使滑块作上、下往复运动。

组合机构中，齿条E的运动是由移动和转动合成的复合运动，而齿轮G的运动就取决于这两种运动的合成。

7、双滑块机构：

图5-7双滑块机构

机构组成：

该机构由双滑块组成，可看成由曲柄滑块机构A-B-C构成，从而将滑块4视做虚约束。

工作特点：

当曲柄1作匀速转动时，滑块3、4均作直线运动，同时，杆件2上任一点的轨迹为一椭圆。

应用举例：

椭圆画器和剑杆织机引纬机构。

8、冲压机构：

图5-8冲压机构

机构组成：

该机构由齿轮机构与对称配置的两套曲柄滑块机构组合而成，AD杆与齿轮1固联，BC杆与齿轮2固联。

组成要求：

Z1=Z2；AD=BC；

工作特点：

齿轮1匀速转动，带动齿轮2回转，从而通过连杆3、4驱动杆5上下直线运动完成预定功能。

该机构可拆去杆件5，而E点运动轨迹不变，故该机构可用于因受空间限制无法安置滑槽但又须获得直线进给的自动机械中。

而且对称布置的曲柄滑块机构可使滑块运动受力状态好。

应用：

此机构可用于冲压机、充气泵、自动送料机中。

9、插床机构：

图5-9插床机构

机构组成：

该机构由转动导杆机构与正置曲柄滑块机构构成。

工作特点：

曲柄1匀速转动，通过滑块2带动从动杆3绕B点回转，通过连杆4驱动滑块5作直线移动。

由于导杆机构驱动滑块5往复运动时对应的曲柄1转角不同，故滑块5具有急回特性。

应用：

此机构可用于刨床和插床等机械中。

10、筛料机构：

图5-10筛料机构

机构组成：

该机构由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构构成。

工作特点：

曲柄1匀速转动，通过摇杆3和连杆4带动滑块5作往复直线运动，由于曲柄摇杆机构的急回性质，使得滑块5速度，加速度变化较大，从而更好地完成筛料工作。

11、凸轮-连杆组合机构：

图5-11凸轮-连杆组合机构

机构组成：

该机构由凸轮机构和曲柄连杆机构以及齿轮齿条机构组成，且曲柄EF与齿轮为固联构件。

工作特点：

凸轮为主动件匀速转动，通过摇杆2、连杆3使齿轮4回转，通过齿轮4与齿条5的啮合使齿条5作直线运动，由于凸轮轮廓曲线和行程限制和各杆件的尺寸制约关系，齿轮4只能作往复转动，从而使齿条5作往复直线移动。

应用：

此机构用于粗梳毛纺细纱机钢领板运动的传动机构。

12、凸轮-五连杆机构：

图5-12凸轮-五连杆机构

机构组成：

该机构由凸轮机构和连杆机构构成，其中凸轮与主动曲柄1固联，又与摆杆4构成高副。

工作特点：

凸轮1匀速回转，通过杆1和杆3将运动传递给杆2，从而杆2的运动是两种运动的合成运动，因此连杆2上的C点可以实现给定的运动轨迹。

13、行程放大机构：

图5-13行程放大机构

机构组成：

该机构由曲柄滑块机构和齿轮齿条机构组成，其中齿条5固定为机架，齿轮4为移动件。

工作特点：

曲柄1匀速转动，连杆上C点作直线运动，通过齿轮3带动齿条4作直线移动，齿条4的移动行程是C点行程的两倍，故为行程放大机构。

注：

若为偏置曲柄滑块，则齿条4带具有急回性质。

14、冲压机构：

图5-14冲压机构

机构的组成：

该机构由齿轮机构、凸轮机构、连杆机构组成，其中凸轮3与齿轮2固联。

工作特点：

齿轮1匀速转动，齿轮2带动与其固联的凸轮3一起转动，通过连杆机构使滑块7和滑块10作往复直线移动，其中滑块7完成冲压运动，滑块10完成送料运动。

该机构可用于连续自动冲压机床或剪床（剪床则由滑块7为剪切工具）。

15、双摆杆摆角放大机构：

图5-15双摆杆摆角放大机构

机构组成：

由摆动导杆机构组成，且有L1＞LAB（AC＞AB）。

工作特点：

当主动摆杆1摆动

角时，从动杆3的摆角为

，且有

＞

，实现了摆角放大。

各参数间关系为：