三维空间机构实践平台实践总结报告.docx

1、三维空间机构实践平台实践总结报告 机电创新实践课程实践总结报告班 级：机械工程系机电15-1班姓 名：李振、陈再兴、董旭、刘洋洋、刘博文实践名称：三维空间机构创新平台实践实践地点：实验1号楼205实践时间：2018.10.21指导教师：王仲文哈尔滨理工大学荣成学院完成时间： 2018 年 10 月 23 日一、实践目的及内容1.1 实践目的1. 了解机构的变异与创新设计，掌握三维空间机构的组成、原理及运动特性。能够应用三维空间机构创新平台完成各种空间机构的搭接，应用机构模块进行机构组合创新设计。2. 掌握不同机构组合方法的特点，学会区分不同组合创新类型。熟练使用空间机构创新平台完成各种机构组合

2、设计的实物搭建，加深对组合创新思路的理解。3. 培养动手操作能力和机构创新设计能力，锻炼动手操作与创新设计能力。1.2 实践内容1. 完成常见运动机构的搭建与正常运行，主要包括基本连杆机构、齿轮导杆摇杆机构、齿轮导杆摇杆机构、齿轮曲柄摇杆机构、齿轮连杆偏心滑块机构、齿轮连杆对心滑块机构、齿轮导杆对心滑块机构、齿轮导杆偏心滑块机构、凸轮机构、槽轮机构、棘轮机构、齿轮齿条机构、不完全齿轮机构，保证配合精度，运动灵活，无卡滞和干涉现象。2. 讨论构件的演化、变异创新理论，结合再生设计理论，完成上述机构的创新设计。3. 绘制搭建机构的运动简图，并对方案讨论、评价、总结。二、实践用设备及仪器2.1 实验

3、设备及简介1. 设备：该实验需PCII型平面机构创意组合及参数可视化分析实验台一台。PCII型平面机构创意组合及参数可视化分析实验台设备简介：（1）实验台为台式结构：由装拆平台、机架、电动机、传动部件、杆、间隙轮、齿轮、棘轮、槽轮、凸轮等基本构件库组成，可拼装13种平面运动机构系统。（2）实验台采用了巧妙的设计方法，保证了机构中各个运动构件在运动中不发生干涉，机架高度及杆长均可调节，用于组装机构的零件通用性好，种类少，模块化设计，提高了机构方案拼装效率，方便学生实验操作和教师对实验台的管理。（3）实验台配有数据采集箱并于计算机相连，测试系统采用先进的单片机测试方式，以串口通讯，测试数据精度高，

4、速度快、稳定性好。（4）信号采集使用了直线位移传感器和光栅角位移传感器，其检测对象可根据测试需要来调节确定。主要对回转构件及直线运动构件进行运动检测。（5）使用平面机构设计测试综合软件，包括实验原理，实验录像，测试三部分，可显示机构运动参数（位移、速度、加速度）的适时变化曲线。（6）主要技术参数：驱动电机功率：125W，工作位移：0-200rpm，直线位移传感器量程：200mm，光栅角位移传感器：1000栅/转，外形尺寸：11406061340mm，重量：85kg。2.2 实验工具实验所用工具：扳手、螺丝刀、卷尺等若干。三、实践结果分析3.1 槽轮机构1. 机构的搭建过程及结果槽轮机构是由主动

5、拨盘、从动槽轮和机架等组成的单向间歇运动机构，可以分为外槽轮机构、内槽轮机构和槽条机构几种类型，常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。在搭建过程中，将槽轮机构的主动拨盘与电动机的皮带轮连接，使其成为主动运动构件，机构运动的来源。通过主动拨盘的带动使得从动槽轮而运动，构成槽轮机构，实验搭建槽轮机构的结果如图3-1所示。图3-1 槽轮机构搭建示意图2. 槽轮机构优缺点分析槽轮机构结构简单，易加工，工作可靠，转角准确，机械效率高。但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起、停时的加速度大，有冲击，并随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不宜用于高速，多用来实现不需经常调

6、节转位角度的转位运动。能较平稳的、间歇地进行转位等优点，但存在柔性冲击的缺点，故常用于速度不太高的场合。3. 槽轮机构的运动及应用槽轮机构的典型结构由主动拨盘、从动槽轮和机架组成。拨盘以等角速度作连续回转，当上的圆销未进入槽轮的径向槽时，由于槽轮的内凹锁止弧被拨盘的外凹槽锁止弧卡住，故槽轮不动。当圆销刚进入槽轮径向槽时的位置，此时锁止弧又也刚被松开。此后，槽轮受圆销的驱使而转动。当圆销在另一边离开径向槽时，锁止弧又被卡住，槽轮又静止不动。直至圆销再次进入槽轮的另一个径向槽时，又重复上述运动，所以槽轮作时动时停的间歇运动。槽轮机构一般应用于转速不高且要求间歇运动的场合，槽轮机构应用于幻灯片放映机

7、机构与蜂窝煤制机模盘转位机构如图3-2与图3-3所示。图3-2 幻灯片放映机机构图3-3 蜂窝煤制机模盘转位机构4. 实验结果分析通过PCC-II平面机构设计及运动组合实践平台搭建槽轮机构，团队成员搭建结果如图3-4所示。图3-4 团队成员搭建结果根据实践操作搭建的槽轮机构，结合槽轮机构的组成特点，可以绘制出槽轮机构的机构运动简图如图3-5所示。图3-5 槽轮机构运动简图3.2 曲柄-摇杆机构1. 机构的搭建过程及结果具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构，曲柄为主动件且等速转动，而摇杆为从动件作变速往返摆动，连杆作平面复合运动。曲柄摇杆机构中也有用摇杆作为主动构件，摇杆的往复摆

8、动转换成曲柄的转动。在生活中应用的实例有牛头刨床进给机构、雷达调整机构、缝纫机脚踏机构、复摆式腭式破碎机、钢材输送机等。在实验过程中，曲柄与电动机带轮连接，电动机把旋转运动传递给曲柄，实现曲柄的转动，曲柄的转动带动摇杆运动，实现摇杆的摆动，搭建的曲柄-摇杆机构如图3-6所示。图3-6 曲柄-摇杆机构搭建示意图2. 曲柄-摇杆机构特点及应用曲柄摇杆机构是一种典型的四杆机构之一，由曲柄、摇杆、连杆、机架组成的。曲柄或摇杆通过直接接触将预定的运动传给从动件。由于曲柄摇杆机构可以实现各种复杂的运动要求，而且具有结构简单紧凑的特点，所以广泛应用于各种自动化机器、仪器和装配线，例如在纺织机械、印刷机械以及

9、一些控制系统等装置中，广泛应用着各种类型的曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构的优点是制作方便简单，容易实现。缺点是占用空间大，容易损坏。曲柄摇杆机构在牛头刨床进给机构、雷达调整机构、缝纫机脚踏机构、复摆式腭式破碎机和钢材输送机等方面应用广泛，曲柄摇杆机构在牛头刨床中的应用如图3-7所示。图3-7 牛头刨床曲柄摇杆机构示意图3. 曲柄-摇杆机构运动分析在铰链四杆机构中，若两个连架杆，一为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。通常曲柄为原动件，并作匀速转动，而摇杆为从动件，作变速往复摆动，曲柄摇杆机构的主要特性是急回运动，曲柄摇杆机构的运动过程如图3-8所示。图3-8 曲柄摇杆机构运动过程

10、曲柄摇杆机构中，曲柄AB在转动一周中，在B1、B2两次与连杆BC共线，相应铰链中心 A与C之间的距离AC1和AC2分别为最短和最长，摇杆CD的位置C1D和C2D分别为其左右极限位置。摇杆在两极限位置间的夹角，称为摇杆的摆角。当曲柄由位置 AB1 顺时针转到位置AB2 时，曲柄转角180，这时摇杆由左极限位置C1D 摆到位置右极限位置C2D，摆杆角度为。而当曲柄顺时针再转过角度180时，摇杆由位置C2D摆回至位置C1D，其摆角仍然是 。虽然摇杆来回摆动的摆角相同，但对应的曲柄转角不等（）；当曲柄匀速转动时，对应的时间也不等（t 1 t 2）。令摇杆自ClD摆至C2D为工作行程，这时铰链的平均速度

11、是 v1= C1C2 /tl 。摇杆自C2D摆回至C1D是其空回行程，这时点的平均速度是v2=C1C2/t2，显然v1 v2，它表明摇杆具有急回运动的特性。4. 实验结果分析通过PCC-II平面机构设计及运动组合实践平台搭建曲柄-摇杆机构，团队成员搭建结果如图3-9所示。图3-9 团队成员搭建结果根据实践操作搭建的曲柄-摇杆机构，结合曲柄-摇杆机构的组成特点，可以绘制出曲柄-摇杆机构的机构运动简图如图3-10所示。图3-10 曲柄-摇杆机构运动简图3.3 棘轮机构1. 机构的搭建过程及结果棘轮机构是由棘轮和棘爪组成的一种单向间歇运动机构。棘轮机构常用在各种机床和自动机中间歇进给或回转工作台的转

12、位上。实践时搭建的是外啮合式棘轮机构，它由主动摆杆，棘爪，棘轮、止回棘爪和机架组成。主动件空套在与棘轮固连的从动轴上，并与驱动棘爪用转动副相联。当主动件逆时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中，使棘轮跟着转过一定角度，此时，止回棘爪在棘轮的齿背上滑动。当主动件顺时针方向转动时，止回棘爪阻止棘轮发生顺时针方向转动，而驱动棘爪却能够在棘轮齿背上滑过，所以，这时棘轮静止不动。因此，当主动件作连续的往复摆动时，棘轮作单向的间歇运动，实践平台搭建棘轮示意图如图3-11所示。图3-11 棘轮机构搭建示意图2. 棘轮构特点及应用棘轮机构将连续转动或往复运动转换成单向步进运动，棘轮轮齿通常用单向齿，棘爪铰

13、接于摇杆上，当摇杆逆时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮齿以推动棘轮同向转动；当摇杆顺时针方向摆动时，棘爪在棘轮上滑过，棘轮停止转动。 棘轮机构按结构形式分类可分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构。齿式棘轮机构结构简单，制造方便，动与停的时间比可通过选择合适的驱动机构实现。该机构的缺点是动程只能作有级调节；噪音、冲击和磨损较大，故不宜用于高速。摩擦式棘轮机构是用偏心扇形楔块代替齿式棘轮机构中的棘爪，以无齿摩擦代替棘轮。特点是传动平稳、无噪音，动程可无级调节。但因靠摩擦力传动，会出现打滑现象，虽然可起到安全保护作用，但是传动精度不高。适用于低速轻载的场合。棘轮机构按啮合方式分类可分为外啮合棘轮机构和内

14、啮合棘轮机构，外啮合式棘轮机构的棘爪或楔块均安装在棘轮的外部，而内啮合棘轮机构的棘爪或楔块均在棘轮内部。外啮合式棘轮机构由于加工、安装和维修方便，应用较广。内啮合棘轮机构的特点是结构紧凑，外形尺寸小。棘轮机构具有结构简单、制造方便和运动可靠等优点，故在各类机械中有广泛的应用。但是由于回程时摇杆上的棘爪在棘轮齿面上滑行时引起噪声和齿尖磨损。同时为使棘爪顺利落入棘轮齿间，摇杆摆动的角度应略大于棘轮的运动角，这样就不可避免地存在空程和冲击。此外棘轮的运动角必须以棘轮齿数为单位有级地变化。因此棘轮机构不宜应用于高速和运动精度要求较高的场合。棘轮机构所具有的单向间歇运动特性，在实际应用中可满足如送进、制

15、动、超越离合和转位、分度等工艺要求。图3-12 自动线上浇注输送装置棘轮机构示意图3. 棘轮机构的运动棘轮和棘爪组成的一种单向间歇运动机构，它主要由摇杆、棘爪和外棘轮所组成。摇杆为运动输入构件，棘轮为运动输出构件。当摇杆顺时针摆动时，铰接在杆上的棘爪插入棘轮的齿内，使棘轮同时转过一定角度。当摇杆逆时针摆动时，棘爪在棘轮的齿上滑过，棘轮静止不动。这样，当摇杆作连续的往复摆动时，棘轮便得到单向的间歇转动。4. 实验结果分析通过PCC-II平面机构设计及运动组合实践平台搭建棘轮机构，团队成员搭建结果如图3-13所示。图3-13 团队成员搭建结果根据实践操作搭建的棘轮机构，结合棘轮机构的组成特点，可以

16、绘制出棘轮机构的机构运动简图如图3-14所示。图3-14 棘轮机构运动简图搭建完成的棘轮机构，电动机通过皮带轮带动曲柄转动，曲柄带动连杆进行摆动运动，连杆带动棘轮机构的棘爪运动，完成单向的间歇运动，实现棘轮的运动结果。3.4 组合创新机构1. 机构的搭建及结果实践搭建选择曲柄摇杆机构带动齿轮齿条机构，选择曲柄摇杆机构与齿轮齿条机构进行组合，得到组合再生创新机构，搭建结果如图3-16所示。图3-15 齿轮齿条机构示意图图3-16 曲柄摇杆带动齿轮齿条机构示意图2. 机构特点及运动分析曲柄摇杆机构是典型的将整周回转运动转换为摆动的机构，而齿轮齿条是典型的往复运动机构，进行组合可以将曲柄的转动转换为

17、齿条的往复直线运动，组合创新的机构在插床机等机构应用广泛。图3-17 麦秸打包机示意图3. 实验结果分析通过PCC-II平面机构设计及运动组合实践平台搭建机构曲柄摇杆带动齿轮齿条，团队成员搭建结果如图3-18所示。图3-18 团队成员搭建结果根据搭建的曲柄摇杆带动齿轮齿条机构，可以绘制出曲柄摇杆带动齿轮齿条机构的机构运动简图，如图3-19所示。图3-19 曲柄摇杆带动齿轮齿条机构运动简图由机构运动简图可以知道，电动机带动曲柄做旋转运动，曲柄带动与齿轮固定在一起的连杆运动，从而带动齿条运动，实现往复运动。四、团队分工介绍本次三维空间机构创新平台实践所有机构的选择以及创新主要由李振完成，各类机构的

18、搭建主要由李振指导，团队成员共同完成的。槽轮机构的搭建过程主要由刘博文与刘洋洋共同完成，曲柄-摇杆机构的搭建主要由李振、陈再兴和董旭完成，棘轮机构的搭建主要由陈再兴、董旭和刘博文完成搭建，最后的组合再生创新机构主要由李振、董旭和陈再兴搭建完成，整个实验的设备调试由李振完成。实验总结报告主要由李振完成，大家分工作业，李振完成汇总以及排版、审核和校对等工作。五、个人收获与总结1. 李振收获与总结机械创新设计实践是机械类专业学生的实践环节，该实践是在机械原理以及机械设计等课程设计实验训练基础上，进行更高层次的命题设计实验，机械创新设计实践对于提高我们的创新设计和创新实践能力非常重要，是创新型机械专业

19、人才培养成长的必由之路。机械创新实践旨在培养我们学生的综合机械方面的相关基础知识，可以促使我们将理论知识充分应用到实践中，充分发挥我们的创造力，提高我们的创新能力。机械创新设计实践目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新和走向实用。机构组合创新是机械类和近机械类专业学生实践教学的核心内容之一，通过本实验的训练，使我们掌握了机构组合创新设计的初步方法。团队合作和协调沟通能力。任何一种机械产品的开发，凭一人之力是很难完成的，此时团队的力量将变得十分重要。如果大家努力的方向不一致，大家互相不接受对方的意见，工作将难以开展，或者效率很低。要有明确的目标和坚定的信念以及不灭的斗志，坚持到最后就是胜

20、利，说的容易做起来却不是那么回事，很多时候屡次的失败背后就是正确的答案，我们往往忘了最初的目标，做一件事没有明确而强烈的目标很难取得比赛的成功。通过这次的机械创新设计实践，我们也认识到自身的不足和问题，在今后的学习中，我们会着重加强知识的灵活运用以及生活实践的积累，提高自己的动手实践能力和创新思维。2. 董旭收获与心得在三维空间机构创新平台实践实验中，我初步了解了机构变异与创新设计，掌握了三维空间机构的组成和基本的运动特性。实验中，我们合作完成了曲柄连杆机构，棘轮机构，槽轮机构的连接，培养了我的动手能力和机构创新设计能力。在实验中，我与小伙伴一起讨论构件的演化过程，认识每个构件的运动原理，再加

21、上我们的动手实践，将书本上静态的机构运动简图落实到实践当中，使知识得到了运用，得到了升华。实践是认识的来源和认识的动力，通过本次看似简单的实验，激发了我对机械创新设计这门课新的兴趣，使我知道了棘轮机构可以运用到机床进给、转位、分度等机构，槽轮机构的间歇运动在转位装置中的重要作用。通过对机构的简单认识后，我们经过理性思维的加工，利用发散思维的方法，将前人创造发明出的各种机构按照运动特性进行分类然后根据原理方案确定的执行机构所需要的运动特性或实现的功能进行搜索、比较和评价，大胆的用齿轮齿条机构进行创新设计，最终得到了颇具有实用性的设计结果。在实验中，还学会了PCII型平面机构创新组合实验台的应用，

22、学会了如何设定精确的电机转速，如何使机构在实验台上顺畅运行。在实验中，在组长的任务分配下，我们有序高效的完成了实验，培养了动手协作的能力。通过这次实验，我受益匪浅，学到了很多知识。3. 陈再兴收获与心得本次实验是三维空间机构创新平台实验，本次实验的主要目的是了解机构的变异与创新设计，掌握三维空间机构的组成、原理及运动特性以及能够应用三维空间机构创新平台完成各种空间机构的搭接，应用机构模块进行机构组合创新设计同时还培养动手操作能力和机构创新设计能力。在本次实验中我们主要是在实验台上进行组装和实验，由于本次实验相较于第二次实验可以不用考虑电动机与皮带之间的摩擦关系，以及除了最后的一个创新设计外其他

23、的空间机构相比起来都更为容易使得整个实验与第二个实验相比困难程度减少了一些。但是在实验过程中我们依然不是一帆风顺，同样地也遇到了一些问题，但是我们在困难面前没有放弃努力的同时，努力的寻找解决办法，并且在不清楚时积极同其他同学寻求帮助，最终都将问题一一解决。在我们设计最后一个创新机构的时候，由于我们使用了槽轮，但是槽轮的槽的长度有些过于长，使得我们在实验过程中更改了一次又一次，最后我们在测试过程中通过提高槽轮的高度以及调低其他连杆的高度，成功完成了实验。通过这次实验让我对于机械创新有了更进一步的认识，以及加强了实际动手能力，同时还在实验过程中加深了对于机械创新设计这门课程的理解，与增强了自己对于

24、机构创新设计的开放性思维。4. 刘博文收获与心得经过构建封闭组合机构，我初步掌握了一些技巧，了解到了齿轮连杆机构、四杆机构、曲柄滑块机构、凸轮连杆机构的运动机构。使我产生了非常浓厚的兴趣。在创新设计试验台下，我们按照实验指导书成功构建了所述机构，在最后需要我们创新设计出一个机构，于是我们在之前用到的零件中挑选出几个一步一步改进设计方案，最终经过了几次的修改确定了方案，在那个时候才知道了坚持的重要性。在这次团队协作中，锻炼了我们的协作能力，我们小组在一起研究讨论让我觉得只有在集体中才能发挥出我们的能力。其次，增强了我们的动手能力，平时我们没有机会去动手操作学习，往往使我们没有办法运用所学的理论知

25、识，然而正是因为这门课的学习是我的动手能力得到了锻炼。然后，这次试验培养了我们的创新意识，在一定程度上改变了我们已成定势的思维模式，为大脑加入了新鲜的血液。通过这次实验，更是对机械设计创新有了更大的兴趣，使我学到了更多的专业知识，培养了我独立工作与协调合作能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习和生活有着重大的影响。5. 刘洋洋收获与心得通过这一整天我们学习到的能力能陪我们一辈子，也会让我们终身受益。由于我们实验器材有限，所以实验就会有些麻烦，但是我们没有抱怨什么，还是利用周末完成了学校给我们安排的实验。实验开始时由班长给我们讲了许多关于此实验的关键问题以及对我们的创新实验做了认真的分析，使我们了解到了此次实验的重要性和完成此实验的关键性理论。班长给我们分析了本专业的一些问题，使我们也认识到了许多关于我们这个专业的一些问题。我们听得非常入神，也为我们在今后的发展中明确了学习方向，这对于我们是非常的有用。此次的机构创新实验其实就是将我们心中的创新的想法通过实验器材真实的表达了出来，这不仅仅是一次实验，更是一次对我们思维的锻炼，也是对我们的团队意识的一次锻炼以及动手实践能力的提升。让我们从书本到实践之间 实现了一次跨越。这样的实验环境是一个难得的机会，让我们意识到自己的动手能力弱，以及对许多机械构件的不认识，这次实验让我们增强了对理论知识的认识。