武汉理工机械运动方案创新设计.doc

机械运动方案创新设计一、实验目的1培养学生对机构的综合设计能力、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杆组依次连接到机架和原动件上而构成的。三、实验方法本搭接实验是在具有五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。四、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。图1 机架1机架xy2立柱3滑块4电动机5皮带传动机架后侧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30mm11槽轮4槽12拨盘双销，销回转半径49.5mm五、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。图2 固定支座销轴安装螺母垫片固定支座销轴11立柱滑块a)b)L可变长度连杆4连杆4L固定长度销轴2端螺栓3铰链座5固紧螺栓a)b)图3 转动幅的连接销轴22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,100mm330mm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。连杆4连杆4销轴2端螺栓3连杆4端螺栓3图4 移动幅的连接销轴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。图5 主动滑块与电机轴的拼接直线电机的输出齿条（由行程开关控制其作往复运动）（主动滑块座6销轴2行程开关碰块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。装于机架滑块上的固定支座销轴1凸轮10图6 凸轮与销轴的安装埋头螺钉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。图7 齿轮与销轴的安装装于机架滑块上的固定支座销轴1埋头螺钉齿轮97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。齿条组件齿条7齿条护板8齿条组装a)b)滑块座图8 齿条的组装固定支座销轴1c)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。装于机架滑块的孔中端螺栓3（不带台肩）槽轮11固定支座销轴1（主动）固定支座轴销1（从动）端螺栓3图9 槽轮机构的组装拨盘12拨销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。固定支座轴销1（主动）埋头螺钉固定支座轴销1凸轮10连杆4端螺栓3图10 凸轮机构的组装六、实验内容与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8学时内完成。每4人一组完成不少于1个机构方案的搭接。1. 实验前，根据提供的工艺要求应用连杆组合法或其它创造技法，创造出满足工艺要求的新机构，作为机构搭接的对象；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，从原动机开始依次连接各基本组；5. 仔细检查，确认搭接无误、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。七、实验报告1对机构的工艺要求；画出拼接机构的运动链结构图，计算机构的自由度；2按比例绘制搭接机构的运动简图，标注出机构的运动简图的尺寸参数；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？5制作搭接机构的照片。实验一、 机构运动简图测绘实验一、实验目的1初步掌握根据机构模型绘制机构运动简图的技能；2验证和巩固机构自由度的计算方法；3通过实验机构的比较，加强对机构结构分析的了解。二、实验设备和工具1若干个机器和机构模型；2自备三角尺、圆规、铅笔、稿纸等。三、实验原理机构的运动简图是工程上常用的一种图形，是用符号和线条来清晰、简明的表达出机构各构件之间的相对运动关系及运动特征。在机器中各种机构尽管它们的外形和功用各不相同，但只要是同种机构, 其运动简图都是相同的。机构的运动仅与机构所具有的构件数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置有关。因此在绘制机构运动简图时，可以不考虑构件的复杂外形，运动副的具体构造，而用简单的线条和规定的符号(参看附表GB4460)来代表构件和运动副，并按一定的比例尺寸表示各运动副的相对位置，画出能准确表达机构运动特性的机构运动简图。四、实验方法和步骤1仔细观察机构模型,了解机构模型的用途和结构组成。2缓慢地转动被测的机器或模型，从原动件开始观察机构的运动，认清机架，原动件和从动件。3根据运动传递的顺序，仔细分析相互连接两构件间的接触方式及相对运动形式，确定组成机构的构件数目及运动副类型和数目。4合理选择投影面，一般选择能够表达机构中多数构件的运动平面为投影面。5绘制机构的运动简图的草图。首先将原动件固定在适当的位置，（避开构件之间重合）大致定出各运动副之间的相对位置，用规定的符号画出运动副，并用线条连接起来，然后用数字1、2、3及字母A、B、C分别标注相应的构件和运动副，并用箭头表示原动件的运动方向和运动形式，量出机构对应运动副间的尺寸，再将草图按比例画入实验报告中。6计算自由度，并与实际机构对照，观察原动件数与自由度是否相等；计算公式：五、思考题1.一个正确的“机构运动简图”能说明那些问题?2.机构自由度的计算对测量绘制机构运动简图有何帮助?实验报告第一部分： 实验预习报告1. 实验目的、意义2. 实验基本原理3. 主要设备4. 实验步骤5. 预习、提问及成绩(-)6. 未抽查学生的预习成绩(-)第二部分： 实验过程记录1. 要求画出机构简图,并分析哪些是活动构件，哪是固定件；写出活动构件名称；分析运动副的性质；计算自由度并确定机构是否具有确定的运动。1) 机构模型一2) 机构模型二3) 机构模型三2. 实验过程成绩第三部分：结果与讨论1. 分折问答题1) 一个正确的“机构运动简图”能说明那些问题?2) 机构自由度的计算对测量绘制机构运动简图有何帮助?2. 小结、建议及体会3. 实验报告成绩