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1、实验四：机构创新实娶一、实验目的1. 加强学生对机构组成原理的认识，进一步了解机构组成及其运动 特性，为机构创新设计奠定良好的基础。2. 增强学生对机构的感性认识，培养学生的工程实践及动手能力； 体会设计实际机构时应注意的事项；完成从运动简图设计到实际结构设 计的过渡。3. 培养学生创新意识及综合设计的能力。二、设备和工具一）设备：创新组合模型两组一组机构系统创新组合模型（包括4个架）基本配置所含组件如下：1. 接头接头分单接头和组合接头两种：单接头有5种形式，组合接头有4 种形式。（1）单接头J1螺纹分左旋和右旋两种。方头的侧面上，为12X12 方通孔。（2）单接头J2螺纹分左旋和右旋两种。
2、方头的侧面上，为G12圆 通孔。（3）单接头J3螺纹全部为右旋，方头的侧面上为12X12方通孔， 且螺杆端有一段G 12的过渡杆，根据长度的不同分为6种，即：从短至 长适应一到六层的分层需要，便于不同层次联接选择。（4）单接头J4为L形状，两垂直面上，一面为方通孔，另一面为 圆通孔。（5）单接头J5有一方孔，其两垂直右旋螺杆上有一端带有4）12圆 柱，根据圆柱长度不同分为6种，即：从短至长适应一到六层的分层需 要，便于不同层次联接选择。（6）组合接头J1/J7有两种，J1与J7之间可相对旋转。两种组合接 头组合形状一样，但其中一种为一右旋和一左旋螺纹，另一种为两左旋 螺纹。（7）组合接头J6/
3、J4, J6与J4之间可相对旋转。其中：J6为一带方 孔的方块。(8) 组合接头J6/J7, J6与J7之间可相对旋转。其中：J6为一带方 孔的方块。接头J1接头J2接头J3接头J5接头J1/J7接头J4接头J6/J7接头J6/J42. 连杆(1) 连杆为正方形杆件，可套入接头的方孔内进行滑动和固定，共 有7种不同长度，可用于各种拼接。杆长在60300 mm内能分段无级调 整，超过300 mm的杆可另行组装而成。小于60 mm的杆件可利用齿轮或凸轮上的偏心孔。代号L60L100L140L180L220L260L300图1连杆#（2）连杆两端各有右旋及左旋M8螺孔，可通过ZLM齿条连接螺 钉将连
4、杆相互连接到所需长度，也可通过HM1换向螺钉将左旋螺孔转 为右旋螺孔，两端孔还可根据需要和其他接头零件相连。ZLM齿条连接螺钉3. 凸轮及凸轮副从动组件有四种轮廓的凸轮构件。凸轮上的4）8通孔可穿入接头螺杆，配合端螺母DAM及连杆使凸轮 作曲柄使用。凸轮端螺母DAM4. 齿轮、齿条齿轮齿条模数相等（m=2.5）齿数不同的6种直齿圆柱齿轮（其齿数分别为17, 21, 25, 30, 34, 43）和一种齿条，可提供43种传动比。齿轮上分布的 G8通孔与凸轮上通孔作用相同。与齿轮模数相等的齿条（ZL）,可通过齿条连接螺钉将两齿条联接到 一起，中间的4）12圆孔、20X20方孔可按需要作固定或插杆作
5、用（G12 通孔可配入DAM端螺母和右旋螺杆接头）。5. 组合机架组合机架是机构系统创新组合模型的主体，由多种零件组成。（1）外框架（ZJ1）（2）内框架（横梁ZJ2-K竖梁ZJ2-2）（3）横向滑杆（ZJ3）（4）滑杆支板（ZJ4）（5）竖滑块（左 ZJ5-1,右 ZJ5-2）组合机架（6）横向滑块（ZJ6）（7）轴套（ZJ7）（8）锁紧手柄（ZJ9）（9）M20 螺母（ZJ10）6 .旋转式电动机总成：（1）旋转减速电动机一台（YCJ）其转速为lOr/min（2）旋转电动机支座一件（3）电动机安装螺钉7. 减速直线式电动机总成：（1）直线减速电动机一台（YCJZ）其速度为10inm/s（2
6、）直线电动机支座一件（XH）（3）直线电动机电控盒（DKH） 套及限位器（4）移动副主动轴（YF）及移动轴端子旋转副主动轴8. 用于拼接各种机构形式的其他辅助零件：（1）皮带轮（PN）配A型皮带L=1245（2）端螺母（DAM）（3）垫柱（L4、L20）（4）弹簧（TH） 46X60（5）齿条连接螺钉（ZLM）及左右旋螺母（M81、M82）（6）换向螺钉（HM1）（7）其它标准件（螺钉、平健等）O o皮带轮L4垫柱L20垫柱9. 根据教学实践的创意及需要，在模型上增加的其他构件。二）工具：平口起子和固定扳手及活动扳手若干套。三、实验前的准备工作1. 要求预习本实验，掌握实验原理，初步了解机构创
7、新模型；2. 熟悉教师给定的设计题目及机构系统运动方案；（亦可自己选择 设计题目，初步拟定机构系统运动方案）3. 拆分杆组，画在纸上，实验前交由教师检查。任何平面机构都可用零自由度的杆组依次连接到原动件和机架上去 的方法来组成，这就是本实验的基本原理。用本实验装置可搭接的杆组 有：图2齿轮副1. 单构件高副杆组（一个构件，一个低副和一个高副）图1凸轮副2. 平面低副II级杆组共有五种形式，如图3所示:图3平面低副II级杆组3. 常见的平面低副III级杆组，如图4所示:图4平面低副III级杆组五、实验方法与步骤1. 正确拆分杆组从机构中拆出杆组具有三个步骤:1）先去掉机构中的局部自由度和虚约朿；
8、2）计算机构的自由度，确定原动件；3）从远离原动件的一端开始拆分杆组，每次拆分时，先试着拆分出 II级组，没有II级组时，再拆分III级组等高级组，最后剩下原动件和机 架。拆组是否正确的判定方法是：拆去一个杆组或一系列杆组后，剩余 的必须为一个与原机构具有相同自由度的子机构或若干个与机架相联的 原动件，不能有不成组的零散构件或运动副存在；全部杆组拆完后，只 应当剩下与机架相联的原动件。图5例图如图5所示机构，可先除去I处的局部自由度；然后，按步骤2）计 算机构的自由度：F=l,并确定凸轮为原动件；最后根据步骤3）的要领, 先拆分出由滑块C和构件MC组成的II级RRP杆组，接着拆分出由构件 AB
9、和BD组成的II级RRR杆组，再拆分出由构件EF和FG组成的II 级RRR杆组，最后拆分出由构件GHI组成的单构件高副杆组，最后剩下 原动件KM和机架。2. 正确拼装杆组将机构创新模型中的杆组，根据给定的运动学尺寸，在平板上试拼 机构。拼接时，首先要分层，一方面是为了使各构件的运动在相互平行 的平面内进行，另一方面是为了避免各构件间的运动发生干涉，因此， 这一点是至关重要的。试拼之后，从最里层装起，依次将各杆组联接到 机架上去。1）移动副的联接图6表示两构件以移动副相联接的方法。图6移动副的联接2）转动副的联接图7表示两构件以转动副相联接的方法。3）齿条与构件以转动副相联图8表示齿条与构件以转
10、动副的形式相联接的方法。4）齿条与其他部分的固联：图9表示齿条与其他部分固联的方法。图7转动副的联接图8齿条与构件以转动副形式的联接图9齿条与其他部分的固联#5）构件以转动副的形式与机架相连图10表示连杆作为原动件与机架以转动副形式相联的方法。用同样 的方法可以将凸轮或齿轮作为原动件与机架的主动轴相连。如果连杆或 齿轮不是作为原动件与机架以转动副形式相连，则将主动轴换作螺栓即 可。注意:为确保机构中各构件的运动都必须在相互平行的平面内进行， 可以选择适当长度的主动轴、螺栓及垫柱，如果不进行调整，机构的运 动就可能不顺畅。图io构件与机架以转动副的形式相连6）构件以移动副的形式与机架相联图11表
11、示移动副作为原动件与机架的联接方法。图11构件与机架以移动副的形式相连3. 实现确定运动试用手动的方式驱动原动件，观察各部分的运动都畅通无阻之后, 再与电机相联，检查无误后，方可接通电源。4. 分析机构的运动学及动力学特性通过观察机构系统的运动，对机构系统运动学及动力学特性作出定 性的分析。一般包括如下几个方面：1）平面机构中是否存在曲柄；2）输出件是否具有急回特性；3）机 构的运动是否连续；4）最小传动角（或最大压力角）是否在非工作行程 中；5）机构运动过程中是否具有刚性冲击、柔性冲击。下列各种机构均选自于工程实践，要求用机构创新模型加以实现。 六、实验内容1. 组合机构1）导杆摇杆滑块冲压
12、机构和凸轮送料机构如图12所示，曲柄为主动件。其杆长度为：1ab=8 7nun ,1cd= 13 5mmAC=345mm1de= 140nunjAO=90nunJoH=95mmh=480mm图122）凸轮连杆机构结构说明：由凸轮与连杆组合成的组合式机构工作原理和特点：一般凸轮为主动件，能够实现较复杂的运动规律。应用举例：自动车床送料及进刀机构。如图13所示机构，由平底直动从动件盘状凸轮机构与连杆机构组成。当凸轮转动时，推动杆DE往复 移动，通过连杆DE与摆杆AB及滑块C带动从动件CF （推料杆）作周 期性往复直线运动。3）齿轮连杆机构：如图14所示为用于打包机中的双向加压机构。摆 杆1为主动件
13、，通过滑块2带动齿条3往复移动，使齿轮4回转，与之 啮合的齿条5、6的移动方向相反，以完成紧包的动作。6A#图13图142. 间歇运动机构1）槽轮机构与导杆机构结构说明：如图15所示为槽轮机构与转动导杆机构串联而成的机构图15系统。工作原理和特点：当杆1作匀速回转时，导杆和拨盘3作非匀速回 转运动。竽=獰，从而改善了槽轮机构的动力特性。dt da/dt应用说明：槽轮机构动力性能较差，但若将一个转动导杆机构串接 在槽轮机构之前，则可改善槽轮机构的动力性能。2）单侧停歇的移动机构结构说明：如图16示机构由六连杆机构ABCDEFG和曲柄滑块机构 GFH串联组合而成。连杆上E点的轨迹在EiEE2段近似
14、为圆弧，圆弧中 心为F。六杆机构的从动杆FG为GFH机构的主动件。工作原理和特点：主动曲柄AE作匀速转动，连杆上的E点作平面复 杂运动，当运动到E】EE2近似圆弧段时，較链F处于曲率中心，保持静 止状态，摆杆GF近似停歇从而实现滑块H在右极限位置的近似停歇， 这是利用连杆曲线上的近似圆弧段实现滑块具有单侧停歇的往复移动。3. 放大机构图161）行程放大机构：a.导杆齿轮齿条机构结构说明：如图17所示机构，由摆动导杆机构与双联齿轮齿条机构 组成。导块4与滑板5較链，在滑板的E、F两点分别餃接相同的齿轮6 和9,它们分别与固定齿条8和移动齿条7啮合。工作原理：通过摆动导杆机构使导杆1绕C轴摆动，由
15、导块4、滑 板5及齿轮6的运动，驱动齿条7往复移动，齿条的行程为滑板5行程 的两倍。7b.多杆行程放大机构结构说明：如图18所示机构，由曲柄摇杆机构1-2-3-6与导杆滑块 机构356组成。曲柄1为主动件，从动件5往复移动。工作原理和特点：主动件1的回转运动转换为从动件5的往复移动。 如果采用曲柄滑块机构来实现，则滑块的行程受到曲柄长度的限制。而 该机构在同样曲柄长度条件下能实现滑块的大行程。应用举例：用于梳毛机堆毛板传动机构。2）摆角放大机构a.双摆杆摆角放大机构结构说明：如图19所示，从动摆杆2插入主动摆杆4端部滑块3中,两杆中心距a应小于摆杆1的半径ro工作原理：当摆杆1摆动a角时，杆2的摆角B大于a实现摆角增r
