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1、实验九 机构运动创新设计方案实验一、实验目的1、加深学生对平面机构的组成原理、结构组成的认识，了解平面机构组成及运动特点。2、培养学生的机构综合设计能力，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（参看“ZBS-C机构运动创新设计方案实验台 组件清单”）1）齿轮：模数2，压力角 20，齿数为28 、 35、 42、 56，中心距组合为：63、 70、 77、 84、 91、 98；2）凸轮：基圆半径20 mm,升回型，从动件行程为30 mm；3）齿条：模数2,压力角20，单根齿条全长为400 m；4）槽轮： 4 槽槽轮；5）拨盘：可形成两销拨盘或单销拨盘
2、；6）主动轴：轴端带有一平键，有圆头和扁头两种结构型式（可构成回转或移动副）；7）从动轴：轴端无平键，有圆头和扁头两种结构型式（可构成回转副或移动副）；8）移动副：轴端带扁头结构形式（可构成移动副）；9）转动副轴（或滑块）：用于两构件形成转动副或移动副；10）复合铰链1（或滑块）：用于三构件形成复合转动副或形成转动副+移动副；11）复合铰链II：用于四构件形成复合转动副；12）主动滑块插件：插入主动滑块座孔中，使主动运动为往复直线运动；13）主动滑块座：装入直线电机齿条轴上形成往复直线运动；14）活动铰链座I：用于在滑块导向杆（或连杆）以及连杆的任意位置形成转动-移动副；15）活动铰链座II：
3、用于在滑块导向杆（或连杆）以及连杆的任意位置形成转动副或移动 副；16）滑块导向杆（或连杆）；17）连杆I：有六种长度不等的连杆；18）连杆II：可形成三个回转副的连杆；19）压紧螺栓：规格M5,使连杆与转动副轴固紧，无相对转动且无轴向窜动；20）带垫片螺栓：规格M5，防止连杆与转动副轴的轴向分离，连杆与转动副轴能相对 转动；21）层面限位套：限定不同层面间的平面运动构件距离，防止运动构件之间的干涉；22）紧固垫片：限制轴的回转；23）高副锁紧弹簧：保证凸轮与从动件间的高副接触；24）齿条护板：保证齿轮与齿条间的正确啮合；25）T 型螺母26）行程开关碰块27）皮带轮：用于机构主动件为转动时的
4、运动传递；28）张紧轮：用于皮带的张紧；29）张紧轮支承杆：调整张紧轮位置，使其张紧或放松皮带；30）张紧轮轴销：安紧张紧轮；31、32、33）螺栓：特制，用于在连杆任意位置固紧活动铰链座I；34）直线电机：10 mm/s,配直线电机控制器，根据主动滑块移动的距离，调节两行程开 关的相对位置来调节齿条或滑块往复运动距离，但调节距离不得大于400 m；注意：机构拼 接未运动前，应先检查行程开关与装在主动滑块座上的行程开关碰块的相对位置，以保证换 向运动能正确实施，防止机件损坏；35）旋转电机：1 Or/min,沿机架上的长形孔可改变电机的安装位置；36）实验台机架37）标准件、紧固件若干（A型平
5、键、螺栓、螺母、紧定螺钉等）；2、组装、拆卸工具：一字起子、十字起子、呆扳手、内六角扳手、钢板尺、卷尺。3、实验需自备笔和纸。三、实验原理、方法与步骤1 、实验原理：任何平面机构都是由若干个基本杆组（阿苏尔杆组）依次联接到原动件和机架上而构成的 2、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）将自拟的平面机构运动方案正确拆分成基本杆组（即阿苏尔杆组）；5）正确拼接各基本杆组；6）将基本杆组按运动传递规律顺序联接到原动件和机架上。四、杆组概念、基本杆组的拆分与拼装1、杆组的概念：机构具有确定
6、运动的条件是其原动件的数目应等于其所具有的自由度的数目。因此，机 构可以拆分成机架、原动件和自由度为零的构件组。而自由度为零的构件组，还可以拆 分成更简单的自由度为零的构件组，我们将最后不能再拆的最简单的自由度为零的构件 组称为基本杆组（或阿苏尔杆组），简称为杆组。由杆组定义，组成平面机构的基本杆组应满足条件：F = 3n - 2P - P = 0LH式中：n为杆组中的构件数；PL为杆组中的低副数；PH为杆组中的高副数。由于构件数和运动副数目均应为整数，故当n、PL、PH取不同数值时，可得各类基本杆组。1）高副杆组：n = P = P = 1LHOB图 4-1 高副杆组2）低副杆组：当PH=0
7、时，杆组中的运动副全部为低副，称为低副杆组。由于有F = 3n-2P = 0，HL2P故n = 3l，故n应当是2的倍数，而PL应当是3的倍数，即n=2、4、6，PL=3、6、9。当n=2, Pl=3时，基本杆组称为II级组。II级组是应用最多的基本杆组，绝大多数的机构均由II级杆组组成，11级杆组可以有下图所示的五种不同类型：n=4, Pl=6时的基本杆组特称为III级组。常见的III级组如图4-3所示。图4-3平面低副III级组由上述分析可知：任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次连接到机架和原动件上 的方法而形成。因此，上述机构的组成原理是机构创新设计拼装的基本原理。2、杆组的正确拆分：
8、杆组正确拆分应参照如下步骤：1）正确计算机构的自由度（注意去掉机构中的虚约束和局部自由度），并确定原动件。2）从远离原动件的构件开始拆杆组。先试拆II级组，若拆不出II级组，再试拆III级组。即杆组的拆分应从低级别杆组拆分开始，依次向高一级杆组拆分。正确拆分的判别标准：每拆分出一个杆组后，留下的部分仍应是一个与原机构有相同自由度的机构，直至全部杆组拆出只剩下原动件和机架为止。3）确定机构的级别（由拆分出的最高级别杆组而定，如最高级别为II级组，则此机构为II级机构）。注：同一机构所取的原动件不同，有可能成为不同级别的机构。但当机构的原动件确定后，杆组的拆法是唯一的，即该机构的级别一定。若机构中
9、含有高副，为研究方便起见，可根据一定条件将机构的高副以低副来代替，然后再进行杆组拆分。8 6图4-4杆组拆分例图（锯木机机构）如图所示机构，先去掉k处的局部自由度，计算机构的自由度：F = 3n - 2P - P = 3x 8 - 2x 11 1，并设凸轮（与杆件1固连）为原动件；按步骤2）L H的拆分原则，先拆分出由杆件4、5, 2、3, 6、7组成的三个II级杆组，再拆分出由杆件8组成的单构件高副杆组，最后剩下的是原动件1和机架9。上图机构为II级机构。五、机构运动创新设计方案实验报告1、绘制实际拼装的机构的机构运动简图，并在简图中标注实测得到的机构运动学尺寸。2、画出实际拼装机构的杆组拆分简图，并简要说明杆组拆分理由。3、根据你所拆分的杆组，按不同方式拼装杆组，可能组合的机构运动方案有哪些？要求用机构运动简图表示出来，并简要说明各机构的运动传递情况，就运动学性能进行方案比较。
