机构运动方案创新设计实验指导书.doc

实验四:机构运动方案创新设计实验一、实验目的1、加深学生对机构组成理论的认识,熟悉杆组概念,为机构创新设计奠定良好的基础;2、利用若干不同的杆组,拼接各种不同的平面机构,以培养学生机构运动创新设计意识及综合设计的能力;3、训练学生的工程实践动手能力。二、实验设备及工具1、机构运动方案创新设计实验台零件及主要功用(参看“机构运动方案创新设计实验台零部件清单”)2、工具M5、M6、M8内六角搬手、6或8英寸活动搬手、1米卷尺、笔和纸。三、实验原理任何机构都是由自由度为零的若干杆组,依次连接到原动件(或已经形成的简单的机构)和机架上的方法所组成。四、实验方法与步骤1、掌握实验原理。2、根据上述“二、实验设备及工具”的内容介绍熟悉实验设备的零件组成及零件功用。3、自拟机构运动方案或选择实验指导书中提供的机构运动方案作为拼接实验内容。4、将拟定的机构运动方案根据机构组成原理按杆组进行正确拆分,并用机构运动简图表示之。5、拼装机构运动方案,并记录由实验得到的机构运动学尺寸。五、杆组的概念、正确拆分杆组及拼装机构1、杆组的概念任何机构都是由机架、原动件和从动件系统,通过运动副联接而成。机构的自由度数应等于原动件数,因此封闭环机构从动件系统的自由度必等于零。而整个从动件系统又往往可以分解为若干个不可再分的、自由度为零的构件组,称为组成机构的基本杆组,简称杆组。根据三族平面机构的数综合和结构公式,基本杆组应满足的条件:其中活动构件数n,低副数P5和高副数P4都必须是整数。由此可以获得各种类型的杆组。当n=1,P5=1,P4=1时即可获得单构件高副杆组,常见的有如下几种:图1 单构件高副杆组当P4=0时,称之为低副杆组,即因此满足上式的构件数和运动副数的组合为:n=2,4,6……,P5=3,6,9……。最简单的杆组为n=2,P5=3,称为Ⅱ级组,由于杆组中转动副和移动副的配置不同,Ⅱ级杆组共有如下五种形式:图2 平面低副Ⅱ级组n=4,P5=6的杆组称为Ⅲ级杆组,其形式较多,图3所示的是几种常见的Ⅲ级杆组:图3 平面低副Ⅲ级组2、机构的组成原理根据如上所述,可将机构的组成原理概述为:任何平面机构均可以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。这是本实验的基本原理。3、正确拆分杆组正确拆分杆组的三个步骤:1)先去掉机构中的局部自由度和虚约束,有时还要将高副加以低代;2)计算机构的自由度,确定原动件;3)从远离原动件的一端(即执行构件)先试拆分Ⅱ级杆组,若拆不出Ⅱ级组时,再试拆Ⅲ级组,即由最低级别杆组向高一级杆组依次拆分,最后剩下原动件和机架。正确拆组的判定标准是:拆去一个杆组或一系列杆组后,剩余的必须仍为一个完整的机构或若干个与机架相联的原动件,不许有不成杆组的零散构件或运动副存在,否则这个杆组拆得不对。每当拆出一个杆组后,再对剩余机构拆组,并按第3)步骤进行,直到剩下与机架相联的原动件为止。图4杆组拆分例图如图4所示机构,可先除去K处的局部自由度;然后,按步骤2)计算机构的自由度F=1,并确定凸轮为原动件;最后根据步骤3)的要领,先拆分出由构件4和5组成的Ⅱ级组,再拆分出由构件3和2及构件6和7组成的两个Ⅱ级组及由构件8组成的单构件高副杆组,最后剩下原动件1和机架9。4、正确拼装运动副及机构运动方案根据拟定或由实验中获得的机构运动学尺寸,利用机构运动方案创新设计实验台提供的零件按机构运动的传递顺序进行拼接。拼接时,首先要分清机构中各构件所占据的运动平面,其目的是避免各运动构件发生运动干涉。然后,以实验台机架铅垂面为拼接的起始参考面,按预定拼接计划进行拼接。拼接中应注意各构件的运动平面是平行的,所拼接机构的外伸运动层面数愈少,机构运动愈平稳,为此,建议机构中各构件的运动层面以交错层的排列方式进行拼接。机构运动方案创新设计实验台提供的运动副的拼接方法请参见以下介绍。1)实验台机架图5实验台机架图实验台机架中有5根铅垂立柱,它们可沿X方向移动。移动时请用双手扶稳立柱、并尽可能使立柱在移动过程中保持铅垂状态,这样便可以轻松推动立柱。立柱移动到预定的位置后,将立柱上、下两端的螺栓锁紧(安全注意事项:不允许将立柱上、下两端的螺栓卸下,在移动立柱前只需将螺栓拧松即可)。立柱上的滑块可沿Y方向移动。将滑块移动到预定的位置后,用螺栓将滑块紧定在立柱上。按上述方法即可在X、Y平面内确定活动构件相对机架的连接位置。面对操作者的机架铅垂面称为拼接起始参考面或操作面。2)轴相对机架的拼接(图示中的编号与“机构运动方案创新设计实验台零部件清单”序号相同)有螺纹端的轴颈可以插入滑块28#上的铜套孔内,通过平垫片、防脱螺母34#的连接与机架形成转动副或与机架固定。若按图6拼接后,6或8#轴相对机架固定;若不使用平垫片34#,则6或8#轴相对机架作旋转运动。拼接者可根