机构组合创新总结报告

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：机构组合与创新设计

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

目录

一、实践目的及内容 (3)

1.1 实践目的 (3)

1.2 实践内容 (3)

二、实践用设备及仪器 (3)

三、实践结果分析 (3)

3.1 机构的串联组合 (3)

3.2 机构的并联组合 (5)

3.3 机构的封闭组合 (6)

3.4 机构的组合创新 (7)

四、团队分工介绍 (9)

五、个人收获与总结 (10)

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. 分析已有简单的机构。在此机构基础上，运用机构组合创新设计的理念，分别组合不同的简单机构，得到能满足机构的串联、并联、叠加以及封闭四种组合创新设计方案的机构运动简图，并分析该方案属于何种组合形式。给出优缺点介绍以及组合原理分析。

2. 利用空间创新设计平台对获得的组合方案进行实物搭接。

3. 自行完成一款机构组合创新设计，在平台上进行实物拼装和方案验证。

二、实践用设备及仪器

1. 创新组合模型一套，包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具。

设备名称：ZBS-C机构运动创新设计方案实验台。

2. 工具：扳手、螺丝刀、卷尺等若干。

三、实践结果分析

3.1 机构的串联组合

前一个机构的输出构件与后一个机构的输入构件刚性连接在一起，称之为串联组合。前一个机构称为前置机构，后一个机构称为后置机构。其特征是前置机构和后置机构都是单自由度的机构。本实验选择齿轮机构与曲柄摇杆机构串联组合，组合搭建结果如图3-1所示，团队成员成果如图3-2所示。

串联机构组合可以实现后置机构的速度变换，工程中应用的原动机大都采用输出转速较高的电动机或内燃机。为满足后置机构低速或变速的工作要求，前置机构常采用各种齿轮机构、齿轮机构与V带传动或链传动机构。其中齿轮机构已经标准化、系列化，是应用最为广泛的实现速度变换的前置机构。可以实现后置机构的运动变换，串联一个前置连杆机构，并通过适当的尺度综合，可使后置连杆机构获得预期的运动规律。

图3-1 机构的串联组合搭建示意图

图3-2 团队成员搭建结果合影

根据搭建的机构串联组合，可以绘制出机构串联组合的机构运动简图如图3-3所示。

图3-3 机构串联组合运动简图

电动机皮带轮带动大齿轮转动，连杆BO2与大齿轮固定在一起，使其与大齿轮一起转动，进而带动连杆BC运动，从而使CD连杆完成摆动，使得齿轮机构与曲柄摇杆机构串联在一起。

3.2 机构的并联组合

若干个单自由度的基本机构的输入构件连接在一起，保留各自的输出运动；或若干个单自由度机构的输出构件连接在一起，保留各自的输入运动；或输入构件连接在一起、输出构件也连接在一起；均称为并行连接。其特征是各基本机构均是单自由度机构，对称并联相同的机构，可实现机构的平衡。机构的并联组合还可以实现运动的分解与合成，改善机构受力状态。

I型并联组合机构可实现机构的惯性力完全平衡或部分平衡，还可实现运动的分流。Ⅱ型并联组合机构可实现运动的合成，这类组合方法是设计多缸发动机的理论依据，III型并联组合机构常应用在压力机中。

本实验选择搭建两曲柄滑块机构的并联组合，属于I型并联机构。其中两个机构曲柄连接在一起，成为共同的输入构件，两个滑块各自输出往复运动，可实现机构的惯性力完全平衡或部分平衡，搭建的组合结果如图3-4所示，团队成员成果如图3-5所示。

图3-4 并联机构组合搭建示意图

图3-5 团队成员搭建结果合影

根据搭建的机构并联组合，可以绘制出机构并联组合的机构运动简图如图3-6所示。

图3-6 并联组合机构运动简图

与A点铰接的连杆BD作为并联机构的主动件，电动机通过皮带轮带动连杆BD运动，通过连杆BC与连杆DE的运动，进而带动两个滑块的转动，使得组合成并联机构，组合的并联机构有一个输入，就是曲柄摇杆的转动，有两个输出为两个滑块输出的往复运动。

3.3 机构的封闭组合

一个两自由度机构中的两个输入构件(或两个输出构件或一个输入一个输出构件)用单自由度的机构连接起来，形成一个单自由度的机构系统，称为封闭式连接。机构的封闭组合特征是基础机构为二自由度机构，附加机构为单自由度机构。

基础机构和附加机构的种类不同，所得到的组合机构不同，其设计方法也有所不同。根据封闭式机构输入与输出特性的不同，共有3种封闭组合方法，分别为I型封闭组合机构、II型封闭组合机构和III型封闭组合机构。

本实验选择II型封闭组合机构进行搭建，搭建的组合结果如图3-7所示，团队成员成果如图3-8所示。

图3-7 封闭机构组合搭建示意图

图3-8 团队成员搭建结果合影

根据搭建的机构封闭组合，可以绘制出机构封闭组合的机构运动简图如图3-9所示。

图3-9 机构封闭组合运动简图

本实验组合的封闭机构是由齿轮啮合机构、铰链四杆机构和凸轮机构组成，电动机带动齿轮啮合运动，连杆AB与小齿轮固定在一起，通过齿轮的转动实现连杆的运动，实现连杆DE的运动与凸轮的运动，进而构成了封闭组合机构。

3.4 机构的组合创新

结合所学的知识，机构组合创新有串联、并联、叠加和封闭四种，本次实验选择搭建曲柄摇杆型插床的插削机构，对典型的曲柄摇杆机构进行创新设计，插床是常用的机械加工设备，用于齿轮、花键和槽形零件等的加工。搭建的组合结果如图3-10所示，团队成员成果如图3-11所示。