机构运动方案创新设计实验模板

机构运动方案创新

设计实验

机构运动方案创新设计实验

一、概述

机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步, 机构的设计选型一般先经过作图和计算来进行, 一般比较复杂的机构都有多个方案, 需要制作模型来试验和验证, 多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型, 组装调整机构尺寸等功能, 能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案, 较好地改进了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计”纸上谈兵”的状况。

二、实验目的

掌握机构创新模型的使用方法及实验原理。

( 1) 训练学生的工程实践动手能力, 培养学生创新意识及综合设计的能力。

( 2) 加深对平面机构的组成原理及其运动特性的理解和感性认识。

三、实验原理

任何平面机构均能够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, 这是机构的组成原理, 也是本实验的基本原理。

杆组的概念、正确拆分杆组及拼装杆组。

1．杆组的概念

由于平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目与机构的自由度数目相等, 因此机构均由机架、原动件和自由度为零的从动件系统经过运动副联接而成。将从动件系统拆成若干个不可再分的自由度为零的运动链, 称为基本杆组, 简称杆组。

根据杆组的定义, 组成平面机构杆级的条件是: F=3n—2P L-P H=0。其中构件数n, 高副数P L和低副数P H都必须是整数。由此能够获得各种类型的杆组。

最简单的杆组为n=2, P L=3, 称为II级组, 由于杆组中转动副和移动副的配置不同, II级杆组共有五种形式如图2-22所示。

III级杆组形式较多, 其中n=4, P L=6, 图2-23所示为机构创新模型已有的几种常见的III级杆组。

2．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极杆组, 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, 再对剩余机构拆杆组, 并按第( 3) 步骤进行, 直到全部杆组拆完, 只应剩下与机架相联的原动件为止。

如图2-24所示机构, 先除去K处的局部自由度, 高副低带, 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级杆组, 再拆分出由构件6和7及构件3和2, 构件8和10组成的三个II级杆组, 最后剩下原动件1和机架9。

3．正确拼装杆组

根据拟定的机构运动学尺寸, 利用机构运动创新方案实验台提供的零件按机构运动传递顺序进行拼接。拼接时, 首先要分清机构中各构件所占据的运动平面, 而且使各构件的运动在相互平行的平面内进行, 其目的是避免各运动构件发生干涉。然后, 以实验台机架铅垂面为拼接的起始参考面, 所拼接的构件以原动构件起始, 依运动传递顺序将各杆组由里( 参考面) 向外进行拼接。

四、实验设备及功用

机构运动方案创新设计实验台设备包括机架及其组件, 分别详述如下。

1．机架

实验台机架如图右所示机架

中有5根铅垂立柱, 它们可沿ⅹ

方向移动。移动时请用双手推

动、并尽可能使立柱在移动过

程中保持铅垂状态。立柱移动到预定的位置后, 用螺栓将立柱上、下两端锁紧( *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。按图示方法即可在x、y平面内确定一个固定点, 这样活动构件相对机将滑块紧定在立柱上。按图示方法即可在x、y平面内确定一个固定点, 这样活动构件相对机架的连接位置就确定了。

2．其它组件

( 1) 凸轮和高副锁紧弹簧凸轮基圆半径为18mm, 从动推杆的行程为30mm。从动件为正弦加速度运动规律; 凸轮与从动件的高副形成是依靠弹簧力的锁合, 各4件。

( 2) 齿轮模数2, 压力角20°, 齿数分别为34和42, 两齿轮中心距为76mm。各4件。

( 3) 齿条模数2, 压力角20°, 单根齿条全长为422mm, 为4件。

( 4) 槽轮拨盘两个主动销, 为4件。