機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書機(jī)械設(shè)計(jì)教研究室班級(jí)：學(xué)號(hào)：瓷學(xué)院二七年元月實(shí)驗(yàn)一 基于機(jī)構(gòu)組成原理的拼接設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)組成原理的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步了解機(jī)構(gòu)組成與其運(yùn)動(dòng)特性；2、培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐動(dòng)手能力；3、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與綜合設(shè)計(jì)的能力。二、設(shè)備和工具1、創(chuàng)新組合模型一套：1）五種平面低副級(jí)組，四種平面低副級(jí)組，各桿長(zhǎng)可在80-340mm無級(jí)調(diào)整，其他各種常見的桿組可根據(jù)需要自由裝配；2）兩種單構(gòu)件高副桿組3）八種輪廓的凸輪構(gòu)件，其從動(dòng)件可實(shí)現(xiàn)八種運(yùn)動(dòng)規(guī)律：）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升200mm，余弦規(guī)律回程，推程運(yùn)動(dòng)角180°，遠(yuǎn)休止角30°，近休止角30°

2、，回程運(yùn)動(dòng)角120°，凸輪標(biāo)號(hào)為1；）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升20mm，余弦規(guī)律回程，推程運(yùn)動(dòng)角180°，遠(yuǎn)休止角30°，回程運(yùn)動(dòng)角150°，凸輪標(biāo)號(hào)為2；）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升20mm，余弦規(guī)律回程，推程運(yùn)動(dòng)角180°，回程運(yùn)動(dòng)角150°，近休止角30°，凸輪標(biāo)號(hào)為3；）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升20mm，余弦規(guī)律回程，推程運(yùn)動(dòng)角180°，回程運(yùn)動(dòng)角180°，凸輪標(biāo)號(hào)為4；）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升35mm，余弦規(guī)律回程，推程運(yùn)動(dòng)角180°，遠(yuǎn)休止角30°，近休止角30°

3、，回程運(yùn)動(dòng)角120°，凸輪標(biāo)號(hào)為5；）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升35mm，余弦規(guī)律回程，推程運(yùn)動(dòng)角180°，遠(yuǎn)休止角30°，回程運(yùn)動(dòng)角150°，凸輪標(biāo)號(hào)為6；）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升35mm，余弦規(guī)律回程，推程運(yùn)動(dòng)角180°，回程運(yùn)動(dòng)角150°，近休止角30°，凸輪標(biāo)號(hào)為7；）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升35mm，余弦規(guī)律回程，推程運(yùn)動(dòng)角180°，回程運(yùn)動(dòng)角180°，凸輪標(biāo)號(hào)為8；4）模數(shù)相等齒數(shù)不同的7種直齒圓柱齒輪，其齒數(shù)分別為17，25，34，43，51，59，68，可提供21種傳動(dòng)比：與齒輪模數(shù)相等的

4、齒條一個(gè)。5）旋轉(zhuǎn)式電機(jī)一臺(tái)，其轉(zhuǎn)速為10r/min。6）直線式電機(jī)一臺(tái)，其速度為10m/s。2、平口起子和活動(dòng)扳手各一把。三、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作1、要求預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，掌握實(shí)驗(yàn)原理，初步了解機(jī)構(gòu)創(chuàng)新模型；2、選擇設(shè)計(jì)題目，初步擬定機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案。四、實(shí)驗(yàn)原理1、桿組的概念由于平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)目與機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)相等，因此機(jī)構(gòu)由機(jī)架、原動(dòng)件和自由度為零的從動(dòng)件系統(tǒng)通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而成。將從動(dòng)件系統(tǒng)拆成若干個(gè)不可再分的自由度為零的運(yùn)動(dòng)鏈，稱為基本桿組，簡(jiǎn)稱桿組。根據(jù)桿組的定義，組成平面機(jī)構(gòu)桿組的條件是：F=3n-2pL-pH=0其中構(gòu)件數(shù)n，高副數(shù)PH和低副數(shù)PL都必需是整數(shù)。由

5、此可以獲得各種類型的桿組。當(dāng)n=1,PL=1,PH=1時(shí)即可獲得單構(gòu)件高副桿組，常見的有如下幾種：圖1 單構(gòu)件高副桿組當(dāng)PH=0時(shí)，稱之為低副桿組，即F=3n-2PL=0因此滿足上式的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)的組合為：n=2,4,6，PL=3，6，9。最簡(jiǎn)單的桿組為n=2，PL=3，稱為級(jí)組，由于桿組中轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副的配置不同，級(jí)組共有如下五種形式。n=4,PL=6的桿組形式很多，機(jī)構(gòu)創(chuàng)新模型已有圖3所示的幾種常見的級(jí)桿組。圖2 平面低副級(jí)組圖3 平面低副級(jí)組2、機(jī)構(gòu)的組成原理根據(jù)如上所述，可將機(jī)構(gòu)的組成原理概述為：任何平面機(jī)構(gòu)均可以用零自由度的桿組依次連接到原動(dòng)件和機(jī)架上的方法來組成。這是本實(shí)驗(yàn)的基

6、本原理。五、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、正確拆分桿組從機(jī)構(gòu)中拆出桿組有三個(gè)步驟：1）先去掉機(jī)構(gòu)中的局部自由度和虛約束；2）計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，確定原動(dòng)件；3）從遠(yuǎn)離原動(dòng)件的一端開始分桿組，每次拆分時(shí)，要求先試著拆分級(jí)組，沒有級(jí)組時(shí)，再拆分級(jí)組等高一級(jí)組，最后剩下原動(dòng)件和機(jī)架。拆組是否正確的判定方法是：拆去一個(gè)桿組或一系列桿組后，剩余的必需為一個(gè)完整的機(jī)構(gòu)或若干個(gè)與機(jī)架相聯(lián)的原動(dòng)件，不能有不成組的零散構(gòu)件或運(yùn)動(dòng)副存在，全部桿組拆完后，只應(yīng)當(dāng)剩下與機(jī)架相聯(lián)的原動(dòng)件。如圖4所示機(jī)構(gòu)，可先除去k處的局部自由度；然后，按步驟2）計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度：F=1，并確定凸輪為原動(dòng)件；最后根據(jù)步驟3）的要領(lǐng)，先拆分出由構(gòu)件4和

7、5組成的級(jí)組，再拆分出由構(gòu)件6和7與構(gòu)件3和2組成的兩個(gè)級(jí)組與由構(gòu)件8組成的單構(gòu)件高副桿組，最后剩下原動(dòng)件1和機(jī)架9。圖4 例圖2、正確拼裝桿組將機(jī)構(gòu)創(chuàng)新模型中的桿組，根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，在平板上試拼機(jī)構(gòu)。拼接時(shí)，首先要分層，一方面是為了使各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)在相互平行的平面進(jìn)行，另一方面是為了避免各構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)發(fā)生干涉，因此，這一點(diǎn)是至關(guān)重要的。試拼之后，從最里層裝起，依次將各桿組聯(lián)接到機(jī)架上去。桿組各構(gòu)件之間的聯(lián)接已由機(jī)構(gòu)創(chuàng)新模型提供，而桿組之間的連接可參見下述的方法。1）移動(dòng)副的聯(lián)接圖5表示構(gòu)件1與構(gòu)件2用移動(dòng)副相聯(lián)的方法。2）轉(zhuǎn)動(dòng)副的聯(lián)接圖6表示構(gòu)件1與帶有轉(zhuǎn)動(dòng)副的構(gòu)件2的聯(lián)接方法。圖5 移

8、動(dòng)副的聯(lián)接圖6 轉(zhuǎn)動(dòng)副的聯(lián)接3）齒條與構(gòu)件以轉(zhuǎn)動(dòng)副的形式相聯(lián)接方法。圖7表示齒條與構(gòu)件以轉(zhuǎn)動(dòng)副的形式相聯(lián)接方法。圖7 齒條與構(gòu)件以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)4）齒條與其他部分的固聯(lián)圖8表示齒條與其他部分固聯(lián)的方法。圖8 齒條與其他部分固聯(lián)5）構(gòu)件以轉(zhuǎn)動(dòng)副的形式與機(jī)架相連圖9表示連桿作為原動(dòng)件與機(jī)架以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式相聯(lián)的方法。用同樣的方法可以將凸輪或齒輪作為原動(dòng)件與機(jī)架的主動(dòng)軸相連。如果連桿或齒輪不是作為原動(dòng)件與機(jī)架以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式相連，則將主動(dòng)軸換作螺栓即可。注意：為確保機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)都必須在相互平行的平面進(jìn)行，可以選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的主動(dòng)軸、螺栓與墊柱，如果不進(jìn)行調(diào)整，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)就可能不順暢。圖9 構(gòu)件與機(jī)架以轉(zhuǎn)動(dòng)副

9、相聯(lián)6）構(gòu)件以移動(dòng)副的形式與機(jī)架相聯(lián)圖10表示移動(dòng)副作為原動(dòng)件與機(jī)架的聯(lián)接方法。圖10 構(gòu)件與機(jī)架以移動(dòng)副的相聯(lián)3、實(shí)現(xiàn)確定運(yùn)動(dòng)試用手動(dòng)的方式驅(qū)動(dòng)原動(dòng)件，觀察各部分的運(yùn)動(dòng)都暢通無阻之后，再與電機(jī)相聯(lián)，檢查無誤后，方可接通電源。4、分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)特性通過觀察機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，對(duì)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)特性作出定性的分析。一般包括如下幾個(gè)方面：1）平面機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄；2）輸出件是否具有急回特性；3）機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是否連續(xù)；4）最小傳動(dòng)角（或最大壓力角）是否在非工作行程中；5）機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中是否具有剛性沖擊和柔性沖擊。六、實(shí)驗(yàn)容任選一題，進(jìn)行一個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)。1、鋼板翻轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)計(jì)題目

10、：該機(jī)具有將鋼板翻轉(zhuǎn)180°的功能。如圖11所示，鋼板翻轉(zhuǎn)機(jī)的工作過程如下。當(dāng)鋼板T由輥道送至左翻板W1后，W1開始順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)至鉛垂位置偏左10°左右時(shí)，與逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)的右翻板W2會(huì)合。接著，W1與W2一同轉(zhuǎn)至鉛垂位置偏右10°左右，W1折回到水平位置，與此同時(shí)，W2順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置，從而完成鋼板翻轉(zhuǎn)任務(wù)。已知條件：1）原動(dòng)件由旋轉(zhuǎn)式電機(jī)驅(qū)動(dòng)；2）每分鐘翻鋼板10次；3）其他尺寸如圖11所示；4）許用傳動(dòng)角=50°；圖11 鋼板翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作原理圖設(shè)計(jì)任務(wù)：1）用圖解法或解析法完成機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)，并用機(jī)構(gòu)創(chuàng)新模型加以實(shí)現(xiàn)；2）繪制

11、出機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要的說明。2、設(shè)計(jì)平臺(tái)印刷機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)平臺(tái)印刷機(jī)的工作原理是復(fù)印原理，即將鉛版上凸出的痕跡借助于油墨壓印到紙上。平臺(tái)印刷機(jī)一般由輸紙、著墨（即將油墨均勻涂抹在嵌于版臺(tái)的鉛版上）、壓印、收紙等四部分組成。如圖12所示，平臺(tái)印刷機(jī)的壓印動(dòng)作是在卷有紙的滾筒與嵌有鉛版的版臺(tái)之間進(jìn)行。整部機(jī)器中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)均由同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)由電機(jī)經(jīng)過減速裝置后分成兩路，一路經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)版臺(tái)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，另一路經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾筒作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)版臺(tái)與滾筒接觸時(shí)，在紙上壓印出字跡或圖形。版臺(tái)工作行程中有三個(gè)區(qū)段（如圖13所示）。在第一區(qū)中，送紙、著墨機(jī)構(gòu)相繼完成輸紙、著

12、墨作業(yè)；在第二區(qū)段，滾筒和版臺(tái)完成壓印動(dòng)作：在第三區(qū)段中，收紙機(jī)構(gòu)進(jìn)行收紙作業(yè)。本題目所要設(shè)計(jì)的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)就是指版臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和滾筒的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。已知條件：1）印刷生產(chǎn)率180/小時(shí)；2）版臺(tái)行程長(zhǎng)度500mm；3）壓印區(qū)段長(zhǎng)度300mm；4）滾筒直徑116mm；5）電機(jī)轉(zhuǎn)速6r/min；圖12 平臺(tái)印刷機(jī)工作原理 圖13 版臺(tái)工作行程三區(qū)段設(shè)計(jì)任務(wù)：1）設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)平臺(tái)印刷機(jī)的主運(yùn)動(dòng)：版臺(tái)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，滾筒作連續(xù)或間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案，要求在壓印過程中，滾筒與版臺(tái)之間無相對(duì)滑動(dòng)，即在壓印區(qū)段，滾筒表面點(diǎn)的線速度相等；為保證整個(gè)印刷幅面上印痕濃淡一致，要求版臺(tái)在壓印區(qū)的速度變化限制在一定的圍（應(yīng)

13、盡可能?。?。并用機(jī)構(gòu)創(chuàng)新模型加以實(shí)現(xiàn)。2）繪制出機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要的說明。3、設(shè)計(jì)玻璃窗的開閉機(jī)構(gòu)已知條件：1）窗框開閉的相對(duì)角度為90°；2）操作構(gòu)件必須是單一構(gòu)件，要求操作省力；3）在開啟位置時(shí)，人在室能擦洗玻璃的正反兩面；4）在關(guān)閉位置時(shí)，機(jī)構(gòu)在室的構(gòu)件必須盡量靠近窗檻；5）機(jī)構(gòu)應(yīng)支承起整個(gè)窗戶的重量。設(shè)計(jì)任務(wù)：1）用圖解法或解析法完成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)，并用機(jī)構(gòu)創(chuàng)新模型加以實(shí)現(xiàn)；2）繪制出機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要的說明。4、設(shè)計(jì)坐躺兩用搖動(dòng)椅已知條件：1）坐躺角度為90°150°；2）搖動(dòng)角度為25&#

14、176;；3）操作動(dòng)力源為手動(dòng)與重力；4）安全舒適。設(shè)計(jì)任務(wù)：1）用圖解法或解析法完成機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)，并用機(jī)構(gòu)創(chuàng)新模型加以實(shí)現(xiàn)；2）繪制出機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。七、心得與體會(huì)基于機(jī)構(gòu)組成原理的拼接設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)題目一、機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖四、簡(jiǎn)要說明報(bào)告完成日期 教師批閱實(shí)驗(yàn)二 慧魚技術(shù)創(chuàng)意設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、培養(yǎng)學(xué)生用創(chuàng)造性思維方法，設(shè)計(jì)、搭建新型的機(jī)構(gòu)或裝置；2、加強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)電一體化的實(shí)踐認(rèn)識(shí)；3、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與綜合設(shè)計(jì)能力。二、設(shè)備與工具1、慧魚技術(shù)創(chuàng)意模型（1）計(jì)算機(jī)組合包（2）移動(dòng)機(jī)器人包（3）汽車技術(shù)包（4）仿生生物包（5）太陽能包（6）工業(yè)機(jī)器人包（7）傳感器包（8）氣壓傳動(dòng)件包（9）動(dòng)力添加組（10）可調(diào)變壓器（11）遠(yuǎn)紅外遙搖控包2、486或586微機(jī)；3、攝子，5V、9V電池；三、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備1、按模型組合包設(shè)備清單清點(diǎn)模型零件，并按類型分類置放于裝料盤中；2、認(rèn)真閱讀模型組合包操作手冊(cè)，并翻譯有關(guān)外文資料；3、按組裝指導(dǎo)圖，搭接模型，掌握組合模型的拼接方法；4、熟悉動(dòng)力元器件的裝配、連接方法；包括：電動(dòng)機(jī)、傳感器、變壓