實驗九 機構運動創新設計方案實驗一、 實驗目的1、加深學生對平面機構的組成原理、結構組成的認識，了解平面機構組成及運動特點。2、培養學生的機構綜合設計能力，創新能力和實踐動手能力。二、實驗設備及工具1、ZBS-C機構運動創新設計方案實驗臺（參看“ZBS-C機構運動創新設計方案實驗臺組件清單”）1）齒輪：模數2，壓力角20，齒數為28、35、42、56，中心距組合為：63、70、77、84、91、98；2）凸輪：基圓半徑20，升回型，從動件行程為30；3）齒條：模數2，壓力角20，單根齒條全長為400；4）槽輪：4槽槽輪；5）撥盤：可形成兩銷撥盤或單銷撥盤；6）主動軸：軸端帶有一平鍵，有圓頭和扁頭兩種結構型式（可構成回轉或移動副）；7）從動軸：軸端無平鍵，有圓頭和扁頭兩種結構型式（可構成回轉副或移動副）；8）移動副：軸端帶扁頭結構形式（可構成移動副）；9）轉動副軸（或滑塊）：用于兩構件形成轉動副或移動副；10）復合鉸鏈（或滑塊）：用于三構件形成復合轉動副或形成轉動副+移動副；11）復合鉸鏈：用于四構件形成復合轉動副；12）主動滑塊插件：插入主動滑塊座孔中，使主動運動為往復直線運動；13）主動滑塊座：裝入直線電機齒條軸上形成往復直線運動；14）活動鉸鏈座：用于在滑塊導向桿(或連桿)以及連桿的任意位置形成轉動-移動副；15）活動鉸鏈座：用于在滑塊導向桿(或連桿)以及連桿的任意位置形成轉動副或移動副；16）滑塊導向桿（或連桿）；17）連桿：有六種長度不等的連桿；18）連桿：可形成三個回轉副的連桿；19）壓緊螺栓：規格M5，使連桿與轉動副軸固緊，無相對轉動且無軸向竄動；20）帶墊片螺栓：規格M5，防止連桿與轉動副軸的軸向分離，連桿與轉動副軸能相對轉動；21）層面限位套：限定不同層面間的平面運動構件距離，防止運動構件之間的干涉；22）緊固墊片：限制軸的回轉；23）高副鎖緊彈簧：保證凸輪與從動件間的高副接觸；24）齒條護板：保證齒輪與齒條間的正確嚙合；25）T型螺母26）行程開關碰塊27）皮帶輪：用于機構主動件為轉動時的運動傳遞；28）張緊輪：用于皮帶的張緊；29）張緊輪支承桿：調整張緊輪位置，使其張緊或放松皮帶；30）張緊輪軸銷：安緊張緊輪；31、32、33）螺栓：特制，用于在連桿任意位置固緊活動鉸鏈座；34）直線電機：10/s，配直線電機控制器，根據主動滑塊移動的距離，調節兩行程開關的相對位置來調節齒條或滑塊往復運動距離，但調節距離不得大于400；注意：機構拼接未運動前，應先檢查行程開關與裝在主動滑塊座上的行程開關碰塊的相對位置，以保證換向運動能正確實施，防止機件損壞；35）旋轉電機：10r/min，沿機架上的長形孔可改變電機的安裝位置；36）實驗臺機架37）標準件、緊固件若干（A型平鍵、螺栓、螺母、緊定螺釘等）；2、組裝、拆卸工具：一字起子、十字起子、呆扳手、內六角扳手、鋼板尺、卷尺。3、實驗需自備筆和紙。三、實驗原理、方法與步驟1、實驗原理：任何平面機構都是由若干個基本桿組（阿蘇爾桿組）依次聯接到原動件和機架上而構成的。2、實驗方法與步驟：1） 掌握平面機構組成原理；2） 熟悉本實驗中的實驗設備，各零、部件功用和安裝、拆卸工具；3） 自擬平面機構運動方案，形成拼接實驗內容；4） 將自擬的平面機構運動方案正確拆分成基本桿組（即阿蘇爾桿組）；5） 正確拼接各基本桿組；6） 將基本桿組按運動傳遞規律順序聯接到原動件和機架上。四、桿組概念、基本桿組的拆分與拼裝1、桿組的概念：機構具有確定運動的條件是其原動件的數目應等于其所具有的自由度的數目。因此，機構可以拆分成機架、原動件和自由度為零的構件組。而自由度為零的構件組，還可以拆分成更簡單的自由度為零的構件組，我們將最后不能再拆的最簡單的自由度為零的構件組稱為基本桿組（或阿蘇爾桿組），簡稱為桿組。由桿組定義，組成平面機構的基本桿組應滿足條件：式中：n為桿組中的構件數；PL為桿組中的低副數；PH為桿組中的高副數。由于構件數和運動副數目均應為整數，故當n、PL、PH取不同數值時，可得各類基本桿組。1） 高副桿組：BABA圖4-1 高副桿組2） 低副桿組：當PH=0時，桿組中的運動副全部為低副，稱為低副桿組。由于有，故，故n應當是2的倍數，而PL應當是3的倍數，即n=2、4、6，PL=3、6、9。當n=2，PL=3時，基本桿組稱為級組。級組是應用最多的基本桿組，絕大多數的機構均由級桿組組成，級桿組可以有下圖所示的五種不同類型：圖4-2 平面低副級組n=4，PL=6時的基本桿組特稱為級組。常見的級組如圖4-3所示。圖4-3 平面低副級組由上述分析可知：任何平面機構均可以用零自由度的桿組依次連接到機架和原動件上的方法而形成。因此，上述機構的組成原理是機構創新設計拼裝的基本原理。2、桿組的正確拆分： 桿組正確拆分應參照如下步驟：1）正確計算機構的自由度（注意去掉機構中的虛約束和局部自由度），并確定原動件。2）從遠離原動件的構件開始拆桿組。先試拆級組，若拆不出級組，再試拆級組。即桿組的拆分應從低級別桿組拆分開始，依次向高一級桿組拆分。正確拆分的判別標準：每拆分出一個桿組后，留下的部分仍應是一個與原機構有相同自由度的機構，直至全部桿組拆出只剩下原動件和機架為止。3）確定機構的級別（由拆分出的最高級別桿組而定，如最高級別為級組，則此機構為級機構）。 注：同一機構所取的原動件不同，有可能成為不同級別的機構。但當機構的原動件確定后，桿組的拆法是唯一的，即該機構的級別一定。 若機構中含有高副，為研究方便起見，可根據一定條件將機構的高副以低副來代替，然后再進行桿組拆分。圖4-4 桿組拆分例圖（鋸木機機構） 如圖所示機構，先去掉k處的局部自由度，計算機構的自由度：，并設凸輪（與桿件1固連）為原動件；按步驟2）的拆分原則，先拆分出由桿件4、5，2、3，6、7組成的三個級桿組，再拆分出由桿件8組成的單構件高副桿組，最后剩下的是原動件1和機架9。上圖機構為級機構。五、機構運動創新設計方案實驗報告1、繪制實際拼裝的機構的機構運動簡圖