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（华东）平面机构运动方案设计与拼接一、实验目的1.加深学生对机构组成原理的认识，进一步理解平面机构的组成及其运动特性。2.通过平面机构的拼装，训练学生的工程实践动手能力，了解机构在实际安装中可能出现的运动干涉现象及解决办法。3.通过机构运动方案的设计，培养学生的创新意识和综合设计能力。二、机构设计及实验组装说明书1、实验所用器材介绍搭接机构是在机架前侧平面上完成的。本实验配有各种工具、连接用的螺钉、螺帽、垫圈等。其它主要零部件及其功能请仔细阅读表1。表1主要零件及其功能表标号名称图形功能1固定支座销轴与机架相连，带键槽的为主动销轴。不带键槽的为从动销轴。2销轴用于构成转动副或移动副的连接轴3端螺栓装于轴端头，有台肩的可压紧轴端头，无台肩的可压紧套在轴上的连杆。4连杆将1、2的圆柱或扁头装于其上的圆孔或槽中，用端螺栓压紧轴端头，构成转动副或移动副。2、实验原理机构组成：曲柄摇杆与摇杆滑块组合而成的机构，如图所示。图1机架1机架xy2立柱3滑块4电动机5皮带传动机架后侧工作特点：当曲柄1做连续转动时，摇杆2作往复摆动，同时摇杆3和摇杆4作往复摆动带动滑块5作往复直线移动。该机构可用于筛选机器等往复直线摆动的机器中，滑块5在摇杆3和摇杆4作往复摆动的力的作用带动下作往复直线运动（非匀速），可以用于抖动筛选物品。3、实验正确拼装运动副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）实验台机架曲柄1摇杆2摇杆3摇杆4滑块5机架6图3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。拼接者可根据需要确定是否使用平垫片34#。扁头轴6#为主动轴、8#为从动轴。该轴主要用于与其它构件形成移动副或转动副、也可将连杆或盘类零件等固定在扁头轴颈上，使之成为一个构件。图4轴相对机架的拼接图3）转动副的拼接（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）若两连杆间形成转动副，可按图7所示方式拼接。其中，14#件的扁平轴颈可分别插入两连杆11#的圆孔内，再用压紧螺栓16#和带垫片螺栓15#分别与转动副轴14#两端面上的螺孔连接。这样，有一根连杆被压紧螺栓16#固定在14#件的轴颈处，而与带垫片螺栓15#相连接的14#件相对另一连杆转动。图5转动副拼接图提示：根据实际拼接层面的需要，14#件可用7#件“转动副轴-3”替代，由于7#件的轴颈较长，此时需选用相应的运动构件层面限位套17#对构件的运动层面进行限位。4）移动副的拼接如图8-1所示，转滑副轴24#的圆轴端插入连杆11#的长槽中，通过带垫片的螺栓15#的连接，转滑副轴24#可与连杆11#形成移动副。图6移动副的拼接提示：转滑副轴24#的另一端扁平轴可与其它构件形成转动副或移动副。根据拼接的实际需要，也可选用7#或14#件替代24#件作为滑块。另外一种形成移动副的拼接方式如图8-2所示。选用两根轴（6#或8#），将轴固定在机架上，仍后再将连杆11#的长槽插入两轴的扁平轴颈上，旋入带垫片螺栓15#，则连杆在两轴的支撑下相对机架作往复移动支。图7移动副的拼接提示：根据实际拼接的需要，若选用的轴颈较长，此时需选用相应的运动构件层面限位套17#对构件的运动层面进行限位。5）滑块与连杆组成转动副和移动副的拼接（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）如图9所示的拼接效果是滑块13#的扁平轴颈处与连杆11#形成移动副；在20#、21#的帮助下，滑块13#的圆轴颈处与另一连杆在连杆长槽的某一位置形成转动副。首先用螺栓、螺母21#将固定转轴块20#锁定在连杆11#上，再将转动副轴13#的圆轴端穿插20#的圆孔及连杆11#的长槽中，用带垫片的螺栓15#旋入13#的圆轴颈端面的螺孔中，这样13#与11#形成转动副。将13#扁头轴颈插入另一连杆的长槽中，将15#旋入13#的扁平轴端面螺孔中，这样13#与另一连杆11#形成移动副。图8滑块与连杆组成转动副、移动副的拼接6）固定支座销轴与机座拼接如图2所示，将表1的中固定支座销轴1插于在机架滑块的圆孔中，套上垫片固紧螺母即完成安装。销轴装于机架滑块的圆孔中的长度稍大于滑块的宽度。图2a)中的销轴无键槽其上套有垫片，螺母通过垫片压紧立柱上的滑块，所以销轴与立柱滑块间无相对运动，构成机架上的固定销轴。图2b)中的销轴有键槽，螺母在销轴上旋紧后与立柱上的滑块间有一定间隙，所以销轴与立柱滑块间可有相对运动，构成机架上的活动销轴。在轴上键槽处装上键并套上带轮，由电机的带轮带动即构成主动销轴。4．实验组装效果图：图9固定支座销轴安装螺母垫片固定支座销轴11立柱滑块a)b)三、按比例绘制实验拼装的机构运动方案简图。杆件AB=50mm;BC=200mm;CD=150mm;CE=200mm;铰座A与机架6之间的距离为240mm.该机构有6个构件，其中5个为活动构件，1个为机架；有7个低副，其中6个为转动副，1个为移动副。因此，自由度F=35271.四、机构分析1、杆组正确拆分的原则（1）正确计算机构的自由度（注意去掉机构中的虚约束和局部自由度），并确定原动件；（2）从远离原动件的构件开始拆杆组。先试拆II级组，若拆不出II级组，再试拆III级组；即杆组的拆分应从低级别杆组拆分开始，依次向高一级杆组拆分。（3）确定机构的级别（由拆分出的最高级别杆组而定，如最高级别为II级组，则此机构为二级机构）。注：同一机构所取的原动件不同，有可能成为不同级别的机构。但当机构的原动件确定后，杆组的拆法是唯一的，即该机构的级别一定。ABC（G）DE（F）曲柄1摇杆2摇杆3摇杆4滑块5机架62.杆组拆分(1)原动件（2）II级杆组（3）结论：该机构为二级机构。五、对实验中出现的问题、解决方法进行总结实验中，我们遇到了一个非常棘手的问题，我们在画机构简图的时候没有考虑杆长的选择，更没有考虑实验室中实际可用的杆长，导致我们在组装的时候没有办法正确拼装，以及组装起来后没有办法正确的按照运动规律来运动。我们的解决方法是，不断地改变杆长，根据组装错误后无法运动的线索来纠正杆长以及连个固定点之间的距离，最后正确的拼装起来，实现的预定的运动规律。所以，在画机构简图的时候，要考虑实验室中实际可用杆长的长度，以及要实现预定运动规律所要满足的杆长条件，二者缺一不可。我们还遇到一个问题，就是在选择各个组件时出现了问题，比如连接两个杆该用什么，连接滑块该用什么。我们最后参照书上的连接说明，正确选择连接方式。六、收获和体会通过这次实践性的实验让我学习到了许多东西，其中最重要的就是团队合作是非常重要的，这种东西决定着做事的快慢以及做出的事的成败。这次实验我们做得也比较成功，这不仅体现了我们的合作意识比较强，也体现了我们的动手能力非常出色。实验中，问题不断出现，但是我们并没有乱了阵脚，而是相互配合，相互协商，共同寻找解决方案，事实证明，只要团结一心，问题总会解决的。实验中，科学的美妙以及机构设计中的乐趣，我久久不能忘怀，感谢老师给了我们这次动手的机会，让我们从理论转为实践，在实践中检验理论。从机构的设计到拼装，我们都在不断学习，不断成长。我们这些学生最最缺少的是经验,没有感性的认识,空有理论知识,有些东西很可能与实际脱节.总体来说,我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的,它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来,从中暴露出自身的不足,以待改进.有时候,一个人的力量是有限的,合众人智慧,我相信我们的作品会更完美！实践是检验真理的唯一标准，目前学生们的实践能力并不高，学院应当多给学生亲自动手的机会，同时缩短培训时间，让学生自己摸索和体会，让学生自己提出方案，发现问题，解决问题，制造出完美的产品，达到实验的目的。