机械设计基础实验指导书--专科.doc

机械设计基础实验指导书机械设计基础实验指导书课程学时： 72 实验学时： 24 适用专业：数控技术、机电一体化编 写 者： 胡 波 审 查 者： 李宏穆 编写日期： 2010年7月 核自学院编写二O一O年修订59目 录（一） 机械认知实验1（二） 平面机构运动简图的测绘与分析3(附1) 平面机构运动简图的测绘与分析实验报告5（三） 渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定与分析7(附2) 渐开线直齿圆柱齿轮参数测定与分析实验报告11（四） 机构运动方案创新设计实验13(附3) 机构运动方案创新设计实验报告37（五） 轴系结构设计与分析39（附4） 轴系结构设计与分析实验报告42（六） 慧鱼创意组合模型实训44(附5) 慧鱼创意组合模型实训实验报告53（七） 减速器拆装及结构分析54（附6） 减速器拆装及结构分析实验报告57（一） 机械认知实验实验学时：2学时实验类别：验证性实验目的：1.了解机器的组成原理，加深对机器总体感性认识。2.了解机器的常用机构的结构、类型、特点及应用。3.了解机器的运动原理和分析方法，使学生对机器总体感性认识上升为理性认识。实验过程要点： 通过观察陈列室展示各种常用机构模型的动态展示，增强学生对机构与机器的感性认识。实验教师作以简单介绍，提出问题，供学生思考。学生通过观察，对机器的组成、常用机构的结构、类型、特点有一定的了解。(一) 机器观察实物模型和机构，使学生认识到机器是由一个机构或几个机构按照一定运动要求组合而成的。因此掌握各种机构的运动特性，有利于研究任何机器的特性。在机械原理中，运动副是以两构件的直接接触形式的可动联接及运动特征来命名的。如：高副、低副、转动副、移动副等。(二)平面四杆机构四杆机构在平面连杆机构中结构最简单，应用最广泛。四杆机构分成三大类：即铰链四杆机构、单移动副机构、双移动副机构。1.铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。它们根据两连架杆为曲柄或摇杆来确定。2.单移动副机构：是以一个移动副代替铰链四杆机构中的一个转动副演化而成的。分为：曲柄滑块机构，曲柄摇块机构、转动导杆机构及摆动导杆机构等。3.双移动副机构是带有两个移动副的四杆机构。将其倒置也可得到：曲柄移动导杆机构、双滑块机构及双转块机构。(三)凸轮机构凸轮机构主要用于把主动构件的连续运动，转变为从动件按照预定规律的运动。适当设计凸轮廓线可以使从动件获得任意的运动规律。凸轮机构主要有三部分组成，即：凸轮、从动件及机架。凸轮有特定的廓线、从动件由凸轮廓线控制。凸轮机构结构简单、紧凑，因此广泛应用于各种机械。 (四)齿轮机构齿轮机构是现代机械中应用最广泛的一种传动机构。根据轮齿的形状齿轮分为：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗轮、蜗杆。根据主、从动轮的两轴线相对位置，齿轮传动分为：平行轴传动、相交轴传动、交错轴传动三大类。1平行轴传动的类型有：外、内啮合直齿轮机构、斜齿圆柱齿轮机构、人字齿轮机构、齿轮齿条机构等。2相交轴传动的类型有圆锥齿轮机构，轮齿分布在一个截锥体上，两轴线夹角常为903交错轴传动的类型有：螺旋齿轮机构、圆柱蜗轮蜗杆机构，弧面蜗轮蜗杆机构等。齿轮机构具有传动准确、可靠、运转平稳、承载能力大、体积小、效率高等优点，广泛应用于各种机器中。齿轮基本参数有齿数z、模数m、分度圆压力角、齿顶高系数h*a、顶隙系数c*等。仔细观察这部分，掌握渐开线的概念及渐开线的形成，基圆和渐开线发生线的概念及渐开线的性质。同时注意总结齿数、模数、压力角等参数变化对齿形的影响。(五)周转轮系通过观察各种周转轮系的动态模型演示，了解定轴轮系及周转轮系含义。周转轮系又分为行星轮系和差动轮系，注意区分它们的异同点。差动轮系将一个运动分解为两个运动或将两个运动合成为一个运动的原理。 (六)其他常用机构其他常用机构常见的有棘轮机构、槽轮机构、摩擦式棘轮机构、不完全齿轮机构、万向节及非圆齿轮机构等。通过这些机构的动态演示了解各种机构的运动特点及应用范围。(七)机构的串、并联观察陈列柜中展示的实际应用的机器设备、仪器仪表的运动机构。进一步认识机器都是由一个或几个机构按照一定的运动要求串、并联组合而成的。所以只有掌握好各类基本机构的运动特性，才能更好地去研究任何机构乃至复杂机构的特。实验设备：机械结构设计教学陈列柜实验地点：教学八楼一楼8103 机原机零实验室联系电话二） 平面机构运动简图的测绘与分析实验学时：4学时实验类别：验证性实验目的：1.掌握根据实际机器或机构模型正确绘制平面机构运动简图的方法和技能。2.验证和巩固机构自由度的计算，进一步理解机构自由度的概念。3.应用机构自由度的计算方法分析平面机构运动的确定性。实验过程要点：机构的运动仅与机构所具有的构件数目、构件所组成的运动副的数目、类型及各运动副的相对位置有关，而与构件的复杂外形和运动副的具体构造无关。因此在绘制机构运动简图时，可以用简单的线条和统一规定的符号来代表构件和运动副，并按一定的比例尺表示各运动副的相对位置，画出能准确表达机构运动特性的机构运动简图。由于机构运动简图既简单而又能正确地反映一部复杂机器的运动特征，因此，正确地测量和绘制机构运动简图是机械设计课程中的重要组成部分。1.先了解测绘的机械实物或模型的名称、用途和结构，并找出它的机架、原动构件和活动构件数目。缓慢驱动被测的机器或机构模型，从原动件开始，根据运动传递路线，仔细观察相联接两零件间是否有相对运动，特别要注意那些运动很微小的构件，认清机架，原动件和从动件，弄清级成机构的活动构件数目。2.分析各构件之间相对运动的性质，确定各运动副的类型、运动副的数目。根据运动传递的顺序，仔细分析相互连接两构件间的接触方式及相对运动形式，确定运动副类型和数目。3.合理选择机构运动简图的投影面。要以清楚地把机构的运动情况正确地表达出来为原则。一般选择选择与机构中多数构件的运动平面平行的平面为投影面。4.绘制机构的运动简图的草图。首先将原动件转到适当的位置，（避开构件之间重合）大致定出各运动副之间的相对位置，在草稿纸上，用规定的符号画出运动副，并用线条连接起来，然后用数字1、2、3及字母A、B、C分别标注相应的构件和运动副，并用箭头表示原动件的运动方向和运动形式，量出机构对应运动副间的尺寸，再将草图按比例画入实验报告中。5.计算自由度，并与实际机构对照，观察原动件数与自由度是否相等。计算公式：6分析机构运动的确定性，即将前面计算的机构自由度与实际机构的自由度相对照，若与实际相符则机构具有确定的运动；若与实际情况不符，要找出原因及时改正。在实验报告纸上用三角板和圆规，将上述草图按选定的长度比例尺实验设备和工具：1若干机械实物或模型；2自备三角板、圆规、铅笔和草稿纸等文具。实验报告：（见附1）(附1) 平面机构运动简图的测绘与分析实验报告实验名称日 期班级姓 名指 导教 师成 绩一、测绘结果及分析编号机构名称机构运 动 简 图自由度计算判断机构运动的确定性1n=PL=PH=F=原动件数=2n=PL=PH=F=原动件数=3n=PL=PH=F=原动件数=4n=PL=PH=F=原动件数=5n=PL=PH=F=原动件数=6n=PL=PH=F=原动件数=7n=PL=PH=F=原动件数=8n=PL=PH=F=原动件数=实验地点：教学八楼一楼8103 机原机零实验室联系电话三） 渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定与分析实验学时：2学时实验类别：验证性实验目的：1. 掌握测量渐开线直齿圆柱变位齿轮参数的方法。2. 通过测量和计算，进一步掌握有关齿轮各几何参数之间的相互关系和渐开线性质。实验过程要点：渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有：齿数Z、模数m、分度圆压力角a齿顶高系数h*a、顶隙系数C*、中心距和变位系数X等。本实验是用游标卡尺和公法千分尺测量，并通过计算来确定齿轮的基本参数。1 确定齿数Z齿数Z从被测齿轮上直接数出。2 确定模数m和分度圆压力角a在图4-1中，由渐开线性质可知，齿廓间的公法线长度与所对应的基圆弧长相等。根据这一性质，用公法线千分尺跨过n个齿，测得齿廓间公法线长度为Wn，然后再跨过n+1个齿测得其长度为。式中，Pb为基圆齿距， (mm)，与齿轮变位与否无关。为实测基圆齿厚，与变位量有关。由此可见，测定公法线长度和后就可求出基圆齿距Pb，实测基圆齿厚Sb，进而可确定出齿轮的压力角a、模数m和变位系数X。因此，齿轮基本参数测定中的关键环节是准确测定公法线长度。图31 公法线长度测量（1）测定公法线长度和根据被齿轮的齿数Z，按下式计算跨齿数：式中：a 压力角；z 被测齿轮的齿数我国采用模数制齿轮，其分度圆标准压力角是20和15。若压力角为20可直接参照下表确定跨齿数n。z121819272836374546545563647273818290n2345678910公法线长度测量按图31所示方法进行，首先测出跨n个齿时的公法线长度。测定时应注意使千分尺的卡脚与齿廓工作段中部（齿轮两个渐开线齿面分度圆）附近相切。为减少测量误差，值应在齿轮一周的三个均分位置各测量一次，取其平均值。按同样方法量出跨测n+1齿时的公法线长度。（2）确定基圆齿距Pb，实际基圆齿厚SbPb=Sb=Wn-(n-1)Pb（3）确定模数m和压力角a根据求得的基圆齿距Pb，可按下式计算出模数：m=Pb/(cosa)由于式中a 可能是15也可能是20，故分别用a =15和a =20代入计算出两个相应模数，取数值接近于标准模数的一组m和a，即是被测齿轮的模数m和压力角a。3测定齿顶圆直径da和齿根圆直径df及计算全齿高h为减少测量误差，同一数值在不同位置上测量三次，然后取其算术平均值。当齿数为偶数时，da和df可用游标卡尺直接测量，如图32所示。当齿数为奇数时，直接测量得不到da和df的真实值，而须采用间接测量方法，如图33所示，先量出齿轮安装孔值径D，再分别量出孔壁到某一齿顶的距离H1，和孔壁到某一齿根的距离H2。则da和df可按下式求出；齿顶圆直径da da=D+2H1 齿根圆直径df df=D+2H2 计算全齿高h奇数齿全齿高h h=H1-H2 偶数齿全齿高h h=(da-df) dkdkda图32偶数齿测量 图33奇数齿测量4确定变位系数X与标准齿轮相比，变位齿轮的齿厚发生了变化，所以它的公法线长度与标准齿轮的公法线长度也就不相等。两者之差就是公法线长度的增量，增量等于2xmsina 。若实测得齿轮的公法线长度Wn，标准齿轮的理论公法线长度为Wn（可从机械零件设计手册中查得），则变位系数按下式求出：5确定h*a、C*由于按实侧，计算所得的h值中包含有（h*a、C*），而全齿高的计算公式为：h=m（2 h*a+C*X）由实测h，m，X，且h*a，C*为标准值正常齿ha*=1， C*=0.25短齿 h* =0.8， C*=0.3就可判定ha*,C*的值。实验设备和工具：1待测齿轮分别为标准齿轮、正变位齿轮、负变位齿轮，齿数各为奇数、偶数。2游标卡尺，公法线千分尺。3渐开线函数表(自备)。4计算器(自备)。实验报告：（见附2）(附2) 渐开线直齿圆柱齿轮参数测定与分析实验报告实验名称日 期班级姓 名指 导教 师成 绩一、测量数据记录齿 轮 编 号No：No：项 目符 号单位测量数据平均测量值测量数据平均测量值备注123123齿数Z跨齿数n公法线长度公法线长度孔壁到齿顶距H1孔壁到齿根距H2孔内径D齿顶圆直径 da齿根圆直径 df全齿高 h二、基本几何参数计算项 目符 号单位计 算 公 式计 算 结 果No：No：模数m压力角基圆齿距Pb基圆齿厚Sb变位系数X齿顶圆直径da齿根直径df全齿高h实验地点：教学八楼一楼8103 机原机零实验室联系电话四） 机构运动方案创新设计实验实验学时：6学时实验类别：验证性实验目的：1加深学生对机构组成理论的认识，熟悉杆组概念，为机构创新设计奠定良好的基础；2利用若干不同的杆组，拼接各种不同的平面机构，以培养学生机构运动创新设计意识及综合设计的能力；3训练学生的工程实践动手能力。实验过程要点：1、机构运动方案创新设计实验台零件及主要功用直线电机: 10mm/s。直线电机安装在实验台机架底部，并可沿机架底部的长槽移动电机。直线电机的长齿条即为机构输入直线运动的主动件。在实验中，允许齿条单方向的最大直线位移为290mm，实验者可根据主动滑块的位移量(即直线电机的齿条位移量)确定两光槽行程开关的相对间距，并且将两光槽行程开关的最大安装间距限制在290mm范围内。直线电机控制器：参见控制器面板图所示。本控制器采用电子组合设计方式，控制电路采用低压电子集成电路和微型密封功率继电器，并采用光槽作为行程开关，极具使用安全。控制器的前面板为LED显示方式，当控制器的前面板与操作者是面对面的位置关系时，控制器上的发光管指示直线电机齿条的位移方向。控制器的后面板上置有电源引出线及开关、与直线电机相连的4芯插座、与光槽行程开关相连的5芯插座和1A保险管。IEP直线电机控制器武汉易普发光管控制器的前面板图直线电机 行程开关 220VAC 2A OFF4芯插座 5芯插座 220V电 保险管座 电源开关 源引出线 控制器的后面板图直线电机控制器使用注意事项： 在直线电机控制器的外接220V交流电源断开状态下进行其它外接线的连线工作，严禁带电进行连线操作；直线电机外接线上串接有连线塑料盒，严禁挤压、摔打该塑盒，以防塑盒破损造成触电事故发生；若出现行程开关失灵情况，请立即切断直线电机控制器的外接电源。旋转电机：10转/min，旋转电机安装在实验台机架底部，并可沿机架底部的长形槽移动电机。电机上连有220V、50HZ的电源线及插头，连线上串接有连线盒及电源开关。旋转电机控制器使用注意事项：旋转电机外接连线上串接有连线塑料盒，严禁挤压、摔打该塑盒，使用中轻拿轻放，以防塑盒破损造成触电事故发生。2、工具M5、M6 、M8内六角搬手、6或8英寸活动搬手、1米卷尺、笔和纸。三、实验原理任何机构都是由自由度为零的若干杆组，依次连接到原动件（或已经形成的简单的机构）和机架上的方法所组成。四、实验方法与步骤1、掌握实验原理。2、根据上述“二、实验设备及工具”的内容介绍熟悉实验设备的零件组成及零件功用。3、自拟机构运动方案或选择实验指导书中提供的机构运动方案作为拼接实验内容。4、将拟定的机构运动方案根据机构组成原理按杆组进行正确拆分，并用机构运动简图表示之。5、拼装机构运动方案，并记录由实验得到的机构运动学尺寸。五、杆组的概念、正确拆分杆组及拼装机构1、杆组的概念任何机构都是由机架、原动件和从动件系统，通过运动副联接而成。机构的自由度数应等于原动件数，因此封闭环机构从动件系统的自由度必等于零。而整个从动件系统又往往可以分解为若干个不可再分的、自由度为零的构件组，称为组成机构的基本杆组，简称杆组。根据三族平面机构的数综合和结构公式，基本杆组应满足的条件：其中活动构件数n，低副数P5和高副数P4都必须是整数。由此可以获得各种类型的杆组。当n = 1, P5 = 1, P4 = 1时即可获得单构件高副杆组，常见的有如下几种：图单构件高副杆组当 P4 = 0时，称之为低副杆组，即因此满足上式的构件数和运动副数的组合为： n = 2, 4, 6, P5 = 3, 6, 9。最简单的杆组为n = 2, P5 = 3，称为级组，由于杆组中转动副和移动副的配置不同，级杆组共有如下五种形式：图2平面低副级组n = 4, P5 = 6的杆组称为级杆组，其形式较多，图3所示的是几种常见的级杆组：图3平面低副级组2、机构的组成原理 根据如上所述，可将机构的组成原理概述为：任何平面机构均可以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。这是本实验的基本原理。3、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）先试拆分级杆组，若拆不出级组时，再试拆级组，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，不许有不成杆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，再对剩余机构拆组，并按第3）步骤进行，直到剩下与机架相联的原动件为止。图4 杆组拆分例图如图4所示机构，可先除去K处的局部自由度；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组成的级组，再拆分出由构件3和2及构件6和7组成的两个级组及由构件8组成的单构件高副杆组，最后剩下原动件1和机架9。4、正确拼装运动副及机构运动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）实验台机架图5 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6 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7 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8-1 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8-2 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9 滑块与连杆组成转动副、移动副的拼接6）齿轮与轴的拼接（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10所示，齿轮2#装入轴6#或轴8#时，应紧靠轴（或运动构件层面限位套17#）的根部，以防止造成构件的运动层面距离的累积误差。按图示连接好后，用内六角紧定螺钉27#将齿轮固定在轴的上（注意：螺钉应压紧在轴的平面上）。这样，齿轮与轴形成一个构件。图10 齿轮与轴的拼接图若不用内六角紧定螺钉27#将齿轮固定在轴上，欲使齿轮相对轴转动，则选用带垫片螺栓15#旋入轴端面的螺孔内即可。7）齿轮与连杆形成转动副的拼接（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）如图11-1所示拼接，连杆11#与齿轮2#形成转动副。视所选用盘杆转动轴19#的轴颈长度不同，决定是否需用运动构件层面限位套17#。图11-1 齿轮与连杆形成转动副的拼接若选用轴颈长度L=35mm的盘杆转动轴19#，则可组成双联齿轮，并与连杆形成转动副，参见图11-2所示；若选用L=45mm的盘杆转动轴19#，同样可以组成双联齿轮，与前者不同是要在盘杆转动轴19#上加装一个运动构件层面限位套17#。图11-2 齿轮与连杆形成转动副的拼接8）齿条护板与齿条、齿条与齿轮的的拼接（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12所示，当齿轮相对齿条啮合时，若不使用齿条导向板，则齿轮在运动时会脱离齿条。为避免此种情况发生，在拼接齿轮与齿条啮合运动方案时，需选用两根齿条导向板23#和螺栓螺母21#按图示方法进行拼接。图12 齿轮护板与齿条、齿条与齿轮的拼接9）凸轮与轴的拼接（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）按图13所示拼接好后，凸轮1#与轴6或8#形成为一个构件。图13 凸轮与轴的拼接若不用内六角紧定螺钉27#将凸轮固定在轴的上，而选用带垫片螺栓15#旋入轴端面的螺孔内，则凸轮相对轴转动。10）凸轮高副的拼接（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）首先将轴6#或8#与机架相连。然后分别将凸轮1#、从动件连杆11#拼接到相应的轴上去。用内六角螺钉27#将凸轮紧定在6#轴上，凸轮1#与6#轴形成一个运动构件；将带垫片螺栓15#旋入8#轴端面的螺孔中，连杆11#相对8#轴作往复移动。高副锁紧弹簧的小耳环用21#件固定在从动杆连杆上，大耳环的安装方式可根据拼接情况自定，必须注意弹簧的大耳环安装好后，弹簧不能随运动构件转动，否则弹簧会被缠绕在转轴上而不能工作。图14 凸轮高副的拼接 提示：用于支撑连杆的两轴间的距离应与连杆的移动距离（凸轮的最大升程为30mm）相匹配。欲使凸轮相对轴的安装更牢固，还可在轴端面的内螺孔中加装压紧螺栓15#。11）曲柄双连杆部件的使用曲柄双连杆部件22#是由一个偏心轮和一个活动圆环组合而成。在拼接类似蒸汽机机构运动方案时，需要用到曲柄双连杆部件，否则会产生运动干涉。参看“图21蒸汽机机构”所示，活动圆环相当于ED杆，活动圆环的几何中心相当于转动副中心D。欲将一根连杆与偏心轮形成同一构件，可将该连杆与偏心轮固定在同一根6#或8#轴上，此时该连杆相当于机构运动简图中的AB杆。图15 曲柄双连杆部件的使用12）槽轮副的拼接（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）图16为槽轮副的拼接示意图。通过调整两轴6#或轴8#的间距使槽轮的运动传递灵活。提示：为使盘类零件相对轴更牢靠地固定，除使用内六角螺钉27#紧固外，还可加用压紧螺栓16#。图16 槽轮副的拼接13）滑块导向杆相对机架的拼接（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）如图17所示，将轴6#或轴8#插入滑块28#的轴孔中，用平垫片、防脱螺母34#将轴6#或轴8#固定在机架29#上，并使轴颈平面平行于直线电机齿条的运动平面，以保证主动滑块插件9#的中心轴线与直线电机齿条的中心轴线相互垂直且在一个运动平面内；将滑块导向杆11#通过压紧螺栓16#固定在6#或8#轴颈上。这样，滑块导向杆11#与机架29#成为一个构件。图17 滑块导向杆相对机架的拼接14）主动滑块与直线电机齿条的拼接（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）图18 主动滑块与直线电机齿条的拼接输入主动运动为直线运动的构件称为主动滑块。主动滑块相对直线电机的安装如图18所示。首先将主动滑块座10#套在直线电机的齿条上（为了避免直线电机齿条不脱离电机主体，建议将主动滑块座固定在电机齿条的端头位置），再将主动滑块插件9#上只有一个平面的轴颈端插入主动滑块座10#的内孔中，有两平面的轴颈端插入起支撑作用的连杆11#的长槽中（这样可使主动滑块不作悬臂运动），然后，将主动滑块座调整至水平状态，直至主动滑块插件9#相对连杆11#的长槽能作灵活的往复直线运动为止，此时用螺栓26#将主动滑块座固定。起支撑作用的连杆11#固定在机架29#上的拼接方法，参看“图18 滑块导向杆相对机架的拼接”。最后，根据外接构件的运动层面需要调节主动滑插件9#的外伸长度（必要的情况下，沿主动滑块插件9#的轴线方向调整直线电机的位置），以满足与主动滑块插件（9#）形成运动副的构件的运动层面的需要，用内六角紧定螺钉27#将主动滑块插件9#固定在主动滑块座10#上。提示：图18所拼接的部分仅为某一机构的主动运动部分，后续拼接的构件还将占用空间，因此，在拼接图示部分时尽量减少占用空间，以方便往后的拼接需要。具体的做法是将直线电机固定在机架的最左边或最右边位置。15）光槽行程开关的安装 参看图19“光槽行程开关的安装”。首先用螺钉将光槽片固定在主动滑块座上；再将主动滑块座水平地固定在直线电机齿条的端头；然后用内六角螺钉将光槽行程开关固定在实验台机架底部的长槽上，且使光槽片能顺利通过光槽行程开关，也即光槽片处在光槽间隙之间，这样可保证光槽行程开关有效工作而不被光槽片撞坏。在固定光槽行程开关前，应调试光槽行程开关的控制方向与电机齿条的往复运动方向和谐一致。具体操作：请操作者拿一可遮挡光线的薄物片（相当于光槽片）间断插入或抽出光槽行程开关的光槽，以确认光槽行程开关的安装方位与光槽行程开关所控制的电机齿条运动方向协调一致；确保光槽行程开关的安装方位与光槽行程开关所控制的电机齿条运动方向协调一致后方可固定光槽行程开关。操作者应注意：直线电机齿条的单方向位移量是通过上述一对光槽行程开关的间距来实现其控制的。光槽行程开关之间的安装间距即为直线电机齿条在单方向的行程，一对光槽行程开关的安装间距要求不超过290 mm。由于主动滑块座需要靠连杆支撑（参看：“图18 主动滑块与直线电机齿条的拼接”），也即主动滑块是在连杆的长孔范围内作往复运动，而最长连杆（编号：11-7）上的长孔尺寸小于300mm，因此，一对光槽行程开关的安装间距不能超过290 mm，否则会造成人身和设备的安全事故。图19 光槽行程开关的安装16）蒸汽机机构拼接实例（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）通过图20所示的“蒸汽机机构拼接实例”，使操作者进一步熟悉零件的使用，该蒸汽机的机构运动简图请参看图21所示。在实际拼接中，为避免蒸汽机机构中的曲柄滑块机构与曲柄摇杆机构间的运动发生干涉，机构运动简图中所标明的构件1和构件4应选用“曲柄双连杆部件”22#和一根短连杆11#替代二者的作用。“曲柄双连杆部件”的具体使用请看图21中的相关说明。图20 蒸汽机机构拼接实例六、实验内容 下列各种机构均选自于工程实践，要求任选一个机构运动方案，根据机构运动简图初步拟定机构运动学尺寸后（机构运动学尺寸也可由实验法求得），再进行机构杆组的拆分，完成机构拼接设计实验。在完成上述基本实验要求的基础上，实验者可利用不同的杆组进行机构创新实验。注：为配合操作者拼接实验指导书中的机构运动方案，机构运动简图中所标注的数字编号的意义为：横杠前面的数字代表构件编号，横杠后面的数字为建议该构件所占据的运动层面。运动层面数的第1层是指机架的拼接起始参考面，层面数随逐渐远离第1层而增大。1、蒸汽机机构图21所示，1-2-3-8组成曲柄滑块机构，8-1-4-5组成曲柄摇杆机构，5-6-7-8组成摇杆滑块机构。曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构串联组合。滑块3、7作往复运动并有急回特性。适当选取机构运动学尺寸，可使两滑块之间的相对运动满足协调配合的工作要求。应用举例：蒸汽机的活塞运动及阀门启闭机构。1构件（偏心轮）与4构件（活动圆环）已组合为一个零件，称之为曲柄双连杆部件。两活动构件形成转动副，且转动副的中心在圆环的几何中心处。为达到延长AB距离的目的，将一短连杆与1#构件固定在同一根转轴上，可使轴、短连杆和偏心轮三个零件形成同一活动构件。建议在实际拼接中，使短连杆占据第三层运动层面。 2、自动车床送料机构结构说明：由凸轮与连杆组合而成的机构。工作特点：一般凸轮为主动件，能够实现较复杂的运动规律。图22 自动车床送料机构应用举例：自动车床送料及进刀机构。图22所示，由平底直动从动件盘状凸轮机构与连杆机构组成。当凸轮转动时，推动杆5往复移动，通过连杆4与摆杆3及滑块2带动从动件1（推料杆）作周期性往复直线运动。 3、六杆机构图23 六杆机构结构说明：图23所示，由曲柄摇杆机构6-1-2-3与摆动导杆机构3-4-5-6组成六杆机构。曲柄1为主动件，摆杆5为从动件。工作特点：当曲柄1连续转动时，通过杆2使摆杆3作一定角度的摆动，再通过导杆机构使摆杆5的摆角增大。应用举例：用于缝纫机摆梭机构。4、双摆杆摆角放大机构结构说明：图24-1所示，主动摆杆1与从动摆杆3的中心距L应小于摆杆1的半径r。工作特点：当主动摆杆1摆动a角时，从动杆3的摆角b大于a，实现摆角增大，各参数之间的关系为图24-1 双摆杆摆角放大机构注：由于是双摆杆，所以不能用电机带动，只能用手动方式观察其运动。若要电机带动，则可按图24-2所示方式拼接。图24-2 双摆杆摆角放大机构5、转动导杆与凸轮放大升程机构结构说明：图25所示，曲柄1为主动件，凸轮3和导杆2固联。工作特点：当曲柄1从图示位置顺时针转过900时，导杆和凸轮一起转过去时1800。图24所示的机构常用于凸轮升程较大，而升程角受到某些因素的限制不能太大的情况。该机构制造安装简单，工作性能可靠。图25 转动导杆与凸轮放大升程机构6、铰链四杆机构结构说明：图26-1所示，双摇杆机构ABCD的各构件长度满足条件：机架，摇杆，连杆，E点为连杆延长线上的点，且。为主动摇杆。工作特点：当主动摇杆BC绕B点摆动时，E点轨迹为图中点划线所示，其中E点轨迹有一段为近似直线。应用举例：可作固定式港口用起重机，E点处安装吊钩。利用E点的轨迹的近似直线段吊装货物，能符合吊装设备的平稳性要求。图26-1 铰链四杆机构图 26-2 铰链四杆机构注：由于是双摇杆，所以不能用电机带动，只能用手动方式观察其运动。若要电机带动，则可按图26-2所示方式串联一个曲柄摇杆机构。7、冲压送料机构结构说明：图27所示，1-2-3-4-5-9组成导杆摇杆滑块冲压机构，由1-8-7-6-9组成齿轮凸轮送料机构。冲压机构是在导杆机构的基础上，串联一个摇杆滑块机构组合而成的。工作特点：导杆机构按给定的行程速度变化系数设计，它和摇杆滑块机构组合可达到工作段近于匀速的要求。适当选择导路位置，可使工作段压力角a较小。在工程设计中，按机构运动循环图确定凸轮工作角和从动件运动规律，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。图27 冲压送料机构8、铸锭送料机构图28 铸锭送料机构结构说明：图28所示，滑块为主动件，通过连杆2驱动双摇杆ABCD，将从加热炉出料的铸锭（工件）送到下一工序。工作特点：图中粗实线位置为炉铸锭进入装料器4中，装料器4即为双摇杆机构ABCD中的连杆BC，当机构运动到虚线位置时，装料器4翻转1800把铸锭卸放到下一工序的位置。主动滑块的位移量应控制在避免出现该机构运动死点（摇杆与连杆共线时）的范围内。应用举例：加热炉出料设备、加工机械的上料设备等。9、插床的插削机构结构说明：图29所示，在ABC摆动导杆机构的摆杆BC反向延长线的D点上加由连杆4和滑块5组成的二级杆组，成为六杆机构。在滑块5固接插刀，该机构可作为插床的插削机构。工作特点：主动曲柄AB匀速转动，滑块5在垂直AC的导路上往复移动，具有急回特性。改变ED连杆的长度，滑块5可获得不同的规律。图29 插床的插削机构10、插齿机主传动机构图30 插齿机主传动机构结构说明及工作特点：图30所示为多杆机构，可使它既具有空回行程的急回特性，又具有工作行程的等时性。应用举例：应用于插齿机的主传机构。该机构是一个六杆机构，利用此六杆机构可使插刀在工作行程中得到近于等速的运动。 11、刨床导杆机构结构说明及工作特点：如图31所示，牛头刨头的动力是由电机经皮带、齿轮传动使曲柄1绕轴A回转，再经滑块2、导杆3、连杆4带动装有刨刀的滑枕5沿机架6的导轨槽作往复直线运动，从而完成刨削工作。显然，导杆3为三副构件，其余为二副构件。图31 刨床导杆机构12、碎矿机机构结构说明及工作特点：如图32所示，简易碎矿机中的四杆机构为曲柄摇杆四杆机构。 图32 简易碎矿机13、曲柄增力机构结构说明及工作特点：如图33所示机构，当BC杆受力F，CD杆受力P，则滑块产生的压力由上式可知，减小和S与增大L，均能增大增力倍数。因此设计时，可根据需要的增力倍数决定和S与L，即决定滑块的加力位置，再根据加力位置决定A点位置和有关的构件长度。图33 曲柄增力机构 14、曲柄滑块机构与齿轮齿条机构的组合 图34-1 曲柄滑块机构与齿轮齿条机构的组合 图34-2 齿轮齿条行程倍增传动结构说明： 图34-2所示为齿轮齿条行程倍增传动，由固定齿条5、移动齿条4和动轴齿轮3组成。传动原理：当主动件动轴齿轮3的轴线向右移动时，通过动轴齿轮3与齿条5啮合，使齿轮3在向右移动的同时，又作顺时针方向转动。因此动轴齿轮3作转动和移动的复合运动。与此同时，通过动轴齿轮3与移动齿条4啮合，带动移动齿条4向右移动。设动轴齿轮3的行程为S1，移动齿条4的行程为S，则有：S=2S1 。图34-1所示机构由齿轮齿条倍增传动与对心曲柄滑块机构串联组成，用来实现大行程S。如果应用对心曲柄滑块机构实现行程放大，以要求保持机构受力状态良好，即传动压力角较小，可应用“行程分解变换原理”，将给定的曲柄滑块机构的大行程S分解成两部分，S=S1+S2 ，按行程S1设计对主曲柄滑块机构；按行程S2设计附加机构，使机构的总行程为S=S1+S2 。工作特点：此组合机构最重要的特点是上齿条的行程比齿轮3的铰接中心点C的行程大。此外，上齿条作往复直线运动且具有急回特性。当主动件曲柄1转动时，齿轮3沿固定齿条5往复滚动，同时带动齿条4作往复移动，齿条4的行程S=S1+S2=2R+2R=4R 。应用举例：该机构用于印刷机送纸机构。参看图34-3所示，请实验者考虑一下，若曲柄滑块机构相对齿轮3中心偏置，齿条5的行程与R的关系是怎样的呢？齿条5的位移量相对齿轮3中心点C的位移量又是何关系？图34-3 曲柄滑块机构与齿轮齿条机构的组合在工程实际中，还可以对图34-1所示的机构进行变通。如齿轮3改用节圆半径分别为、的双联齿轮3、3，并以3和5啮合，则齿条5的行程为，当时，。15、曲柄摇杆机构结构说明：图35所示为曲柄摇杆机构。当机构尺寸满足下列条件时：BC=CD=CM=2.5AB AD=2AB 曲柄1绕A点沿着a-d-b转动半周时，连杆2上M点轨迹为近似直线a1-d1-b1。应用举例：利用连杆上M点近似直线段，可应用于搬运货物的输送机上，及电影放映机的抓片机构等。图35 曲柄摇杆机构16、四杆机构结构说明：图36所示为四杆机构。当机构尺寸满足下列条件时：CD=BC=CM=1 AB=0.136 AD=1.41 构件1绕A点顺时针方向转动时，构件2上M点以逆时针方向转动，其轨迹为近似圆形。应用举例：利用近似圆轨迹可以用于搅拌机的机构中。图36 四杆机构17、曲柄滑块机构结构说明：图37所示为曲柄滑块机构。当机构尺寸满足下列条件时：AB=BC=BF构件1绕A点转动，构件2上F点沿Ay轴运动，D点和E点轨迹为椭圆，其方程为： 和 应用举例：应用该机构可做画椭圆仪器。图37 曲柄滑块机构实验设备和工具：1 机构创新设计实验台及相关零件；2 自备三角板、圆规、铅笔和草稿纸等文具；3 活动扳手、内六角扳手等。实验报告：（见附3）(附3) 机构运动方案创新设计实验报告实验名称日 期班级姓 名指 导教 师成 绩一、 绘制实际拼装的机构运动方案简图，并在简图中标识实测所得的机构运动学尺寸。二、 简要说明机构杆组的拆组过程，并画出