平面機構(gòu)運動方案設(shè)計與拼裝實驗報告
平面機構(gòu)運動方案設(shè)計 與拼裝實驗報告
平面機構(gòu)運動方案設(shè)計與拼裝實驗報告
一、實驗目的
1.加深學生對機構(gòu)組成原理的認識，進一步理解平面機構(gòu)的組成及其運動特性。
2.通過平面機構(gòu)的拼裝，訓練學生的工程實踐動手能力，了解機構(gòu)在實際安裝中可能出現(xiàn)的運動干涉現(xiàn)象及解決辦法。
3.通過機構(gòu)運動方案的設(shè)計，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和綜合設(shè)計能力。 二、實驗原理
機構(gòu)具有確定運動的條件是其原動件數(shù)應(yīng)等于其所具有的自由度數(shù)。如將機構(gòu)的機架及與機架相連的原動件從機構(gòu)中拆分開來，則其余構(gòu)件構(gòu)成的桿件組必然是一個自由度為零的構(gòu)件組。而這個自由度為零的構(gòu)件組，有時還可以拆分成為更簡單的自由度為零的構(gòu)件組，最后將不能再拆的最簡單的自由度為零的構(gòu)件組稱為基本桿組，簡稱桿組。
由桿組定義，組成平面機構(gòu)的基本桿組應(yīng)滿足條件：
F=3n-2Pl-Ph=0
任何平面機構(gòu)均可用零自由度的桿組依次連接到原動件和機架上的方法來組成，這是機構(gòu)的組成原理，也是本實驗的基本原理。 三、機構(gòu)設(shè)計及實驗組裝說明書
本組選擇的是篩料機構(gòu)：
圖1 篩料機構(gòu)簡圖
機構(gòu)組成：該機構(gòu)由曲柄搖桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)構(gòu)成。
工作特點：曲柄1勻速轉(zhuǎn)動，通過搖桿3和連桿4帶動滑塊5作往復直線運動，由于曲柄搖桿機構(gòu)的急回性質(zhì)，使得滑塊5速度、加速度變化較大，從而更好地完成篩料工作。
使用到的零部件：
工具：內(nèi)六角扳手三把、活動扳手、鋼板尺、自備三角板、圓規(guī)、紙和筆等文具。
1）實驗臺機架
圖2 實驗臺機架圖
實驗臺機架中有5根鉛垂立柱，它們可沿X方向移動。移動時請用雙手扶穩(wěn)立柱、并盡可能使立柱在移動過程中保持鉛垂狀態(tài)，這樣便可以輕松推動立柱。立柱移動到預定的位置后，將立柱上、下兩端的螺栓鎖緊（安全注意事項：不允許將立柱上、下兩端的螺栓卸下，在移動立柱前只需將螺栓擰松即可）。立柱上的滑塊可沿Y方向移動。將滑塊移動到預定的位置后，用螺栓將滑塊緊定在立柱上。按上述方法即可在X、Y
平面內(nèi)確定活動構(gòu)件相對機架的連接位置。面對操作者的
機架鉛垂面稱為拼接起始參考面或操作面。
2）軸相對機架的拼接（圖示中的編號與“機構(gòu)運動方案創(chuàng)新設(shè)計實驗臺零部件清單”序號相同）
有螺紋端的軸頸可以插入滑塊28#上的銅套孔內(nèi)，通過平墊片、防脫螺母34#的連接與機架形成轉(zhuǎn)動副或與機架固定。若按圖6拼接后，6或8#軸相對機架固定；若不使用平墊片34# ，則6或8#軸相對機架作旋轉(zhuǎn)運動。拼接者可根據(jù)需要確定是否使用平墊片34#。
扁頭軸6#為主動軸、8#為從動軸。該軸主要用于與其它構(gòu)件形成移動副或轉(zhuǎn)動副、也可將連桿或盤類零件等固定在扁頭軸頸上，使之成為一個構(gòu)件。
圖3 軸相對機架的拼接圖
3）轉(zhuǎn)動副的拼接（圖示中的編號與“機構(gòu)運動方案創(chuàng)新設(shè)計實驗臺零部件清單”序號相同）
若兩連桿間形成轉(zhuǎn)動副，可按圖7所示方式拼接。其中，14#件的扁平軸頸可分別插入兩連桿11#的圓孔內(nèi)，再用壓緊螺栓16#和帶墊片螺栓15#分別與轉(zhuǎn)動副軸14#兩端面上的螺孔連接。這樣，有一根連桿被壓緊螺栓16#固定在14#件的軸頸處，而與帶墊片螺栓15#相連接的14#件相對另一連桿轉(zhuǎn)動。
圖4 轉(zhuǎn)動副拼接圖
提示：根據(jù)實際拼接層面的需要，14#件可用7#件“轉(zhuǎn)動副軸-3”替代，由于7#件的'軸頸較長，此時需選用相應(yīng)的運動構(gòu)件層面限位套17#
對構(gòu)件的運動層面進
行限位。
4）移動副的拼接
如圖8-1所示，轉(zhuǎn)滑副軸24#的圓軸端插入連桿11#的長槽中，通過帶墊片的螺栓15#的連接，轉(zhuǎn)滑副軸24#可與連桿11#形成移動副。
圖5 移動副的拼接
提示：轉(zhuǎn)滑副軸24#的另一端扁平軸可與其它構(gòu)件形成轉(zhuǎn)動副或移動副。根據(jù)拼接的實際需要，也可選用7#或14#件替代24#件作為滑塊。
提示：根據(jù)實際拼接的需要，若選用的軸頸較長，此時需選用相應(yīng)的運動構(gòu)件層面限位套17#對構(gòu)件的運動層面進行限位。
5）滑塊與連桿組成轉(zhuǎn)動副和移動副的拼接（圖示中的編號與“機構(gòu)運動方案創(chuàng)新設(shè)計實驗臺零部件清單”序號相同）
如圖9所示的拼接效果是滑塊13#的扁平軸頸處與連桿11#形成移動副；在20#、21#的幫助下，滑塊13#的圓軸頸處與另一連桿在連桿長槽的某一位置形成轉(zhuǎn)動副。首先用螺栓、螺母21#將固定轉(zhuǎn)軸塊20#鎖定在連桿11#上，再將轉(zhuǎn)動副軸13#的圓軸端穿插20#的圓孔及連桿11#的長槽中，用帶墊片的螺栓15#旋入13#的圓軸頸端面的螺孔中，這樣13#與11#形成轉(zhuǎn)動副。將13#扁頭軸頸插入另一連桿的長槽中，將15#旋入13#的扁平軸端面螺孔中，這樣13#與另一連桿11#形成移動副。
圖6 滑塊與連桿組成轉(zhuǎn)動副、移動副的拼接
6）固定支座銷軸與機座拼接
如圖2所示，將表1的中固定支座銷軸1插于在機架滑塊的圓孔中，套上墊片固緊螺母即完成安裝 。銷軸裝于機架滑塊的圓孔中的長度稍大于滑塊的寬度。圖2a) 中的銷軸無鍵槽其上套有墊片，螺母通過墊片壓緊立柱上的滑塊，所以銷軸與立柱滑塊間無相對運動，構(gòu)成機架上的固定銷軸。
圖2b) 中的銷軸有鍵槽，螺母在銷軸上旋緊后與立柱上的滑塊間有一定間隙，所以銷軸與立柱滑塊間可有相對運動，構(gòu)成機架上的活動銷軸。在軸上鍵槽處裝上鍵并套上帶輪，由電機的帶輪帶動即構(gòu)成主動銷軸。
四、實際拼裝的機構(gòu)運動方案簡圖，標注構(gòu)建和運動副數(shù)目，并計算自由度
圖8 篩料機構(gòu)簡圖
B
1 A
2
3 D
C(復合鉸鏈)
4
5 6(機架)
AB=105mm BC=200mm CD=150mm AD=150mm CE=350mm 自由度 F=3n-2PL-PH=3×5-2×7-0=1
n——運動構(gòu)件數(shù)目； PL——低副數(shù)目； PH——高副數(shù)目
五、對實驗中出現(xiàn)的問題、解決方法進行總結(jié)
六、收獲和體會
1、 通過本次實驗，對平面機構(gòu)的組成有了更直觀的認識理解。實驗過程中對轉(zhuǎn)動副和移動副的裝配加深了這一部分理論知識的理解，體會了平面機構(gòu)的各種運動特性。同時在實驗時也掌握了復合鉸鏈，移動轉(zhuǎn)動副組合等情況的處理和自由度的判斷。
2、在裝配篩料機構(gòu)的操作過程中，體會了連桿機構(gòu)如何將勻速的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為變加速的直線運動，從而實現(xiàn)篩料的目的。而轉(zhuǎn)化過程的機構(gòu)非常簡單，只有連桿和導向桿，運動副也只有最簡單的轉(zhuǎn)動副和移動副，體現(xiàn)了這種機構(gòu)的設(shè)計精巧。
3、通過本次實驗認識到了運動干涉在實際機械中的表現(xiàn)和解決方法。實驗過
程中，多次出現(xiàn)由于運動干涉導致機構(gòu)卡死或運動不順暢的情況。經(jīng)過分析，連桿的尺寸選擇，轉(zhuǎn)動副的位置設(shè)計，以及各軸規(guī)格的選用都有影響。這些內(nèi)容在理論上是很少體現(xiàn)的，但在實平面機構(gòu)運動方案設(shè)計與拼裝實驗報告際實驗中是必須考慮到的問題。根據(jù)運動干涉對機構(gòu)設(shè)計進行合理的調(diào)整，不僅可以避免不順暢、卡死、碰撞等現(xiàn)象，更重要的是避免了危險工況，保證零件不被摩擦損壞。
4、在實驗時遇到了一些預習時沒有考慮到的問題，最明顯的是零件規(guī)格的選擇。最終實驗中主要還是通過幾次試裝才得到合適的設(shè)計。這也體現(xiàn)了理論設(shè)計與實際操作需要充分的結(jié)合。
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