平面機構運動方案設計與拼裝實驗報告

平面機構運動方案設計 與拼裝實驗報告

平面機構運動方案設計與拼裝實驗報告

一、實驗目的

1.加深學生對機構組成原理的認識，進一步理解平面機構的組成及其運動特性。

2.通過平面機構的拼裝，訓練學生的工程實踐動手能力，了解機構在實際安裝中可能出現的運動干涉現象及解決辦法。

3.通過機構運動方案的設計，培養學生的創新意識和綜合設計能力。 二、實驗原理

機構具有確定運動的條件是其原動件數應等于其所具有的自由度數。如將機構的機架及與機架相連的原動件從機構中拆分開來，則其余構件構成的桿件組必然是一個自由度為零的構件組。而這個自由度為零的構件組，有時還可以拆分成為更簡單的自由度為零的構件組，最后將不能再拆的最簡單的自由度為零的構件組稱為基本桿組，簡稱桿組。

由桿組定義，組成平面機構的基本桿組應滿足條件：

F=3n-2Pl-Ph=0

任何平面機構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，這是機構的組成原理，也是本實驗的基本原理。 三、機構設計及實驗組裝說明書

本組選擇的是篩料機構：

圖1 篩料機構簡圖

機構組成：該機構由曲柄搖桿機構和搖桿滑塊機構構成。

工作特點：曲柄1勻速轉動，通過搖桿3和連桿4帶動滑塊5作往復直線運動，由于曲柄搖桿機構的急回性質，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：內六角扳手三把、活動扳手、鋼板尺、自備三角板、圓規、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立柱、并盡可能使立柱在移動過程中保持鉛垂狀態，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

平面內確定活動構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“機構運動方案創新設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，通過平墊片、防脫螺母34#的連接與機架形成轉動副或與機架固定。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#軸相對機架作旋轉運動。拼接者可根據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件形成移動副或轉動副、也可將連桿或盤類零件等固定在扁頭軸頸上，使之成為一個構件。

圖3 軸相對機架的拼接圖

3）轉動副的拼接（圖示中的編號與“機構運動方案創新設計實驗臺零部件清單”序號相同）

若兩連桿間形成轉動副，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，再用壓緊螺栓16#和帶墊片螺栓15#分別與轉動副軸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#件相對另一連桿轉動。

圖4 轉動副拼接圖

提示：根據實際拼接層面的需要，14#件可用7#件“轉動副軸-3”替代，由于7#件的軸頸較長，此時需選用相應的運動構件層面限位套17#

對構件的運動層面進

行限位。

4）移動副的拼接

如圖8-1所示，轉滑副軸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：轉滑副軸24#的另一端扁平軸可與其它構件形成轉動副或移動副。根據拼接的實際需要，也可選用7#或14#件替代24#件作為滑塊。

提示：根據實際拼接的需要，若選用的軸頸較長，此時需選用相應的運動構件層面限位套17#對構件的運動層面進行限位。

5）滑塊與連桿組成轉動副和移動副的拼接（圖示中的編號與“機構運動方案創新設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動副。首先用螺栓、螺母21#將固定轉軸塊20#鎖定在連桿11#上，再將轉動副軸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成主動銷軸。

四、實際拼裝的機構運動方案簡圖，標注構建和運動副數目，并計算自由度

圖8 篩料機構簡圖

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——運動構件數目； PL——低副數目； PH——高副數目

五、對實驗中出現的問題、解決方法進行總結

六、收獲和體會

1、 通過本次實驗，對平面機構的組成有了更直觀的認識理解。實驗過程中對轉動副和移動副的裝配加深了這一部分理論知識的理解，體會了平面機構的各種運動特性。同時在實驗時也掌握了復合鉸鏈，移動轉動副組合等情況的處理和自由度的判斷。

2、在裝配篩料機構的操作過程中，體會了連桿機構如何將勻速的轉動轉化為變加速的直線運動，從而實現篩料的目的。而轉化過程的機構非常簡單，只有連桿和導向桿，運動副也只有最簡單的轉動副和移動副，體現了這種機構的設計精巧。

3、通過本次實驗認識到了運動干涉在實際機械中的表現和解決方法。實驗過

程中，多次出現由于運動干涉導致機構卡死或運動不順暢的情況。經過分析，連桿的尺寸選擇，轉動副的位置設計，以及各軸規格的選用都有影響。這些內容在理論上是很少體現的，但在實平面機構運動方案設計與拼裝實驗報告際實驗中是必須考慮到的問題。根據運動干涉對機構設計進行合理的調整，不僅可以避免不順暢、卡死、碰撞等現象，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計。這也體現了理論設計與實際操作需要充分的結合。

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