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平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與拼裝實(shí)驗(yàn)報(bào)告
平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 與拼裝實(shí)驗(yàn)報(bào)告
平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與拼裝實(shí)驗(yàn)報(bào)告
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
1.加深學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)組成原理的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步理解平面機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動(dòng)特性。
2.通過(guò)平面機(jī)構(gòu)的拼裝，訓(xùn)練學(xué)生的工程實(shí)踐動(dòng)手能力，了解機(jī)構(gòu)在實(shí)際安裝中可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)干涉現(xiàn)象及解決辦法。
3.通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和綜合設(shè)計(jì)能力。 二、實(shí)驗(yàn)原理
機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是其原動(dòng)件數(shù)應(yīng)等于其所具有的自由度數(shù)。如將機(jī)構(gòu)的機(jī)架及與機(jī)架相連的原動(dòng)件從機(jī)構(gòu)中拆分開(kāi)來(lái)，則其余構(gòu)件構(gòu)成的桿件組必然是一個(gè)自由度為零的構(gòu)件組。而這個(gè)自由度為零的構(gòu)件組，有時(shí)還可以拆分成為更簡(jiǎn)單的自由度為零的構(gòu)件組，最后將不能再拆的最簡(jiǎn)單的自由度為零的構(gòu)件組稱為基本桿組，簡(jiǎn)稱桿組。
由桿組定義，組成平面機(jī)構(gòu)的基本桿組應(yīng)滿足條件：
F=3n-2Pl-Ph=0
任何平面機(jī)構(gòu)均可用零自由度的桿組依次連接到原動(dòng)件和機(jī)架上的方法來(lái)組成，這是機(jī)構(gòu)的組成原理，也是本實(shí)驗(yàn)的基本原理。 三、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)組裝說(shuō)明書
本組選擇的是篩料機(jī)構(gòu)：
圖1 篩料機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
機(jī)構(gòu)組成：該機(jī)構(gòu)由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)構(gòu)成。
工作特點(diǎn)：曲柄1勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)搖桿3和連桿4帶動(dòng)滑塊5作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，由于曲柄搖桿機(jī)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(dòng)扳手、鋼板尺、自備三角板、圓規(guī)、紙和筆等文具。
1）實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)架
圖2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)架圖
實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)架中有5根鉛垂立柱，它們可沿X方向移動(dòng)。移動(dòng)時(shí)請(qǐng)用雙手扶穩(wěn)立柱、并盡可能使立柱在移動(dòng)過(guò)程中保持鉛垂?fàn)顟B(tài)，這樣便可以輕松推動(dòng)立柱。立柱移動(dòng)到預(yù)定的位置后，將立柱上、下兩端的螺栓鎖緊（安全注意事項(xiàng)：不允許將立柱上、下兩端的螺栓卸下，在移動(dòng)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(dòng)。將滑塊移動(dòng)到預(yù)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(dòng)構(gòu)件相對(duì)機(jī)架的連接位置。面對(duì)操作者的
機(jī)架鉛垂面稱為拼接起始參考面或操作面。
2）軸相對(duì)機(jī)架的拼接（圖示中的編號(hào)與“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)零部件清單”序號(hào)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(guò)平墊片、防脫螺母34#的連接與機(jī)架形成轉(zhuǎn)動(dòng)副或與機(jī)架固定。若按圖6拼接后，6或8#軸相對(duì)機(jī)架固定；若不使用平墊片34# ，則6或8#軸相對(duì)機(jī)架作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(dòng)軸、8#為從動(dòng)軸。該軸主要用于與其它構(gòu)件形成移動(dòng)副或轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)構(gòu)件。
圖3 軸相對(duì)機(jī)架的拼接圖
3）轉(zhuǎn)動(dòng)副的拼接（圖示中的編號(hào)與“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)零部件清單”序號(hào)相同）
若兩連桿間形成轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(duì)另一連桿轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖4 轉(zhuǎn)動(dòng)副拼接圖
提示：根據(jù)實(shí)際拼接層面的需要，14#件可用7#件“轉(zhuǎn)動(dòng)副軸-3”替代，由于7#件的軸頸較長(zhǎng)，此時(shí)需選用相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件層面限位套17#
對(duì)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)層面進(jìn)
行限位。
4）移動(dòng)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(zhǎng)槽中，通過(guò)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(dòng)副。
圖5 移動(dòng)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(dòng)副或移動(dòng)副。根據(jù)拼接的實(shí)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(shí)際拼接的需要，若選用的軸頸較長(zhǎng)，此時(shí)需選用相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件層面限位套17#對(duì)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)層面進(jìn)行限位。
5）滑塊與連桿組成轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副的拼接（圖示中的編號(hào)與“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)零部件清單”序號(hào)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(dòng)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(zhǎng)槽的某一位置形成轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)副軸13#的圓軸端穿插20#的圓孔及連桿11#的長(zhǎng)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(dòng)副。將13#扁頭軸頸插入另一連桿的長(zhǎng)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(dòng)副。
圖6 滑塊與連桿組成轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副的拼接
6）固定支座銷軸與機(jī)座拼接
如圖2所示，將表1的中固定支座銷軸1插于在機(jī)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(jī)架滑塊的圓孔中的長(zhǎng)度稍大于滑塊的寬度。圖2a) 中的銷軸無(wú)鍵槽其上套有墊片，螺母通過(guò)墊片壓緊立柱上的滑塊，所以銷軸與立柱滑塊間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成機(jī)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(duì)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成機(jī)架上的活動(dòng)銷軸。在軸上鍵槽處裝上鍵并套上帶輪，由電機(jī)的帶輪帶動(dòng)即構(gòu)成主動(dòng)銷軸。
四、實(shí)際拼裝的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖，標(biāo)注構(gòu)建和運(yùn)動(dòng)副數(shù)目，并計(jì)算自由度
圖8 篩料機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
B
1 A
2
3 D
C(復(fù)合鉸鏈)
4
5 6(機(jī)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(yùn)動(dòng)構(gòu)件數(shù)目； PL——低副數(shù)目； PH——高副數(shù)目
五、對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題、解決方法進(jìn)行總結(jié)
六、收獲和體會(huì)
1、 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，對(duì)平面機(jī)構(gòu)的組成有了更直觀的認(rèn)識(shí)理解。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副的裝配加深了這一部分理論知識(shí)的理解，體會(huì)了平面機(jī)構(gòu)的各種運(yùn)動(dòng)特性。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)時(shí)也掌握了復(fù)合鉸鏈，移動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)副組合等情況的處理和自由度的判斷。
2、在裝配篩料機(jī)構(gòu)的操作過(guò)程中，體會(huì)了連桿機(jī)構(gòu)如何將勻速的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為變加速的直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)篩料的目的。而轉(zhuǎn)化過(guò)程的機(jī)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，只有連桿和導(dǎo)向桿，運(yùn)動(dòng)副也只有最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，體現(xiàn)了這種機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)精巧。
3、通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到了運(yùn)動(dòng)干涉在實(shí)際機(jī)械中的表現(xiàn)和解決方法。實(shí)驗(yàn)過(guò)
程中，多次出現(xiàn)由于運(yùn)動(dòng)干涉導(dǎo)致機(jī)構(gòu)卡死或運(yùn)動(dòng)不順暢的情況。經(jīng)過(guò)分析，連桿的尺寸選擇，轉(zhuǎn)動(dòng)副的位置設(shè)計(jì)，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(shí)平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與拼裝實(shí)驗(yàn)報(bào)告際實(shí)驗(yàn)中是必須考慮到的問(wèn)題。根據(jù)運(yùn)動(dòng)干涉對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)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(xiǎn)工況，保證零件不被摩擦損壞。
4、在實(shí)驗(yàn)時(shí)遇到了一些預(yù)習(xí)時(shí)沒(méi)有考慮到的問(wèn)題，最明顯的是零件規(guī)格的選擇。最終實(shí)驗(yàn)中主要還是通過(guò)幾次試裝才得到合適的設(shè)計(jì)。這也體現(xiàn)了理論設(shè)計(jì)與實(shí)際操作需要充分的結(jié)合。
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