平面机构运动方案设计与拼装实验报告
平面机构运动方案设计 与拼装实验报告
平面机构运动方案设计与拼装实验报告
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、实验原理
机构具有确定运动的条件是其原动件数应等于其所具有的自由度数。如将机构的机架及与机架相连的原动件从机构中拆分开来，则其余构件构成的杆件组必然是一个自由度为零的构件组。而这个自由度为零的构件组，有时还可以拆分成为更简单的自由度为零的构件组，最后将不能再拆的最简单的自由度为零的构件组称为基本杆组，简称杆组。
由杆组定义，组成平面机构的基本杆组应满足条件：
F=3n-2Pl-Ph=0
任何平面机构均可用零自由度的杆组依次连接到原动件和机架上的方法来组成，这是机构的组成原理，也是本实验的基本原理。 三、机构设计及实验组装说明书
本组选择的是筛料机构：
图1 筛料机构简图
机构组成：该机构由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构构成。
工作特点：曲柄1匀速转动，通过摇杆3和连杆4带动滑块5作往复直线运动，由于曲柄摇杆机构的急回性质，使得滑块5速度、加速度变化较大，从而更好地完成筛料工作。
使用到的零部件：
工具：内六角扳手三把、活动扳手、钢板尺、自备三角板、圆规、纸和笔等文具。
1）实验台机架
图2 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3 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4 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5 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。
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6 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。
四、实际拼装的机构运动方案简图，标注构建和运动副数目，并计算自由度
图8 筛料机构简图
B
1 A
2
3 D
C(复合铰链)
4
5 6(机架)
AB=105mm BC=200mm CD=150mm AD=150mm CE=350mm 自由度 F=3n-2PL-PH=3×5-2×7-0=1
n——运动构件数目； PL——低副数目； PH——高副数目
五、对实验中出现的问题、解决方法进行总结
六、收获和体会
1、 通过本次实验，对平面机构的组成有了更直观的认识理解。实验过程中对转动副和移动副的装配加深了这一部分理论知识的理解，体会了平面机构的各种运动特性。同时在实验时也掌握了复合铰链，移动转动副组合等情况的处理和自由度的判断。
2、在装配筛料机构的操作过程中，体会了连杆机构如何将匀速的转动转化为变加速的直线运动，从而实现筛料的目的。而转化过程的机构非常简单，只有连杆和导向杆，运动副也只有最简单的转动副和移动副，体现了这种机构的设计精巧。
3、通过本次实验认识到了运动干涉在实际机械中的表现和解决方法。实验过
程中，多次出现由于运动干涉导致机构卡死或运动不顺畅的情况。经过分析，连杆的尺寸选择，转动副的位置设计，以及各轴规格的选用都有影响。这些内容在理论上是很少体现的，但在实际实验中是必须考虑到的问题。根据运动干涉对机构设计进行合理的调整，不仅可以避免不顺畅、卡死、碰撞等现象，更重要的是避免了危险工况，保证零件不被摩擦损坏。
4、在实验时遇到了一些预习时没有考虑到的问题，最明显的是零件规格的选择。最终实验中主要还是通过几次试装才得到合适的设计。这也体现了理论设计与实际操作需要充分的结合。