实验12 机械运动方案创新设计

1、实验实验1212 机械运动方案创新设计机械运动方案创新设计机械运动方案创新设计方法机械运动方案创新设计方法一、实验目的与内容一、实验目的与内容 培养创造性思维，加深对机构组成原理的理解，为机构运培养创造性思维，加深对机构组成原理的理解，为机构运动方案创新设计奠定良好的基础；动方案创新设计奠定良好的基础； 根据设计要求，利用若干杆组，拼接各种不同的机构，以根据设计要求，利用若干杆组，拼接各种不同的机构，以培养机构运动创新设计意识及综合设计的能力；培养机构运动创新设计意识及综合设计的能力； 凸轮机构设计综合。凸轮机构设计综合。 二、二、 实验设备及工具实验设备及工具 机构运动方案创新设计实验台机构

2、运动方案创新设计实验台 机构机构设计分析设计分析CADCAD软件软件 零件及主要功用（见零件及主要功用（见“机构机构运动创新方案实验台组件清单运动创新方案实验台组件清单”） 至至三、机构运动创新设计原理三、机构运动创新设计原理 机构尺寸尽可能小机构尺寸尽可能小 选择合适的运动副形式选择合适的运动副形式 选择合适的原动机选择合适的原动机选择电动机作为动力源选择电动机作为动力源 选择往复式油缸作为动力源选择往复式油缸作为动力源1. 机构型式设计的一般性原则机构型式设计的一般性原则 机构应尽可能简单，构件数量少，运动副数量少。机构应尽可能简单，构件数量少，运动副数量少。 工艺要求需要时应使机构具有急

3、回特性工艺要求需要时应使机构具有急回特性B2C2 B1C1AD 180- 180+ 180180180180/121m2mttK举例举例 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构、牛头刨床主执行机构牛头刨床主执行机构 应使机构具有良好的传力特性应使机构具有良好的传力特性 F F F ABDC有效分力有效分力 F Fcos Fsin 径向压力径向压力 F Fsin = =Fcos 角越大，角越大， F 越大，越大， F 越小，对机构的传动越有利。越小，对机构的传动越有利。 应使机构具有良好的传力特性应使机构具有良好的传力特性 移动副上的转动副移动副上的转动副位置对移动副受力的影位置对移动副受力的影响响FCeFC

4、F M摩擦力较大摩擦力较大摩擦力较小摩擦力较小 串联式组合串联式组合 特点特点 前一级子机构的输出构件，作为后一级子机构前一级子机构的输出构件，作为后一级子机构的输入构件，依次串联。的输入构件，依次串联。 2. 机构创新的组合原理机构创新的组合原理 将一个基本机构或几个基本机构将一个基本机构或几个基本机构( (或基本杆组或基本杆组) )按一定按一定方式有目的地进行组合，拼接成一个新机构。方式有目的地进行组合，拼接成一个新机构。输入输入输出输出子机构子机构II子机构子机构I后一级子机构的主动件后一级子机构的主动件为前一级子机构的一个为前一级子机构的一个连架杆。连架杆。后一级子机构的主动件后一级子

5、机构的主动件为前一级子机构的连杆。为前一级子机构的连杆。子机构子机构II子机构子机构I输入输入输出输出 并联式组合并联式组合 特点特点 两个或多个子机构并列布置。两个或多个子机构并列布置。子机构子机构I子机构子机构II子子机机构构III输入输入输出输出直线电机直线电机直线电机直线电机襟翼襟翼某型飞机的襟翼操纵机构某型飞机的襟翼操纵机构 并联式组合并联式组合 特点特点 两个或多个子机构并列布置。两个或多个子机构并列布置。子机构子机构I子机构子机构II输输出出构构件件输入输入输出输出子机构子机构I子机构子机构II输入输入输出输出（单路）（单路）（多路）（多路） 复合式组合复合式组合 特点特点 将一

6、个多自由度机构（称基础机构）中的某两个将一个多自由度机构（称基础机构）中的某两个构件的运动用另外一机构（称约束机构）将其联系起来，构件的运动用另外一机构（称约束机构）将其联系起来，使其成为一个单自由度机构的组合。使其成为一个单自由度机构的组合。输入输入输出输出槽凸轮机构槽凸轮机构2自由度自由度5杆机构杆机构 3. 机构创新的变性原理机构创新的变性原理 以已知机构为基础，通过对构成机构的结构元素进行变以已知机构为基础，通过对构成机构的结构元素进行变化或改造，使机构产生出新的运动特性和使用功能。化或改造，使机构产生出新的运动特性和使用功能。 机架位置的变换机架位置的变换 四杆机构机架位置的变换四杆

7、机构机架位置的变换六杆仿腿步行机构六杆仿腿步行机构六杆瓦特链六杆瓦特链 构件形状和尺寸变异构件形状和尺寸变异 改变构件形状和运动尺寸改变构件形状和运动尺寸 运动副替代运动副替代 低副与低副的替代低副与低副的替代 高副与低副的替代高副与低副的替代高副低代高副低代 4. 机构创新的移植原理机构创新的移植原理 把已知机构的原理、方法、结构、用途甚至材料等内容把已知机构的原理、方法、结构、用途甚至材料等内容具体运用到另一机构中，使所研究的机构产生新的性质和新具体运用到另一机构中，使所研究的机构产生新的性质和新的使用功能。的使用功能。不完全齿轮齿条机构不完全齿轮齿条机构移动槽轮机构移动槽轮机构 四、四、

8、实验原理实验原理 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。动件（或已经形成的简单的机构）和机架上的方法所组成。 五、五、实验方法与步骤实验方法与步骤 掌握实验原理。掌握实验原理。 根据前述根据前述“实验设备及工具实验设备及工具”的内容介绍熟悉实验设备的内容介绍熟悉实验设备的零件组成及零件功用。的零件组成及零件功用。 自拟机构运动方案或选择实验指导中提供的机构运动方自拟机构运动方案或选择实验指导中提供的机构运动方案作为拼接实验内容。案作为拼接实验内容。 将拟定的机构运动方案根据机构组成原理

9、按杆组进行正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。确拆分，并用机构运动简图表示之。 拼装机构运动方案。拼装机构运动方案。 分析其运动特性及动力特性。分析其运动特性及动力特性。 六六、杆组的概念、正确拆分杆组及拼装杆组杆组的概念、正确拆分杆组及拼装杆组 杆组的概念杆组的概念 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。而整个从动件系闭环机构从动件系统的自由度必等于零。而整个

10、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。件组，称为组成机构的基本杆组，简称杆组。 基本杆组应满足的条件：基本杆组应满足的条件：F=3n-2p5-p4=0其中活动构件数其中活动构件数n，低副数，低副数p5和高副数和高副数p4都必须是整数。由都必须是整数。由此可以获得各种类型的杆组。此可以获得各种类型的杆组。AB=55AD=偏心轮尺寸偏心轮尺寸BC=160DE=35（偏心轮距）（偏心轮距）EF=50FG=60GH=160AFx=70AFy=5CH=150AH=113AC=0或或36机构拼接示

11、例机构拼接示例 蒸汽机机构蒸汽机机构BHCG7-18（机架）（机架）DAEF5-16-24 曲柄双连杆部件曲柄双连杆部件3-3或或52-41 曲柄双连杆部件曲柄双连杆部件41短连杆短连杆 返回返回 设计方案设计方案1 设计方案设计方案2 设计方案设计方案31. 1. 试举出几种不同结构形式的牛头刨床机构设计方案，如试举出几种不同结构形式的牛头刨床机构设计方案，如果含有果含有III级机构，其运动分析方法与级机构，其运动分析方法与II级机构有何不同？级机构有何不同？2. 2. 教材中图教材中图12-4的插床机构，插刀完成一次切削过程后，的插床机构，插刀完成一次切削过程后，工作台横向移动。可采用哪些

12、机构的组合来实现这种运工作台横向移动。可采用哪些机构的组合来实现这种运动的配合？若绘制该运动循环图，应该考虑哪些问题？动的配合？若绘制该运动循环图，应该考虑哪些问题？3. 3. 教材中图教材中图12-3及图及图12-4所示机构，为使其有良好的传力所示机构，为使其有良好的传力性能，导路（机架）的位置应如何布置，为什么？还有性能，导路（机架）的位置应如何布置，为什么？还有哪些尺寸的变化对传力传力性能有影响？哪些尺寸的变化对传力传力性能有影响？4. 4. 教材中图教材中图12-3所示牛头刨床机构，若仅改变曲柄长度而所示牛头刨床机构，若仅改变曲柄长度而其余尺寸不变，哪些运动学参数将发生变化，如何变化？其余尺寸不变，哪些运动学参数将发生变化，如何变化？返回返回5. 5. 摆动导杆机构，以曲柄为主动件，具有最好的传力摆动导杆机构，以曲柄为主动件，具有最好的传力性能。若以导杆为主动件，其传力性能如何？是否会出性能。若以导杆为主动件，其传力性能如何？是否会出现机构的死点？如何克服？现机构的死点？如何克服？6. 6. 通过实验，你认为绞链四杆机构连杆上的点要实现通过实验，你认为绞链四杆机构连杆上的点要实现已知的轨迹，哪些是设计中的可调整参数？