7.实验七 机构创新组合设计实验

机构创意组合设计实验一、实验目的1、认识典型机构2、设计实现满足不同运动要求的传动机构系统3、设计拼装机构系统二、实验原理机械传动系统的设计是机械设计中极其重要的一个环节，其中了解常用传动机构，合理设计传动系统是一个认识和创新的过程。

为了实现执行机构工作的需求(运动，动力)，我们必须利用不同机构的组合系统来完成。

因此对于常用机构，如杆机构，齿轮传动机构，间歇运动机构，带，链传动机构的结构及运动特点应有充分的了解，在此基础上，我们可以利用它们所在组合成我们需要的传动系统。

执行机构常见的运动形式有回转运动，直线运动和曲线运动，传动系统方案的设计将以此为目标。

执行机构的运动不仅仅有运动形式的要求，而且有运动学和动力学的要求。

因此我们必须对设计好的传动系统中的重要运动构件进行运动学和动力学分析(速度，加速度分析)，使执行构件满足运动要求(如工作行程与回程的速度要求，惯性力要求，工作行程要求等)。

任何传动机构系统都有其特点，适应于不同的工作要求和安装位置，我们应该学会在设计和拼装中进行系统分析和评估。

三、实验台的组成机械组成：该实验台主要由机柜(安装平台)、固定架、活动架、横梁、传动轴、联接轴、各类传动构件，电机、传感器等组成。

可拼装平面机构包括：四杆机构、六杆机构、平面凸轮机构、间歇机构、齿轮传动、带(链)传动、组合机构等机构，其中间歇机构包含槽轮机构、不完全齿轮机构、棘轮机构等机构。

12345769108图一、安装平台1、脚轮2、支撑脚3、机柜4、零件安置架5、固定螺栓6、横梁7、固定架8、滑块9、活动架 10、减速电机该实验台由图一所示的零部件组成。

脚轮(1)用于短距离移动试验台。

支撑脚(2) 用于支撑试验台并调整水平。

零件安置架(4)用于安放暂时不拼装的零件,并可在机柜(3)内的轨道内移动。

活动架(9)可在两个固定架(7)组成的框架内沿纵向(z 向)移动,用于调整两组横梁之间的距离并通过固定螺栓(5)固定。

班级：学号：姓名：武汉科技大学机械自动化学院机械实验示范中心2007-5机构组合创新设计与仿真实验指导书一、实验预习(1)机构型综合的连杆组合创新技法是什么？如何进行？(2)机构组合设计实验台的基本组成及搭接原理。

(3)熟悉基于杆组法的机构运动分析与仿真软件界面及基本操作。

二、实验目的机构的创新是机械设计中永恒的主题，人们要设计出新颖、合理、实用的机构，不仅要有丰富的经验，而且要掌握一定的机构创新设计方法。

连杆组合法是一种以数字综合形式表示的机构型综合创造技法，其最大特点是具有强烈的发散性思维成分，可以启发设计者创造新机构，进而培养设计者的创新意识和创新能力。

机构组合创新设计实验，其实验原理是用各种零件、构件等组合搭接出机构。

一般在实验指导书中给出若干种示例机构及其组合方法，学生在实验时按照流程搭接，在此基础上也可自行设计机构进行搭接，但大都是已有机构的变形，缺乏明确的理论指导，并且搭接出的机构性能无法验证，如执行机构的轨迹曲线是否满足要求，位移、速度和加速度性能是否满足要求等无法得到验证，更进一步的机构优化及改进设计也就无从谈起。

采用机构型综合的连杆组合创新技法对现有机构组合设计实验进行改进，开设基于型综合创造技法的机构组合创新设计与仿真实验，可以激发学生的创造激情，培养学生的创新设计能力、科学计算能力以及工程实践能力。

因此，实验目的可概括为：(1)掌握机构型综合的连杆组合创新技法的基本原理及设计流程；(2)根据设计结果在机构组合设计实验台上能搭接机构；(3)能运用机构运动分析与仿真软件进行机构的虚拟设计与运动仿真，并对实物机构进行优化设计。

(4)培养学生综合应用所知识对机构的结构和运动性能加以评价的分析能力，以及创新设计能力和实践动手能力。

三、实验软、硬件(1) 实验用硬件设备实验设备硬件为机构组合设计实验台。

如图1所示，五根立柱2可在上下横梁中沿x 方向（双手上下均匀用力）调整其位置，然后用上下横梁上的螺栓固定。

实验七机构创新实验一、实验目的1.加强学生对平面机构组成原理的认识，进一步了解结构组成及其运动特性，进一步掌握机构运动方案构型的各种创新设计方法。

2.通过机构的拼接，培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。

二、实验设备SNJCX-1型机构运动创新组合设计实训台。

本装置是由铝型材实训台架、交流减速电机、直线电机、电源控制箱、直线电机控制箱和实训零件等组成。

图Ⅰ实训台台架1.实训台架实训台台架是由22根长短不同的铝型材组装而成。

台架中8根立柱铝型材导轨2，可沿X轴方向左右移动。

移动前用内六角扳手旋松上、下横梁4和6上的角铝5的内六角紧固螺钉，然后同时移动立柱2的上下部分（注意：不要倾斜）到需要的位置后，再将立柱2与上、下横梁4和6靠紧再旋紧立柱角铝5的内六角紧固螺钉（注意：立柱角铝5的内六角紧固螺钉只需旋松即可，不允许将其旋下）。

立柱铝型材2的前面和右面凹槽中有固定螺母，可在立柱2上沿Y轴方向移动，移到需要的位置，只需将零件用内六角螺钉打紧即可。

按上述方法移动位置，就可在台架X、Y平面内确定机构各个零件的位置。

更换机构，只需拧松内六角紧固螺钉后，换置即可。

机构组装快速、方便。

减速电机通过电机底座固定在台架底座1上，电机通过减速器减速和调速器调节，可使转速在0～10r/m i n范围内变化，这样可以根据机构的情况和自己的需要来控制电机的转速。

2.减速电机电源控制箱的操作、使用说明电源控制箱是给减速电机提供电源并控制电机转速的，使用前首先把控制箱上电源开关打到“关”的方向，把调速器的开关打到“0”位置，并把调节旋钮逆时针旋置最小，然后把电源控制箱通过电源线连接到电源。

使用时，首先将电源开关打到“开”的方向，通电后调速器“Power”指示灯亮，然后把调速器的开关打到“-”位置，再慢慢顺时针调节调速器旋钮使机构慢慢运动，确保没有问题后，再根据需要选择合适的转速。

3.直线电机的使用说明直线电机安装在实训台台架底部。

组合机构的创新设计报告1. 引言组合机构作为一种机械传动装置，在工程应用中具有广泛的应用。

然而，传统的组合机构在设计和使用上存在一些问题，如结构复杂、体积庞大、能耗高等。

为了解决这些问题，本报告基于创新设计思路，对组合机构进行了改进和优化，并提出了新型的设计方案。

2. 设计目标本次创新设计的目标是设计一种体积小、能耗低、结构简单且稳定可靠的组合机构。

为了实现这一目标，我们采用了以下设计原则：- 以简单为美：尽量简化组合机构的结构，减少零部件数量，降低制造和维护成本。

- 功能集成化：将多个功能和工作模式集成在一个组合机构中，提高机构的灵活性和适用性。

- 算法优化：利用优化算法对组合机构进行设计和控制，提高机构的性能和效率。

3. 设计方案基于以上的设计目标和原则，我们提出了以下新型的设计方案：3.1 模块化设计通过将组合机构的各个功能模块化，可以提高整体机构的稳定性和可靠性。

同时，模块化设计也方便了组合机构的制造和维护。

我们将组合机构分为三个主要的功能模块：输入模块、传动模块和输出模块，并采用标准的接口设计，使得不同模块可以互相替换和升级。

3.2 集成式传动传统的组合机构通常由多个传动装置组成，造成结构复杂，体积庞大的问题。

我们提出了一种集成式传动方案，将多个传动装置集成到一个单一的模块中。

这样一方面可以减少组合机构的体积，另一方面也提高了机构的稳定性和可靠性。

3.3 神经网络优化为了进一步提高组合机构的性能和效率，我们采用了神经网络优化算法对机构进行设计和控制。

通过训练神经网络模型，可以使组合机构自动优化参数和控制策略，以达到最佳的工作状态。

这不仅提高了机构的灵活性和适用性，还能够根据实时情况进行智能调整和优化。

4. 实施方案4.1 原型设计我们基于上述方案设计了一种新型的组合机构原型，并进行了实际制造和测试。

该原型采用了模块化设计和集成式传动方案，结构简单、体积小、能耗低且稳定可靠。

同时，我们使用神经网络优化算法对机构进行了参数调整和控制优化，进一步提高了机构的性能和效率。

实验七平面机构创新设计实验一、实验目的1.加深对机构组成原理的认识；进一步了解机构组成及其运动特征；2．训练实践动手能力，创新意识和综合设计的能力。

二、实验设备及工具1.平面机构设计组合创新实验台；2.活动扳手，固定扳手，内六角扳手，螺丝刀，安装锤、小油壶，直尺。

三、实验台结构1.组合机架组合机架是该实验台的主体，由底座和活动安装条部件两部分组成。

a．底座部分：主要起支承支架，安装电机板和电机用，与支架焊接组装为一整体。

电机可在底座上作左、右、前、后调整移动。

b．活动安装条部分：在底座支架上，垂直装有二根方管立柱，其底部与底座部份焊接成一整体，可将其支架承受的力传递到实验台上，减少架体的受力变形。

在支架体上采用滑条将5根活动安装条水平方向用螺栓与架体相联，实现左右灵活移动，在安装条上又安装若干个滑动块，且滑动块可随活动条上、下移动，调整任意间距。

2.组件清单包括组成机构的各种运动副、构件、动力源。

其中1）直线电机：10㎜/s，配直线电机控制器，根据主动滑块移动的距离，调节两行程开关的相对位置来调节齿条或滑块往复运动距离，但调节距离不得大于400㎜；注意：机构拼接未运动前，应先检查行程开关与装在主动滑块座上的行程开关碰块的相对位置，以保证换向运动能正确实施，防止机件损坏；2）旋转电机：10r/min，沿机架上的长形孔可改变电机的安装位置。

序号名称示意图规格数量备注1 齿轮M=2,α=20°Z=28、34、42、51各3共12D=56㎜;68㎜;84㎜;102㎜2 凸轮基圆R=18升回行程20㎜3凸轮推回程均为正弦加速度运动规律3 齿条M=2α=20°4单根齿条全长为400㎜4 齿条护板8 用于防止齿轮在齿条上滑出5 槽轮4槽 1 间隙机构的从动件，6拨盘双销 1间隙机构的主动件7主动轴L=15㎜20㎜35㎜50㎜65㎜44442序号名称示意图规格数量备注8 复合铰链Ⅰ（或滑块）169 从动轴L=5㎜20㎜35㎜50㎜65㎜16121210810转动副轴（或滑块）L=5㎜15㎜30㎜63311 复合铰链Ⅱ（或滑块）L=5mm20㎜8812 盘杆转动轴L=20㎜35㎜45㎜66413 复合铰链Ⅲ（或滑块）1614 刺轮及刺轮爪刺轮刺轮爪1215 活动铰链座螺孔M8 60 支承主动或从动轴，在立柱上可上下移动16 不完全齿轮主动齿从动齿1117 固定转轴块818 连杆L=50㎜100㎜150㎜200㎜250㎜300㎜350㎜各8序名称示意图规格数备注号量19 曲柄双连杆部件组合件 4用于一个主动构件同时提供二个曲柄的运动方案20 压紧螺栓M6 48 防止连杆与转动轴的轴向窜动，二者相对转动21 带垫片螺栓M6 48 防止连杆与转动轴的轴向窜动，二者相对固定22 层面限位套L=5㎜15㎜30㎜45㎜60㎜354020201023紧固垫片（限制轴回转）厚2㎜孔￠16外径￠222024 高副锁紧弹簧425 电机固定条8已安装在电机座下26 行程开关安装块2安装在直线电机齿条轴上，固定行程开关用27 皮带轮大孔径小孔径33大孔径用于旋转电机，小孔径用于主动轴28 链轮06B 629 主动滑块座1与直线电机齿条轴固定，支承并固定主动滑块插件30 主动滑块件L=40mm55mm11与件29配合用，可组成作直线运动的主动滑块序号名称示意图规格数量备注31 直线电机座 1 已经安装，带安装螺栓32 旋转电机座 3 已经安装，带安装螺栓33 实验台机架 4 本机构运动方案的拼接平台34 电器盒 4已经安装在电机旁35 手轮 4用于代替电机手动产生旋转36套筒滚子链条06B 3 标准件37压紧连杆垫片M6 28 标准件38压紧弹簧用的垫片12 8 标准件39 立柱垫片M8 40 标准件40 紧定螺钉M6×8 26标准件41平垫圈螺母16M147676标准件序号名称示意图规格数量备注42 内六角螺栓M8×16 64标准件43 螺栓ⅢM8×25 16标准件44 螺栓ⅡM10×20 6 标准件45 连杆加长螺栓、螺母M10L=15mm20mm1814标准件46 旋转电机 3 已安装在机架上47 直线电机 1 已安装在机架上48行程限位开关2 与26号件配套使用49 皮带1000mm 3 标准件50 内六角螺栓M6×12 60 标准件3.联接示图1)转轴相对机架的联接图7-1转轴与机架的联接图按图7-1示联接好后，其中标号为“7或9”的转轴相对机架作旋转运动。

机构运动方案创新设计实验近年来，随着人们对健康意识的增强和对生活方式的改善追求，各种健身运动越来越受到人们的青睐。

为了满足不同人群的需求，各种机构运动方案纷纷出台。

然而，随着时间的推移，一些运动方案已经变得相对枯燥和单一，需要进行创新设计实验。

首先，机构运动方案需要关注运动的多样性。

传统的机构运动方案往往只注重某一种或某几种运动项目，导致参与者的兴趣逐渐减弱。

为了吸引更多的人参与，并持续参与下去，机构可以通过创新设计实验，引入更多有趣、多样化的运动项目。

例如，可以将传统的瑜伽与舞蹈相结合，打造一个“瑜伽舞”的运动项目，既能提升身体柔韧性，又能增加乐趣。

其次，机构运动方案需要关注跨界合作。

许多机构往往只在自己的专业领域内进行运动方案设计，导致内容单一且缺乏创新。

通过与其他领域的机构合作，可以互相借鉴经验，创造出更具特色和新颖的运动方案。

例如，体育机构可以与音乐学院合作，挖掘音乐与运动的融合可能性，为参与者提供独特的运动体验。

另外，机构运动方案需要关注科技创新。

随着科技的快速发展，各种智能设备和应用程序逐渐走入人们的生活。

运动方案也可以融入科技创新，为参与者提供更便捷、有趣的运动体验。

例如，运动机构可以通过开发专门的运动APP，结合虚拟现实技术，为参与者提供全新的运动感受。

参与者可以通过手机或VR设备，随时随地参与各种虚拟运动项目，不再受制于时间和空间的限制。

此外，机构运动方案还应关注运动的社交性。

在现代社会，人们的社交活动越来越多样化和便捷化，因此，在设计机构运动方案时，运动与社交的结合也越来越重要。

通过在运动过程中提供社交机会，不仅可以增加参与者之间的互动和交流，还可以提高参与者的参与度和归属感。

例如，在团队竞技项目中设置小组赛或联赛，促进团队之间的合作和竞争。

总之，机构运动方案的创新设计实验需要关注运动的多样性、跨界合作、科技创新和运动的社交性。

只有通过不断尝试和探索，才能满足人们对健康和运动的需求，使运动方案更加有吸引力和实用性。

机构运动方案创新设计实验报告
一、实验报告
1．绘制实际拼装的机构运动方案简图，并在简图中标识实测所得的机构运动学尺寸。

2．简要说明机构杆组的拆组过程，并画出所拆机构的杆组简图。

3．根据你所拆分的杆组，按不同的顺序排列杆组，可能组合的机构运动方案有哪一些？要求用机构运动简图表示出来，就运动传递情况作方案比较，并简要说明之。

4．利用不同的杆组进行机构拼接，得到了哪一些有创意的机构运动方案？用机构运动简图示意创新机构运动方案。

二、实验心得与建议。

机构创新设计及搭建实验报告院、系机电学院专业班级机械113 姓名丘雄锋同组人刘栋、陈俊铨、李楚旭、何嘉豪、张黎明、乔攀、李佩斌一、机构运动方案设计（绘制机构运动简图，简要说明其结构特点和工作原理及使用场合）。

1为摇杆;2为连杆;3为齿轮（曲柄与齿轮为同一构件）自由度计算: F= 3×3 - ( 2×4 ) = 1结构特点：上图为曲柄摇杆机构,具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构,具有的运动副为低副,齿轮起到一个相当于曲柄的作用,构成低副两元件的几何形状比较简单,加工方便,易于得到较高的制造精度等优点。

工作原理：此机构常用于将曲柄的回转运动变换为摇杆的往复摆动运动;或者将摇杆的往复摆动运动转换为曲柄的回转运动，而上图为前者，即将曲柄的回转运动变换为摇杆的往复摆动运动。

其具体工作原理为：由电机带动皮带轮（没有画出）顺时针转动，从而带动齿轮3转动，再通过连接在齿轮上的连杆2带动摇杆1做往复摆动运动。

使用场合：飞剪、传送带送料机构、牛头刨床横向进给机构、雷达调整机构、缝纫机脚踏机构和复摆式腭式破碎机、火车车轮的动力结构、发动机的连杆曲轴机构等。

二、绘制平面机构的运动学曲线s、v和a曲线。

通过solidwork软件分析得到的摇杆的运动学曲线如下：原动件曲柄（即齿轮）转速为30r/min，摇杆的运动学曲线如下：角位移/时间曲线：角速度/时间曲线：角加速度/时间曲线：三、调试过程中所遇到的问题及解决的方法。

由于设计的曲柄没有经过软件分析，所以没有机构尺寸的具体数据，只能通过不断的调试才能使整个机构运行顺畅，因此在这部分浪费的时间比较多。

四、对于搭建的机构，分析其优缺点及改进意见。

优点：这款曲柄摇杆机构，几何形状比较简单,加工方便,易于得到较高的制造精度等优点，适合使用在多种场合。

缺点：我们在设计的过程中尺寸没有考虑得当，摇杆摆动的幅度较小，实用性不大。

给进：将A、D固定铰链支座的距离靠近一下，还可以适当加大曲柄的长度（即可选择更大的齿轮以得到更大的曲柄长度）。

实验七平面机构创新设计实验一、实验目的1. 加深对机构组成原理的认识；进一步了解机构组成及其运动特征；2．训练实践动手能力，创新意识和综合设计的能力。

二、实验设备及工具1.平面机构设计组合创新实验台；2.活动扳手，固定扳手，内六角扳手，螺丝刀，安装锤、小油壶，直尺。

三、实验台结构1.组合机架组合机架是该实验台的主体，由底座和活动安装条部件两部分组成。

a．底座部分：主要起支承支架，安装电机板和电机用，与支架焊接组装为一整体。

电机可在底座上作左、右、前、后调整移动。

b．活动安装条部分：在底座支架上，垂直装有二根方管立柱，其底部与底座部份焊接成一整体，可将其支架承受的力传递到实验台上，减少架体的受力变形。

在支架体上采用滑条将5根活动安装条水平方向用螺栓与架体相联，实现左右灵活移动，在安装条上又安装若干个滑动块，且滑动块可随活动条上、下移动，调整任意间距。

2.组件清单包括组成机构的各种运动副、构件、动力源。

其中1）直线电机：10㎜/s，配直线电机控制器，根据主动滑块移动的距离，调节两行程开关的相对位置来调节齿条或滑块往复运动距离，但调节距离不得大于400㎜；注意：机构拼接未运动前，应先检查行程开关与装在主动滑块座上的行程开关碰块的相对位置，以保证换向运动能正确实施，防止机件损坏；2）旋转电机：10r/min，沿机架上的长形孔可改变电机的安装位置。

3.联接示图1)转轴相对机架的联接图7-1 转轴与机架的联接图按图7-1示联接好后，其中标号为“7或9”的转轴相对机架作旋转运动。

2)活动铰链座的安装图7-2 活动铰链座的安装图3)转动副的联接图7-3 转动副联接图按图7-3示联接好后，两连杆作相对旋转运动。

4)移动副的联接图7-4 移动副联接图按图7-4示联接好后，连杆与转动副轴作相对直线运动。

5)齿轮与主（从）动轴的联接图7-5 齿轮与主（从）动轴的联接图按图7-5示联接好后，齿轮与转动轴固定，可固接为一活动构件。