开放性实验报告
实验名称：机构创新组合与设计开放性实验
院系：机械与材料工程学院
专业：机械与材料工程学院
班级学号：
学生姓名：
指导老师：
起止时间：2014.12.2-2014.12.19
2014年12 月16 日
机构组合创新设
一、实验目的与要求
1.目的
1）加深学生对机构组成理论的认识，熟悉杆组概念，为机构创新设计奠定良好的基础。
2）利用若干不同的杆组，拼接各种不同的平面机构，以培养学生机构运动创新设计意识及综合设计的能力。
3）训练学生的工程实践动手能力。
2.要求
1）根据所拆杆组，按不同顺序排列杆组，分析可能组合的机构运动方案有哪些，并能用运动简图表示出来。
2）通过实验，了解位移、速度、加速度的测定方法；转速及回转不匀率的测定方法
3）通过比较理论运动曲线与实测运动曲线的差异，并分析起原因，增加对运动速度特别是加速度的感性认识。
二、实验仪器与设备
一组机构系统创新组合模型（包括4个架）基本配置所含组件如下：
1．接头
接头分单接头和组合接头两种：单接头有5种形式，组合接头有4种形式。（1）单接头J1螺纹分左旋和右旋两种。方头的侧面
上，为12×12方通孔。（2）单接头J2螺纹分左旋和右旋两种。方头的侧面上，为φ12圆通孔。
（3）单接头J3螺纹全部为右旋，方头的侧面上为12×12方通孔，且螺杆端有一段φ12的过渡杆，根据长度的不同分为6种，即：从短至长适应一到六层的分层需要，便于不同层次联接选择。
（4）单接头J4为L形状，两垂直面上，一面为方通孔，另一面为圆通孔。
（5）单接头J5有一方孔，其两垂直右旋螺杆上有一端带有φ12圆柱，根据圆柱长度不同分为6种，即：从短至长适应一到六层的分层需要，便于不同层次联接选择。
（6）组合接头J1/J7有两种，J1与J7之间可相对旋转。两种组合接头组合形状一样，但其中一种为一右旋和一左旋螺纹，另一种为两左旋螺纹。
（7）组合接头J6/J4，J6与J4之间可相对旋转。其中：J6为一带方孔的方块。（8）组合接头J6/J7，J6与J7之间可相对旋转。其中：J6为一带方孔的方块。
2．连杆
（1）连杆为正方形杆件，可套入接头的方孔内进行滑动和固定，共有7种不同长度，可用于各种拼接。杆长在60~300 mm内能分段无级调整，超过300 mm的杆可另行组装而成。小于60 mm的杆件可利用齿轮或凸轮上的偏心孔。
（2）连杆两端各有右旋及左旋M8螺孔，可通过ZLM齿条连接螺钉
将连杆相互连接到所需长度，也可通过HM—1换向螺钉将左旋螺孔
转为右旋螺孔，两端孔还可根据需要和其他接头零件相连。
3.组合机架
三、实验方案设计
1.查阅资料、提出方案
1．正确拆分杆组
从机构中拆出杆组具有三个步骤：
1）先去掉机构中的局部自由度和虚约束；
2）计算机构的自由度，确定原动件；
3）从远离原动件的一端开始拆分杆组，每次拆分时，先试着
拆分出II级组，没有II级组时，再拆分III级组等高级
组，最后剩下原动件和机架。
2.方案的讨论与确定
拆去一个杆组或一系列杆组后，剩余的必须为一个与原机构具有相同自由度的子机构或若干个与机架相联的原动件，不能有不成组的
零散构件或运动副存在；全部杆组拆完后，只应当剩下与机架相联的
原动件。
四、实验过程（步骤）
（一）步骤
1.学生使用“机构创新组合设计实验台”提供的各种零件。按照自己的运动方案简图，先在桌面上进行机构的初步试验组装，这一步的目的是杆件分层。一方面为了使各个杆件在互相平行的平面内运动，一一方面为了避免各个杆件，各个运动副之间发生运动干涉。
2.按照上一步骤试验好的分层方案，从最里层开始，依次将各个杆件组装连接到机架上。选取构件杆，连接转动副或移动副。凸轮。齿轮。齿条与杆件用转动副连接，凸轮。齿轮。齿条与杆件用移动副连接，杆件以转动副的形式与机架相连，杆件以移动副的形式与机架相连，最后组装连接输入转动的原动件或输入移动的原动件。
3.根据输入运动的形式选择原动件。若输入运动为转动（工程实际中以柴油机，电动机等为动力的情况），则选用双轴承式主动定铰链轴或蜗杆为原动件，并使用电机通过软轴联轴器进行驱动。若输入运动为移动（工程实际中以油缸，气缸等为动力的情况），可选用适当行程的气缸驱动，用软管连接好气缸，气控组件和空气压缩机并进行空载形成实验。
4.试用手动的方式摇动或推动原动件，观察整个机构各个杆，副的运动，确定运动没有干涉后，安装电动机，用柔性联轴节将电机与机构相连，或安装气缸，用附件将气缸与机构相连。
5.观察机构系统的运动，对机构系统的工作到位情况，运动学及动力学特性作出定性的分析和评价。一般包括如下几个方面：
①各个杆、副是否发生干涉
②有无形成运动副的两构件的运动不在一个平面，因而出现摩擦力过大的现
象
③输入转动的原动件是否为曲柄。
④输出构件是否具有急回回特性。
⑤机构的运动是否连续。
⑥最小传动角（或最大压力角）是否超过其许用值。
⑦机构运动过程中是否产生刚性冲击或柔性冲击。
⑧机构是否符合设计要求、是否运动到位、灵活可靠。
⑨多自由度机构的几个原动件，能否使整个机构实现良好的协调动作。
⑩动力元件的选用及安装是否合理，是否按预定的要求正常工作。
6.若观察到机构系统运动出现问题，则必须按前述步骤进行组装调整，直到该模型机构完全按照设计要求灵活、可靠地运动。
7.至此已经用实验方法确定了设计方案和参数，再测绘自己组装的模型，换算出实际尺寸，填写实验报告，包括按比例绘制正规的机构运动简图，标注全部参数，计算自由度，划分杆组，简述各项评价情况，指出自己有所创新之处，指出不足之处并简述改进的设想。
（二）过程
1．设计机构
结构说明：如图20所示滑块1为主动件，通过连杆2驱动机构ABCD，将从加热炉出料的铸锭6送到升降台7。
工作原理和特点：图中实线位置为出炉铸锭进入盛料器3内，盛料器3即为双摇杆ABCD中的连杆BC，当机构运动到虚线位置时，盛料器3翻转180°把铸锭卸放到升降台7上。
