机构组合创新总结报告

机电创新实践课程实践总结报告

班级：机械工程系机电15-1班

姓名：李振、陈再兴、董旭、

刘洋洋、刘博文

实践名称：机构组合与创新设计

实践地点：实验1号楼205

实践时间：2018.10.21

指导教师：王仲文

哈尔滨理工大学荣成学院

完成时间：2018 年10 月23 日

目录

一、实践目的及内容 (3)

1.1 实践目的 (3)

1.2 实践内容 (3)

二、实践用设备及仪器 (3)

三、实践结果分析 (3)

3.1 机构的串联组合 (3)

3.2 机构的并联组合 (5)

3.3 机构的封闭组合 (6)

3.4 机构的组合创新 (7)

四、团队分工介绍 (9)

五、个人收获与总结 (10)

一、实践目的及内容

1.1 实践目的

1. 了解机构的变异与创新设计，掌握三维空间机构的组成、原理及运动特性。能够应用三维空间机构创新平台完成各种空间机构的搭接，应用机构模块进行机构组合创新设计。

2. 掌握不同机构组合方法的特点，学会区分不同组合创新类型。熟练使用空间机构创新平台完成各种机构组合设计的实物搭建，加深对组合创新思路的理解。

3. 培养动手操作能力和机构创新设计能力，锻炼动手操作与创新设计能力。

1.2 实践内容

1. 分析已有简单的机构。在此机构基础上，运用机构组合创新设计的理念，分别组合不同的简单机构，得到能满足机构的串联、并联、叠加以及封闭四种组合创新设计方案的机构运动简图，并分析该方案属于何种组合形式。给出优缺点介绍以及组合原理分析。

2. 利用空间创新设计平台对获得的组合方案进行实物搭接。

3. 自行完成一款机构组合创新设计，在平台上进行实物拼装和方案验证。

二、实践用设备及仪器

1. 创新组合模型一套，包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具。

设备名称：ZBS-C机构运动创新设计方案实验台。

2. 工具：扳手、螺丝刀、卷尺等若干。

三、实践结果分析

3.1 机构的串联组合

前一个机构的输出构件与后一个机构的输入构件刚性连接在一起，称之为串联组合。前一个机构称为前置机构，后一个机构称为后置机构。其特征是前置机构和后置机构都是单自由度的机构。本实验选择齿轮机构与曲柄摇杆机构串联组合，组合搭建结果如图3-1所示，团队成员成果如图3-2所示。

串联机构组合可以实现后置机构的速度变换，工程中应用的原动机大都采用输出转速较高的电动机或内燃机。为满足后置机构低速或变速的工作要求，前置机构常采用各种齿轮机构、齿轮机构与V带传动或链传动机构。其中齿轮机构已经标准化、系列化，是应用最为广泛的实现速度变换的前置机构。可以实现后置机构的运动变换，串联一个前置连杆机构，并通过适当的尺度综合，可使后置连杆机构获得预期的运动规律。

图3-1 机构的串联组合搭建示意图

图3-2 团队成员搭建结果合影

根据搭建的机构串联组合，可以绘制出机构串联组合的机构运动简图如图3-3所示。

图3-3 机构串联组合运动简图

电动机皮带轮带动大齿轮转动，连杆BO2与大齿轮固定在一起，使其与大齿轮一起转动，进而带动连杆BC运动，从而使CD连杆完成摆动，使得齿轮机构与曲柄摇杆机构串联在一起。

3.2 机构的并联组合

若干个单自由度的基本机构的输入构件连接在一起，保留各自的输出运动；或若干个单自由度机构的输出构件连接在一起，保留各自的输入运动；或输入构件连接在一起、输出构件也连接在一起；均称为并行连接。其特征是各基本机构均是单自由度机构，对称并联相同的机构，可实现机构的平衡。机构的并联组合还可以实现运动的分解与合成，改善机构受力状态。

I型并联组合机构可实现机构的惯性力完全平衡或部分平衡，还可实现运动的分流。Ⅱ型并联组合机构可实现运动的合成，这类组合方法是设计多缸发动机的理论依据，III型并联组合机构常应用在压力机中。

本实验选择搭建两曲柄滑块机构的并联组合，属于I型并联机构。其中两个机构曲柄连接在一起，成为共同的输入构件，两个滑块各自输出往复运动，可实现机构的惯性力完全平衡或部分平衡，搭建的组合结果如图3-4所示，团队成员成果如图3-5所示。

图3-4 并联机构组合搭建示意图

图3-5 团队成员搭建结果合影

根据搭建的机构并联组合，可以绘制出机构并联组合的机构运动简图如图3-6所示。

图3-6 并联组合机构运动简图

与A点铰接的连杆BD作为并联机构的主动件，电动机通过皮带轮带动连杆BD运动，通过连杆BC与连杆DE的运动，进而带动两个滑块的转动，使得组合成并联机构，组合的并联机构有一个输入，就是曲柄摇杆的转动，有两个输出为两个滑块输出的往复运动。

3.3 机构的封闭组合

一个两自由度机构中的两个输入构件(或两个输出构件或一个输入一个输出构件)用单自由度的机构连接起来，形成一个单自由度的机构系统，称为封闭式连接。机构的封闭组合特征是基础机构为二自由度机构，附加机构为单自由度机构。

基础机构和附加机构的种类不同，所得到的组合机构不同，其设计方法也有所不同。根据封闭式机构输入与输出特性的不同，共有3种封闭组合方法，分别为I型封闭组合机构、II型封闭组合机构和III型封闭组合机构。

本实验选择II型封闭组合机构进行搭建，搭建的组合结果如图3-7所示，团队成员成果如图3-8所示。

图3-7 封闭机构组合搭建示意图

图3-8 团队成员搭建结果合影

根据搭建的机构封闭组合，可以绘制出机构封闭组合的机构运动简图如图3-9所示。

图3-9 机构封闭组合运动简图

本实验组合的封闭机构是由齿轮啮合机构、铰链四杆机构和凸轮机构组成，电动机带动齿轮啮合运动，连杆AB与小齿轮固定在一起，通过齿轮的转动实现连杆的运动，实现连杆DE的运动与凸轮的运动，进而构成了封闭组合机构。

3.4 机构的组合创新

结合所学的知识，机构组合创新有串联、并联、叠加和封闭四种，本次实验选择搭建曲柄摇杆型插床的插削机构，对典型的曲柄摇杆机构进行创新设计，插床是常用的机械加工设备，用于齿轮、花键和槽形零件等的加工。搭建的组合结果如图3-10所示，团队成员成果如图3-11所示。

图3-10 创新组合机构组合搭建示意图

图3-11 团队成员搭建结果合影

根据搭建的机构创新组合机构，可以绘制出创新组合机构的机构运动简图如图3-13所示。插床主要由带转动、齿轮传动、连杆机构和凸轮机构等组成。电动机经过带传动、齿轮传动减速后带动曲柄1回转，再通过导杆机构1－2－3－4－5－6，使装有刀具的滑块沿道路y－y作往复运动，以实现刀具切削运动。为了缩短空程时间，提高生产率，要求刀具具有急回运动。刀具与工作台之间的进给运动，是由固结于轴O2上的凸轮驱动摆动从动件O4D和其他有关机构来实现的。

基于曲柄摇杆设计的插削机构，结构简单，运动规律简单，具有急回特性，受力简单，不会出现死点的现象。而此机构压力角较小，可以传递较大的力，而且传递效率高。

图3-12插床机构运动简图

图3-13 曲柄摇杆型插床的插削机构运动简图

在电动机的带动下，曲柄AB做整周回转运动，带动摇杆和滑块运动，带动中间摇杆实现摆动，通过二者的运动，带动滑块实现上下的直线往复运动，实现插床的插削功能。

四、团队分工介绍

本次机构组合创新实践所有机构的选择以及创新主要由李振完成，各类组合机构的搭建主要由李振指导，团队全体成员共同完成的。

机构串联组合的搭建过程主要由刘博文与刘洋洋共同完成，机构并联组合的搭建主要由李振、陈再兴和董旭完成，机构封闭组合的搭建主要由李振、陈再兴、董旭和刘博文完成搭建，最后的组合创新机构主要由李振、董旭和陈再兴搭建完成，整个实验的设备调试由李振、刘博文和董旭完成。在整个机构搭建过程中，每个实验的零部件安装以及拆卸主要由董旭和刘博文完成。

实验总结报告主要由李振完成，大家分工作业，李振完成汇总以及排版、审核和校对等工作。

五、个人收获与总结

1. 李振收获与总结

机械创新设计实践是机械类专业学生的实践环节，对于提高我们的创新设计和创新实践能力非常重要。机械创新实践旨在培养我们学生的综合机械方面的相关基础知识，可以促使我们将理论知识充分应用到实践中，充分发挥我们的创造力，提高我们的创新能力。

本次机构组合创新实践可以使我们把课本中所学的内容与实际的动手操作相结合。本次实验给我们提供了实际操作的平台，以及机构创新的平台，这胜于我们大学四年学习机械类的课程，也可以说是一个校验过程、认识和总结的过程。在一定的基础上提高我了我们对机械的认识，完全是亲自接触，由此我们自己也有了较深的体会。创新设计是一次非常难得的机会，可以让自己将学习的理论知识与实际相结合。通过此次设计的锻炼，使得自己的综合运用知识能力和应用技能都得到了提高。机械创新实践不仅可以提高我们对机械的认识以及兴趣，更多的是可以改善我们学习理论知识的进度，提高学习的兴趣，从而使我们学到真本事，更加了解机械相关的知识。

通过本次实验，让我了解到团队合作精神的重要性，团队合作是一种为达到既定目标所显现出来的自愿合作和协同努力的精神。它可以调动团队成员的所有资源和才智，并且会自动地驱除所有不和谐和不公正现象，同时会给予那些诚心、大公无私的奉献者适当的回报。在学习研究和实验操作过程中，我的动手能力，思维的理论转化实践的能力，出现故障，纠正故障的能力，队员之间团结协作的能力都提高了很多。

2. 董旭收获与心得

在机构的组合与创新设计实验中，通过分析已有的简单机构，在此基础上，运用机构组合创新设计的理念，我们能够得到能够满足机构的串联，并联及封闭组合的创新设计方案并在实验台上进行安装连接。

在串联机构中，我们选用了连杆、齿轮机构，通过齿轮的转动，能够实现后置连杆机构的速度变换。在并联机构中，我们选用了两个曲柄滑块机构的并联组合，其中两个机构曲柄连在一起，成为共同的输入构件，两个摇杆均输出往复摆动。在封闭机构中，选用了齿轮，凸轮，连杆机构的组合，完成了封闭组合机构。

在实验中，较强的锻炼了动手实践能力，学会了如何把各种基础构件安装在实验台上，如何选择合适的零件型号，如何调试零件的位置使之能够在实验台上顺畅运动，以及学会了扳手等基本工具的使用。在实验中，也遇到了一些困难，如构件的选型不合适，构件组合的位置不适宜，电动机皮带打滑，电动机动力不

足等问题，但我们人多力量大，最终克服了一个又一个难题，最终实现了实验的要求结果。

通过这次实验，使我进一步明白了自己知识学习的浅薄，自己能力的不足，书本上的知识是基础，只有将书本上所学的知识融会贯通，并与自己的思考相融合，才能使一门知识真正的能够为自己所掌握，只有这样，才能更好的把所学所想付诸于实践，才能学有所用。这次实验使我受益匪浅。

3. 陈再兴收获与心得

本次试验是机构的组合与创新设计实验本次实验的目的是让我掌握不同机构组合方法的特点，学会区分不同组合创新类型熟练使用空间机构创新平台完成各种机构组合设计的实物搭建，加深对组合创新思路的理解，锻炼动手操作与创新设计能力。

在本次试验中我们依次进行设计了串联机构、并联机构、封闭机构、以及我们自主创新的一个机构。在试验开始的时候我们遇到了很多的困难比如连杆的距离不好确定，或者是启动电机后皮带无法带动器械，但是我们没有被这些困难所打倒，我们一同研究，互相努力，最后终于成功地完成了实验。在实验过程中我们在做第一个串联实验的时候，由于连杆的长短和之间相距的距离无法确定，只能由我们自己一点点的去实践，花费了很多时间后我们才成功的完成了串联机构。在制作封闭环组合机构时我们遇到的主要问题是由于所选择的凸轮与我们所需求的凸轮有一定的差距，使得每次在实验过程中凸轮总是无法固定在相应位置，从而导致在实验过程中运动的实际情况与我们所构想的情况有一定区别，但是最后还是在我们的共同努力下，成功克服了这个困难。在最后的创新机构中我们也遇到了一些问题，但最后都由我们发现并成功克服了这些问题。

通过这次实验让我对于机械创新设计的课程内容有了更深刻的理解，以及让我把平时课堂上学习的知识进行了实践，增强了自己的动手能力。

4. 刘博文收获与心得

这次机电创新实践实验课，在小组组长的带领下，我们成功组建了很多基本运动机构，最初在看到老师给我提供了实践操作平台和各种各样的零件后，本以为组装机构就是把零件互相连接起来就可以达到目的，但到了真正动手的时候，我们才发现并不是这样，为了让机构能正常的运动起来，确定连杆的长短和所在位置就不是一件容易的事，所以，按照课本上的封闭型机构，我们选择了合适的连杆后，经过确定大概的位置，固定了支撑架，一切准备就绪后，在连接组装的过程中我们发现，组装里面也有很多细节，虽然这些机构的运动并不复杂，但有时连杆在转动的时候可能会和其他的零件发生碰撞或阻碍，所以这时我感受到了套筒、垫片这些辅助零件的重要性，而在拆卸重新安装的过程中是非常耗费时间的，所以我领悟到这些细节的重要性，最终达到了目的。

这次实验中，在一定基础上提高了我对机械的认识，完全是亲自接触，由此我们有了很深的体会，提高了我对机械的兴趣，增加了我们的动手能力、团队合作能力，更重要的是让我学到了在必修中无法获得的知识，使我对这堂实验课的印象非常深刻。

5. 刘洋洋收获与心得

第二次的实验难度明显比第一次实验难度增加，看着自己完成的作品我们的心理才松了口气，在紧张的工作中，我们感受到了团队合作的必要性，要是没有队友的合作我也许也可能完成工作，但是效率就根本没有团队一起动手的高，作

品也不会有团队一起做出来的完美，在此我也要感谢我的队友，我争取在以后的学习中，学习更多的理论知识，抓住机会，争取在下次进入实验室有更大的收获。将所学的知识用于实践中，这将会是我的综合能力得到全面的提高。对于我来说，这样的实验，这样的实验环境是一个难得的机会，我们都应该珍惜，并且一定要抓住机会，展现自己的能力，创造出属于自己的产品。

经过一上午的实践，我又掌握了以前没有掌握的知识，更重要的是我懂得了什么才叫实践是检验真理的唯一标准，发现现在的我们真的太缺乏实践能力了，我们应该多实践，只有实践才能有想法，才有创新。这不仅仅是一次实验，更是一次对我们思维的锻炼，也是对我们的团队意识的一次锻炼以及动手实践能力的提升。本次实验使我更加了解了机械结构以及机械机构的组合方式，对机械类专业有了更加深刻的认识，锻炼了自己的动手能力，提高了自己的创新意识以及创新能力。