实验十 平面机构创意组合分析测试实验

实验十平面机构创意组合分析测试实验

一、实验目的

1、加深学生对平面机构的组成原理及运动特点的了解。

2、培养学生的机构综合设计能力，创新能力和实践动手能力。

3、使学生了解组装的机构的运动特性，提高机构运动分析能力。

4、掌握机构运动特性测试方法。

二、实验设备及工具

1、ZNH-B平面机构创意组合分析测试实验台（参看“ZNH-B平面机构创意组合分析测试实验台组件清单”）：

1）齿轮：模数2，压力角20°，齿数60、75、90三种，中心距组合为：135㎜、150㎜、165㎜；

2）齿条：模数2、压力角20°，齿条全长为307㎜，该齿条可作为280㎜连杆或作为滑块导轨；

3）槽轮：4槽槽轮；

4）拨盘：单销拨盘；

5）凸轮：一种基圆半径45㎜，近休止——升——远休止——回型，从动件行程35㎜，升程为等速运动规律，回程为等加速等减速运动规律。另一个凸轮基圆半径为50㎜，行程35㎜，从动件为近休止——升——远休止——回型规律，推程与回程均为简谐运动规律；

6）支承轴：扁头结构型式，可构成回转副与移动副，为从动轴；

7）转动轴Ⅰ：圆头结构型式，可构成回转副，为从动轴；

8）转动轴Ⅱ：圆头结构型式，可构成回转副，为主动轴，轴端有平键，用于安装皮带轮；9）滑块转轴Ⅰ：用于与滑块的连接，可形成回转移动副；

10）滑块转轴Ⅱ：可形成一空套的回转副与移动副；

11）连杆Ⅰ：有三种不同长度的连杆；

12）连杆Ⅱ：可形成三个回转副的连杆；

13）连杆Ⅲ：长度L=135㎜；

14）滑块导路Ⅰ、Ⅱ：两滑块导路可组装成互相垂直的滑块导路，且还可作连杆使用；15）移动杆：该件主要与滑块转轴Ⅰ合用构成移动运动从而与凸轮接触构成直动杆凸轮机构；16）层面限位套：限定不同层面间的平面运动构件距离，防止运动构件之间的干涉；

17）定距板：用于曲柄滑块机构中的连杆与齿条保持固定距离；

18）压紧螺钉：规格M5，使连杆与转动副轴固紧，无相对运动且无轴向窜动；

19）带垫片螺钉：规格M5，防止连杆与转动副轴的轴向分离，连杆与转动副轴可相对转动；20）转动副轴：用于两构件形成转动副；

21）轴用带轮：装于转动轴Ⅱ上，形成运动输入；

22）滑块：由滑块支承板（件25）、销轴（件26）、滑套（件27），滑块挡板（件28）构成；23）联接销Ⅰ：（件29）

24）联接销Ⅱ：用于连接传感器导向板（件30）

25）高副锁紧弹簧：保证凸轮与从动件间的高副接触；

26）前后定位板（件46、件47）、螺钉（件50）组合用于固定角位移传感器。

27）线位移传感器支座：用于固定直线位移传感器

28）张紧轮：（件53）用于皮带的张紧；

29）张紧支承轴：（件54）用于张紧轮定位；

30）张紧支承板：（件55）调整张紧轮位置，使其张紧或放松皮带；

31）张紧轮轴：（件56）安装张紧轮；

32）旋转电机：带减速器直流电机，功率90W、转速0~50r/min；

33）标准件、紧固件若干（A型平键、螺栓、螺母、紧定螺钉等）；

34）实验台机架。

2、组装、拆卸工具：十字起子、呆搬手、内六角搬手、钢板尺、卷尺等。

3、实验需自备笔和纸。

三、实验原理、方法与步骤

1、实验原理：

根据平面机构的组成原理：任何平面机构都可以由若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上而构成，故可通过实验规定的机构类型，选定实验的机构，并拼装该机构；在机构适当位置装上测试元器件，测出构件的每时每刻的线位移或角位移，通过对时间求导，得到该构件相应的速度和加速度，完成参数测试。

2、实验方法与步骤：

1）掌握平面机构的组成原理；

2）熟悉本实验中的实验设备，各零、部件功用，安装、拆卸工具和测试器件；

3）选定平面机构运动方案，形成拼接实验内容；

4）正确拼接平面机构，将各基本杆组按运动传递规律顺序拼接到原动件和机架上；

5）正确安装测试元器件；

6）完成实验测试内容。

四、实验内容

本实验台可提供十三种平面机构组合方案进行测试实验。实验时，首先由学生选定或教员指定测试实验的机构类型，若为杆件平面机构，各杆件长度可作适当调整组合变换，从而得到不同的运动特性，学生确定构件尺寸并选定构件后，先完成机构的组合拼装，并在适当位置装置测试元器件，准备进行相关参数的测试与分析。

1、齿轮+齿轮齿条机构：（手动测试）

图5-1 齿轮+齿轮齿条机构

齿轮Z 1为主动件，速度为n 1；

????

???????=?=?=???=)(22)()(602222412121214齿条位移单位为弧度齿条速度θθθθπz m d s z z n z z m v Z 1主动，可测量齿条速度、位移；齿条主动，则可通过齿条位移测量齿轮Z 1回转角度和角速度。另外，通过加速度传感器，还可测出由于齿轮加工误差，安装误差等引起的齿轮Z 1或齿条4的加速度变化。

2、齿轮-对心滑块机构：

图5-2 齿轮-对心滑块机构

齿轮Z1为主动件，速度n1；曲柄1与齿轮2固联（铰链C可直接在齿轮上的不在回转轴线上的圆孔处拼接形成）。

滑块导路延长线通过齿轮2的回转轴线。

曲柄1的尺寸可有两种（即：更换不同的齿轮2），而连杆2的长度则可选择不同长度的连杆形成。

测试参数：滑块3的位移、速度、加速度；

3、齿轮-偏心滑块机构

图5-3 齿轮-偏心滑块机构

齿轮Z1为主动件，速度为n1；

结构特点；杆件L1与齿轮Z2固联，铰链C可直接由齿轮Z2不在圆心上的孔拼接形成；滑块导路延长线与齿轮2回转中心偏心距为e。

曲柄L1可用两个不同的尺寸齿轮形成两个尺寸不等的曲柄，连杆L2的长度则可选择不同长度的连杆形成。

测试参数：滑块3的位移、速度、加速度。

4、尖顶从动件凸轮机构Ⅰ：

图5-4 尖顶从动件凸轮机构Ⅰ

凸轮1为主动件，以ω1匀速转动。

结构特点：对心移动从动件凸轮机构。凸轮推程为等速运动规律，回程为等加速等减速运动规律。

测试参数：从动件2的位移、速度、加速度。

5、尖顶从动件凸轮机构Ⅱ：

图5-5 尖顶从动件凸轮机构Ⅱ

凸轮1为主动件，以ω1匀速转动。

结构特点：对心移动从动件凸轮机构。凸轮推程回程均为简谐运动规律。

测试参数：从动件2的位移，速度和加速度。

6、槽轮机构

图5-6 槽轮机构

拨盘1为主动件，以角速度ω1匀速转动。

测试参数：槽轮2的角位移、角速度、角加速度。

7、齿轮-曲柄摇杆机构：

摇杆3在左极限位为零位

图5-7 齿轮-曲柄摇杆机构

齿轮1为主动件，以ω1角速度匀速转动。也可只测试曲柄摇杆机构，以曲柄1为主

动件。

结构特点：由一级齿轮机构与曲柄摇杆机构构成，其中曲柄1与齿轮Z2固联，构件1

可有两种不同尺寸（由两个不同齿轮构成），杆件2、3、4均可在构件允许范围内调整长度。

测试参数：摇杆3的角位移、角速度、角加速度。

8、摆块机构

曲柄在上极限位为角位移零位

图5-8 摆块机构

以构件1为主动件，角速度ω1匀速转动。

测试参数：摆块3的角位移、角速度、角加速度。

9、摆动导杆+偏置滑块机构

图5-9 摆动导杆+偏置滑块机构

杆件1为主动件，以角速度ω1匀速转动。

结构特点：该机构由摆动导杆机构和摆杆滑块机构构成；杆件1可由齿轮取代（齿轮上不在其回转中心的孔为铰链B的位置）。杆件1、3、4和AC尺寸可在允许范围内调整。滑块5导路延长线不通过铰链A也不通过铰链C，导路延长线距铰链C位置可调整。

测试参数：1）导杆3的角位移，角速度和角加速度；

2）滑块5的位移、速度和加速度。

10、摆动导杆机构+对心滑块机构：

图5-10 摆动导杆机构+对心滑块机构

构件1为主动件，以角速度ω1匀速转动。

结构特点：该机构由摆动导杆机构和摆杆滑块机构构成；滑块5导路延长线通过铰链A。

构件1可由齿轮取代（齿轮上不在其回转中心的孔为铰链B的位置）。杆件1、3、4和AC尺寸可在允许范围内调整。

测试参数：1）导杆3的角位移、角速度和角加速度；

2）滑块5的位移、速度和加速度。

11、曲柄摆块-齿轮齿条机构：

图5-11 曲柄摆块-齿轮齿条机构

构件1为主动件，以角速度ω1匀速转动。

结构特点：该机构由曲柄摆块机构和齿条齿轮机构组成；齿条中线平行于导杆2，齿轮Z1空套在滑块3的轴上，即：齿轮Z1和滑块3可相对转动。导杆2在滑块3中移动并随滑块3摆动时带动齿条运动，并使齿轮Z1转动。

构件1可由齿轮取代，构件1和AC尺寸均可在允许范围内调整。

测试参数：齿轮Z1的摆角、角速度和角加速度。

12、正弦机构：

图5-12 正弦机构

杆件1为主动件，以角速度ω1匀速转动。

结构特点：该机构为双滑块机构构成，滑块3和滑块2导路互相垂直，且滑块3导路延长线通过铰链A。

曲柄1可由齿轮构成，齿轮上不在回转轴线上的孔作为转动滑块2的铰链。

测试参数：滑块3的位移、速度和加速度。

13、导杆-摇杆机构：

滑块B在左极限位置时，角位移传感器零位ω1=30转/分

图5-13 导杆-摇杆机构

杆件1为主动件，以角速度ω1匀速转动。

结构特点：该机构由曲柄导杆机构和双摇杆机构构成。曲柄1可由齿轮构成，滑块2的铰链拼装在齿轮上不在回转轴线的孔中。构件1、AC、CF、构件4、5尺寸均可在允许范围内调整。

测试参数：摆杆5的角位移、角速度和角加速度。