实验二 机构运动方案创新设计
一、实验设备及工具：
1.ZBS-C型、CTPJ-B型机构运动创新设计方案实验台 2.配套工具、量具等
二、实验目的：
1．加深学生对平面机构的组成原理、结构组成的认识，了解平面机构组成及其运动特点。 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．验证、巩固所学平面四杆机构的基本知识。 4．验证平面四杆机构有曲柄的条件。
三、实验原理和方法
1．实验原理：
机构具有确定运动的条件是其原动件的数目应等于其所具有的自由度的数目。因此，机构可以拆分成机架、原动件和自由度为零的构件组。而自由度为零的构件组，还可以拆分成更简单的自由度为零的构件组，我们将最后不能再拆的最简单的自由度为零的构件组称为基本杆组（或阿苏尔杆组），简称为杆组。反过来，任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次连接到机架和原动件上的方法而形成。因此，上述机构的组成原理是机构创新设计拼装的基本原理。
2．实验方法：
1）熟悉本实验中的实验设备，各零、部件功用和安装、拆卸工具； 2）自拟平面机构运动方案，形成拼装实验内容； 3）正确拼装各基本杆组；
4）将基本杆组按运动传递规律顺序联接到原动件和机架上，形成完整的机构或机构的组合。 5）验证机构能否按设计要求灵活运转。
四、机构运动创新设计方案实验台简介
该实验台配备有四个基价和一个零件柜。可供四组同学同时实验。机架即是装拆平台（如图1所示），主要由立柱、滑块、上横梁、下横梁、电机、电机座等组成。松开立柱两端的紧固螺钉，立柱可在上下横梁的滑槽中左右移动。松开滑块上的内六角螺钉，可上下移动滑块。零件柜中有各种长度的低副杆、回转副、移动副、复合铰链、凸轮、齿轮、齿条、槽轮等各种基本构件和各种联接件。用这些基本构件和联接件可在机架上拼接出各种平面机构的运动方案。
五、拼装的步骤：
1.正确拼装杆组
将机构创新模型中的杆组，根据给定的运动学尺寸，在平板上试拼机构。拼接时，首先要分层，一方面是为了使各构件的运动在相互平行的平面内进行，另一方面是为了避免各构件间的运动发生干涉，因此，这一点是至关重要的。
试拼之后，从最里层装起，依次将各杆组连接到机架上去。杆组内各构件之间的连接已由机构创新模型提供，而杆组之间的连接可参见下述的方法。 2.实现确定运动
试用手动的方式驱动原动件，观察各部分的运动都畅通无阻之后，再与电机相联，检查无误后，方可接通电源。 3.分析机构的运动学及动力学特性
通过观察机构系统的运动，对机构系统的运动学及动力学特性做出定性的分析。
具体做法如下：
1）调整实验台机架：
实验台机架中有5根铅垂立柱，均可沿X方向移动。移动前旋松在电机侧安装在上、下横梁上的立柱紧固螺钉，并用双手移动立柱到需要的位置后，将立柱与上（或下）横梁靠紧再旋紧立柱紧固螺钉（立柱与横梁不靠紧旋紧螺钉时会使立柱在X方向发生偏移）。
注：立柱紧固螺钉只需旋松既可，不允许将其旋下。
立柱上的滑块可在立柱上沿Y方向移动，要移动立柱上的滑块，只需将滑块上的内六角平头紧定螺钉旋松即可（该紧定螺钉在靠近电机侧）。
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图1 实验台机架图
2）拼装杆组：
先从原动件开始，按运动传递规律进行拼装。拼装时，应保证各构件均在相互平行的平面内运动，这样可避免各运动构件之间的干涉，同时保证各构件运动平面与轴的轴线垂直。拼装应以机架铅垂面为参考平面，由里向外拼装。
注意：为避免连杆之间运动平面相互紧贴而摩擦力过大或发生运动干涉，在装配时应相应装入层面限位套。
3）主、从动轴与机架的连接
按图2方法将轴联接好后，主（或从）动轴相对机架不能转动，与机架成为刚性联接；若件22（图中零件的编号均为零件柜中零件的编号）不装配，则主（或从）动轴可以相对机架作旋转运动。 4）转动副的连接：
按图3示联接好后，采用件19联接端连杆与件9无相对运动，采用件20联接端连杆与件9可相对转动，从而形成两连杆的相对旋转运动。
图2 主、从动轴与机架的连接
图3 转动副连接图
5）移动副的连接：
按图4所示拼接。
图4 移动副连接图
6）活动铰链座Ⅰ的安装：
如图5，可在连杆任意位置形成铰链，且件9如图5装配，就可在铰链座Ⅰ上形成回转副或形成
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回转-移动副。
图5 活动铰链座Ⅰ连接图 图6 活动铰链座Ⅱ的连接图
7）活动铰链座Ⅱ的安装：
如图6，可在连杆任意位置形成铰链，从而形成回转副。 8）复合铰链Ⅰ的安装：（或转-移动副）如图7
将复合铰链Ⅰ铣平端插入连杆长槽中时构成移动副，而联接螺栓均应用带垫片螺栓。
图7 复合铰链Ⅰ的连接图
9）复合铰链Ⅱ的安装（如图8）：
图8 复合铰链Ⅱ的连接图
复合铰链Ⅰ联接好后，可构成三构件组成的复合铰链，也可构成复合铰链+移动副。 复合铰链Ⅱ联接好后，可构成四构件组成的复合铰链。
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10）齿轮与轴的连接图：
图9 齿轮与主（从）动轴的连接图
11）凸轮与轴的连接图：
图10凸轮与主（从）动轴的连接图
12）凸轮副连接图：
图11 凸轮副连接图
按图11示连接后，连杆与主（从）动轴间可相对移动，并由弹簧23保持高副的接触。 13）槽轮机构连接：
如图12所示，拨盘装入主动轴后，应在拨盘上拧入紧定螺钉37，使拨盘与主动轴无相对运动；同时槽轮装入主（从）动轴后，也应拧入紧定螺钉37，使槽轮与主（从）动轴无相对运动。
图12 槽轮机构连接图
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14）齿条相对机架的连接：
图13 齿条相对机架的连接图
如图13连接后，齿条可相对机架作直线移动；旋松滑块上的内六角螺钉，滑块可在立柱上沿Y方向相对移动（齿条护板保证齿轮工作位置）。 15）主动滑块与直线电机轴的连接：
图14 主动滑块与直线电机轴的连接图
当由滑块作为主动件时，如图14示将主动滑块座与直线电机轴（齿条）固连即可。
六、实验内容及要求：
1.搭接活动构件n≥5的机构2或3个，画出机构运动简图，并求出自由度，试说明该机构的用途；
2.自由度F不得大于2； 3.原动件为曲柄或滑块。
实验时2-3名学生一组，构思机构的运动方案并完成机构运动方案的拼接。拼接好后先用手转动原动件，检验机构运动是否灵活。无“憋劲”、卡死现象才能启动电动机带动。教师验收合格，拼装成功。最后将拼装的机构拆下，所有零件放回原处。实验结束。
七．拼装练习参考图例：
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