機構運動創新設計實驗
一、 實驗目的：
1、培養學生對機械系統運動方案的整體認識，加強學生的工程實踐背景的訓練，拓寬學生的知識面，培養學生的創新意識、綜合設計及工程實踐動手能力。
2、通過機構的拼接，在培養工程實踐動手能力的同時，可以發現一些基本機構及機械設計中的典型問題，通過解決問題，可以對運動方案設計中的一些基本知識點融會貫通，對機構系統的運動特性有乙個更全面的理解。
3、加深學生對平面機構的組成原理、結構組成的認識，了解平面機構組成及運動特性，進一步掌握機構運動方案構型的各種創新設計方法。
二、實驗裝置及工具：
1、創新組合模型一套，包括組成機構的各種運動副、構件、動力源及一套實驗工具。裝置名稱：zbs-c機構運動創新設計方案實驗台，實驗台元件清單如下：
zbs-c機構運動創新方案設計實驗台元件清單
1）齒輪：模數2，壓力角20°，齒數為28、35、42、56，單級齒輪傳動可實現四種基本傳動比，中心距組合為：63、70、77、84、91、98；
2）凸輪：基圓半徑20㎜，公升回型，從動件行程為30㎜；從動件採用對心滾子從動件；為保證凸輪和從動件始終保持接觸，還提供了彈簧使其產生力鎖合。
3）齒條：模數2，壓力角20°，單根齒條全長為400㎜；
4）槽輪：4槽槽輪；4工位；
5）撥盤：可形成兩銷撥盤或單銷撥盤；
6）主動軸：軸端帶有一平鍵，有圓頭和扁頭兩種結構型式（可構成迴轉或移動副）；
7）從動軸：軸端無平鍵，有圓頭和扁頭兩種結構型式（可構成迴轉副或移動副）；
8）轉動副軸（或滑塊）：用於兩構件形成轉動副或移動副；
9）復合鉸鏈ⅰ（或滑塊）：用於三構件形成復合轉動副或形成轉動副+移動副；
10）復合鉸鏈ⅱ（或滑塊）：用於四構件形成復合轉動副；
11）主動滑塊外掛程式：插入主動滑塊座孔中，使主動運動為往復直線運動；
12）主動滑塊座：裝入直線電機齒條軸上形成往復直線運動；
13）活動鉸鏈座ⅰ：用於在滑塊導向杆(或連桿)以及連桿的任意位置形成轉動-移動副；
14）活動鉸鏈座ⅱ：用於在滑塊導向杆(或連桿)以及連桿的任意位置形成轉動副或移動副。
15）滑塊導向杆（或連桿）；
16）連桿ⅰ：有六種長度不等的連桿；
17）連桿ⅱ：可形成三個迴轉副的連桿；
18）壓緊螺栓：規格m5，使連桿與轉動副軸固緊，無相對轉動且無軸向竄動；
19）帶墊片螺栓：規格m5，防止連桿與轉動副軸的軸向分離，連桿與轉動副軸能相對轉動；
20）層面限位套：限定不同層面間的平面運動構件距離，防止運動構件之間的干涉；
21）緊固墊片：限制軸的迴轉；
22）高副鎖緊彈簧：保證凸輪與從動件間的高副接觸；
23）齒條護板：保證齒輪與齒條間的正確嚙合；
24）皮帶輪與皮帶：用於機構主動件為轉動時的運動傳遞；
25）張緊輪：用於皮帶的張緊；
26）張緊輪支承杆：調整張緊輪位置，使其張緊或放鬆皮帶；
27）張緊輪銷軸：安緊張緊輪；
28）（螺栓m8）：特製，用於在連桿任意位置固緊活動鉸鏈座ⅰ；螺栓ⅲ；
29）直線電機：10㎜/s，配直線電機控制器，根據主動滑塊移動的距離，調節兩行程開關的相對位置來調節齒條或滑塊往復運動距離，但調節距離不得大於400㎜；注意：機構拼接未運動前，應先檢查行程開關與裝在主動滑塊座上的行程開關碰塊的相對位置，以保證換向運動能正確實施，防止機件損壞；
30）旋轉電機：10r/min，沿機架上的長形孔可改變電機的安裝位置；
31）標準件、緊韌體若干（a型平鍵、螺栓、螺母、緊定螺釘等）；
32）實驗台機架。
2、組裝、拆卸工具：一字起子、十字起子、呆搬手、內六角搬手、鋼板尺、捲尺。
3、實驗需自備筆和紙。
三、實驗原理
乙個好的機械原理方案能否實現，機械設計是關鍵。機構設計中最富有創造性、最關鍵的環節，使機構形式的設計。常用機構形式的設計方法有兩大類，即機構的選型和機構的構型。
1、機構形式設計的原則：
1）機構盡可能簡單：從四個方面加以考慮。一是機構運動鏈盡量簡短，完成同樣的運動要求，應優先選用構件數和運動副數最少的機構，這樣可以簡化機器的構造，從而減輕重量、降低成本。
此外也可以減少由於零件的製造誤差而形成的運動鏈的累積誤差，從而提高零件加工工藝性和增強機構工作的可靠性。二是適當選擇運動副：在基本機構中，高副機構只有3個構件，低副機構則至少有4個構件和4個運動副。
因此，從減少構件數和運動副數，以及設計簡便等方面考慮，應優先選用高副機構。但從低副機構的運動副元素加工方便、容易保證配合競渡以及有較高的承載能力等方面考慮，應優先選用低副機構。選用時應根據設計要求全面衡量得失，盡可能做到「揚長避短」。
在一般情況下，應先考慮低副機構，而且盡量少採用移動副（製造中不易保證高精度，運動中易出現自鎖）。在執行機構的運動規律要求複雜，採用連桿機構很難完成精確設計時，應考慮採用高副機構，如凸輪機構或連桿-凸輪機構。三是適當選擇原動機：
執行機構的形式與原動機的形式密切相關，不要僅侷限於選擇傳統的電動機驅動形式。如在只要求執行構件實現簡單的工作位置變換的機構中，採用氣壓或液壓缸作為原動機比較方便，它同採用電動機驅動相比，可省去一些減速傳動機構和運動變換機構，從而可縮短運動鏈，簡化機構，且具有傳動平穩、操作方便、易於調速等優點。此外，改變原動機的傳輸方式，也可能使結構簡化。
在多個執行構件運動的複雜機器中，若由單機（原動）統一驅動改為多機分別驅動，雖然增加了原動機的數目和電控部分的要求，但傳動部分的運動鏈卻可大為簡化，功率損耗也可減少。因此，在一台機器中指採用乙個原動機驅動不一定就是最佳方案。四是選購用廣義機構，不要僅侷限於剛性機構，還可選用柔性機構，以及利用光、電、磁和利用摩擦、重力、慣性等原理工作的廣義機構，許多場合可使機構更加簡單、實用。
2）盡量縮小機構尺寸：如周轉輪系減速器的尺寸和重量比普通定軸輪系減速器要小得多。在連桿機構和齒輪機構中，也可利用齒輪傳動時節圓作純滾動的原理或利用槓桿放大或縮小的原理等來縮小機構尺寸。
圓柱凸輪機構尺寸比較緊湊，尤其是在從動件形成較大的情況下。盤狀凸輪機構的尺寸也可借助槓桿原理相應縮小。
3）應使機構具有較好的動力學特性：一是採用傳動角較大的機構，以提高機器的傳力效益，減少功耗。尤其對於傳力大的機構，這一點更為重要。
如在可獲得執行構件為往復擺動的連桿機構中，擺動導桿機構最為理想，其壓力角始終為零。從減小運動副摩擦，防止機構出現自鎖現象考慮，則盡可能採用全由轉動副組成的連桿機構，因為轉動副製造方便，摩擦小，機構傳動靈活。二是採用增力機構，對於執行機構行程不大，而短時可服工作阻力很大的機構（如沖壓機械中的主機構），應採用「增力」的方法，即瞬時有較大機械增益的機構。
三是採用對稱布置的機構，對於高速運轉的機構，其作往復運動和平面一般運動的構件，以及偏心的迴轉構件的慣性力和慣性力矩較大，在選擇機構時，應盡可能考慮機構的對稱性，以較小運轉過程中的動載荷和振動。
2、機構的選型：
利用發散思維的方法，將前人創造發明出的各種機構按照運動特性或實現的功能進行分類，然後根據原理方案確定的執行機構所需要的運動特性或實現的功能進行搜尋、選擇、比較和評價，選出合適的機構形式。下表給出了當機構的原動件為轉動時，各種執行構件運動形式、實現機構及應用舉例，共機構選型時參考：
機構方案評價指標
連桿機構、凸輪機構、齒輪機構是最常用的首選機構，下表示對他們的初步評價，僅供參考。
典型機構的評價
3、機構的構型
當應用選型的方法初選出的機構形式不能完全實現預期的要求，或雖能實現功能要求但存在著機構複雜、運動精度不夠或動力效能欠佳等缺點時，可採用創新構型的方法，重新構築機構的形式。機構創新構型的基本思路是：以通過選型初步確定的機構方案為雛形，通過組合、變異、再生等方法進行突破，獲得新的機構。
1）利用組合原理構型新機構
將兩種以上的基本機構進行組合，充分利用各自的良好效能，改善其不良特性，創造出能夠滿足原理方案要求的、具有良好運動和動力特性的新型機構。如：齒輪—連桿機構，能使先進歇傳送運動、實現大擺角、大行程的往復運動、同時能較精確的實現給定的運動軌跡；凸輪—連桿機構更能精確的實現給定的複雜軌跡，凸輪機構雖也可實現任意的給定運動規律的往復運動，但在從動件作往復擺動時，受壓力角的限制，其擺角不能太大，將簡單的連桿機構與凸輪機構組合起來，可以克服上述缺點，達到很好的效果；齒輪—凸輪機構常自由度為2的差動輪係為基礎機構，並用凸輪機構為附加機構，主要應用於以下場合：
實現給定運動規律的變速迴轉運動、實現給定運動軌跡，如工具機的分度補償機構、誤差校正機構。
實驗三機構組合創新實驗指導書
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實驗四機構創新實驗指導書09試行
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《創新實驗》指導書
一 課程的性質 目的和任務 創新實驗是化學工程與工藝專業的必修綜合素質實踐課程，是在學習了所有的專業課程的基礎上進行的乙個綜合實踐性環節。該實驗以自主選題 自主設計 自主操作 自主 的方式進行。通過本實踐教學環節，培養學生實踐能力 創新能力，擴大學生知識面，樹立團隊協作精神，提高學生綜合運用所學知識...