文档介绍：“机械方案创意设计模拟实施”
实验指导书
西南交通大学机械原理与设计实验室卢存光编
西南交通大学
国家工科机械基础课程教学基地
二000年三月
“机械方案创意设计模拟实施”
实验指导书
实验概述
实验目的
加深学生对机构组成原理的认识,进一步了解机构组成及其运动特性。
培养学生运用实验方法研究,分析机械的初步能力。
培养学生用实验方法构思、验证、确定机械运动方案的初步能力。
培养学生用电机等电气元件和气缸、电磁阀、调速阀和压缩机等气动元件组装动力源,对机械进行驱动和控制的初步能力。
培养学生的工程实践动手能力。
培养学生的创新思维及综合设计的能力。
设备和工具
机械方案创意设计模拟实施实验仪,两人一套。
系列功率、转速微型电机和遥控发射、接收机,两人一套。
系列行程微型气缸、气控组件、调速阀和空气压缩机等气动元件,两人一套。
钢板尺、量角器、游标卡尺。
扳手、钳子、螺丝刀等。
实验前的准备工作
预****本实验,初步了解实验装置,熟悉各种运动副和杆件的组装方法,熟悉机构尺寸的调整方法,熟悉电机及联轴器的安装及用遥控电路进行控制驱动的方法。熟悉气缸、空气压缩机、气控组件、调速阀及其它气动元件的安装使用方法。
针对设计题目,初步拟定机械系统运动方案及尺寸和电气或气动驱动控制方案,绘出草图。
实验步骤
教师指导学生使用“机械方案创意设计模拟实施实验仪”的多功能零件,按照自己的草图,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相互平行的平面内运动,另一方面为了避免各个杆件、各个运动副之间发生运动干涉。
教师指导学生按照上一步骤试验好的分层方案,使用前述实验仪的多功能零件,从最里层开始,依次将各个杆件组装联接到机架上。其中构件杆的选取、转动副的联接、移动副的联接、凸轮、齿轮、齿条与杆件用转动副联接、凸轮、齿轮、齿条与杆件用移动副联接,杆件以转动副的形式与机架相联,杆件以移动副的形式与机架相联,输入转动的原动件和输入移动的原动件的组装联接方法详见本实验指导书的附图及说明。
教师指导学生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,用软管联接好气缸、气控组件和空气压缩机先进行空载行程试验。
教师指导学生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,全都畅通无阻之后,安装电机,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。
教师指导学生最后检查无误后,打开电源试机。
教师指导学生通过动态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:
各个杆、副是否发生干涉;
有无“憋劲”现象;
输入转动的原动件是否曲柄;
输出杆件是否具有急回特性;
机构的运动是否连续;
最小传动角(或最大压力角)是否超过其许用值,是否在非工作行程中;
机构运动过程中是否产生刚性冲击或柔性冲击;
机构是否灵活、可靠地按照设计要求运动到位;
自由度大于1的机构,其几个原动件能否使整个机构的各个局部实现良好的协调动作;
动力元件(电机或气缸)的选用及安装是否合理,是否按预定的要求正常工作。
若观察机构系统运动发现问题,则学生必须按前述步骤进行组装调整,直到该模型机构灵活、可靠地完全按照设计要求运动。
至此学生已经用实验方法自行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,简述步骤7所列的各项评价情况,指出自己有所创新之处,指出不足之处并简述改进的设想。教师将所摄照片的复印件发给学生贴在实验报告上。
教师验收合格,鉴定总体演示效果,作为创新及动手环节的评分依据。
成功的设计往往始于方案的创新,而机械运动方案的选择至今缺乏实用化的理论导向。本实验的核心是以本校研制的“机械方案创意设计模拟实施实验仪”为设计手段,教师指导学生使用该实验仪的多功能零件,进行积木式组合调整,从而让学生自己构思创新、试凑选型机械设计方案,亲手按比例组装成实物模型,亲手安装电机并接好遥控电路,或亲手安装气缸并接好气动组件,模拟真实工况,动态演示观察机构的运动情况和传动性能,通过直观调整布局、连接方式及尺寸以及更改电路来验证和改进设计,设计和组装融为一体,直到该模型机构灵活、可靠地按照设计要求运动到位,最终使学生用实验方法自行确定了切实可行,性能较优的机械设计方案和参数,也就是通过创意实验—模拟实施环