1、 1 第一章 绪论 1.1 设计背景和意义 生活中有很多很多的机构在我们周围，几乎全是组合式的，比如说输送带， 自行车，汽车里的汽缸，工厂里的冲裁模等。为什么要研究组合式机构运动综合 实验？是因为在现实生活中出现的机构都有其通用的缺点如下： 1. 内部机构封闭，导致学生只能凭空的想象其内部设计和运行过程，印象 不深刻； 2. 机械设备结构单一，导致所能开设的实验内容少，利用率低； 3. 大部分实验设备操作复杂，学生只能在一旁观看而不能亲手操作，无法 实现教学实验锻炼学生动手能力的目的。 目前， 由于科技高速发展和招生规模扩大， 大部分高校实验设备陈旧、 落后、 数量不足， 根本无法满足高校教育
2、的需求； 实验设备的开发与实验教学严重脱节， 开发者无法深入地了解实验教学的内容和目的， 而实验设置者又因为工作忙等原 因不能参与到实验设备的设计开发中， 导致所开发的实验设备没有很好的实现为 实验教学服务的目的；从用人单位的反映来看，我国大多数工科毕业生的实践能 力、创新能力远远不能适应当前激烈市场竞争对人才的要求，如何通过先进的实 验设备开设相关实验课程来培养学生的实践能力和创新精神， 仍然是当前教育改 革中的重要课题。所以现在开发组合式机构运动实验有利于学习一些专业知识， 有助于学生对机构组成原理概念的进一步理解和强化， 为今后进行机构运动方案 创新设计奠定坚实的基础。 该实验台由机架、
3、 装拆平台、 电动机、 皮带传动装置、 曲柄滑块、凸轮、直齿轮、锥齿轮、槽轮、链等基本构件和联接件组成，可接装 9 种机构运动方案。 1.2 实验台现状 近几年，机构运动综合实验台像雨后春笋般破土。而出现代工业的发展对机 器的整机性能提出了越来越高的要求。为了确保准确的工艺动作,机器各运动部 件之间必须保持严格的相对位置和速度关系;为了减小机构的动态变形与机械振 动,降低噪音,对机器的加速度也有很高的要求。所以,各类机床、动力机械、织造 机械及各种机械装置在设计、调试、鉴定及维修过程中,往往需要测试作往复直 线运动构件的位移、速度、加速度,以及旋转构件（或摆动构件）的角位移、角 速度、角加速度
4、、转速和回转不匀率,从而进一步分析机器的动力特性。市场竞 争十分激烈，促使各企业靠提高产品质量，开发新产品，采用新技术、新设备、 新材料，降低生产成本来占领市场，全行业总体水平有待提高，我国虽然已经成 为复杂试验台研究大国，但机构试验台产品水平有待提高，质量状况不容乐观， 2 距成为强国仍有较大的差距 1.3 主要研究工作如下 1.设计研制出组合式、开放型机械系统。 突破了传统实验设备单一性、封闭性的设计模式，创造性地提出了组合式、 暴露式的创新设计思想，选取四种机构方案并计算确定尺寸参数，完成各执行机 构的选型，选择原动机，拟定机械传动方案并画出机构转速图；用 SolidWorks 三维造型
5、对多方案综合集成进行了研究， 很好地解决了可互换性和运动干涉等问 题，设计研制出具有多方案组合、开放型的机械系统。 2. 采用了封闭多边形矢量法和杆长逼近法相结合的综合分析方法通过对机 构运动学分析方法的深入研究。 分别采用了机构转化法和封闭多边形矢量法， 并对不同方法进行了较深入的 应用研究探讨，应用实践表明，封闭多边形矢量法与杆长逼近法的综合分析方法 对机构的运动分析具有很好的效果，具有推广应用价值；建立了高级杆组程序分 析模块，并应用软件得到分析结果，验证了所采用方法及分析计算的正确性。 3. 对各机构方案进行了系统动力学研究。 根据系统动力学理论，构建出各机构方案等效模型，在对动力学参
6、数进行研 究分析的基础上， 建立力矩形式的运动方程， 对其结果进行分析， 得到简化计算； 综合运动分析，计算出等效阻力矩和电机额定功率，并通过二次曲线拟合得到电 机特性曲线，完成机器真实运动规律数值法求解。采用解析法确定飞轮的转动惯 量，并进行了飞轮的具体设计。 4. 构建出多参数测试系统。 构建出一套针对实验台的多参数测试系统。该系统包括硬件与软件两部分。 硬件采用了封装设计，实现了测试数据的采集以及测试信号的传输、滤波、放大 及 A/D 转换；软件系统实现了采集数据的动静态显示以及数据保存。同时，结 合实际测试数据，再次应用运动学、动力学分析理论进行计算，得到的计算结果 更加具有科学性和符实性。 5. 测试系统与仿真系统紧密结合。 论文集机构分析与综合、测试技术与方法于一体，充分体现了现代手段、 测试理论技术的紧密结合。所开发的多功能综合实验台在国内尚属首创。 3 第二章 设计方案及计算 2.1 方案的制订 本实验台要求综合性强，能组装各种典型机构，并实现电动和手动的运动， 性能可靠，机构简单，经济。所以选用下面较为常用的机构：直齿圆柱齿轮，直 齿圆锥
