机械原理课程系列教具的设计(分析报告.pptx

机械原理课程系列教具的设计（2） 北京信息科技大学 机电工程学院 机械1104 亢中惠 任务内容 （1）机械原理课程系列教具的总体设计；（2）平面四杆机构典型运用平台，凸轮机构轮廓设计及从动件运动特性测绘平台的装配图的设计。（3）传动部分运动与动力学计算；（4）零部件的工作能力计算；（5）平台的工作动画；典型平台的实物制作。 任务要求 所设计的机械原理课程系列教具，即能化零为整，又能化整为零，与教科书、习题、实验结合紧密，每一模块体积小、质量轻，方便老师携带，使教与学变得更加直观化、简单化；它既是课堂展示教具又是实验装置，做到了教具一套多用；它是可拆卸教具，以知识为指导，加强培养学生的实践创新能力，启发学生独立思考、解决问题的能力，适应新时代要求的创新型人才。 该系列教具具有的功能 1.1教具功能 该演示仪主要具备如下几项功能： 演示三种平面四杆机构的运动原理； 演示两种凸轮的运动原理，凸轮可更换。 方便展示运动特性，例如转角和位移量。 结构布局 该组合演示仪从宏观上看由两大部分组成，即：凸轮演示仪和平面四杆演示仪；按照演示仪功能实现的过程来看，凸轮演示仪分为顶杆凸轮和槽行凸轮，可以展示凸轮角运动量和从动件直线运动量的大小和相互关系；平面四杆机构展示仪可以展示三种平面四杆机构的运动特性。 结构布局 其中，凸轮运动部分为复合结构，通过将凸轮固定在带有刻度盘的凸轮架上面，同时将带还有对应运动曲线的坐标纸固定在和凸轮架联动的圆筒上面，凸轮顶杆上有指示标志，当凸轮位于某一角度，该标志也指向圆筒上坐标纸上曲线的对应位置，向学生展示凸轮角位移和顶杆直线位移的对应关系。 市场调研 1.2当前教具的现况 当前机械原理课程大多为原理概念和理论计算，课堂上的实例运用非常少。这直接导致了当代大学生理论知识和实践有所脱节，不能很好地理论联系实际，把所学知识灵活运用到实际当中。通过观看学校现有教具以及查阅有关机械原理教具的资料，我发现现在市场上所提供的各种教具均是单一的原理图例展示或各种相对独立的小型机构模型。虽然在初次接触时能给学生带来新鲜感，并起到一定的教学效果，但由于缺少动手的乐趣，常规的机械原理教具并不能有效地提高学生的探索热情和自主学习的主观能动性。 大型整体式教具 有的教具实现了组合但缺乏可调节性和模块化程度 小型分散式教具 有的教具虽然可以实现亲自动手调节，但松散单一不方便，易丢失 相关理论 所有运动副全都是转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，铰链四杆机构是平面四杆机构的基本形式，其他种类四杆机构都可以认为是在它的基础上演化而来的。选定其中一个构件作为机架，直接与机架链以铰链运动副接的构件称为连架杆，不直接与机架连接的构件称为连杆，可以在360范围完整回转的构件被称作曲柄，只能在某一角度范围内往复摆动的构件称为摇杆。如果以转动副连接的两个构件可以做完整周相对转动，则能够称之为整转副，反之则称之为摆转副。铰链四杆机构中，按照连架杆是否可以做完整周转动，可以将其分为三种基本形式，即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 相关理论 1.杆长之和条件：平面四杆机构的最短杆和最长杆的长度之和小于或者等于其余两杆长度之和。 2.在铰链四杆机构中，如果某个转动副能够成为周转副，则它所连接的两个构件中，必有一个为最短杆，并且四个构件的长度关系满足杆长之和条件。 3.在有整装副存在的铰链四杆机构中，最短杆两端的转动副均为周转副。此时，如果取最短杆为机架，则得到双曲柄机构；若取最短杆的任何一个相连杆为机架，则得到曲柄摇杆机构；如果取最短杆对面构件为机架，则得到双摇杆机构。 4.如果四杆机构不满足杆长条件，则不论选取哪个构件为机架，所得到机构均为双摇杆机构。 5.上述一系列结论称为格拉霍夫定理。 相关理论 凸轮机构 由凸轮的回转运动或往复运动推动从动件作规定往复移动或摆动的机构。凸轮具有曲线轮廓或凹槽，有三种凸轮机构 凸轮机构分为盘形凸轮、圆柱凸轮和移动凸轮等，其中圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线，因而属于空间凸轮。 相关理论 （1）凸轮机构各种类型： 凸轮机构的分类： 形状分 1）盘形凸轮 2）移动凸轮 3）圆柱凸轮 从动件型式 1）尖底从动件； 2）滚子从动件； 3）平底从动件 材料选择 在该系列教具中，底座部分和平面四杆各机构采用较轻的铝合金，具有一定耐磨性和较高强度而且密度较低；各螺栓及传动部件等关键部件采用45号钢，强度刚度较高，适合受力及摩擦较多的零件，耐用；皮带轮采用尼龙工程塑料，能够加工各种非圆孔，公益性好，强度足够。 材料性能 材料：铝合金(6061铝合金) 热处理工艺： 1）快速退火：加热温度350～410℃;随材料有效厚度的不同，保温时间在30～120min之间;空气或水冷。 2）高温退火：加热温度350～500℃;成品厚度≥6mm时，