实验5机械系统原理方案创新设计实验指导书学案.doc

PAGE 136 PAGE 11 实验5 机械系统原理方案创新设计 机械创新设计的目的是设计出工作机理独特有效、结构新颖巧妙的机械产品。机械创新设计的关键是原理方案设计，它决定了产品的质量、性能、功效和性价比等。原理方案设计的基本要求有许许多多，其中最重要的，一是机械产品能够实现预期功能，二是性能良好。为达到第一个基本要求，常常采用“功能分析法”，将机械产品的总功能逐次分解成多个基本功能，进而找出实现这些基本功能的基本机构，将这些基本机构组合后形成创新设计的方案。为达到第二个基本要求，常常是在多个方案中优选，并可用设问探求法优化方案。所以设计者首先必须知道各种机构能够具有哪些预期功能，以及实现预期功能的性能如何，其次要了解创新设计的主要技法。 5.1实验目的 1．了解机械原理方案设计的内容、过程及创新设计技法，巩固《机械创新设计》理论知识。 2．了解各种传动系统的功能及特点、各种机构的功能及特点、机构尺度综合的方法，巩固《机械原理》理论知识。 3．根据给定的设计平台和设计任务，设计出机器原理方案，训练创新设计方法启发创新思维、意识。 5.2 实验器材 JPYS-CD机械系统原理方案创新设计实验台 1.机械结构 （1）总体结构如图5-1所示。 JPYS-CD机械系统原理方案创新设计实验台总体结构如图5-1所示，主要由底座(安装平台)、驱动源、减速器、联轴器、带、链、过渡节、平面执行机构等传动部件组成。可根据需要按一定的形式组合成不同的机械传动系统。其中底座(安装平台)、驱动源、传动部件、负载部件为整体结构。底座(安装平台)上有T形槽，可根据安装需要布置系统。 图5-1 JPYS-CD机械系统原理方案创新设计实验台总体结构 （2）安装平台 安装平台由机柜和铸铁平台组成，如图5-2所示，铸铁平台上有纵横间隔(100mm)的T型滑槽作为安装组件用。 图5-2 安装平台 （3）驱动源的组成（图5-3） 图5-3 驱动源的组成 图5-4 负载的组成 （4）负载的组成（图5-4） （5）传动部件 1）齿轮减速器模块为了增大方案设计空间,减速器输出轴采用了双轴伸结构,安装灵活,速比为1:1.5。 2）摆线针轮减速器为专业厂家生产不但设计精良而且外型美观.速比为1:9. 3）蜗轮蜗杆减速器,输出轴也采用了双轴伸,以满足不同设计需要,输出轴小端可连接带轮、链轮传动,大端除了连接带轮、链轮外还可连接万向节传动以增强空间概念。 4）测试模块中还包括对V型带、链轮和它们组合模块的测试。 （6）执行机构搭接框架 执行机构搭接框架主要由立板、角铁座、横梁等组成（如图5-5所示）。 2.主要技术参数及性能指标 （1）动力部分 1）三相感应变频电机：额定功率0.37KW；同步转速1500r/min；输入电压220V。 2）变频器：变频范围 2～200 HZ；功率：0.75KW；图5-5执行机构搭接框架 （2）测试部分 1）角位移传感器：工作电源：DC24V；量程：0-360°；输出信号：4-20 mA。 2）直线位移传感器：工作电源：DC24V；量程：0-200mm；输出信号：4-20 mA。 3）测力传感器：工作电源：DC24V；量程：0-20kg；输出信号：4-20 mA。 4）电量变送器：工作电源：AC/DC85-265V；输入信号：交流、直流各种电量； 隔离输出信号：4-20mA。 5）数据采集卡：单通道32路。 （3）传动部分 直齿圆柱齿轮减速器：减速比 1：1.5。摆线针轮减速器：减速比1：9。蜗轮减速器：减速比 1：10；三角带传动：带轮基准直径： D1=90mm、D2=100mm；带轮基准直径： D1=50mm、D2=132mm 。链传动： 链轮 Z1=13 、Z2=25。 5.3 机械系统原理方案创新设计方法 5.3.1功能分析法 原理方案创新设计方法有很多，这里只简介“功能分析法”。功能分析法的大致步骤如下。 （1）功能分解：将机械系统的总功能逐次分解为若干子功能，直到能够找到实现这一分功能的子系统为止，这个子系统又叫做功能元。机械系统各部分多为实现各种运动变换和预期运动规律的子系统。运动变换取决于子系统的类型，运动规律取决于尺寸。因此，这里的子功能实际上指的是运动。 功能元既然是子系统，也就可大可小。功能元的大小取决于功能分解的详尽程度。例如插齿机总功能的一种分解方案是：动力输入功能（可选电动机为功能元）、减速功能（可选齿轮传动为功能元）和插齿功能。再将插齿功能分解为实现范成运动功能（可选齿轮传动为功能元）、切削运动功能（可选连杆机构为功能元）、让刀运动功能（可选凸轮机构为功能元）。 （2）构造形态矩阵：实现同一功能的功能元有多种，以表格的形式罗列出来。这个表格就叫做“形态矩