1、燕山大学机械学院,Mechanical Design Majors Comprehensive Experiment 综合实验CDIO教学模式示范课,指导教师：解明利,人之为学，不可自小，又不可自大。顾炎武 吾生也有涯，而知也无涯。庄子中国教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。中国教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。 陶行知,本课下设实验项目,机械系统速度分析及波动调节实验,机械系统集成及分析实验,PCC-型平面机构创意组合及参数可视化分析实验,JZCS-型机械系统创意组合及参数可视化分析实验,课程考核方式说明,1.综合实验实验部分满分100
2、分，权重70%。2.机械创新设计部分满分100分，权重30%。 课程总成绩=综合实验实验部分0.7+机械 创新设计部分0.3,课程考核方式,转发关于综合实验成绩量化评定工作的通知,根据学校教务处、学院教务科关于做好实验成绩评定量化相关通知的精神，并依照机械设计专业实验室的自身特点，在广泛征求学生意见的基础上，对综合实验成绩评定细则做出如下说明，相关任课教师和学生要严格按照本法执行。 1.综合实验共分设4个实验项目，每个实验项目25分，合计100分。 2.凡无故缺席实验课或不提交实验报告者，符合其中一项，综合实验课程成绩以0分计，需进行重修。 3.每个实验项目25分的考核如下：,综合实验部分,出
3、勤占5分 每次实验按时到不迟到，并做好签到表得5分；迟到5分钟（含5分钟）以内，得4分迟到5-10分钟（含10分钟）以内，得3分迟到10分钟以上，本次实验取消，自寻组合顺延，单独人不再另开设实验，该次项目总分以0分计。 关于请假的说明：除地震、雪灾等不可抗力自然因素外，实验课程任何人不得无故缺席，对于确实因为个人重大事件不能出席课程者，需要辅导员开具请假证明，课程的出勤以及操作评定即本办法中的A,B两项分值均以0分计。极特殊情况执行学校教务部门意见。,实验操作评定占8分 本项分值由学生自评和教师评定两部分组成，其中学生自评占4分，教师评定4分。具体要求如下：学生只针对自己小组的操作情况在实验操
4、作后协定给出自评分数，该实验小组成员对此分数共享，每组由12名代表确认签字；学生应严肃对待自评环节，不能胡乱评定，要在组与组之间互相尊重的原则基础上，以客观公正、积极健康的心态给出自评分数。教师依据学生操作的情况，给出评定分数，按A,B,C,D四档给出4.0，3.0，2.0，1.0四个分数，此分数因人而定，小组人员不共享。,实验报告评定占12分本项分值组成说明如下： 报告书写整洁，完成所有要求内容者，得此项分值满分2分；不符合规定者，评分时酌情扣减，原则上缺少一项即扣0.5分 每个项目小组完成一个实验项目后，必须书写相应实验报告，并在第二次实验课来时一同携带过来，教师会对每份实验报告进行检查，
5、并在报告上签章做出核查标记。对有雷同报告者，抄袭和被抄袭者均按及格分数计，即0.6127.2，所以要求报告必须独立书写。对有对抄袭者进行举报的同学请务必在 课程进行中及时进行反映，课程结束后不再受理，而且举报者要有理有据，提出必要的证据作为教务存档材料。 实验报告分值分布请参看各实验报告中的分值说明，不再赘述。,Especially attention!,人而无信，不知其可也孔子,对人以诚信，人不欺我；对事以诚信，事无不成冯玉祥,填写下表,评定完别忘签字啊！,课程考核方式,创新项目设计需要同学们3人一组合作完成项目。并于设计后完成创新项目设计报告报告的书写格式严格按照机械设计专业综合实验大学生
6、创新项目设计报告书说明的办法书写。此报告为成绩评定依据。,机械创新设计部分,关于报告书的撰写说明,一、文献综述 文献综述是在确定了选题后，在对选题所涉及的研究领域的文献进行广泛阅读和理解的基础上，对该研究领域的研究现状（包括主要学术观点、前人研究成果和研究水平、争论焦点、存在的问题及可能的原因等）、新水平、新动态、新技术和新发现、发展前景等内容进行综合分析、归纳整理文献综述 要求同学们既要对所查阅资料的主要观点进行综合整理、陈述，还要根据自己的理解和认识，对综合整理后的文献进行比较专门的、全面的、深入的、系统的论述和相应的评价，找出存在的问题和不足。 撰写方法 检索和阅读文献是撰写综述的重要前
7、提工作。一篇综述的质量如何，很大程度上取决于作者对本题相关的最新文献的掌握程度。如果没有做好文献检索和阅读工作，就去撰写综述，是决不会写出高水平的综述的。好的文献综述，不但可以为下一步的学位论文写作奠定一个坚实的理论基础和提供某种延伸的契机，而且能表明写作者对既有研究文献的归纳分析和梳理整合的综合能力，从而有助于提高对学位论文水平的总体评价。,二、方案设计 根据文献综述，对比以前的设计方法。指出自己改进设计或创新设计的优点，提出解决问题的思路和办法。三、结构设计 绘制结构方案原理图，指出结构图中各部分的功能和作用，给出必要的部件参数计算。同学们根据设计情况自行分配计算的详细程度。结构尺寸自己拟
8、定。四、三维结构设计 同学们利用三维造型软件进行总体结构的设计，鼓励学有余力的同学在三维造型的基础上进行动态仿真，这将作为整体综合加分部分。,五、参考文献 同学们在设计中要查阅各种资料，说明书最后要附上参考文献，参考文献具有多方面的作用：1）对他人研究成果的尊重；2）提供阅读文章的参考资料；3）表明文章中所引资料的可信度；4）便于他人参阅从事进一步研究。参考文献的书写要符合国家标准。常用参考文献编写项目和顺序规定如下： （1）著作图书文献 序号 作者.书名.版次.出版地:出版者,出版年:引用部分起止页 第一版应省略 （2）翻译图书文献 序号 作者.书名.译者.版次.出版地:出版者,出版年:引用
9、部分起止页 第一版应省略 （3）学术刊物文献 序号 作者.文章名.学术刊物名,年,卷(期):引用部分起止页,（4）学术会议文献 序号 作者.文章名.编者名.会议名称,会议地址,年份.出版地,出版者,出版年:引用 部分起止页 （5）学位论文类参考文献 序号 研究生姓名.学位论文题目.学校及学位论文级别.答辩年份:引用部分起止页（起止页码之间采用短横线“-”表示）,Example：（1）彭国勋,肖正阳.自动机械的凸轮机构设计.北京:机械工业出版社,1990:10-15（2）邹慧君,李瑞琴,郭为忠,等.机构学10年来研究成果和发展展望.机械工程学报, 2003,39(12):22-30（3）黎凌霄.
10、基于PC机的开放式结构数控系统的研究及开放-可编程多轴控制器PMAC的工业应用.华东理工大学硕士学位论文.2002:20-32（4）Anton S, Tonci M,Milan J.Influence of adaptive change of cutting parameters on the effectiveness of grinding process.Strojarstvo,1997,39(3):105-109,六、PPT讲解答辩 同学们将来走向工作岗位，可能在公司中一些场合向业内人士讲解自己的设计理念和产品。所以现在大家要有意识的培养自己这方面的能力。作为项目的收尾，每组同学都要
11、准备PPT进行讲解，向大家阐述自己的设计思路及今后构想，接受同学们的提问。同时这也是同学们互相学习的一个重要环节。（注：组内每个同学们的实现方案不一致或自主拟定题目者要单独制作自己的PPT）,综合实验课程简介,1. 综合实验的目的综合实验为CDIO教改模式下的产物。那么什么是CDIO（conceive-design-implement-operate）呢?CDIO是由美国麻省理工学院等四所大学通过几年的研究，探索和实践建立的一种先进的工程教育模式。教学的主要目的就是让学生以主动的、实践的方式来学习和获取工程能力。CDIO有完成的大纲和标准，是最先进的工程教育模式。而我们综合实验以前没有，本课程
12、正是在这种教育改革的大背景下产生的。,2. 我们的“教学形式”（更确切的应该称之为“游戏形式”）,我们在整体上进行了改革，应该说是以往授课形式的全方位的变化，变成了小班授课形式，上过外教的office hour coffee house的同学应该有体会，我们整个的教学过程就是师生平等的、互动的在交流和协作中完成实践课学习，因此大家应该从一个全新角度来理解我们的综合实验课，不同于以往任何形式上的实验，也不同于大学物理实验。,所以大家千万不要紧张啊！,3. 综合实验的要求实验安全 要求学生在进行实验的时候要戴上保护手套。一些机械零部件有尖角划伤、零件的砸伤都是我们应该注意的问题。注意电机在低速下实
13、验，以免较大的惯性冲击对设备造成损害（说说实验台的问题质量不够）。另外也怕飞出零件打伤学生。大家装配完相应的机械系统后，注意要做到以下几点工作：（1）每次安装完模型，要用手拨动传动端试着转一转，看看转动是不是灵活，机构有没有卡死现象（2）对一些是高速旋转的部件，比如电机输入端的带轮飞轮等有没有松动的现象（3）低速实验保证大家的安全，维护设备正常运转,4. 共同进步我们机械设计实验室是一个年轻的实验室，实验室建设上处于初级阶段，也处在改革阶段。从教材、讲义一直到授课方式上我们都在尽力不断完善，力求达到尽善尽美。所以大家有什么好方法好建议尽量拿出来我们一起来讨论解决。我们这门课的特点就是通过自己做
14、游戏来达到认识一些基本机械设计零件的任务，做中学，学中做。,5 遵守燕山大学实验室的规章制度（1）学生应按照课程教学计划，准时上实验课，不得迟到。（2） 实验前认真阅读实验教材，明确实验目的、步骤、原理，预习有关的理论知识，并接受实验教师的提问和检查。（3） 进入实验室必须遵守实验室的规章制度。不得高声喧哗和打闹，不准抽烟、随地吐痰和乱丢杂物。有净化要求的实验室，进入必须换拖鞋。（4） 做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程，爱护仪器设备，节约使用材料，服从实验教师指导。未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品。,（5） 实验中要细心观察，认真记录各种试验数据，不得擅自离开操作岗位。（
15、6）实验时必须注意安全，防止人身和设备事故的发生。若出现事故，应立即切断电源，及时向指导教师报告，并保护现场，不得自行处理。（7） 实验完毕，应主动清理实验现场。经指导教师检查仪器设备、工具、材料和实验记录后方可离开。（8） 实验后要认真完成实验报告，包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。在规定时间内交指导教师评分。（9） 在实验过程中，由于不慎造成仪器设备、器皿、工具损坏者，应写出损坏情况报告，并接受检查，由领导根据情况进行处理。（10）凡违反操作规程，擅自动用与本实验无关的仪器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的，肇事者必须写出书面检查，视情节按相关章程予以赔偿。,第一讲 综合实验基础知
16、识,在这一章里，通过实物的展示和讲解介绍，让学生了解通用机械零件、部件的基本结构、功能和机械设计常用结构的基本形式、典型零部件的失效形式，建立对机械零部件的感性认识，有助于对机械设计、机械设计基础课程的理解和机器的设计。,一、螺纹(1)螺栓连接 按照联接的形式，分为普通螺栓联接，这种联接的结构特点是被联接件上的通孔和螺栓杆留有间隙，故通孔的加工精度低，结构简单，装拆方便，使用时不受被联接件材料的限制，因此应用极为广泛。铰制孔螺纹联接这种联接能精确固定被联接件的相对位置，并能承受较大的横向载荷，但孔的加工精度要求较高。(2)螺钉联接 这种联接的特点是：螺钉直接拧入被联接件的螺纹孔中，不用螺母，在
17、结构上比双头螺柱联接简单、紧凑。其用途和双头螺柱联接相似，但如经常拆装时，易使螺纹孔磨损，可能导致被联接件报废，故多用于受力不大或不需要经常拆装的场合。(3)紧定螺钉联接 紧定螺钉联接是利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面或顶入相应的凹坑中，以固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。 螺钉除作为联接和紧定用外，还可用于调整零件位置，如机器、仪器的调节螺钉等。,3. 螺纹联接的防松在冲击、振动或变载荷的作用下，螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬时消失。这种现象多次重复后，就会使联接松脱。在高温或温度变化较大的情况下，由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松弛，也会使联接中的预
18、紧力和摩擦力逐渐减小，最终将导致联接失效。防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。防松的方法，按其工作原理可分为摩擦防松、机械防松以及铆冲防松等。一般来说，摩擦防松简单、方便，但没有机械防松可靠，对于重要的联接，特别是在机器内部的不易检查的联接，应采用机械防松。还有一些特殊的防松方法，如在旋合螺纹件涂以液体粘黏剂或在螺母末端镶嵌尼龙环等。,二、键、花键和销联接键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定，并将转矩从轴传递到毂或从毂传递到轴。有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动。键可分为下列四大类：(1)平键 键的两侧面是工作面，工作时，靠键同键槽侧面的挤压来传递转矩。其特点为结构简单
19、装拆方便、对中性较好。这种键联接不能承受轴向力，因而轴上的零件不能起到轴向固定的作用。平键按构造可分为：圆头、方头、单圆头。(2)半圆键 半圆键工作时，靠其侧面来传递转矩。其优点是：工艺性较好，装配方便，尤其适用于锥形轴与轮毂的联接。缺点是：轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大，故一般只用于轻载联接中。,2. 花键花键按其齿形可分为：矩形花键、渐开线花键、三角花键等。由于结构型式和制造工艺的不同，与平键相比，花键在强度、工艺和使用上有如下特点：因为在轴上与毂孔上直接而匀称地制出较多的齿与槽，故联接受力较为均匀。因槽较浅，齿根处应力集中较小，对轴与毂的强度削弱较少。齿数较多，总接触面积较大，因而可承
20、受较大的载荷。轴上零件与轴的对中性好(这对高速及精密机器很重要)。导向性较好(这对动联接很重要)。可用研磨的方法提高加工精度及联接质量。缺点为：齿根仍有应力集中，有时需用专门设备加工，成本较高。3. 销销主要用来固定零件之间的相对位置，也用于轴与毂的联接或其它零件的联接，并可传递不大的载荷，还可作为安全装置中的过载剪断元件，称为安全销。销可分为圆柱销、圆锥销、槽销、开口销、特殊形状的销等。,三、带传动1. 带传动 在带传动中，常用的有平带传动和V带传动。 常用的平带有橡胶布带、缝合棉布带、棉织带和毛织带等数件。 V带有普通V带、窄V带、宽V带、接头V带等近十种。普通V带其结构主要有两类：帘布芯
21、结构，主要由伸张层(胶料)、强力层(胶帘布)、压缩层(胶料)和包布层(胶帆布)组成。绳芯结构，主要由伸张层(胶料)、强力层(胶线绳)、压缩层(胶料)和包布层(胶帆布)组成。2. 其它带传动 (1)高速带传动 高速带传动主要用于增速以驱动高速机床、粉碎机、离心机及某些其它机器。高速带传动的增速比为2-4，有时可达8。 (2)同步带传动 同步带传动工作时，带的凸齿与带轮外缘上的齿槽进行啮合传动。由于强力层承载后变形小，能保持同步带的周节不变，故带与带轮间没有相对滑动，从而保持了同步传动。 同步带传动有以下优点：无滑动，能保持固定的传动比。初拉力较小，轴和轴承上所受的载荷小。带的厚度小，单位长度的质
22、量小，故允许的线速度较高。带的柔性好，故所用带轮的直径可以较小。 其主要缺点：安装时中心距的要求较为严格，且价格较高。,四、链传动 链传动是属于带有中间挠性件的啮合传动。 链传动的主要优点：链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持平均传动比为常数。链条不需要张紧，所以作用于轴上的径向压力较小。在同样使用的条件下，链传动的结构较为紧凑，同时链传动能在高温及速度较低的情况下工作。与齿轮传动相比，链传动较易安装，成本低廉。在远距离传动(中心距离最大可达十多米)时，其结构要比齿轮传动轻便得多。 链传动的主要缺点：在两根平行轴间只能用于同向回转的传动。瞬时传动比不为常数。工作时有噪声，不宜在载荷变化较大或
23、急速反向的传动中应用。 按用途不同，链可分为传动链、起重链和牵引链。传动链又分为套筒滚子链(简称滚子链)和齿形链。,五、齿轮传动1. 齿轮传动分类按照齿轮传动轴的相对位置将其分为三类：(1)传递平行轴间旋转运动的圆柱齿轮传动 这种圆柱齿轮传动又分为：直齿圆柱齿轮传动和斜齿圆柱齿轮传动两种。直齿圆柱齿轮传动又分为：外啮合齿轮传动、内啮合齿轮传动和齿轮齿条传动等类型。(2)传递交错轴间旋转运动的齿轮传动 这种齿轮传动又分为交错轴斜齿圆柱齿轮传动、蜗杆与蜗轮传动和准双曲线圆锥齿轮传动。(3)传递相交轴旋转运动的齿轮传动 这种齿轮传动又分为直齿圆锥齿轮传动、斜齿圆锥齿轮传动和弧齿圆锥齿轮传动。2. 齿
24、轮传动的主要失效形式(1)轮齿折断 轮齿折断可分为：疲劳断齿和过载折断两种。(2)轮齿工作面的失效 轮齿工作面的失效包括以下几种情况：磨损；点蚀；胶合；塑性变形等。,六、蜗杆传动 蜗杆传动是用来传递空间互相垂直而不相交的两轴间运动和动力的传动机构。其优点是：蜗杆传动一般具有传动比大而结构尺寸紧凑的特性。 其缺点是在传动时两齿轮之间存在着相当大的滑动速度，因而齿面容易磨损，机械效率低。,七、联轴器和离合器联轴器和离合器是用来联接轴与轴以传递运动与转矩，有时也可用作安全保护的装置。联轴器和离合器的分类根据工作特性可分为以下四类：(1)联轴器 用来把两轴联接在一起的一种装置。机器运转时两轴不能分离，
25、只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。(2)离合器 在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的一种装置。它可用来操纵机器传动系统的断续，以便进行变速及换向等。(3)安全联轴器和安全离合器 这两种装置在工作时，如果转矩超过规定值，联轴器及离合器即可自行断开或打滑，以保证机器中的主要零件不致因为过载而损坏。(4)特殊功用的联轴器和离合器 这两种机器用于某些特殊要求处，如在一定的同转方向或达到一定的转速时，联轴器或离合器即可自动接合或分离等。2. 联轴器的主要结构联轴器根据内部是否包含弹性元件可分为：刚性联轴器。刚性联轴器又分为固定式和可移动式两种。可移动式刚性联轴器对两轴间的偏移量具有一定的
26、补偿能力。弹性联轴器。弹性联轴器因有弹性元件，故可缓冲减振，亦可在不同程度上补偿两轴间的偏移。3. 离合器离合器的要求：接合、分离迅速而平稳；调节和修理方便，外廓尺寸小，质量小；耐磨性好和有足够的散热能力；操纵方便省力。常用的离合器可分为牙嵌式与摩擦式两类。,八、轴 轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件(如齿轮、蜗杆等)，都必须安装在轴上才能完成运动及动力的传递。 按照轴的轴线形状轴可分为曲轴和直轴两种。 (1)曲轴 曲轴(通过曲柄滑块机构)可以将旋转运动改变为直线运动，或作相反的运动转换。 (2)直轴 直轴按其所受载荷性质的不同可分为心轴。心轴只承受弯矩而不承受扭矩。转轴。转
27、轴既承受弯矩又承受扭矩。传动轴。传动轴主要承受扭矩的轴。,九、减速器 减速器系指原动机与工作机之间独立的闭式传动装置，用来降低转速(相应地增大转矩)。 减速器按其传动和结构特点可分为：齿轮减速器。齿轮减速器又可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥圆柱齿轮减速器三种。按齿轮所采用的齿形来说，常用的有渐开线齿形和圆弧齿形两种。蜗杆减速器。蜗杆减速器主要有圆柱蜗杆减速器、圆弧旋转面蜗杆减速器、锥蜗杆减速器和蜗杆齿轮减速器等。行星减速器。行星减速器主要有渐开线行星齿轮减速器、摆线针齿速器、谐波齿轮减速器等。,我国常用的标准减速器有：渐开线圆柱齿轮减速器；圆弧圆柱齿轮减速器；圆柱蜗杆减速器；圆弧齿圆
28、柱蜗杆减速器；行星齿轮减速器；摆线针齿减速器等。(1)齿轮减速器的主要特点 这种减速器的特点是：效率高，工作耐久，维护简单，因而应用范围很广。按其减速器齿轮的对数可分为：单级、双级、多级等。按其轴在空间的相互配置可分为：立式、卧式。按其运动简图的特点可分为：展开式、同轴式(又称回归式)、分流式等。,(2)蜗杆减速器的主要特点 蜗杆减速器在外廓尺寸不大的情况下，可以获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，但效率较低。蜗杆减速器可分为：单级蜗杆减速器、蜗杆齿轮减速器、两级蜗杆减速器等类型。在多数情况下，都是把蜗杆传动作为高速级。其传动比一般在50130的范围内，最大可达250。,（3）摆线针轮减速器,
29、图1 摆线针齿减速器结构简图1-输入轴 2-摆线轮 3-转臂 4-输出轴 5-针齿壳,摆线针齿减速器是采用K-H-V少齿差一式传动原理及摆线针齿啮合的新颖传动机械，广泛应用于纺织印染、轻工食品、冶金矿山、石油化工、起重运输及工程机械领域中的驱动和减速装置。摆线针齿减速器具有减速比大，传动效率高，体积小，重量轻，故障少，寿命长，运转平稳可靠，噪音小，拆装方便，容易维修，结构简单，过载能力强，耐冲击，惯性力矩小等特点。当输入轴1旋转时，转臂3和输入轴1一起绕中心o-o转动。摆线轮2即随转臂一道绕中心o-o公转。摆线轮空套在转臂o-o上，由于固定于针齿壳5上的针齿对摆线轮的反作用，使摆线轮又绕o-o
30、自转，方向和输入轴的方向相反，通过销轴将自转等速传递给输出轴。,十、润滑在摩擦面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保护零件，减少锈蚀，如果采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。由于液体的存在，润滑油膜还具有缓冲、吸震的作用。根据工作条件的不同，工程中所用的润滑剂有：液体(如油、水及液态金属)；气体(如空气或其它气态工作介质)；半固体(如润滑脂)；固体(如石墨、二硫化钼、聚四氯乙烯)等。根据摩擦面间油膜形成的原理，可把流体润滑润滑分为：流体动压润滑(利用摩擦面间的相对运动而自动形成承载油膜的润滑)；流体静压润滑(从外部将加压的油送入摩擦面间，强迫形成承载油膜的润滑),十一、机械零件的失效形
31、式机械零件常见的失效形式：1. 整体断裂 零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时，由于某一危险剖面上发生的应力超过零件的强度极限而发生的断裂，或者零件在受变应力作用时，危险剖面上发生的疲劳断裂均属此类。2. 过大的残余变形 如果作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，则零件将产生残余变形。,3. 零件的表面破坏 零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳。腐蚀是发生在金属表面的一种电化学或化学侵蚀现象。腐蚀的结果使金属表面产生锈蚀，从而使零件表面遭到破坏。磨损是两个接触表面在作相对运动的过程中发生物质丧失或转移的现象。零件表面的疲劳是受到接触变应力长期作用的表面产生裂纹或微粒剥落的现象。4.
32、破坏正常工作条件引起的失效 有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工作。如液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才能正常地工作；带传动和摩擦轮传动，只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时才能正常地工作；高速转动的零件，只有其转速和转动件系统的固有频率避开一个适当的间隔时才能正常地工作等。如果破坏了这些必备的条件，则将发生不同类型的失效。,第二讲 机械系统速度分析及波动调节实验,预热实验你准备好了吗？,连杆机构(Linkages)是由若干刚性构件用低副(转动副、移动副、球面副、球销副或螺旋副等)联接组成的机构。 连杆机构应用十分广泛。连杆机构的传动特点,连杆机构的分类 按构件之间的相对运
33、动关系分,平面连杆机构(Planar linkage),空间连杆机构(Spatial linkage),一、平面连杆机构的基本结构 由N个构件组成的平面连杆机构称为平面N杆机构，如平面四杆机构、平面六杆机构等等。有关机构构件和运动副的其它名称和概念,曲柄,连杆,摇杆,铰链四杆机构,曲柄(Crank)能相对于机架作整周转动的连架杆。,连架杆(Side link)用低副与机架相联接的构件。,摇杆(Rocker)不能相对于机架作整周转动的连架杆。,连杆(Coupler )不与机架联接的构件。,根据机构中有无曲柄和有几个曲柄，铰链四杆机构有三种基本形式,A在铰链四杆机构中，两连架杆中一个为曲柄而另一个
34、为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。当曲柄为原动件，摇杆为从动件时，可将曲柄的连续转动，转变为摇杆的往复摆动 。,B双曲柄机构 在铰链四杆机构中，两连架扦均为曲柄，则此四杆机构称为双曲柄机构。它可将原动曲柄的等速转动转换成从动曲柄的等速或变速转动。,C双摇杆机构 两连架杆都是摇杆的四杆机构称为双摇杆机构。,平面四杆机构的演化形式,铰链四杆机构中，当摇杆CD长度趋于无穷大时，点C圆弧轨迹变成直线，此时，该铰链四杆机构演化成含有滑块的机构，如图所示。,A滑块机构 如图所示，当构件1能整周回转成为曲柄时，该机构称为曲柄滑块机构；否则该机构称为摆杆滑块机构：,B 导杆机构 在图111a所示的对心曲柄
35、滑块机构中，若改取构件1为机架，该机构则成为导杆机构，构件1、2的杆长分别为ll和l2当l1l2时，该机构称为转动导杆机构，当l1l2时，该机构称为摆动导杆机构，分别如图1ll b、c所示，图112中的基础机构ABC即为牛头刨床中的摆动导杆机构。,C曲柄摇块与曲柄转块机构 在图111A所示曲柄滑块机构中，若改取构件2为机架，当L1L2时，该机构则演化成曲柄摇块机构，如图113a所示，当L1L2时，该机构为曲柄转块机构，如图113b所示；其区别在于构件3能否整周回转。,在机械原理的课程中，我们对构件的研究有一个前提，就是一般假设原动件做等速转动，而且运行规律是已知的。然而实际上机构原动件的运动规
36、律是由其各构件的质量、转动惯量和作用于其上的驱动力与阻抗力等因素决定的。因而在实际情况下，原动件的速度和加速度是随时间变化的。因此，为了对机构进行精确的运动分析和力分析，这就需要首先确定机构原动件的真实运动规律。这对于机构设计，特别是高速、重载、高精度和高自动化程度的机械是十分重要的,（一）机械运转的三个阶段,当机械运动时，从机械开始运动到停止运动所经过的时间间隔称为机械运动的全时期。由于机械所有运动构件的运动规律都是由原动件的运动规律所决定的，因此上述的全时期也就是机械原动件运动的全时期。如图所示为机械主轴的角速度随时间变化的曲线。,（1）起动阶段 主动件的角速度出零上升到正常运转的角速度m
37、机械的动能增加，驱动力所做的功大于阻抗功。（2）稳定运动阶段 原动件m保持稳定，即为一常数，原动件作周期性的波动。一个周期的始末是相等的，因此机械具有的动能也是相等的（等速稳定运转阶段）（3）停车阶段 机械主动件的角速度从m下降到零，机械所具有的动能减少，驱动力所做的功小于阻抗功。停车阶段一般不加驱动力，有时为缩短停车时间，用制动装置增加阻力。,在工程实际中平均角速度m常用其算术平均值来表示，即,机械运转速度不均匀系数来表示机械速度波动的程度，定义为角速度的波动幅度与平均速度之比，即,所谓机器运转周期性速度波动的调节，其目的就在于减小速度波动，使其达到机器工作所允许的程度，或者说，减小机器运转
38、速度的不均运系数使其不超过许用值。周期性速度波动的调节方法，是在机器中安装一个具有很大转动惯量的构件即所谓飞轮。其调速原理如下：,在一个周期中最大动能Emax与最小动能之差称为最大盈亏功。以W来表示，即,调速的一个现实意义例子,在汽车车轮的轮毂边缘上，有的有一块或多块大小不等的小铅块。与各式各样漂亮的轮毂相比，这些个小铅块好像有些不太相衬。但正是这一个个小小的铅块，对汽车高速行驶的稳定性起着非常重要的作用。 汽车的车轮是由轮胎、轮毂组成的一个整体。但由于制造上的原因，使这个整体各部分的质量分布不可能非常均匀。当汽车车轮高速旋转起来后，就会形成动不平衡状态，造成车辆在行驶中车轮抖动、方向盘震动的
39、现象。为了避免这种现象或是消除已经发生的这种现象，就要使车轮在动态情况下通过增加配重的方法，使车轮校正各边缘部分的平衡。这个校正的过程就是人们常说的动平衡。 轮胎应当定期做动平衡检查,用动平衡检测仪检查。轮胎平衡分为动态平衡和静态平衡两种。动态不平衡会使车轮摇摆，令轮胎产生波浪型磨损；静态不平衡会产生颠簸和跳动现象，往往使轮胎产生平斑现象。因此，定期检测平衡不但能延长轮胎寿命，还能提高汽车行驶时的稳定性，避免在高速行驶时因轮胎摆动、跳动，失去控制而造成的交通事故。,实验一 曲柄滑块机构的设计及功能解析,一、实验目的1.利用计算机对实际平面机构进行动态参数采集和处理，做出实测的机构动态运动和动力
40、参数曲线，并与相应的仿真曲线进行对照，从而实现理论与实际的紧密结合；2. 通过机械系统动力学调速实验，观察机械的周期性波动现象，并掌握利用飞轮进行速度波动调节的原理和方法；,二、实验设备与仪器,实验台结构如图1，2所示：实验台主要由传动部分(电动机11、小带轮10、V型胶带3、大带轮13)、曲柄导杆滑块机构(曲柄14、滑块4、导杆5、连杆6、滑块7、滑杆8)，负载模拟装置9和测试控制部分(直线位移传感器1、角位移传感器12、AD采集卡和计算机)组成。,主要技术参数1. 供电电源：220V/50HZ；2. 直流电机功率：125W；转速可调：0280转/分3. 曲柄长度40mm；4. 导杆长度20
41、0 mm，导杆最大摆角39度；5. 连杆长度200可调；6. 滑块最大行程133mm，滑块偏距60mm可调；7. 外型尺寸：600400480。,三、实验内容与要求1. 设计组装曲柄滑块机构，给出曲柄的极为夹角和行程速比系数。2. 曲柄运动仿真及实测分析：通过计算机测试仿真软件对曲柄的真实运动规律进行实测和仿真，并作出曲柄运动仿真和实测曲线。3. 滑块运动仿真及实测分析：通过计算机测试仿真软件对滑块的真实运动规律进行实测和仿真，并作出滑块运动仿真和实测曲线。4. 速度波动调节分析：分别不装飞轮、在曲柄轴上装大飞轮或小飞轮，观察并比较它们的系统运转的不均匀性。5. 每2-3人一组，每人完成一份实
42、验报告。,2. 急回运动特性,曲柄摇杆机构,极限位置1连杆与曲柄拉伸共线,极限位置2连杆与曲柄重叠共线,极位夹角 机构从动件处于两极限位置时，主动件在对应位置所夹的锐角。,工作行程(慢行程)曲柄转过180，摇杆摆角，耗时t1，平均角速度m1 t1,180,180,返回行程(快行程)曲柄转过180，摇杆摆角，耗时t2，平均角速度m2 t2,60度,常用行程速度变化系数(Advance-to return-time ratio)K来衡量急回运动的相对程度。,设计具有急回要求的机构时，应先确定K值，再计算。,三、实验内容与要求1. 给出曲柄的极为夹角和行程速比系数。2. 曲柄运动仿真及实测分析：通过
43、计算机测试仿真软件对曲柄的真实运动规律进行实测和仿真，并作出曲柄运动仿真和实测曲线。3. 滑块运动仿真及实测分析：通过计算机测试仿真软件对滑块的真实运动规律进行实测和仿真，并作出滑块运动仿真和实测曲线。4. 速度波动调节分析：分别在曲柄轴上装大飞轮或小飞轮，观察并比较它们的系统运转的不均匀性。5. 每2-3人一组，每人完成一份实验报告。,好的，就到这里，谢谢啦！,下次再见吧,Back to front,第三讲 机械系统集成及分析实验,有了热身，开始行走吧行走训练马上开始.,本项目主要锻炼同学们进行简单传动系统设计、安装的能力。 所谓传动系统，就是将动力机的力和运动传递给执行机构或执行构件的中间
44、装置称作传动系统，每个执行构件与动力机之间存在着一个传动联系，有时执行机构与执行机构之间也有传动联系，组成传动联系的一系列传动件称作传动链。所有传动链以及它们之间的相互联系组成了传动系统。,一、传动系统综述传动系统的作用 传动系统是把动力机的力和运动传递给执行系统的中间装置。如果动力机的性能和指标符合执行系统的要求，传动系统当然可以省略，将动力机与执行机构直接联接。传动系统的分类 固定传动比系统；可调传动比系统,二 传动系统的组成,尽管传动系统的种类繁多，用途也各不相同，但它们常包括下列几个组成部分：变速装置、启停和换向装置、制动装置、安全保护装置等。（1）变速装置 变速装置的作用是改变动力机
45、的输出转速和转矩以适合执行机构的需要。 常用的变速装置有以下几种,1.变换齿轮变速机构 变速时需要更换齿轮 2.滑移齿轮变速机构 传动系统中某一轴上装一双联或三联可滑移的齿轮，通过改变滑移齿轮的啮合位置，即可获得不同的各级转速。 3.离合器变速机构 离合器变速机构有牙嵌式、齿轮式、摩擦片式离合器。,2. 启停和换向装置3. 制动装置 运动着的构件具有惯性，需要停止时不能马上停止，而是逐渐减速后才能停止。停车前的转速愈高，惯性愈大，摩擦阻力愈小，停车的时间愈长。为了节省辅助时间，对于起停频繁或惯性大、运动件速度高的传动系统，应安装制动装置。应当注意，必须先制动停车后再换向。制动装置还可用于设备一
46、旦发生事故时的紧急停车或使某个运动件可靠地停在所需位置上。,4. 安全保护装置 机械设备在工作中若载荷变化频繁且变化幅度较大，可能过载而本身又无保护作用时那是非常危险的。因此应在传动链中设置保护装置，以避免损坏传动系统。系统中如有摩擦副时，则具有过载保护作用。也可在传动链中安装安全离合器、安全销等过载保护装置。当所传递的转矩超过规定值时，靠保护装置中的联接件的折断、分离或打滑来停止或限制转矩的传递。,机械系统集成及分析实验,一、实验目的1. 了解并认识机械系统的组成和功能；2. 设计、拼装机械传动系统；3. 对机械系统进行检测和分析；4. 了解检测及控制原理、计算机软件数据分析原理。,该实验台机械平台如图所示，机械平台主要由底座(安装平台)、驱动模块、模拟负载、离合器部件、变载荷以及减速器、联轴器、带、链、三角带轮、链轮库、基本机构(杆机构、槽轮机构)等组成。可根据需要按一定的形式组合成不同的机械传动系统。具体安装及装配可见下面给大家提供的四种组合方案。,实验台部件简介,1-测力传感器 2-电机固定板 3-左支撑座 4-连接轴 5-轴承 6-固定法兰 7-直流电机 8-测力压头 9-右支撑座 10-接头 11-传感器座 12-光栅角位移传感器,
