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精密儀器與機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 重慶大學(xué)光電工程學(xué)院 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的與要求 培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力，加深學(xué)生對(duì)各種機(jī)構(gòu)與機(jī)械零件的理解與體驗(yàn)，掌握構(gòu)建機(jī)械系統(tǒng)的一般方法并通過實(shí)際運(yùn)用fishertechnik模型構(gòu)建從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的不同功能的光、機(jī)、電系統(tǒng)，促進(jìn)學(xué)生、光、機(jī)、電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)思能力和創(chuàng)新思維能力。 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 實(shí)驗(yàn)一 機(jī)構(gòu)原理與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 了解機(jī)構(gòu)的組成及傳動(dòng)原理，認(rèn)識(shí)各種機(jī)械傳動(dòng)裝置、分類及運(yùn)用，了解各類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及連接、失效。 實(shí)驗(yàn)二 百分表結(jié)構(gòu)分析裝拆 了解百分表的結(jié)構(gòu)及工作原理，熟悉齒輪、導(dǎo)軌、彈性元件連接和示數(shù)裝置等零件在百分表中具體的應(yīng)用及其結(jié)構(gòu)形式，初步實(shí)踐精密儀器表的拆裝與拆裝工具。 實(shí)驗(yàn)三 機(jī)、電系統(tǒng)的構(gòu)建實(shí)驗(yàn) 通過構(gòu)建不同功能的從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的機(jī)、電、系統(tǒng),初步體驗(yàn)和了解機(jī)電系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法,以及通過靈活的配置fishertechnik模塊，實(shí)現(xiàn)不同功能目標(biāo)的機(jī)電系統(tǒng)的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力和實(shí)踐能力。 實(shí)驗(yàn)四 氣動(dòng)機(jī)器人創(chuàng)意實(shí)驗(yàn) 進(jìn)一步熟悉慧魚模型的各個(gè)模塊，了解氣壓傳動(dòng)的一些知識(shí)，進(jìn)行創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步熟悉LLWin的編程。實(shí)驗(yàn)一 機(jī)構(gòu)原理與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、目的 1、通過使用fishertechnik模型“機(jī)械組”和“結(jié)構(gòu)組”搭建各種運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)裝置，加深學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)組成、原理、運(yùn)用的理解和認(rèn)識(shí)。 2、通過使用fishertechnik模型，增加學(xué)生對(duì)機(jī)械零件的認(rèn)識(shí)，了解其具體結(jié)構(gòu)和失效形式。 3、初步了解機(jī)構(gòu)在實(shí)際精密儀器中的具體結(jié)構(gòu)和運(yùn)用。 二、實(shí)驗(yàn)器材 1、fishertechnik機(jī)械組和結(jié)構(gòu)組模型包括 （1）齒輪、聯(lián)桿、鏈條、履帶、齒輪（普通齒輪、錐齒輪、鏈齒輪、內(nèi)嚙合齒輪、外嚙合齒輪）、齒輪軸、齒條、蝸輪、蝸桿、凸輪、彈簧、曲軸、萬向節(jié)、差速器、齒輪箱、鉸鏈等。 （2）各種連接與結(jié)構(gòu)組件。 2、掃描儀、園度儀、打印機(jī)、長(zhǎng)度測(cè)量機(jī)等。 三、思考題 1、直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有那些，分別有什么樣的特點(diǎn)其運(yùn)用范圍。 2、園周運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有那些，分別有什么樣的特點(diǎn)其運(yùn)用范圍。 3、實(shí)現(xiàn)往復(fù)移動(dòng)和往復(fù)擺動(dòng)的機(jī)構(gòu)的那些，它們的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是什么，其運(yùn)用范圍。 4、齒形帶傳動(dòng)有什么特點(diǎn)，常用在那些地方傳送運(yùn)動(dòng)。 5、齒輪傳動(dòng)有那些類型？各有何特點(diǎn)？齒輪的失效形式主要有那些？ 6、蝸桿傳動(dòng)的主要類型有那些？蝸桿傳動(dòng)的主要特點(diǎn)。 7、彈簧的主要類型和功能是什么？ 8、可拆連接和不可拆連接？ 9、零件和構(gòu)件的本質(zhì)區(qū)別是什么？ 10、分析掃描儀、園度儀、測(cè)長(zhǎng)機(jī)等精密儀器中的機(jī)械部份，是由那些機(jī)構(gòu)組成。 實(shí)驗(yàn)二 百分表結(jié)構(gòu)分析裝拆實(shí)驗(yàn) 一、目的 1、通過對(duì)百分表的拆裝，了解百分表的結(jié)構(gòu)及工作原理； 2、熟悉課堂上所學(xué)的齒輪、導(dǎo)軌、彈性元件、聯(lián)接和示數(shù)裝置等零件在百分表中的具體應(yīng)用及其結(jié)構(gòu)形式，建立和增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)； 3、通過對(duì)百分表結(jié)構(gòu)的分析，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)分析能力； 4、通過對(duì)百分表裝拆，初步培養(yǎng)學(xué)生對(duì)精密儀器的裝拆技能及裝拆工具使用方法。 二、工作原理 鐘表式百分表是將測(cè)量桿的微小直線位移通過齒條、齒輪和齒輪的傳動(dòng)放大變?yōu)橹羔樀慕俏灰?，從而在刻度盤上指示出相應(yīng)的示值。 三、實(shí)驗(yàn)步驟 1、從觀察百分表的外觀入手，了解百分表的使用方法，記下指針的初始位置； 2、結(jié)合實(shí)物分析本指導(dǎo)書的拆裝順序，在頭腦中形成拆裝順序的完整概念； 3、擰下百分表后蓋上的三個(gè)螺釘，取下后蓋： （1）觀察機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)關(guān)系，畫出機(jī)構(gòu)系統(tǒng)圖； （2）分析每個(gè)零件所起的作用； 4、收攏固定外圈的彈簧卡圈，并取下，用起針鑷子指針，再取下表蓋和彈簧墊； 5、取下一階段測(cè)量力彈簧和測(cè)量桿防轉(zhuǎn)滑塊，擰下固定下支撐板的螺釘，即可取出機(jī)芯； （注意：到此，拆表的過程全部完成，沒讓拆的零部件請(qǐng)不要拆卸） 6、按照相反的順序把拆下的零件一一裝回。 （1）安裝下支撐板時(shí)，應(yīng)使游絲預(yù)緊π/2； （2）安裝下支撐板時(shí)，應(yīng)保證齒條與齒輪嚙合的齒側(cè)間隙； （3）安裝下支撐板時(shí)，應(yīng)保證齒條與齒輪嚙合的齒側(cè)間隙； （4）裝指針時(shí)，應(yīng)保證對(duì)指針位置的要求。 四、裝表質(zhì)量檢查 1、測(cè)桿移動(dòng)需靈活，無卡滯現(xiàn)象； 2、當(dāng)測(cè)桿在自上狀態(tài)時(shí)，指針應(yīng)位于測(cè)量桿軸線上方15-25個(gè)分度內(nèi)。轉(zhuǎn)數(shù)指針對(duì)刻度盤時(shí)，大指針應(yīng)位于測(cè)量桿軸線上方10個(gè)分度內(nèi)。 3、檢查游絲是否預(yù)緊。 4、齒條與齒輪嚙合的齒側(cè)間隙應(yīng)在0.01-0.06毫米之間。 五、注意事項(xiàng) 1、實(shí)驗(yàn)前要認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書； 2、不要求拆的地方不得隨意拆卸； 3、拆下的零件要輕拿輕放在塑料合內(nèi)，防止丟失和損壞。尤其要注意測(cè)力彈簧、游絲和指針。 六、思考題 1、表盤為什么要旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)向面在何處？ 2、百分表中的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)是升速傳動(dòng)還是降速傳動(dòng)？是力傳動(dòng)還是示數(shù)傳動(dòng)》 3、指出百分表的限動(dòng)裝置，說明其作用。 4、百分表在下述各處采用了什么聯(lián)接形式？ （1）片齒輪與軸； （2）導(dǎo)軌與殼體； （3）防塵帽與殼體； （4）指鐘套與齒輪軸； （5）測(cè)頭鋼球與測(cè)頭； （6）防轉(zhuǎn)滑塊與下夾板。 5、游絲的作用是什么？為什么它不能裝在另外兩根齒輪軸上？ 6、大表盤下的彈簧片的作用是什么？  減速器拆裝實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)日期 年 月 日 一.測(cè)量數(shù)據(jù) 名 稱 單 位 高速級(jí) 低速級(jí) 中心距薩a aⅠ= aⅡ= 齒輪齒數(shù)z z1= z2= z1= z2= 齒頂圓直徑da da1= da2= da1= da2= 齒根圓直徑df df1= df2= df1= df2= 二.計(jì)算數(shù)據(jù) 1. 傳動(dòng)比iⅠ= iⅡ= i= 三.思考題 1. 箱體上的筋板起什么作用？ 2. 箱體上有吊環(huán)螺釘，為什么箱底上還要設(shè)吊鉤？ 3. 箱體為什么沿軸線平面劃分？ 4. 減速器箱體為什么做成圓弧曲線形？ 實(shí)驗(yàn)三 光、機(jī)、電系統(tǒng)的構(gòu)建實(shí)驗(yàn) 一、目的 1、通過使用fishertechnik（機(jī)械、結(jié)構(gòu)、電氣、實(shí)驗(yàn)機(jī)器人）模型搭建能實(shí)現(xiàn)不同功能的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和構(gòu)建系統(tǒng)的設(shè)計(jì)體驗(yàn)，了解一般機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和思路。 2、利用fishertechnik模型不同功能機(jī)電模塊可靈活配置、構(gòu)建能實(shí)現(xiàn)不同功能系統(tǒng)目標(biāo)的特點(diǎn)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。 3、了解和體驗(yàn)?zāi)軐?shí)現(xiàn)不同目標(biāo)和功能的系統(tǒng)中，執(zhí)行器（機(jī)構(gòu)組件）、傳感器、控制器的作用以及相互之間的合理匹配。 二、實(shí)驗(yàn)路線 1、了解分析目標(biāo)任務(wù)即要實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能 2、機(jī)械電氣系統(tǒng) （1）機(jī)械系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)； （2）機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案； a. 確定實(shí)現(xiàn)任務(wù)需要多少執(zhí)行構(gòu)件。 b. 確定執(zhí)行構(gòu)件應(yīng)完成的運(yùn)動(dòng)。 c. 各運(yùn)動(dòng)之間應(yīng)怎樣配合。 （3）合理選擇機(jī)構(gòu)類型，擬定機(jī)構(gòu)的組合方案，并繪制傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 （4）機(jī)械系統(tǒng)搭建 （5）電氣傳動(dòng)方案確定 （6）選取并連接電氣組件（如電動(dòng)機(jī)、繼電器等） 3、傳感器的確定與設(shè)置 按系統(tǒng)需要完成的功能和機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案，根據(jù)磁敏、光敏、熱敏等不同傳感器的特點(diǎn)，在“傳感器組”中選取傳感器并確定其數(shù)量。 4、系統(tǒng)聯(lián)接與控制 （1）連接“智能接口技術(shù)”與PC （2）系統(tǒng)調(diào)試 （3）LLWin圖形化編程軟件、編制控制程序 5、全系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 三、實(shí)驗(yàn)器材 1、fishertechnik模型一套（含機(jī)械、結(jié)構(gòu)、傳感、接口電源等模型組件）。 2、fishertechnik專用LLWin圖形化編程系統(tǒng)控制軟件 3、PC：Windows 2000/NT。 四、模型目標(biāo)功能 1、 卷揚(yáng)機(jī)：A順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；B停；C逆時(shí)旋轉(zhuǎn)；D停。 2、工業(yè)鏟車：A往前走；B往后走；C往左走；D往右走。 3、分選機(jī)構(gòu)：檢測(cè)工件長(zhǎng)度，并將其區(qū)分為“長(zhǎng)”、“短”兩類，分別堆放。 4、自動(dòng)門：完成當(dāng)光路之一被門前到達(dá)物阻斷時(shí)，門將自動(dòng)打開放行。 5、雷達(dá)： 6、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)（學(xué)生自定目標(biāo)） 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪和分析 一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)際機(jī)構(gòu)或模型的構(gòu)造測(cè)繪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的技能。 2. 通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解機(jī)構(gòu)的組成和機(jī)構(gòu)自由度的意義及其計(jì)算方法。 二. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1、機(jī)械實(shí)物及機(jī)械模型。 2、鋼板尺，游標(biāo)卡尺，內(nèi)、外卡尺。 3、三角板，鉛筆，橡皮，草稿紙等（自備）。 三. 原理和方法 1. 原理 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)與機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的數(shù)目和運(yùn)動(dòng)副的類型、數(shù)目、相對(duì)位置有關(guān)。因此畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖時(shí)，應(yīng)以規(guī)定的符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副，并以一定的比例尺按實(shí)際尺寸定出運(yùn)動(dòng)副間的相對(duì)位置，用盡可能簡(jiǎn)單的線條表示機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件。這種用比例尺繪出的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，若不按比例尺繪出，則稱為機(jī)構(gòu)示意圖。 2. 測(cè)繪方法 ⑴緩慢驅(qū)動(dòng)被測(cè)機(jī)構(gòu)，仔細(xì)觀察各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，分清各運(yùn)動(dòng)單元，從而確定機(jī)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)目。 ⑵根據(jù)相連接兩構(gòu)件的接觸情況及相對(duì)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，確定各運(yùn)動(dòng)副的類型。 ⑶在草稿紙上繪出機(jī)構(gòu)示意圖。用1,2,3…依次標(biāo)注各構(gòu)件，用A,B,C…分別標(biāo)注各運(yùn)動(dòng)副，在原動(dòng)件上標(biāo)出表示運(yùn)動(dòng)方向的箭頭。 ⑷測(cè)量與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)有關(guān)的尺寸，并標(biāo)注在草圖上。 ⑸選長(zhǎng)度比例尺 （m/mm）。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙上畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 實(shí)驗(yàn)四 氣動(dòng)機(jī)器人創(chuàng)意實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、進(jìn)一步熟悉慧魚模型的各個(gè)模塊。 2、了解氣壓傳動(dòng)的一些知識(shí)。 3、進(jìn)行創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 4、進(jìn)一步熟悉LLWin的編程。 二 實(shí)驗(yàn)器材: 慧魚氣動(dòng)組合包一套 慧魚專用電源一套 PC機(jī)一臺(tái) LLWIN軟件一套 接口電路板一塊 三 實(shí)驗(yàn)原理: 分類打孔機(jī)器人簡(jiǎn)圖 1 送物氣缸 2 取物氣缸 3 打孔氣缸 4 電機(jī) 5 反光檢測(cè)器 6 轉(zhuǎn)盤 7 料筒 8 工件 9 盛物容器 見分類打孔機(jī)器人簡(jiǎn)圖， 本方案機(jī)器人的工作原理為：氣缸將工件8件送到轉(zhuǎn)盤6上，轉(zhuǎn)盤在電機(jī)4的帶動(dòng)下，將工件送到感器5下。傳感器對(duì)工件作出判斷，決定它是否需要進(jìn)行打孔操作。如果需要，轉(zhuǎn)盤將工件送到氣缸3下。打孔氣缸帶動(dòng)打孔頭對(duì)工件進(jìn)行打孔操作。然后轉(zhuǎn)盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，將工件送到盛放打孔件的容器的位置。取物氣缸2將工件送入容器中。反之，如果工件不需要進(jìn)行打孔操作，轉(zhuǎn)盤將工件直接送到盛放非打孔件的容器位置，取物氣缸將工件送入容器。轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度是通過轉(zhuǎn)盤上的連桿與行程開關(guān)的協(xié)調(diào)來實(shí)現(xiàn)的。 四 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 氣源的組裝 在本實(shí)驗(yàn)中，傳動(dòng)的主要方式是氣壓傳動(dòng)。氣源是一個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，它在整個(gè)系統(tǒng)中起著提供壓縮氣體的作用。 在本實(shí)驗(yàn)中，自由組的裝置提供壓縮氣體，它的實(shí)物所示: 1 單向閥 2 壓氣氣缸 3 電機(jī) 4 帶輪 5 貯氣罐 6 曲柄 壓氣原理: 電機(jī)軸上裝有一小帶輪，大帶輪上裝有一個(gè)曲柄機(jī)構(gòu)，曲柄帶動(dòng)氣缸的活塞做主往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖中大容器是貯氣罐，它在壓氣部分中起的作用是平衡系統(tǒng)壓力，消除氣缸輸出氣體的脈動(dòng)性。它在執(zhí)行元件時(shí)還起提供大流量氣體的作用。 組裝步驟：見手冊(cè) 注意的問題: (1) 電機(jī)上的小帶輪應(yīng)盡量安裝到軸的基部，這樣可以使傳動(dòng)帶不致滑脫帶輪。 (2) 大帶輪及其緊固件的安裝方向應(yīng)正確，以防止大帶輪同其支架之間會(huì)發(fā)生摩擦。 (3) 曲柄與安裝孔兩端應(yīng)留有1～2毫米的間隙，使其運(yùn)動(dòng)靈活。 (4) 氣缸位置應(yīng)協(xié)調(diào)好，既不能使氣缸與支架有干涉，又要防止曲柄與氣缸活塞桿的連接脫落。