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精密儀器與機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 實驗指導(dǎo)書 重慶大學(xué)光電工程學(xué)院 實驗教學(xué)的目的與要求 培養(yǎng)學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新能力，加深學(xué)生對各種機構(gòu)與機械零件的理解與體驗，掌握構(gòu)建機械系統(tǒng)的一般方法并通過實際運用fishertechnik模型構(gòu)建從簡單到復(fù)雜的不同功能的光、機、電系統(tǒng)，促進學(xué)生、光、機、電系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)思能力和創(chuàng)新思維能力。 實驗項目 實驗一 機構(gòu)原理與機構(gòu)設(shè)計 了解機構(gòu)的組成及傳動原理，認識各種機械傳動裝置、分類及運用，了解各類零件的結(jié)構(gòu)特點以及連接、失效。 實驗二 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，初步實踐精密儀器表的拆裝與拆裝工具。 實驗三 機、電系統(tǒng)的構(gòu)建實驗 通過構(gòu)建不同功能的從簡單到復(fù)雜的機、電、系統(tǒng),初步體驗和了解機電系統(tǒng)的一般設(shè)計方法,以及通過靈活的配置fishertechnik模塊，實現(xiàn)不同功能目標(biāo)的機電系統(tǒng)的創(chuàng)新性實驗，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力和實踐能力。 實驗四 氣動機器人創(chuàng)意實驗 進一步熟悉慧魚模型的各個模塊，了解氣壓傳動的一些知識，進行創(chuàng)意實驗設(shè)計，進一步熟悉LLWin的編程。實驗一 機構(gòu)原理與機構(gòu)設(shè)計 一、目的 1、通過使用fishertechnik模型“機械組”和“結(jié)構(gòu)組”搭建各種運動機構(gòu)和傳動裝置，加深學(xué)生對機構(gòu)組成、原理、運用的理解和認識。 2、通過使用fishertechnik模型，增加學(xué)生對機械零件的認識，了解其具體結(jié)構(gòu)和失效形式。 3、初步了解機構(gòu)在實際精密儀器中的具體結(jié)構(gòu)和運用。 二、實驗器材 1、fishertechnik機械組和結(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、長度測量機等。 三、思考題 1、直線運動機構(gòu)有那些，分別有什么樣的特點其運用范圍。 2、園周運動機構(gòu)有那些，分別有什么樣的特點其運用范圍。 3、實現(xiàn)往復(fù)移動和往復(fù)擺動的機構(gòu)的那些，它們的運動特點是什么，其運用范圍。 4、齒形帶傳動有什么特點，常用在那些地方傳送運動。 5、齒輪傳動有那些類型？各有何特點？齒輪的失效形式主要有那些？ 6、蝸桿傳動的主要類型有那些？蝸桿傳動的主要特點。 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、測長機等精密儀器中的機械部份，是由那些機構(gòu)組成。 實驗二 百分表結(jié)構(gòu)分析裝拆實驗 一、目的 1、通過對百分表的拆裝，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，建立和增強感性認識； 3、通過對百分表結(jié)構(gòu)的分析，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)分析能力； 4、通過對百分表裝拆，初步培養(yǎng)學(xué)生對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量桿的微小直線位移通過齒條、齒輪和齒輪的傳動放大變?yōu)橹羔樀慕俏灰?，從而在刻度盤上指示出相應(yīng)的示值。 三、實驗步驟 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螺釘，取下后蓋： （1）觀察機構(gòu)的傳動關(guān)系，畫出機構(gòu)系統(tǒng)圖； （2）分析每個零件所起的作用； 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、取下一階段測量力彈簧和測量桿防轉(zhuǎn)滑塊，擰下固定下支撐板的螺釘，即可取出機芯； （注意：到此，拆表的過程全部完成，沒讓拆的零部件請不要拆卸） 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，應(yīng)使游絲預(yù)緊π/2； （2）安裝下支撐板時，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，應(yīng)保證齒條與齒輪嚙合的齒側(cè)間隙； （4）裝指針時，應(yīng)保證對指針位置的要求。 四、裝表質(zhì)量檢查 1、測桿移動需靈活，無卡滯現(xiàn)象； 2、當(dāng)測桿在自上狀態(tài)時，指針應(yīng)位于測量桿軸線上方15-25個分度內(nèi)。轉(zhuǎn)數(shù)指針對刻度盤時，大指針應(yīng)位于測量桿軸線上方10個分度內(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 1、實驗前要認真閱讀實驗指導(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)動是升速傳動還是降速傳動？是力傳動還是示數(shù)傳動》 3、指出百分表的限動裝置，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）測頭鋼球與測頭； （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？  減速器拆裝實驗報告 實驗日期 年 月 日 一.測量數(shù)據(jù) 名 稱 單 位 高速級 低速級 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.計算數(shù)據(jù) 1. 傳動比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？ 實驗三 光、機、電系統(tǒng)的構(gòu)建實驗 一、目的 1、通過使用fishertechnik（機械、結(jié)構(gòu)、電氣、實驗機器人）模型搭建能實現(xiàn)不同功能的實驗系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力和構(gòu)建系統(tǒng)的設(shè)計體驗，了解一般機構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計步驟和思路。 2、利用fishertechnik模型不同功能機電模塊可靈活配置、構(gòu)建能實現(xiàn)不同功能系統(tǒng)目標(biāo)的特點、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐能力。 3、了解和體驗?zāi)軐崿F(xiàn)不同目標(biāo)和功能的系統(tǒng)中，執(zhí)行器（機構(gòu)組件）、傳感器、控制器的作用以及相互之間的合理匹配。 二、實驗路線 1、了解分析目標(biāo)任務(wù)即要實現(xiàn)的系統(tǒng)功能 2、機械電氣系統(tǒng) （1）機械系統(tǒng)要實現(xiàn)的任務(wù)； （2）機械系統(tǒng)的運動方案； a. 確定實現(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)完成的運動。 c. 各運動之間應(yīng)怎樣配合。 （3）合理選擇機構(gòu)類型，擬定機構(gòu)的組合方案，并繪制傳動系統(tǒng)的機構(gòu)運動簡圖。 （4）機械系統(tǒng)搭建 （5）電氣傳動方案確定 （6）選取并連接電氣組件（如電動機、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械系統(tǒng)運動方案，根據(jù)磁敏、光敏、熱敏等不同傳感器的特點，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、實驗器材 1、fishertechnik模型一套（含機械、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、 卷揚機：A順時針旋轉(zhuǎn)；B停；C逆時旋轉(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、分選機構(gòu)：檢測工件長度，并將其區(qū)分為“長”、“短”兩類，分別堆放。 4、自動門：完成當(dāng)光路之一被門前到達物阻斷時，門將自動打開放行。 5、雷達： 6、創(chuàng)新實驗（學(xué)生自定目標(biāo)） 機構(gòu)運動簡圖的測繪和分析 一. 實驗?zāi)康? 1. 學(xué)會根據(jù)實際機構(gòu)或模型的構(gòu)造測繪機構(gòu)運動簡圖的技能。 2. 通過實驗進一步理解機構(gòu)的組成和機構(gòu)自由度的意義及其計算方法。 二. 實驗設(shè)備 1、機械實物及機械模型。 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 機構(gòu)運動的性質(zhì)與機構(gòu)中構(gòu)件的數(shù)目和運動副的類型、數(shù)目、相對位置有關(guān)。因此畫機構(gòu)運動簡圖時，應(yīng)以規(guī)定的符號代表運動副，并以一定的比例尺按實際尺寸定出運動副間的相對位置，用盡可能簡單的線條表示機構(gòu)中各構(gòu)件。這種用比例尺繪出的機構(gòu)簡單圖形稱為機構(gòu)運動簡圖，若不按比例尺繪出，則稱為機構(gòu)示意圖。 2. 測繪方法 ⑴緩慢驅(qū)動被測機構(gòu)，仔細觀察各構(gòu)件的運動，分清各運動單元，從而確定機構(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運動性質(zhì)，確定各運動副的類型。 ⑶在草稿紙上繪出機構(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)注各運動副，在原動件上標(biāo)出表示運動方向的箭頭。 ⑷測量與機構(gòu)運動有關(guān)的尺寸，并標(biāo)注在草圖上。 ⑸選長度比例尺 （m/mm）。在實驗報告紙上畫出機構(gòu)運動簡圖。 實驗四 氣動機器人創(chuàng)意實驗 一 實驗?zāi)康? 1、進一步熟悉慧魚模型的各個模塊。 2、了解氣壓傳動的一些知識。 3、進行創(chuàng)意實驗設(shè)計。 4、進一步熟悉LLWin的編程。 二 實驗器材: 慧魚氣動組合包一套 慧魚專用電源一套 PC機一臺 LLWIN軟件一套 接口電路板一塊 三 實驗原理: 分類打孔機器人簡圖 1 送物氣缸 2 取物氣缸 3 打孔氣缸 4 電機 5 反光檢測器 6 轉(zhuǎn)盤 7 料筒 8 工件 9 盛物容器 見分類打孔機器人簡圖， 本方案機器人的工作原理為：氣缸將工件8件送到轉(zhuǎn)盤6上，轉(zhuǎn)盤在電機4的帶動下，將工件送到感器5下。傳感器對工件作出判斷，決定它是否需要進行打孔操作。如果需要，轉(zhuǎn)盤將工件送到氣缸3下。打孔氣缸帶動打孔頭對工件進行打孔操作。然后轉(zhuǎn)盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動，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)來實現(xiàn)的。 四 實驗內(nèi)容 氣源的組裝 在本實驗中，傳動的主要方式是氣壓傳動。氣源是一個氣動系統(tǒng)的重要組成部分，它在整個系統(tǒng)中起著提供壓縮氣體的作用。 在本實驗中，自由組的裝置提供壓縮氣體，它的實物所示: 1 單向閥 2 壓氣氣缸 3 電機 4 帶輪 5 貯氣罐 6 曲柄 壓氣原理: 電機軸上裝有一小帶輪，大帶輪上裝有一個曲柄機構(gòu)，曲柄帶動氣缸的活塞做主往復(fù)運動。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性。它在執(zhí)行元件時還起提供大流量氣體的作用。 組裝步驟：見手冊 注意的問題: (1) 電機上的小帶輪應(yīng)盡量安裝到軸的基部，這樣可以使傳動帶不致滑脫帶輪。 (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，使其運動靈活。 (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。