CN106571098A - 空间及平面机构演化创新设计虚实综合实验台 - Google Patents

Abstract

本发明为一种可同时搭接两套机构的机械安装平台和空间及平面机构演化虚拟安装演示平台，由储物柜、台架、安装支架、安装套筒、带轮、皮带、运动机构、电机及平板电脑等组成。通过调节试验台台架安装支架之间的距离与可拆卸安装套筒在支架上的安装高度和安装角度实现不同机构的安装；试验台可同时搭接两套机构，以对演化前后的机构进行安装并运行，比较运动特点；由带轮联接至电机实现机构运行；通过实验台上的平板电脑及虚拟软件实现简单机构拓扑变形演化为新机构的过程、安装过程和运行过程的可视化。虚实结合，教学效果更明显。

Description

空间及平面机构演化创新设计虚实综合实验台

技术领域

本发明属于机械教学实验装置，为一种可同时搭接两套机构的机械安装平台和空间及平面机构演化虚拟安装演示平台。

背景技术

由于机构学已发展相当完善，近百年来，纯粹的机构创造发明几乎没有，“机械创新设计”目的就是将已有的常用机构予以重新组合、演化，组成能巧妙实现某预定功能的新机械。

根据《机械原理》中机构的结构分析可知，对于平面连杆机构，通过改变构件运动形式和杆长可形成新的平面连杆机构；通过基本构件与基本杆组的叠加可组成复杂平面机构；通过构件的形变可使平面机构向空间机构演变以及相同闭链空间机构可通过同构演化出不同的空间机构等多种机构演化创新，但多基于理论或简单二维图形示意，目前尚无成套系统的平台将这些演化过程实物化，可视化。教学过程中无法对机构演化创新原理和演化创新方法进行直观展示，教学效果不明显。

空间及平面机构演化创新设计虚实综合实验台的目的是将“创新”意识融入《机械原理》、《机械设计》和《机械创新设计》等课程的实验教学中，可视化说明复杂机构怎样由基本机构通过巧妙变换和演化而来，组成新的具有实用性的机械。

发明内容

针对机械教学领域在空间及平面机构演化及安装演示方面存在的不足，本发明提供一种能够对机构拓扑变形演化为新机构的过程、安装过程和运行过程进行演示的综合实验装置，即空间及平面机构演化创新设计虚实综合实验台。填补了实践教学在该领域的不足，实验效果真实理想。

本发明为一种可同时搭接两套机构的机械安装平台和空间及平面机构演化虚拟安装演示平台。由储物柜1、台架2、安装支架3、安装套筒4、带轮5、皮带6、运动机构7、电机8及平板电脑9等组成。可实现多种机构的运动方案，实现平面连杆机构演化与创新设计实验(图2)，复杂平面机构结构分析与组合设计实验(图3)，平面机构向空间机构演变创新设计实验(图4)，空间机构同构演化与组合创新设计实验(图5)。

本发明配有一个可同时搭接两套机构的机械安装平台。通过调节试验台台架2上安装支架3之间的距离与可拆卸安装套筒4在支架3上的安装高度和安装角度实现不同机构的安装。试验台可对演化前后的机构进行安装并运行，比较运动特点。

本发明配备虚拟安装演化平台，通过实验台上的平板电脑9及虚拟软件实现简单机构拓扑变形演化为新机构的过程、安装过程和运行过程的可视化。使受教育者能更直观的了解机构演化创新原理和演化创新方法。

本发明可实现的具体实验内容为：

(一)平面连杆机构演化与创新设计

1、改变构件运动形式和杆长

1)曲柄摇杆机构→曲柄滑块机构

2)曲柄滑块机构→正弦机构(缝纫机针头机构)

3)曲柄摇杆滑块机构→曲柄摇杆正切机构

4)转动导杆机构→摆动导杆机构

5)齿轮机构→齿条、齿轮机构

6)盘形凸轮机构→摆动凸轮机构

2、变换机架(机构转置)

1)曲柄摇杆机构→双曲柄机构

2)曲柄摇杆机构→双摇杆机构

3)曲柄滑块机构→转动导杆机构(图2)

4)转动导杆机构→曲柄摇块机构

5)正弦机构→双转块机构(十字)

6)双转块机构→双滑块机构(椭圆仪)

3、改变运动副大小及构件形状

1)曲柄摇杆机构→曲柄摇杆泵机构

2)曲柄滑块机构→偏心轮滑块机构

3)转动导杆机构→转动导杆泵机构

4)曲柄摇块机构→曲柄摇块泵机构

5)曲柄摇块机构→曲柄摇块柱塞泵机构

(二)复杂平面机构结构分析与组合设计

1、基本机构与基本杆组的叠加

1)曲柄摇杆机构→曲柄摇杆滑块机构(插床)(图3)

2)双曲柄机构→双曲柄滑块机构(惯性筛)

3)摆动导杆机构→摆动导杆滑块机构(牛头刨I)

4)双曲柄摇杆机构→曲柄+3级杆组(颚式破碎机)

5)摆动导杆滑块机构(牛头刨I)→曲柄+3级杆组(牛头刨床II)

2、高副机构与平面连杆机构的组合

1)凸轮-连杆组合机构

2)齿轮-连杆组合机构1

3)齿轮-连杆组合机构2

4)棘轮-连杆组合机构

三、平面机构向空间机构的演变创新设计

1、通过构件的形变使平面机构向空间机构演变

1)4R双曲柄机构→4R万向节机构

2)齿轮机构→圆锥齿轮机构(图4)

3)齿轮机构→蜗轮副机构

4)移动凸轮机构→圆柱凸轮间歇机构

5)平面槽轮机构→球面槽轮机构

2、改变构件形状和运动副类型使平面机构向空间机构演变

1)RRRH曲柄滑块机构→RRSC机构

2)RRHR曲柄摇块机构→RCRR揉面机构

3)RHHR双转块机构(十字)→RCCR联轴器

四、空间机构同构演化与组合创新设计

1、闭链空间机构的同构演化

1)RCCR联轴器→RCRR揉面机构

2)RRSC机构→RSSR空间曲柄摇杆机(图5)

3)球面四杆机构1→球面四杆机构2

4)RRRCRR机构→SARRUT机构

2、单开链空间机构的叠加

1)螺旋齿轮-蜗轮蜗杆1-锥齿轮

2)锥齿轮-球面槽轮机构

3)自动传送链装置

3、空间机构与平面连杆机构的组合

1)圆锥齿轮-槽轮机构

2)齿轮-圆柱凸轮机构

3)叠加机构

附图说明

图1为空间及平面机构演化创新设计虚实综合实验台台架的结构示意图。

图2为平面连杆机构演化与创新设计：曲柄滑块机构→转动导杆机构演化安装示意图。

图3为复杂平面机构结构分析与组合设计：曲柄摇杆机构→曲柄摇杆滑块机构演化安装示意图。

图4为平面机构向空间机构的演变创新设计：齿轮机构→圆锥齿轮机构演化安装示意图。

图5为空间机构同构演化与组合创新设计：RRSC机构→RSSR空间曲柄摇杆机演化安装示意图。

图中标号：1-储物柜，2-台架，3-安装支架，4-安装套筒，5-带轮，6-皮带，7-运动机构，8-电机，9-平板电脑，10-横向安装支架，11-三脚支架

具体实施方式

该试验台配备储物柜1，安装平台，虚拟演化平台，储物柜1为试验机构所需零件存放处，虚拟演化平台程序中有各机构装配视频和演化运行视频，可调出装配视频按顺序进行安装，安装完成后由带轮5连接至电机8，实现机构运行。

安装时可根据机构特点选用安装支架3数量，调整安装支架3间的距离，装配上所需套筒4数量，安装过程中随机调整套筒4在支架2上的高度和角度，安装完成后确定机构运行不受干涉，拧紧紧固件。

可按照同样的步骤安装演化创新后的机构，运行并对比，可直接观看实物运行过程或通过平板电脑9观看仿真运动过程。机构装配视屏及仿真运动视频由虚拟软件和计算机程序调用。

以曲柄摇杆机构→曲柄摇杆滑块机构演化安装(图3)为例，机构演化创新具体实施方式如下：

调出曲柄摇杆机构安装视屏，合理分配安装支架3并选择所需安装套筒4，按视频安装顺序逐一安装零件，根据构件间的约束调整安装支架3的间距和安装套筒4的高度和角度，通过调整两侧三脚支架11顶端的配合和横向安装支架10在滑槽中的位置调整横向支架10上安装套筒4的位置以符合安装尺寸要求，安装完成后拧紧紧固件；调出曲柄摇杆滑块机构安装视屏，同样的方式安装机构，确保两机构同时运行时不发生干涉，微调机构位置将皮带6安装至带轮5连接至电机8。调出机构演化安装运行视频，了解机构演化过程和机构演化前后运行机理，打开电机8电源开关，观看机构实际运行过程。

Claims (3)

1.一种空间及平面机构演化创新设计虚实综合实验台，由储物柜(1)、台架(2)、安装支架(3)、安装套筒(4)、带轮(5)、皮带(6)、运动机构(7)、电机(8)及平板电脑(9)等组成，可做多种机构运动方案，实现平面连杆机构演化与创新设计实验，复杂平面机构结构分析与组合设计实验，平面机构向空间机构演变创新设计实验，空间机构同构演化与组合创新设计实验。

2.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于配有一个可同时搭接两套机构的机械安装平台。通过调节试验台安装支架(3)之间的距离与可拆卸安装套筒(4)在支架(3)上的高度和安装角度实现不同机构的安装，该平台可对演化前后机构进行安装并运行，比较运动特点。

3.根据权利要求1所述的试验台，特征在于该试验台配备虚拟安装演化平台，通过实验台上的平板电脑(9)及虚拟软件实现简单机构拓扑变形演化为新机构过程和安装过程的可视化，使受教育者能了解机构演化创新原理和演化创新方法。