精密仪器与机械结构设计手册

精密仪器与机械结构设计

实验指导书

重庆大学光电工程学院

实验教学的目的与要求

培养学生工程实践和创新能力，加深学生对各种机构与机械零件的理解与体验，掌握构建机械系统的一般方法并通过实际运用fishertechnik模型构建从简单到复杂的不同功能的光、机、电系统，促进学生、光、机、电系统的设计构思能力和创新思维能力。 实验项目

实验一 机构原理与机构设计

了解机构的组成及传动原理，认识各种机械传动装置、分类及运用，了解各类零件的结构特点以及连接、失效。 实验二 百分表结构分析装拆

了解百分表的结构及工作原理，熟悉齿轮、导轨、弹性元件连接和示数装置等零件在百分表中具体的应用及其结构形式，初步实践精密仪器表的拆装与拆装工具。 实验三 机、电系统的构建实验

通过构建不同功能的从简单到复杂的机、电、系统,初步体验和了解机电系统的一般设计方法,以及通过灵活的配置fishertechnik模块，实现不同功能目标的机电系统的创新性实验，培养创新思维能力和实践能力。

实验四 气动机器人创意实验

进一步熟悉慧鱼模型的各个模块，了解气压传动的一些知识，进行创

意实验设计，进一步熟悉LLWin的编程。

实验一 机构原理与机构设计

一、目的

1、通过使用fishertechnik模型“机械组”和“结构组”搭建各种运动机构和传动装置，加深学生对机构组成、原理、运用的理解和认识。

2、通过使用fishertechnik模型，增加学生对机械零件的认识，了解其具体结构和失效形式。

3、初步了解机构在实际精密仪器中的具体结构和运用。 二、实验器材

1、fishertechnik机械组和结构组模型包括

（1）齿轮、联杆、链条、履带、齿轮（普通齿轮、锥齿轮、链齿轮、内啮合齿轮、外啮合齿轮）、齿轮轴、齿条、蜗轮、蜗杆、凸轮、弹簧、曲轴、万向节、差速器、齿轮箱、铰链等。

（2）各种连接与结构组件。

2、扫描仪、园度仪、打印机、长度测量机等。 三、思考题

1、直线运动机构有那些，分别有什么样的特点其运用范围。 2、园周运动机构有那些，分别有什么样的特点其运用范围。 3、实现往复移动和往复摆动的机构的那些，它们的运动特点是什么，其运用范围。

4、齿形带传动有什么特点，常用在那些地方传送运动。 5、齿轮传动有那些类型？各有何特点？齿轮的失效形式主要有那

些？

6、蜗杆传动的主要类型有那些？蜗杆传动的主要特点。 7、弹簧的主要类型和功能是什么？ 8、可拆连接和不可拆连接？ 9、零件和构件的本质区别是什么？

10、分析扫描仪、园度仪、测长机等精密仪器中的机械部份，是由那些机构组成。

实验二 百分表结构分析装拆实验

一、目的

1、通过对百分表的拆装，了解百分表的结构及工作原理； 2、熟悉课堂上所学的齿轮、导轨、弹性元件、联接和示数装置等零件在百分表中的具体应用及其结构形式，建立和增强感性认识；

3、通过对百分表结构的分析，培养学生结构分析能力； 4、通过对百分表装拆，初步培养学生对精密仪器的装拆技能及装拆工具使用方法。 二、工作原理

钟表式百分表是将测量杆的微小直线位移通过齿条、齿轮和齿轮的传动放大变为指针的角位移，从而在刻度盘上指示出相应的示值。 三、实验步骤

1、从观察百分表的外观入手，了解百分表的使用方法，记下指针的初始位置；

2、结合实物分析本指导书的拆装顺序，在头脑中形成拆装顺序的完整概念；

3、拧下百分表后盖上的三个螺钉，取下后盖： （1）观察机构的传动关系，画出机构系统图； （2）分析每个零件所起的作用；

4、收拢固定外圈的弹簧卡圈，并取下，用起针镊子指针，再取下表盖和弹簧垫；

5、取下一阶段测量力弹簧和测量杆防转滑块，拧下固定下支撑板

的螺钉，即可取出机芯；

（注意：到此，拆表的过程全部完成，没让拆的零部件请不要拆卸）

6、按照相反的顺序把拆下的零件一一装回。 （1）安装下支撑板时，应使游丝预紧π/2；

（2）安装下支撑板时，应保证齿条与齿轮啮合的齿侧间隙； （3）安装下支撑板时，应保证齿条与齿轮啮合的齿侧间隙； （4）装指针时，应保证对指针位置的要求。 四、装表质量检查

1、测杆移动需灵活，无卡滞现象；

2、当测杆在自上状态时，指针应位于测量杆轴线上方15-25个分度内。转数指针对刻度盘时，大指针应位于测量杆轴线上方10个分度内。

3、检查游丝是否预紧。

4、齿条与齿轮啮合的齿侧间隙应在0.01-0.06毫米之间。 五、注意事项

1、实验前要认真阅读实验指导书； 2、不要求拆的地方不得随意拆卸；

3、拆下的零件要轻拿轻放在塑料合内，防止丢失和损坏。尤其要注意测力弹簧、游丝和指针。 六、思考题

1、表盘为什么要旋转，旋转的导向面在何处？

2、百分表中的齿轮转动是升速传动还是降速传动？是力传动还是示数传动》

3、指出百分表的限动装置，说明其作用。 4、百分表在下述各处采用了什么联接形式？ （1）片齿轮与轴； （2）导轨与壳体； （3）防尘帽与壳体； （4）指钟套与齿轮轴； （5）测头钢球与测头； （6）防转滑块与下夹板。

5、游丝的作用是什么？为什么它不能装在另外两根齿轮轴上？ 6、大表盘下的弹簧片的作用是什么？

减速器拆装实验报告

实验日期 年 月 日 一.测量数据

二.计算数据

1. 传动比iⅠ= iⅡ= i=

三.思考题

1. 箱体上的筋板起什么作用？

2. 箱体上有吊环螺钉，为什么箱底上还要设吊钩？

3. 箱体为什么沿轴线平面划分？

4. 减速器箱体为什么做成圆弧曲线形？

实验三 光、机、电系统的构建实验

一、目的

1、通过使用fishertechnik（机械、结构、电气、实验机器人）模型搭建能实现不同功能的实验系统，培养学生工程实践能力和构建系统的设计体验，了解一般机构系统的设计步骤和思路。

2、利用fishertechnik模型不同功能机电模块可灵活配置、构建能实现不同功能系统目标的特点、培养学生创新思维和实践能力。

3、了解和体验能实现不同目标和功能的系统中，执行器（机构组件）、传感器、控制器的作用以及相互之间的合理匹配。

二、实验路线

1、了解分析目标任务即要实现的系统功能

2、机械电气系统

（1）机械系统要实现的任务；

（2）机械系统的运动方案；

a. 确定实现任务需要多少执行构件。

b. 确定执行构件应完成的运动。

c. 各运动之间应怎样配合。

（3）合理选择机构类型，拟定机构的组合方案，并绘制传动系统的机构运动简图。

（4）机械系统搭建

（5）电气传动方案确定

（6）选取并连接电气组件（如电动机、继电器等）

3、传感器的确定与设置

按系统需要完成的功能和机械系统运动方案，根据磁敏、

光敏、热敏等不同传感器的特点，在“传感器组”中选取传感器并确定其数量。

4、系统联接与控制

（1）连接“智能接口技术”与PC

（2）系统调试

（3）LLWin图形化编程软件、编制控制程序

5、全系统联调

三、实验器材

1、fishertechnik模型一套（含机械、结构、传感、接口电源等模型组件）。

2、fishertechnik专用LLWin图形化编程系统控制软件

3、PC：Windows 2000/NT。

四、模型目标功能

1、卷扬机：A顺时针旋转；B停；C逆时旋转；D停。

2、工业铲车：A往前走；B往后走；C往左走；D往右走。

3、分选机构：检测工件长度，并将其区分为“长”、“短”两类，分别堆放。

4、自动门：完成当光路之一被门前到达物阻断时，门将自动打开放行。

5、雷达：

6、创新实验（学生自定目标）

机构运动简图的测绘和分析

一. 实验目的

1. 学会根据实际机构或模型的构造测绘机构运动简图的技能。

2. 通过实验进一步理解机构的组成和机构自由度的意义及其计算方法。

二. 实验设备

1、机械实物及机械模型。

2、钢板尺，游标卡尺，内、外卡尺。

3、三角板，铅笔，橡皮，草稿纸等（自备）。

三. 原理和方法

1. 原理

机构运动的性质与机构中构件的数目和运动副的类型、数目、相对位置有关。因此画机构运动简图时，应以规定的符号代表运动副，并以一定的比例尺按实际尺寸定出运动副间的相对位置，用尽可能简单的线条表示机构中各构件。这

种用比例尺绘出的机构简单图形称为机构运动简图，若不按比例尺绘出，则称为机构示意图。

2. 测绘方法

⑴缓慢驱动被测机构，仔细观察各构件的运动，分清各运动单元，从而确定机构构件的数目。

⑵根据相连接两构件的接触情况及相对运动性质，确定各运动副的类型。

⑶在草稿纸上绘出机构示意图。用1,2,3„依次标注各构件，用A,B,C„分别标注各运动副，在原动件上标出表示运动方向的箭头。

⑷测量与机构运动有关的尺寸，并标注在草图上。 ⑸选长度比例尺实际长度

图示长度 （m/mm）。在实验报告纸

上画出机构运动简图。

实验四 气动机器人创意实验

一 实验目的:

1、进一步熟悉慧鱼模型的各个模块。

2、了解气压传动的一些知识。

3、进行创意实验设计。

4、进一步熟悉LLWin的编程。

二 实验器材:

慧鱼气动组合包一套

慧鱼专用电源一套

PC机一台

LLWIN软件一套

接口电路板一块

三 实验原理:

分类打孔机器人简图

1 送物气缸

2 取物气缸

3 打孔气缸

4 电机

5 反光检测器

6 转盘

7 料筒

8 工件

9 盛物容器

见分类打孔机器人简图， 本方案机器人的工作原理为：气缸将工件8件送到转盘6上，转盘在电机4的带动下，将工件送到感器5下。传感器对工件作出判断，决定它是否需要进行打孔操作。如果需要，转盘将工件送到气缸3下。打孔气缸带动打孔头对工件进行打孔操作。然后转盘继续转动，将工件送到盛放打孔件的容器的位置。取物气缸2将工件送入容器中。反之，如果工件不需要进行打孔操作，转盘将工件直接送到盛放非打孔件的容器位置，取物气缸将工件送入容器。转盘转动的角度是通过转盘上的连杆与行程开关的协调来实现的。

四 实验内容

气源的组装 在本实验中，传动的主要方式是气压传动。气源是一个气动系统的重要组成部分，它在整个系统中起着提供压缩气体的作用。 在本实验中，自由组的装置提供压缩气体，它的实物所示:

1 单向阀

2 压气气缸

3 电机

4 带轮

5 贮气罐

6 曲柄

压气原理: 电机轴上装有一小带轮，大带轮上装有一个曲柄机构，曲柄带动气缸的活塞做主往复运动。图中大容器是贮气罐，它在压气部分中起的作用是平衡系统压力，消除气缸输出气体的脉动性。它在执行元件时还起提供大流量气体的作用。

组装步骤：见手册

注意的问题:

(1) 电机上的小带轮应尽量安装到轴的基部，这样可以使传动带不致滑脱带轮。

(2) 大带轮及其紧固件的安装方向应正确，以防止大带轮同其支架之间会发生摩擦。

(3) 曲柄与安装孔两端应留有1～2毫米的间隙，使其运动灵活。

(4) 气缸位置应协调好，既不能使气缸与支架有干涉，又要防止曲柄与气缸活塞杆的连接脱落。