开放性实验报告

实验名称：机构创新组合与设计开放性实验

院       系：机械与材料工程学院

专       业：机械与材料工程学院

班级学号：

学生姓名：

指导老师：

起止时间：2014.12.2-2014.12.19

20##年12 月16 日

机构组合创新设

一、      实验目的与要求

1.    目的

1）         加深学生对机构组成理论的认识，熟悉杆组概念，为机构创新设计奠定良好的基础。

2）         利用若干不同的杆组，拼接各种不同的平面机构，以培养学生机构运动创新设计意识及综合设计的能力。

3）         训练学生的工程实践动手能力。

2.    要求

1）         根据所拆杆组，按不同顺序排列杆组，分析可能组合的机构运动方案有哪些，并能用运动简图表示出来。

2）         通过实验，了解位移、速度、加速度的测定方法；转速及回转不匀率的测定方法

3）         通过比较理论运动曲线与实测运动曲线的差异，并分析起原因，增加对运动速度特别是加速度的感性认识。

二、      实验仪器与设备

     一组机构系统创新组合模型（包括4个架）基本配置所含组件如下： 

1．接头 

接头分单接头和组合接头两种：单接头有5种形式，组合接头有4种形式。 （1） 单接头J1螺纹分左旋和右旋两种。方头的侧面上，为12×12方通孔。 （2） 单接头J2螺纹分左旋和右旋两种。方头的侧面上，为φ12圆通孔。 

（3）单接头J3螺纹全部为右旋，方头的侧面上为12×12方通孔，且螺杆端有一段φ12的过渡杆，根据长度的不同分为6种，即：从短至长适应一到六层的分层需要，便于不同层次联接选择。 

（4）单接头J4为L形状，两垂直面上，一面为方通孔，另一面为圆通孔。 

（5）单接头J5有一方孔，其两垂直右旋螺杆上有一端带有φ12圆柱，根据圆柱长度不同分为6种，即：从短至长适应一到六层的分层需要，便于不同层次联接选择。 

（6）组合接头J1/J7有两种，J1与J7之间可相对旋转。两种组合接头组合形状一样，但其中一种为一右旋和一左旋螺纹，另一种为两左旋螺纹。 

（7）组合接头J6/J4，J6与J4之间可相对旋转。其中：J6为一带方孔的方块。 （8）组合接头J6/J7，J6与J7之间可相对旋转。其中：J6为一带方孔的方块。

2．连杆 

（1）连杆为正方形杆件，可套入接头的方孔内进行滑动和固定，共有7种不同长度，可用于各种拼接。杆长在60~300 mm内能分段无级调整，超过300 mm的杆可另行组装而成。小于60 mm的杆件可利用齿轮或凸轮上的偏心孔。

（2）连杆两端各有右旋及左旋M8螺孔，可通过ZLM齿条连接螺钉将连杆相互连接到所需长度，也可通过HM—1换向螺钉将左旋螺孔转为右旋螺孔，两端孔还可根据需要和其他接头零件相连。

3.组合机架

         

三、      实验方案设计

1.    查阅资料、提出方案

1．正确拆分杆组 

从机构中拆出杆组具有三个步骤：

1）先去掉机构中的局部自由度和虚约束；

2）计算机构的自由度，确定原动件；  

3）从远离原动件的一端开始拆分杆组，每次拆分时，先试着拆分出II级组，没有II级组时，再拆分III级组等高级组，最后剩下原动件和机架。

2.    方案的讨论与确定

拆去一个杆组或一系列杆组后，剩余的必须为一个与原机构具有相同自由度的子机构或若干个与机架相联的原动件，不能有不成组的零散构件或运动副存在；全部杆组拆完后，只应当剩下与机架相联的原动件。

四、      实验过程（步骤）

（一）步骤

 1.学生使用“机构创新组合设计实验台”提供的各种零件。按照自己的运动方案简图，先在桌面上进行机构的初步试验组装，这一步的目的是杆件分层。一方面为了使各个杆件在互相平行的平面内运动，一一方面为了避免各个杆件，各个运动副之间发生运动干涉。 

2.按照上一步骤试验好的分层方案，从最里层开始，依次将各个杆件组装连接到机架上。选取构件杆，连接转动副或移动副。凸轮。齿轮。齿条与杆件用转动副连接，凸轮。齿轮。齿条与杆件用移动副连接，杆件以转动副的形式与机架相连，杆件以移动副的形式与机架相连，最后组装连接输入转动的原动件或输入移动的原动件。 

3.根据输入运动的形式选择原动件。若输入运动为转动（工程实际中以柴油机，电动机等为动力的情况），则选用双轴承式主动定铰链轴或蜗杆为原动件，并使用电机通过软轴联轴器进行驱动。若输入运动为 移动（工程实际中以油缸，气缸等为动力的情况），可选用适当行程的气缸驱动，用软管连接好气缸，气控组件和空气压缩机并进行空载形成实验。 

4.试用手动的方式摇动或推动原动件，观察整个机构各个杆，副的运动，确定运动没有干涉后，安装电动机，用柔性联轴节将电机与机构相连，或安装气缸，用附件将气缸与机构相连。

 5.观察机构系统的运动，对机构系统的工作到位情况，运动学及动力学特性作出定性的分析和评价。一般包括如下几个方面：    

①各个杆、副是否发生干涉 

②有无形成运动副的两构件的运动不在一个平面，因而出现摩擦力过大的现象    

③输入转动的原动件是否为曲柄。 

④输出构件是否具有急回回特性。

⑤机构的运动是否连续。 

⑥最小传动角（或最大压力角）是否超过其许用值。

⑦机构运动过程中是否产生刚性冲击或柔性冲击。 

⑧机构是否符合设计要求、是否运动到位、灵活可靠。 

⑨多自由度机构的几个原动件，能否使整个机构实现良好的协调动作。 

⑩动力元件的选用及安装是否合理，是否按预定的要求正常工作。 

6.若观察到机构系统运动出现问题，则必须按前述步骤进行组装调整，直到该模型机构完全按照设计要求灵活、可靠地运动。   

7.至此已经用实验方法确定了设计方案和参数，再测绘自己组装的模型，换算出实际尺寸，填写实验报告，包括按比例绘制正规的机构运动简图，标注全部参数，计算自由度，划分杆组，简述各项评价情况，指出自己有所创新之处，指出不足之处并简述改进的设想。

（二）过程

1．设计机构 

结构说明：如图20所示滑块1为主动件，通过连杆2驱动机构ABCD，将从加热炉出料的铸锭6送到升降台7。 

工作原理和特点：图中实线位置为出炉铸锭进入盛料器3内，盛料器3即为双摇杆ABCD中的连杆BC，当机构运动到虚线位置时，盛料器3翻转180°把铸锭卸放到升降台7上。

2.工作原理图

      

3.拆分杆组

4.装配示意图

5.Pro/E装配仿真

                                     滑块

                                

                                             杆1

                                               杆2

                                        杆3（杆的变形）

杆4

机架

                               装配仿真图

五、      实验结果与分析

通过观察机构系统的运动，对机构系统运动学及动力学特性作出定性的分析。一般包括如下几个方面： 

1）平面机构中是否存在曲柄。

2）输出件是否具有急回特性。

3）机构的运动是否连续。

4）最小传动角（或最大压力角）是否在非工作行程中。

5）机构运动过程中是否具有刚性冲击、柔性冲击。

结论：

1）机构的尺寸会影响运动效果，需要计算好各个杆的尺寸。

2）在选择杆的装配时，要注意销钉的长短，因为杆的连接不在同一个平面上，很可能会发生干涉。

3）通过Pro/E的仿真分析可知，源动件滑块的移动的距离会使得有不同的输出效果。

4）该机构没有急回特性。

5）机构的运动是连续的。

6）机构运动过程中具有刚性、柔性冲击。

六、      实验总结

短短几个课时，《机构创新组合与设计》开放性实验结束了，虽然时间短暂，但通过这次实验，我学到了很多的东西。首先，让我重温了以前学过的许多知识，实践结合理论，让我记忆更牢固，其次，让我在枯燥的学习生活中多一份乐趣；再次，让我了解到团队合作精神的重要性，这种东西决定着做事的快慢以及做出的事的成败；最后，让我意识到生活中创新的必要性。学院为我们开设了机构创新设计综合实验，我觉得这是非常及时并且是非常重要的。因为作为一名理工科的学生，课堂中学习的理论课程固然重要，但动手能力也不能落后。 

首先，机构创新实验涉及许多知识，比如《机械原理》，《机械设计》，《理论力学》，《材料力学》等等学科，通过这次实验，理论结合实践。实践是学生接触社会，了解社会，服务社会，运用所学知识实践自我的最好途径。亲身实践，而不是闭门造车。实现了从理论到实践再到理论的飞跃。增强了认识问题，分析问题，解决问题的能力。为认识社会，了解社会，步入社会打下了良好的基础。通过这次的的社会实践活动，让我逐步了解了社会，开阔了视野，并在社会实践活动中认清了自己的位置，发现了自己的不足，对自身价值能够进行客观评价。这在无形中使我们对自己的未来有一个正确的定位，增强了自身努力学习知识并将之与社会相结合的信心和毅力。对于即将走上社会的我们，更应该提早走进社会、认识社会、适应社会。社会实践是大学生磨练品格、增长才干、实现全面发展的重要舞台。在这里我们真正的锻炼了自己，为以后踏入社会做了更好的铺垫，以后如果有机会，我会更加积极的参加这样的活动。用我学习中学到的知识武装自己，用书本充实自己，为以后服务社会打下更坚固的基础艰辛知人生。 

其次，机构创新实验，让我在枯燥的学习生活中多一份乐趣。相对高中来说，大学轻松一些，每天不用父母追着，老师管着三点一线，但是，不知为什么，总感觉大学生活很枯燥，总是希望找些有意义的事情做，在我看来，机构创新实验这类学习就挺不错的，我们从草图开始入手，把构的草图画出来，然后我们开始按照草图组装我们的机构，经过我们的组员的努力，在一次一次的组装失败，一次有一次的改换零件、改换部分机构情况下，我们把我们的机构组装完成.........从中不仅学到知识，还锻炼人，给人乐趣！ 

最后，本实验让我意识到生活中创新的必要性。创新是人类的希望，民族的希望。从钻木取火到蒸汽机的发明，从烽火台的狼烟到现代互联网技术，一部人类文明史，就是一部不断超越、不断创新的历史。 

      创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的动力，也是一个人在工作乃至事业上永葆生机和活力的源泉。实践告诉我们——   在学习上，谁善于创新思维，谁的脑子就灵；   在工作上，谁善于创新思维，谁的办法就多；   在事业上，谁善于创新思维，谁的天地就宽；   在修养上，谁善于创新思维，谁的形象就好。 

对于一个企业而言，创新是一个企业生存和发展的灵魂。创新可以包括很多方面：技术创新，体制创新，思想创新。。。简单来说，技术创新可以提高生产效率，降低生产成本；体制创新可以使企业的日常运作更有秩序，便于管理，同时也可以摆脱一些旧的体制的弊端，如科层制带来的信息传递不畅通；思想创新是相对比较重要的一个方面，领导者思想创新能够保障企业沿着正确的方向发展，员工思想创新可以增强企业的凝聚力，发挥员工的创造性，为企业带来更大的效益。 

结果固然重要，但对于我们而言，过程才是最重要的。在学习和实验操作过程中，我的动手能力，思维的理论转化实践的能力，出现故障，纠正故障的能力，队员之间团结协作的能力都提高了很多。感谢实验室的领导给我们这么好的机会，提供我们如此好的实验环境和条件，还有为我们制订优越的自由学习制度，这无不是你们智慧的结晶。 

“千里之行，始于足下”，这短暂而又充实的机构创新实验，我认为对我走向社会起到了一个桥梁的作用，过渡的作用，是人生的一段重要的经历，也是一个重要步骤，对将来走上工作岗位也有着很大帮助。向他人虚心求教，与人文明交往等一些做人处世的基本原则都要在实际生活中认真的贯彻，好的习惯也要在实际生活中不断培养。短短两天所学到的经验和知识是我人生中的一笔宝贵财富。这次实验也让我深刻了解到，和团体人员保持良好的关系是很重要的。做事首先要学做人，要明白做人的道理，如何与人相处是现代社会的做人的一个最基本的问题。对于自己这样一个即将步入社会的人来说，需要学习的东西很多，他们就是最好的老师，正所谓“三人行，必有我师”，我们可以向他们学习很多知识、道理。 

                                    

七、      参考文献

[1]  孙 桓，陈作模主编. 机械原理. 北京：高等教育出版社 2000

[2]  巩云鹏、田万禄等主编. 机械设计课程设计 . 沈阳：东北大学出版社 20## 

[3]  孙志礼，冷兴聚，魏严刚等主编. 机械设计. 沈阳：东北大学出版社 2000

[4]  高泽远，王 金主编. 机械设计基础课程设计.沈阳：东北工学院出版社 1987

[5]  喻子建，张磊、邵伟平、喻子建主编. 机械设计习题与解题分析.沈阳：东北大学出版社 20## 

[6] 孙小捞. PRO/ENGINEER Wildfire 5.0中文版教程. 北京:人民邮电出版社，2007.12 

[7] 樊旭平. PRO/ENGINEER标准教程. 北京：清华大学出版社，2009.6 

[8] 周四新，和青芳. PRO/ENGINEER Wildfire5.0 高级设计. 北京:电子工业出版社，2007.5 

第二篇：大二 开放性实验报告

一、实验目的

1.探究不同漂浮水生植物及其组合在富营养化水体中，去除氮磷能力的高低,由此确定出净化富营养化水体效果最佳的水生植物或水生植物组合。

2.比较水生植物在充氧和不充氧两种情况下，氨氮去除率的大小。

3.比较室内培养和室外培养两种情况下，水生植物的除氮能力大小。

二、实验原理及原理图

1.氨氮浓度测定原理：

氨会与碘化汞、碘化钾的碱性溶液生成淡红色的胶态化合物，并且此化合物会对410nm—425nm波长的光有强烈的吸收。基于此特点，用紫外可见分光光度计测量水样中氨氮的含量。

2.植物对氨氮的吸收：

水生植物在生长过程中需要吸收大量的营养物质，其中包括氨态氮。然而，不同的植物,生长速率不同,对营养物质的需求和吸收能力不同 因而净化水体的能力也各不相同。同时，在不同富营养化程度的水体中,植物修复的能力也有差异。

水生植物搭配种植也可能对植物的生长造成影响，进而影响水体的净化效果。而植物的混合种植是否比单一种植更能有效地净化污水，这正是本次实验所要探究的。

三、使用仪器、设备、材料

设备：紫外可见分光光度计、烘箱、电子天平、电炉

药品：优级纯氯化铵、氢氧化钠、碘化钾、碘化汞、酒石酸钾钠 其他：比色皿、比色管、移液管、容量瓶、洗耳球、玻璃棒、烧杯、试管架、擦镜纸、聚乙烯瓶、棕色瓶

四、实验步骤

1.氨氮标准曲线的测定：

2.水样氨氮指标的测定：

根据培养水体的不同，可分为室外培养液培养、室内培养液恒温培养箱培养以及室内城市污水恒温培养箱培养三种情况。

在取水样前，将比色管编号，每次取一定体积的水样，按测定氨氮的步骤，测定水样中氨氮的吸光度。

3.计算水生植物及其组合对氨氮的去除率：（将吸光度值换算成对应的浓度值）

去除率计算公式：X=(C0*V0-Ci*Vi)/C0*V0

其中：C0—水体中氨氮的初始浓度 V0—水体中氨氮的初始体积 Ci—第i天水体中氨氮的浓度 Vi—第i天水体中氨氮的体积

4.根据第3步计算得出的氨氮去除率的值，比较不同水生植物及其组合在充氧与不充氧两种情况下，去除氮磷能力的大小。以此确定去除氮磷最佳的水生植物及其组合。

五、实验过程原始记录（数据、图表、计算等） 1.氨氮标准曲线测定结果：

浓度mg/l 吸光度

0 0

0.1 0.029

0.2 0.047

0.6 0.145

1 0.23

1.4 0.317

2 0.451

2.去除率结果：

①室外培养液培养：

充氧：

富营养浮萍 金鱼藻 满江红 浮+金 浮+满 程度

轻度 -287.15 -75.98 36.65 -188.61 -160.45

中度 -148.72 -90.06 -29.05 -75.98 -294.20

重度 20.56 56.76 86.93 45.70 51.73 浮+满+金 -68.93 -97.10 -68.94 -97.10 64.80 91.956 满+金 空白 -33.75 8.49 -3.58 不充氧：

富营养程浮萍 金鱼藻 满江红 浮+金 浮+满 满+金 浮+满+金 度

轻度 -223.80 -5.59 29.61 -167.49 -90.06 -47.82 -33.74 中度 -90.06 -26.70 43.69 -19.67 -14.97 -7.93 -7.93 重度 -30.73 4.469 42.68 -9.61 0.45 8.49 26.59

（关于空白对照说明：空白对照本应该单独列出来，但为了更好的排版，把空白对照的数据直接加在了充氧那一列。没有加在不充氧那一列。）

②室内培养液恒温培养：

充氧浮不充氧浮充氧满江不充氧不充氧空白对富营养程度 充氧浮萍 萍+满江萍+满江红 浮萍 满江红 照 红 红

轻度 97.802 100.000 95.603 94.138 93.405 94.871 94.871 中度 97.909 100.000 97.560 97.909 97.212 96.166 98.606 重度 99.023 99.218 99.023 98.632 98.437 97.851 99.023

③室内城市污水恒温培养

不充氧浮

充氧满充氧浮萍不充氧不充氧满萍+满江空白植物及植物匹配 充氧浮萍 江红 +满江红 浮萍 江红 对照 红

去除率 84.5 84.4 82.4 84.5 64.1 100.0 43.0

六、实验结果分析及结论

（根据三项去除率结果，自己分析）

七、对本次实验的建议与设想

（提出自己的建议与设想）