机械系统设计学实验指导书 机械设计与CAD实验室 北京信息科枝大学 机械系统役计学实验 指导书 机械设计与CD实验室
机械系统设计学实验指导书 机械设计与 实验室 CAD 北 京 信 息 科 技 大 学 机械系统设计学实验 指导书 机械设计与 CAD 实验室 1
机械系统设计学实验指导书 机械设计与CAD实验室 目录 前言 3 实验一电饭锅的功能分析实验 实验二缝纫机的工艺功能原理分析实验 .6 实验三光驱和软驱的工作原理，和结构性能分析实验实验一9 实验四机器手的结构和工作原理分析实验-- --10 实验五工作循环图测绘与分析实验 -11 实验七机器简图的测绘与分析实验 -22
机械系统设计学实验指导书 机械设计与 实验室 CAD 目 录 前言┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉3 实验一 电饭锅的功能分析实验┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉ 5 实验二 缝纫机的工艺功能原理分析实验┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉ 6 实验三 光驱和软驱的工作原理，和结构性能分析实验实验┉┉┉┉┉ 9 实验四 机器手的结构和工作原理分析实验┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉ 10 实验五 工作循环图测绘与分析实验┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉ 11 实验七 机器简图的测绘与分析实验 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉22 2
机械系统设计学实验指导书 机械设计与CAD实验室 前言 实验教学是机械设计制造及自动化专业教学计划中中不可缺少的重要环节，是课堂教学的必要 补充和扩展。编写本实验指导书的目的就是通过这些实验，以实现机械设计制造及自动化专业的 养目标和人才培养基本规格为出发点，培养学生的创造性构思能力、巩固理论知识、提高实验技能 和动手能力、增强系统综合设计和科学研究能力。 学生在做实验中要看、多思考、多动手。直正微到能通过实验：增加自己设计方面的实际知识 提高自己的实验技能和动手能力，加深自己对设计理论和方法的理解。这就要求学生在做实验前要 认真预习：实验中要多看、多思考、多动手，认真记实验数据，遵守学生实验守则：实验后认真写 实验报告。 学生实验守则 一、学生必须按教学计划规定的时间到实验室上课，不得迟到、早退和旷课。 一 实验前必须作好预习（或按要求写好预习报告）及其他准备工作。并接受教师提问检查。 三、 在实验室内， 必须严格遵守实验市的 规章制度 注意保持 不可谈笑打闭 吸烟 吃东西：不准随地吐痰和乱丢纸屑：不准动用与本次实验无关的仪器、设备和室内其他设施。 四、实验中，要仔细观察，认真记录数据（必须用钢笔或圆珠笔填写）不得马虎从事，不得修改 原始数记录。不允许抄袭他人数据，不得擅自离开操作岗位或干扰他人实验。 五、进行实验时，要注意安全，使用仪器、设条必须亚格遵守操作规程，尽量节约水、电和其他 材料。实验过程中，如发生事故，要保持冷静，迅速采取措施，切断电源，防止事故扩大， 并注意保护现场。 及时向教师报告 六、实验完成后，须将使用的仪器、设备交还指导教师检查，防回原位并清扫实验现场，经指导 教师同意后方可离开实验。如有损坏仪器、设备、器皿、工具者应主动说明原因按规定填写 报表或书写情况报告，根据具体情况进行处理。 七、对干违反操作规程或抽白动用其他仪器、设各造成的损失，浩成事故者因作出书面拾查，并 视其认识态度和情节轻重，予以部分或全部赔偿，直至纪律处分 实验报告按下列的要求撰写，并注意指导书中对实验报告提出的特殊要求。 每做完一项实验，必须写出实验报告。并按时交指导老师处审阅。实验报告有固定的结构，并 表现为一定的格式，一份实验报告大致包括以下几部分。 1实验名称 班级 姓名 学号同组人 实验日期指导教师 1实验目的 2实验墨材 3.实验步装置与步强 4.实验结果 5.实验结论 7思考题解答 8心得体会和意见 最后两项7、8根据指导教师的布置写或不写，如果指导教师没有说不写，那就在报告中应包 括后两项 写实验报告一定要准确简明，如实验目的要抓住主要的几点不要面面俱到：对于仪器要记其名 称、数量、规格，作到不遗漏有关物品：实验装置可事先画出草图，装置完毕后加以整理，附以文 字注解。实验步骤也应按实验目的和原理决定。先拟草稿，实验后，再按实验操作步骤对原稿加以 3
机械系统设计学实验指导书 机械设计与 实验室 CAD 前 言 实验教学是机械设计制造及自动化专业教学计划中中不可缺少的重要环节，是课堂教学的必要 补充和扩展。编写本实验指导书的目的就是通过这些实验，以实现机械设计制造及自动化专业的培 养目标和人才培养基本规格为出发点，培养学生的创造性构思能力、巩固理论知识、提高实验技能 和动手能力、增强系统综合设计和科学研究能力。 学生在做实验中要看、多思考、多动手。真正做到能通过实验：增加自己设计方面的实际知识， 提高自己的实验技能和动手能力，加深自己对设计理论和方法的理解。这就要求学生在做实验前要 认真预习；实验中要多看、多思考、多动手，认真记实验数据，遵守学生实验守则；实验后认真写 实验报告。 学生实验守则 一、学生必须按教学计划规定的时间到实验室上课，不得迟到、早退和旷课。 二、实验前必须作好预习（或按要求写好预习报告）及其他准备工作。并接受教师提问检查。 三、在实验室内，必须严格遵守实验市的一切规章制度，注意保持安静，不可谈笑打闹、吸烟、 吃东西；不准随地吐痰和乱丢纸屑；不准动用与本次实验无关的仪器、设备和室内其他设施。 四、实验中，要仔细观察，认真记录数据（必须用钢笔或圆珠笔填写）不得马虎从事，不得修改 原始数记录。不允许抄袭他人数据，不得擅自离开操作岗位或干扰他人实验。 五、进行实验时，要注意安全，使用仪器、设备必须严格遵守操作规程，尽量节约水、电和其他 材料。实验过程中，如发生事故，要保持冷静，迅速采取措施，切断电源，防止事故扩大， 并注意保护现场，及时向教师报告。 六、实验完成后，须将使用的仪器、设备交还指导教师检查，防回原位并清扫实验现场，经指导 教师同意后方可离开实验。如有损坏仪器、设备、器皿、工具者应主动说明原因按规定填写 报表或书写情况报告，根据具体情况进行处理。 七、对于违反操作规程或擅自动用其他仪器、设备造成的损失，造成事故者因作出书面检查，并 视其认识态度和情节轻重，予以部分或全部赔偿，直至纪律处分。 实验报告按下列的要求撰写，并注意指导书中对实验报告提出的特殊要求。 每做完一项实验，必须写出实验报告。并按时交指导老师处审阅。实验报告有固定的结构，并 表现为一定的格式，一份实验报告大致包括以下几部分。 f实验名称 班级 姓名 学号 同组人 实验日期 指导教师 1.h实验目的 2.实验器材 3.实验步装置与步骤 4.实验结果 5.实验结论 7.思考题解答 8.心得体会和意见 最后两项 7、8 根据指导教师的布置写或不写，如果指导教师没有说不写，那就在报告中应包 括后两项。 写实验报告一定要准确简明，如实验目的要抓住主要的几点不要面面俱到；对于仪器要记其名 称、数量、规格，作到不遗漏有关物品；实验装置可事先画出草图，装置完毕后加以整理，附以文 字注解。实验步骤也应按实验目的和原理决定。先拟草稿，实验后，再按实验操作步骤对原稿加以 3
机械系统设计学实验指导书 机械设计与CAD实验宝 修正，使其反映实验过程：在进行实验时，对实验过程中事物的发展变化和结果要仔细观察，如实 验记录，不要遗漏实验项目和数据。有些结果要填在事先准备好的表内。表的格式一般在实验指导 书中给出，实验记录不能随意涂抹更改，在实验结束后加以整理，写如报告中：实验结论要根据实 验过程中所观察到的结果与必要的数据作出，推理要严密。另外实验报告的有些内容要按指导书上 所提的要求去做。 本实验指导书的内容，由王科社，韩凤莲老师编写，书中难免存在错误疏漏之处，望同学和老 师提出宝贵意见。 关于实验的名人名言 理论和实验，思想和事实总是相辅相成。 一罗姆哈勤 观察、实验、分析是科学工作常用的方式 一李四光 有了精确的实验和观测作为研究的依据，想象力便成为自然科学理论的设计师 廷德尔 没有实验，任何意见都是靠不住的，行不通的，因为唯有实验才是可靠的。 一奥凡涅斯萨尔瓦 科学的真理是靠实验来证明的，实验的结果是判别是非的唯一方法。 中科院院士钱临照 在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿者陡峭山路攀登的人，才有希望达到光辉的顶点。 马克思 实验室与发明是两个相关的名词，如果没有实验者，自然科学就渐渐枯菱，渐渐消失，没有发 展期望了。 一因格断 治学有三大原则：广见闻，多阅读，勤实验 一戴布劳格利 纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。 陆游：《冬夜读书示子事》 行是知之始知是行之成 《行是知之始》《陶行知教育文选 不是享乐，也不是受苦：而是行动，在每个明天，我们命定的目标和道路，都要比今天前进一 步。一《人生礼赞》《朗费罗诗
机械系统设计学实验指导书 机械设计与 实验室 CAD 修正，使其反映实验过程；在进行实验时，对实验过程中事物的发展变化和结果要仔细观察，如实 验记录，不要遗漏实验项目和数据。有些结果要填在事先准备好的表内。表的格式一般在实验指导 书中给出，实验记录不能随意涂抹更改，在实验结束后加以整理，写如报告中；实验结论要根据实 验过程中所观察到的结果与必要的数据作出，推理要严密。另外实验报告的有些内容要按指导书上 所提的要求去做。 本实验指导书的内容，由王科社，韩凤莲老师编写，书中难免存在错误疏漏之处，望同学和老 师提出宝贵意见。 关于实验的名人名言 理论和实验，思想和事实总是相辅相成。 ——罗姆.哈勤 观察、实验、分析是科学工作常用的方式。 ——李四光 有了精确的实验和观测作为研究的依据，想象力便成为自然科学理论的设计师。 ——廷德尔 没有实验，任何意见都是靠不住的，行不通的，因为唯有实验才是可靠的。 ——奥凡涅斯萨尔瓦 科学的真理是靠实验来证明的，实验的结果是判别是非的唯一方法。 ——中科院院士 钱临照 在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望达到光辉的顶点。 ——马克思 实验室与发明是两个相关的名词，如果没有实验者，自然科学就渐渐枯萎，渐渐消失，没有发 展期望了。 ——恩格斯 治学有三大原则：广见闻，多阅读，勤实验。 ——戴布劳格利 纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。 ——陆游：《冬夜读书示子事》 行是知之始，知是行之成。 ——《行是知之始》《陶行知教育文选》 不是享乐，也不是受苦；而是行动，在每个明天，我们命定的目标和道路，都要比今天前进一 步。——《人生礼赞》《朗费罗诗 4
机械系统设计学实验指导书 机械设计与CAD实验室 实验一电饭锅的功能分析实验 一、实验设备 电源电饭锅插座 二、实验目的 让学生学习如何采用物理效应法解决综合技术功能。 三、实验原理 在机构学本身包含了运动学、动力学等方面的各种物理效应。但除此之外，还有许多的物理效 应可以利用。这里所说的物理效应是一种广义效应，包括电、热、声、磁等原理。 在机械传动中已经在利用这些效应。对于电饭锅来说，它基本上主要具有三个功能：(1)加热 功能：(2)保温功能：(3)跳闸功能。一般来说，基本功能是(1)和(3)。 首先，按照我们平时使用电饭锅的习惯，当加热时，首先需要按下电饭锅的闸，这时它的指示 灯开始闪亮， 也就是说，加热电路开始闭合 当温度达到 定时， 加热电路会断开 电饭锅利用的物理效应是电磁原理。采用的原料是硬磁和软磁，硬磁始终保持磁性，而软磁则 是当温度达到一定时，突然失去破性，这样就可以保证温度当电饭锅达到一定温度时，可以断电。 在平时，硬磁和软磁是分开的，当合闸时，两个磁铁开始闭合：当温度达到一定时，软磁去磁， 由于弹簧的作用，使两块磁铁分开，实现跳闸。 电饭锅的原理图如图1所示： 硬磁 软磁 弹簧 连杆 图1电饭锅的原理
机械系统设计学实验指导书 机械设计与 实验室 CAD 实验一 电饭锅的功能分析实验 一、实验设备 电源 电饭锅 插座 二、实验目的 让学生学习如何采用物理效应法解决综合技术功能。 三、实验原理 在机构学本身包含了运动学、动力学等方面的各种物理效应。但除此之外，还有许多的物理效 应可以利用。这里所说的物理效应是一种广义效应，包括电、热、声、磁等原理。 在机械传动中已经在利用这些效应。对于电饭锅来说，它基本上主要具有三个功能：（1）加热 功能；（2）保温功能；（3）跳闸功能。一般来说，基本功能是（1）和（3）。 首先，按照我们平时使用电饭锅的习惯，当加热时，首先需要按下电饭锅的闸，这时它的指示 灯开始闪亮，也就是说，加热电路开始闭合。当温度达到一定时，加热电路会断开。 电饭锅利用的物理效应是电磁原理。采用的原料是硬磁和软磁，硬磁始终保持磁性，而软磁则 是当温度达到一定时，突然失去磁性，这样就可以保证温度当电饭锅达到一定温度时，可以断电。 在平时，硬磁和软磁是分开的，当合闸时，两个磁铁开始闭合；当温度达到一定时，软磁去磁， 由于弹簧的作用，使两块磁铁分开，实现跳闸。 电饭锅的原理图如图 1 所示： 图 1 电饭锅的原理 5
机械系统设计学实验指导书 机械设计与CAD实验室 限温器 褐合器 保温器上土」 保温指示灯 R4 220V 调功开关 R2 蒸纯指 加热器 D3 R3 煮饭指示灯 电路的基本原理图如图2所示： 四、实验步骤 (1)观察电饭锅的加热结构，绘出该结构的原理图」 (2)按下加热闸门，观察弹簧、软磁和硬磁的相互作用 (3)当加热到一定温度时，软磁和硬磁因为软磁的去磁而受到弹簧的作用。观察二者此时的 关系 五、实验报告要求 (1)自己设计并绘出电饭锅的电路图。 (2)分别绘制电饭锅的自由、合闸和跳闸三种状态的原理图 实验二缝纫机的工艺功能原理分析实验 一、实验设备 缝纫机面线底线 二 实验目的 让学生能够正确理解工艺功能的原理设计思路和对总功能和分功能的不同研究方式，从简单的 仿生设计思路向更广泛的思维空间转换。 三、实验原理 家用缝纫机是典型的工艺类设计，它的总功能是将线按一定的规则缝到布上，机器结构取决于 所选择的工艺方式 长期以来，人们经过长期的摸索，选择过不同的方法，尤其是在仿生方面，但是都失败了。这 是因为，生物动作有其天然合理性，而机器由于其传动结构等的限制，不可能达到人的动作规范。 因此，必须另找途径，突破仿生学的束缚，找到其可行方式，实现机械缝制的工艺。 首先，从使用的基本物资来看，人和缝纫机是一样的。 其次，从使用的能量来源看，人和缝纫机都是生物能 最后，从完成的结果看，都是提供 缝纫好的布料 因此，从总功能方面看，就比较容易用“黑箱法”来分析出缝纫机的功能来。 下面我们看已看缝纫机的工艺功能。 缝纫机是使用一根货多根缝纫线通过自连，互联或互织，在缝料上产生一定形式的线迹而将缝 料缝合起来的机器。普通家用缝纫机是使用上下两根缝线互相交织，交织点位于缝料中间形成的锁
机械系统设计学实验指导书 机械设计与 实验室 CAD 电路的基本原理图如图 2 所示： 四、实验步骤 （1）观察电饭锅的加热结构，绘出该结构的原理图。 （2）按下加热闸门，观察弹簧、软磁和硬磁的相互作用。 （3）当加热到一定温度时，软磁和硬磁因为软磁的去磁而受到弹簧的作用。观察二者此时的 关系。 五、实验报告要求 （1）自己设计并绘出电饭锅的电路图。 （2）分别绘制电饭锅的自由、合闸和跳闸三种状态的原理图。 实验二 缝纫机的工艺功能原理分析实验 一、实验设备 缝纫机 面线 底线 二、实验目的 让学生能够正确理解工艺功能的原理设计思路和对总功能和分功能的不同研究方式，从简单的 仿生设计思路向更广泛的思维空间转换。 三、实验原理 家用缝纫机是典型的工艺类设计，它的总功能是将线按一定的规则缝到布上，机器结构取决于 所选择的工艺方式。 长期以来，人们经过长期的摸索，选择过不同的方法，尤其是在仿生方面，但是都失败了。这 是因为，生物动作有其天然合理性，而机器由于其传动结构等的限制，不可能达到人的动作规范。 因此，必须另找途径，突破仿生学的束缚，找到其可行方式，实现机械缝制的工艺。 首先，从使用的基本物资来看，人和缝纫机是一样的。 其次，从使用的能量来源看，人和缝纫机都是生物能。 最后，从完成的结果看，都是提供已经缝纫好的布料。 因此，从总功能方面看，就比较容易用“黑箱法”来分析出缝纫机的功能来。 下面我们看已看缝纫机的工艺功能。 缝纫机是使用一根货多根缝纫线通过自连，互联或互织，在缝料上产生一定形式的线迹而将缝 料缝合起来的机器。普通家用缝纫机是使用上下两根缝线互相交织，交织点位于缝料中间形成的锁 6
机械系统设计学实验指导书 机械设计与CAD实验室 迹，将缝料缝合起来。线迹线环形成过程如图1所示。 线环形成过程 1一找坏2、5南线3摆俊央1针 缝纫机的工艺工作原理如下： (1)机针刺穿缝料 机针穿刺缝料时，须克服缝料阻力顺利刺穿缝料，又能防止缝料严重损伤。为此应力求减少机 针直径和采用足够小的针尖面。 (2)将面线引过缝料 机针下降时将挑线杆从线团上引出的面线带过缝料。 (3)形成线环 机针带着面线穿刺缝料时，面线紧贴线槽和针孔的边缘一起下降。当机针离开最低位置向上返 回时，由于机针的特殊结构，引入槽时一条面积大于面线直径的长槽。而引入槽时一条小于面线直 径的短槽。因此，机针退出时，在引入槽的一边，面线与缝料布发生摩擦。面线随机针一起上升， 在引出梧的一边，面线与缝料相互积压挤压发生摩擦，不能随机针一起上升而停留在原处，并被机 针孔的下壁托起而使面线向外打大形成线环。 机针的形状如图2所万 (4)摆梭尖嘴勾住线环 当机针运动形成线环之后，摆梭尖嘴应适时穿过线环并将其扩大，使线环绕过藏有底线的梭心 套，底线和面线就相互交织起来。 (5)线迹的抽紧
机械系统设计学实验指导书 机械设计与 实验室 CAD 迹，将缝料缝合起来。线迹线环形成过程如图 1 所示。 缝纫机的工艺工作原理如下： （1）机针刺穿缝料 机针穿刺缝料时，须克服缝料阻力顺利刺穿缝料，又能防止缝料严重损伤。为此应力求减少机 针直径和采用足够小的针尖面。 （2）将面线引过缝料 机针下降时将挑线杆从线团上引出的面线带过缝料。 （3）形成线环 机针带着面线穿刺缝料时，面线紧贴线槽和针孔的边缘一起下降。当机针离开最低位置向上返 回时，由于机针的特殊结构，引入槽时一条面积大于面线直径的长槽。而引入槽时一条小于面线直 径的短槽。因此，机针退出时，在引入槽的一边，面线与缝料布发生摩擦。面线随机针一起上升， 在引出槽的一边，面线与缝料相互积压挤压发生摩擦，不能随机针一起上升而停留在原处，并被机 针孔的下壁托起而使面线向外扩大形成线环。 机针的形状如图 2 所示。 （4）摆梭尖嘴勾住线环 当机针运动形成线环之后，摆梭尖嘴应适时穿过线环并将其扩大，使线环绕过藏有底线的梭心 套，底线和面线就相互交织起来。 （5）线迹的抽紧 7
机械系统设计学实验指导书 机械设计与CAD实验室 图2机针的形状 1一针尖2-针刃3一针柄4一平面5一引入槽6一引出槽7一针孔 将形成线环和被摆梭扩大线环后多余面线从缝料中抽出，以利于形成正确的线迹。 (6)机针相对于缝料的移动 为了形成连续的缝纫线迹，在形成一个线迹之后，缝料应相对于机针移动一个线迹距离，以便 下一个线迹可以在新的位置上形成。 四、实验步骤 (1)将面线和底线穿好，使缝纫机处于随时可用状态。此时，根据教师给定的设备，构思缝 纫机的总功能 (2)踩下路板，观察机针穿刺缝料形成线环的功能。在此过程中，要反复观察摆梭是如何将 线环绕过去的。 (3)观察底线和面线的交织过程。 (4)珠续踏下踏板，观察面线的给送和抽紧功能， (5)观察送布牙同机针的相对运动。 五、实验报告要求 1绘出缝纫机的总功能图。 2绘出缝纫机的工艺功能原理图。 3绘出缝纫机的4个主要工艺过程。 实验三光驱和软驱的工作原理，结构性能分析实验 、实验设备 光盘软盘光驱软驱 二、实验目的 学习相同目的、不同的运动路径下的定位设备 三、实验原理 对于计算机的外设来说，光盘和软盘都是它的主要存储设备。二者分别采用光电原理和电磁原 理。但是，二者的基本组成结构是不同的。 软盘是利用电磁信号之间的转换来进行信号切换的。它上面是密度不同的磁粉，也因此造成当 信息由磁信号向电信号转换时，由于磁密度不同而造成电信号的高低电平不同，这也就在计算机内 形成了连续的高低不同的信号信息。在它上面，磁粉是按照许多同心圆的形状存在的。具体形状如 图1所示
机械系统设计学实验指导书 机械设计与 实验室 CAD 图 2 机针的形状 1—针尖 2—针刃 3—针柄 4—平面 5—引入槽 6—引出槽 7—针孔 将形成线环和被摆梭扩大线环后多余面线从缝料中抽出，以利于形成正确的线迹。 （6）机针相对于缝料的移动 为了形成连续的缝纫线迹，在形成一个线迹之后，缝料应相对于机针移动一个线迹距离，以便 下一个线迹可以在新的位置上形成。 四、实验步骤 （1）将面线和底线穿好，使缝纫机处于随时可用状态。此时，根据教师给定的设备，构思缝 纫机的总功能。 （2）踩下踏板，观察机针穿刺缝料形成线环的功能。在此过程中，要反复观察摆梭是如何将 线环绕过去的。 （3）观察底线和面线的交织过程。 （4）继续踏下踏板，观察面线的输送和抽紧功能。 （5）观察送布牙同机针的相对运动。 五、实验报告要求 1 绘出缝纫机的总功能图。 2 绘出缝纫机的工艺功能原理图。 3 绘出缝纫机的 4 个主要工艺过程。 实验三 光驱和软驱的工作原理，结构性能分析实验 一、实验设备 光盘 软盘 光驱 软驱 二、实验目的 学习相同目的、不同的运动路径下的定位设备 三、实验原理 对于计算机的外设来说，光盘和软盘都是它的主要存储设备。二者分别采用光电原理和电磁原 理。但是，二者的基本组成结构是不同的。 软盘是利用电磁信号之间的转换来进行信号切换的。它上面是密度不同的磁粉，也因此造成当 信息由磁信号向电信号转换时，由于磁密度不同而造成电信号的高低电平不同，这也就在计算机内 形成了连续的高低不同的信号信息。在它上面，磁粉是按照许多同心圆的形状存在的。具体形状如 图 1 所示 8
机械系统设计学实验指导书 机械设计与CAD实验室 图】软盘磁粉存在形状 光盘是利用光电信号之间的转换来进行信号切换的。它上面是折射率不同的光物质，也因此造成当 信息由光磁信号向电信号转换时，由于光密度不同而造成电信号的高低电平不同，这也就在计算机 内形成了连续的高低不同的信号信息。在它上面，光物质是按照螺旋型的形状存在的。具体形状如 图2所示. 图2光盘光物质存在的形状 由于二者之间的形状不同，因此定位要求是不同的。由于软驱是径向移动较小的，因此，它的 精调是比较小的，采用电磁线圈的微小领动。而光驱则不同，它必须有自己的自动调焦功能，这样 光镜头才能准确地读到光信号：另外，对于螺旋型的运动轨迹来说，只能利用光镜头的微小颤动来 实现。这两种颜动所花费的时间是不同的。 四、实验步骤 (1)观察和比较两种驱动器的粗调设备 (2)观察软驱的精调原理。 (3)观察光驱的精调原理。 五、实验报告要求 )用里箱法描述光驱和软驱的总功能 (2)用Sketch法描述二者的工作原理。 实验四机器手的结构和工作原理分析实验 一、实验设备 清华大学制造的机器手 二、实验目的 学习使用技术矛盾分析法来对关键技术功能问题求解。 三、实验原理 在设计中出现的关键技术问题，往往由于某些条件的约束，所以这些问题往往难以用一般技术 9
机械系统设计学实验指导书 机械设计与 实验室 CAD 图 1 软盘磁粉存在形状 光盘是利用光电信号之间的转换来进行信号切换的。它上面是折射率不同的光物质，也因此造成当 信息由光磁信号向电信号转换时，由于光密度不同而造成电信号的高低电平不同，这也就在计算机 内形成了连续的高低不同的信号信息。在它上面，光物质是按照螺旋型的形状存在的。具体形状如 图 2 所示。 图 2 光盘光物质存在的形状 由于二者之间的形状不同，因此定位要求是不同的。由于软驱是径向移动较小的，因此，它的 精调是比较小的，采用电磁线圈的微小颤动。而光驱则不同，它必须有自己的自动调焦功能，这样 光镜头才能准确地读到光信号；另外，对于螺旋型的运动轨迹来说，只能利用光镜头的微小颤动来 实现。这两种颤动所花费的时间是不同的。 四、实验步骤 （1）观察和比较两种驱动器的粗调设备。 （2）观察软驱的精调原理。 （3）观察光驱的精调原理。 五、实验报告要求 （1）用黑箱法描述光驱和软驱的总功能。 （2）用 Sketch 法描述二者的工作原理。 实验四 机器手的结构和工作原理分析实验 一、实验设备 清华大学制造的机器手 二、实验目的 学习使用技术矛盾分析法来对关键技术功能问题求解。 三、实验原理 在设计中出现的关键技术问题，往往由于某些条件的约束，所以这些问题往往难以用一般技术 9
机械系统设计学实验指导书 机械设计与CAD实验室 来解决。在肌肉控制假手中，首先，必须要求机器手的空间较小，这样才能比较方便；其次，当同 人握手时，需要以较快的速度进行：而在握手时，需要较大的握力，所以，速度就要较小。显然 运动和力无法同时达到满意的效果。 在以前 主要有三种解决的办 (1)折中法由河南的丹阳生产的机器手采用的是速度和力都不大不小，结果都不能让人满 意： (2)顾一头由上海生产的机器手分为两类，要么力较大，要么速度较快。 (3)分流法即采用速府切换装置。德围、美国、清华的假手都采用这种方法 在同是分流法的设计过程中，如何解决切换问题，是关键技术问题 德国采用的是两个联动切换开关，而他们实际上相当于超越离合器的作用，被联通的离合器带 动其中的销子，将运动和力经由切换装置传到输出轴上。但这种设计的缺点是装置较贵，磨损严重， 更换频繁。而且结构过于复杂，制造闲难。 美国采用的是齿轮齿条切换装置，它虽然可实现速比切换，但不能任意位置切换：另外，切换 得到的速比增大率不很大，因此，也不理想。 清华大学在考虑到这些问题后，采用了由螺纹组成的离合器结构。当该离合器快速合拢时，切 换器啮合，大螺纹和小螺纹都同向转动，因此，合并速度较快：而当需要增力时，切换器分开，大 螺纹由转动到不转，小螺纹转动，功率不变，速度变小，因此力增大：当机器手张开时，切换器闭 合，大螺纹开始由不转到转动，小螺纹转动，机器手缓慢张开：当快速张开时，大小螺纹同时转动， 速度增加。 这样就既占用了较小的空间，而且顺利实现了速度和力的切换。而且由于清华大学的电动机采 用了新的材料，因此价格较低。这些都时其竞争力提高的保证。 清华大学的机器手如图1所示。 图1清华大学的机器手 四、实验步骤 (1)将机器王的插销插入插座，接酒电源 (2)将机器手的两个触角分别按在手臂的两块肌肉上，伸缩手臂，可以看到该机器手完全模 仿人的动作开合。 (3)仔细观察机器手的工作原理，并分析其切换器的工作原理。 五、实验报告要求 (1)绘出机器手的工作原理图和机械结构图。 (2)用表格形式描述切换器和大小螺纹的运动关系。 实验五机械工作循环图的测绘与分析实验 ，概述 机械工作循环图是表示机械的一个工作循环中，其各执行构件配合关系的示意图。由循环图
机械系统设计学实验指导书 机械设计与 实验室 CAD 来解决。在肌肉控制假手中，首先，必须要求机器手的空间较小，这样才能比较方便；其次，当同 人握手时，需要以较快的速度进行；而在握手时，需要较大的握力，所以，速度就要较小。显然， 运动和力无法同时达到满意的效果。 在以前，主要有三种解决的办法： （1）折中法 由河南的丹阳生产的机器手采用的是速度和力都不大不小，结果都不能让人满 意； （2）顾一头 由上海生产的机器手分为两类，要么力较大，要么速度较快。 （3）分流法 即采用速度切换装置。德国、美国、清华的假手都采用这种方法。 在同是分流法的设计过程中，如何解决切换问题，是关键技术问题。 德国采用的是两个联动切换开关，而他们实际上相当于超越离合器的作用，被联通的离合器带 动其中的销子，将运动和力经由切换装置传到输出轴上。但这种设计的缺点是装置较贵，磨损严重， 更换频繁。而且结构过于复杂，制造困难。 美国采用的是齿轮齿条切换装置，它虽然可实现速比切换，但不能任意位置切换；另外，切换 得到的速比增大率不很大，因此，也不理想。 清华大学在考虑到这些问题后，采用了由螺纹组成的离合器结构。当该离合器快速合拢时，切 换器啮合，大螺纹和小螺纹都同向转动，因此，合并速度较快；而当需要增力时，切换器分开，大 螺纹由转动到不转，小螺纹转动，功率不变，速度变小，因此力增大；当机器手张开时，切换器闭 合，大螺纹开始由不转到转动，小螺纹转动，机器手缓慢张开；当快速张开时，大小螺纹同时转动， 速度增加。 这样就既占用了较小的空间，而且顺利实现了速度和力的切换。而且由于清华大学的电动机采 用了新的材料，因此价格较低。这些都时其竞争力提高的保证。 清华大学的机器手如图 1 所示。 图 1 清华大学的机器手 四、实验步骤 （1）将机器手的插销插入插座，接通电源。 （2）将机器手的两个触角分别按在手臂的两块肌肉上，伸缩手臂，可以看到该机器手完全模 仿人的动作开合。 （3）仔细观察机器手的工作原理，并分析其切换器的工作原理。 五、实验报告要求 （1）绘出机器手的工作原理图和机械结构图。 （2）用表格形式描述切换器和大小螺纹的运动关系。 实验五 机械工作循环图的测绘与分析实验 一、概述 机械工作循环图是表示机械的一个工作循环中，其各执行构件配合关系的示意图。由循环图 10