課件機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)方案.ppt

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì),游戲機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),尹衍棟 王 然 陳洪達(dá) 李曄冰 指導(dǎo)老師：孫志宏,目錄 設(shè)計(jì)要求及原始數(shù)據(jù) 運(yùn)動(dòng)方案的討論 機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定 制作過程 運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果 總結(jié),一.設(shè)計(jì)要求及原始數(shù)據(jù),一.功能要求及工作原理 總功能要求 設(shè)計(jì)一新游戲：讓一畫有景物的屏幕由靜止逐漸開始左右晃動(dòng)，晃動(dòng)的角度由小變大，最終旋轉(zhuǎn)起來，轉(zhuǎn)幾周后，屏幕又漸趨靜止。 工作原理 由于觀眾在暗室中僅能看見屏幕上的景物，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，觀眾產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)覺，他不認(rèn)為屏幕在晃動(dòng)，反而認(rèn)為自己在晃動(dòng)，并且晃動(dòng)的越來越厲害，最后竟旋轉(zhuǎn)起來，這是一個(gè)有驚無險(xiǎn)的游樂項(xiàng)目。,二.原始數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)要求 屏幕由靜止開始晃動(dòng)時(shí)的擺角約60。 每分鐘晃動(dòng)次數(shù)約為1012次。 屏幕由開始晃動(dòng)到出現(xiàn)整周轉(zhuǎn)動(dòng)，歷時(shí)約23分鐘。 屏幕約轉(zhuǎn)10多轉(zhuǎn)后，漸漸趨于靜止。 用三相交流異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，其同步轉(zhuǎn)速為1000r/min或1500r/min，功率約1KW. 屏幕擺動(dòng)幅度應(yīng)均勻增大或稍呈加速的趨勢(shì)。,三.要求完成的設(shè)計(jì)工作量 本題設(shè)計(jì)的時(shí)間為1.5周。 根據(jù)功能要求，確定工作原理和繪制系統(tǒng)功能圖。 按工藝動(dòng)作過程擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。 根據(jù)系統(tǒng)功能圖繪制功能矩陣表。 構(gòu)思系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案(至少六個(gè)以上)，進(jìn)行方案評(píng)價(jià)，選出較優(yōu)方案。 用解析法對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)，或在尺寸給定的條件下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力分析。 繪制系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖。 編寫設(shè)計(jì)說明書，附源程序和計(jì)算結(jié)果。,二. 運(yùn)動(dòng)方案的討論,因?yàn)橛螒驒C(jī)系統(tǒng)需完成減速、運(yùn)動(dòng)交替和轉(zhuǎn)換、停歇的功能，并且要改變屏幕晃動(dòng)幅度的大小，使之逐漸增大，最終使屏幕作連續(xù)回轉(zhuǎn)，所以擬采用四桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。,采用四桿機(jī)構(gòu)時(shí)面臨以下幾點(diǎn)問題 開始運(yùn)動(dòng)時(shí)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)變轉(zhuǎn)動(dòng)，是將之變?yōu)殡p曲柄機(jī)構(gòu)（機(jī)架為最短桿）還是平行四邊形機(jī)構(gòu) 改變哪一根桿的長(zhǎng)度，是增加AB桿還是縮短CD桿 變桿長(zhǎng)采用凸輪機(jī)構(gòu)還是絲桿機(jī)構(gòu) 并且三點(diǎn)問題是相互關(guān)聯(lián)的。,雙曲柄機(jī)構(gòu)（機(jī)架為最短桿）vs平行四邊形機(jī)構(gòu) 增加AB桿vs縮短CD桿 若采用雙曲柄機(jī)構(gòu)，只能增長(zhǎng)AB的桿長(zhǎng)，使CD最終實(shí)現(xiàn)周轉(zhuǎn)，四桿機(jī)構(gòu)由曲柄搖桿變?yōu)殡p曲柄機(jī)構(gòu)，由于急回行程相當(dāng)大，無法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)要求，所以四桿機(jī)構(gòu)選定為平行四邊形機(jī)構(gòu)。 若采用縮短CD桿，則在運(yùn)動(dòng)過程中只能將擺動(dòng)變?yōu)閯蛩僖苿?dòng)，只能用凸輪來實(shí)現(xiàn)，且設(shè)計(jì)復(fù)雜，加工困難，不予考慮。,若選擇方案1，即通過輪上的溝槽達(dá)到凸輪的效果，改變桿長(zhǎng)；但這種方案不易控制桿長(zhǎng)隨溝槽的變化規(guī)律，難以實(shí)現(xiàn)。,增長(zhǎng)AB桿有多種方法,若選擇方案2和3，桿長(zhǎng)的變化與時(shí)間不是線性關(guān)系；轉(zhuǎn)動(dòng)幅度沒有規(guī)律性，故舍棄。,方案3,相比之下，方案4和5有很大優(yōu)越性，可以準(zhǔn)確的控制桿長(zhǎng)的增長(zhǎng)速度。其中方案4為凸輪機(jī)構(gòu)，相比方案5的絲桿機(jī)構(gòu)，加工困難，傳動(dòng)也沒有絲桿均勻。從傳動(dòng)上考慮（由計(jì)算可得齒輪3和4的傳動(dòng)比為1：60，中間需要一個(gè)齒輪系來實(shí)現(xiàn)），凸輪機(jī)構(gòu)需要一個(gè)復(fù)雜龐大的輪系來實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)顯然沒有絲桿機(jī)構(gòu)緊湊；而且圓柱凸輪本身就比絲桿粗大笨重。所以我們最終選擇了方案5絲桿機(jī)構(gòu)。,方案5,絲桿機(jī)構(gòu)僅能實(shí)現(xiàn)桿長(zhǎng)的變化，傳動(dòng)還需靠四桿機(jī)構(gòu)來完成，這就需要在雙搖桿機(jī)構(gòu)和平行四邊形機(jī)構(gòu)之間做出選擇。 若選擇雙搖桿機(jī)構(gòu)，分析過程如下：,從ad,最后d為最短桿。設(shè)bd,cd,當(dāng)a增大至d，最短桿為d。設(shè)最長(zhǎng)桿為c，則d+ca+b；若要AB桿為曲柄(周轉(zhuǎn))，只能取臨界值，即d+c=a+bc=b。即便a略大于d，AB桿仍周轉(zhuǎn)，只需滿足b=c即可。根據(jù)實(shí)際情況，取b=c=1500mm，又起初擺角為，作圖，得最小為。若減小，運(yùn)動(dòng)速度均勻，但轉(zhuǎn)動(dòng)角減小，故取。由以上數(shù)據(jù)得到的機(jī)構(gòu)急回行程太明顯，所以我們最終選擇的是平行四邊形機(jī)構(gòu)。,三.機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定,平行四邊形機(jī)構(gòu)分析如下：,若短桿為機(jī)架(AD)(bc),a必須c；一旦ac,a變?yōu)閾u桿，c變?yōu)榍鷹U，不符和要求，所以條件苛刻，需要精確的計(jì)算。 根據(jù)CD桿最初的擺角為60和機(jī)構(gòu)的條件確定AB200mm AD=BC660mm,列出方程,上述方程利用Matlab求解 a,b,c=solve(b=a+pi/3,cos(a)*2*c*660 =6602+c2-(660-200)2,cos(b)*2*c*660 =6602+c2-(660+200)2,a,b,c) 得出,為了選取絲桿和計(jì)算、加工的方便 取整 取 c400mm,計(jì)算得a=41.67 b105.83 所以=64.16 符合任務(wù)要求。,下面驗(yàn)證 機(jī)構(gòu)的急回行程 AB從200mm變動(dòng)到400mm,縱坐標(biāo)為 極位夾角 弧度制表示,縱坐標(biāo)為 行程速比系數(shù)K,在運(yùn)動(dòng)中有可能會(huì)出現(xiàn)反平行四邊形機(jī)構(gòu)，這時(shí)急回行程太明顯，從 動(dòng)畫演示中可以直觀看出，下面圖表可以提供有關(guān)急回行程的具體數(shù)據(jù)。,對(duì)于齒輪1和2的計(jì)算：,對(duì)絲桿傳動(dòng)的計(jì)算：,絲桿傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)較為理想的傳動(dòng)比。因?yàn)榻z桿與齒輪2固結(jié)為一體，所以兩者角速度相同?，F(xiàn)取 ，故齒輪一取18齒，齒輪2取27齒。 H轉(zhuǎn)動(dòng)2.5分鐘，每分鐘轉(zhuǎn)12圈，現(xiàn)共轉(zhuǎn)30圈，查表4-133 GB 784-65，則絲桿在運(yùn)動(dòng)2.5分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)10轉(zhuǎn)，絲桿行程為200mm。螺紋高度 工作高度h = 8，間隙z = 1，圓角半徑， H = 1.886 t = 37.32 關(guān)于直徑和螺距的取值，查表GB784-65，d取第一系列，d=10。,關(guān)于蝸輪蝸桿的計(jì)算,為了使蝸輪蝸桿的大小和機(jī)構(gòu)整體協(xié)調(diào)，蝸輪直徑在240280之間。查表GB/T10088-88, 優(yōu)先采用第一系列。 蝸輪蝸桿的正確嚙合條件 取 則,由 得出 需保證,最終方案,制作過程,造形過程比較順利，但在裝配過程中遇到很多問題,1 cosmos和solidworks的關(guān)系,Cosmos是solidworks里的一個(gè)插件，在solidworks中添加的約束和cosmos motion中的constraints（約束，各種運(yùn)動(dòng)副）是相關(guān)的，但不等同。在solidworks中添加同軸心、重合、距離等約束時(shí)，在motion中會(huì)相應(yīng)自動(dòng)添加出各種運(yùn)動(dòng)副，例如桿的兩平面和槽的兩平面重合時(shí)會(huì)自動(dòng)添加出滑動(dòng)副。但是具體哪個(gè)面、哪個(gè)方向都有嚴(yán)格要求，所以很多情況下運(yùn)動(dòng)副不會(huì)自動(dòng)被添加。因此，要時(shí)刻注意Cosmos中的運(yùn)動(dòng)副，必要時(shí)手動(dòng)添加，盡量做到每裝一個(gè)構(gòu)件都有正確的運(yùn)動(dòng)。,2 子裝配問題,如果以運(yùn)動(dòng)分析為目標(biāo)，在solidworks裝配體里，應(yīng)該裝配構(gòu)件而非零件。零件是指加工的基本單元，構(gòu)件是指機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的基本單元，它可以由多個(gè)零件組成，但其運(yùn)動(dòng)是一整體，內(nèi)部無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 在solidworks中，裝配體1中調(diào)用裝配體2，被調(diào)用的裝配體2稱為子裝配，在裝配體1中是一個(gè)構(gòu)件，整體運(yùn)動(dòng)。所以在裝配時(shí)要注意先將零件裝配成構(gòu)件再調(diào)入總裝配中。 也可以利用fixed約束，將兩零件進(jìn)行固結(jié)。,3 齒輪、蝸桿,在運(yùn)動(dòng)模擬中，齒輪、蝸桿都不用造出詳細(xì)特征，而用圓盤圓柱代替，并相應(yīng)添加齒輪副即可。由以下幾點(diǎn)值得注意：1.圓盤圓柱的直徑盡量采用分度圓直徑。2.在solidworks中，齒輪副是以構(gòu)件軸心的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比來添加的，而在cosmos motion中，是以兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的速度比來添加的。,4 螺紋,根據(jù)機(jī)構(gòu)的要求設(shè)計(jì)出螺紋的旋合長(zhǎng)度為200mm，在50秒內(nèi)絲桿與套筒以恒定角速度旋合，而后旋出，使兩者之間無相對(duì)滑動(dòng)。用cos