機械原理課程設(shè)計全自動黑板擦方案一xin

1、目錄一、摘要2二、設(shè)計題目及任務(wù)32.1設(shè)計題目32.2設(shè)計任務(wù)42.3任務(wù)分配5三、運動方案的設(shè)計53.1整體運動方案設(shè)計53.2毛刷伸長機構(gòu)設(shè)計63.3齒輪齒條傳動機構(gòu)設(shè)計7四、機構(gòu)尺寸參數(shù)確定94.1毛刷伸長機構(gòu)確定9曲柄滑塊機構(gòu)基本尺寸確定：94.2齒輪齒條及傳動機構(gòu)參數(shù)及尺寸確定10五、運動分析115.1整體運動方案結(jié)構(gòu)簡圖115.2曲柄滑塊機構(gòu)運動分析13位移分析135.2.2 速度分析145.2.3 加速度分析14曲柄滑塊機構(gòu)的速度仿真145.3變位齒輪設(shè)計18六、除塵方案的設(shè)計與分析及方案確定246.1除塵機構(gòu)方案設(shè)計246.2除塵方案確定及基本參數(shù)確定26七、設(shè)計小結(jié)28八、

2、附錄33九、參考文獻44一、摘要眾一直所周知，黑板是我們在學(xué)習(xí)過程中必不可少的日常教具之一，從小學(xué)到大學(xué)，我們的學(xué)習(xí)一直與黑板相伴，這樣就離不開另外兩樣工具，黑板擦和粉筆。而一般我們平時所使用的黑板擦不但費時費力還會造成粉塵污染，危害我們的健康。于是根據(jù)時代的要求，全自動無塵黑板擦誕生了。市面上現(xiàn)在也有自動無塵黑板擦，但是都存在一定的局限性和缺點，因此，我們針對這一現(xiàn)象，用我們的想法和創(chuàng)意設(shè)計了一款全自動無塵黑板擦，從而改善教學(xué)質(zhì)量。二、設(shè)計題目及任務(wù)2.1設(shè)計題目 全自動無塵黑板擦是利用毛刷的高速旋轉(zhuǎn)從而與黑板產(chǎn)生摩擦，擦除黑板上的板書；同時，利用齒輪與齒條機構(gòu)實現(xiàn)毛刷的前行，從而使整個黑板

3、擦除干凈；為了達到無塵的效果，利用高壓靜電產(chǎn)生的電場力和小型風(fēng)扇產(chǎn)生的吸力，將粉塵吸附在清灰網(wǎng)格柵上，完成黑板的擦除之后，撤去電力，使粉塵因重力作用自由下落，落入粉塵收集盒。工作流程圖：見圖2-1（a）、2-1（b）毛刷開始工作粉塵收集關(guān)閉電源打開電源除塵裝置開始工作 圖2-1（a）毛刷初始狀態(tài)桿1處于最短狀態(tài) 桿1開始伸長，桿4開始收縮 桿1繼續(xù)伸長。桿4繼續(xù)收縮 桿1最長狀態(tài)，桿4最短狀態(tài)圖2-1（b）機構(gòu)工作流程圖2.2設(shè)計任務(wù)（1） 全自動無塵黑板擦的傳動機構(gòu)的設(shè)計，毛刷擦除機構(gòu)的設(shè)計，毛刷伸長機構(gòu)的設(shè)計以及無塵機構(gòu)的設(shè)計；（2） 分析全自動無塵黑板擦各個機構(gòu)的運動過程和功能；（3）

4、確定設(shè)計方案并畫出其運動簡圖，進行運動分析，畫出運動循環(huán)圖；（4） 對方案確定的機構(gòu)進行相關(guān)數(shù)據(jù)的計算，matlab編程畫圖， 以及solidworks三維制圖；（5） 課程設(shè)計的心得以及總結(jié)；（6） 整體報告的編寫。2.3任務(wù)分配 彭堙寅：傳動機構(gòu)方案的設(shè)計與分析，方案的運動分析，matlab編程計算相關(guān)數(shù)據(jù)及畫圖，課程設(shè)計心得； 何壯:毛刷伸長機構(gòu)的設(shè)計分析與改進，機構(gòu)的運動簡圖，matlab編程計算相關(guān)數(shù)據(jù)及畫圖，變位齒輪設(shè)計，課程設(shè)計心得； 安祖煜：毛刷擦除機構(gòu)方案的設(shè)計及分析，毛刷伸長機構(gòu)方案的設(shè)計及分析，機構(gòu)運動簡圖，課程設(shè)計心得； 杭雨婷：除塵方案的設(shè)計與分析，運動循環(huán)圖的繪制，

5、凸輪機構(gòu)整理，課程設(shè)計心得以及總結(jié)，變位齒輪設(shè)計，報告的編寫。三、運動方案的設(shè)計3.1整體運動方案設(shè)計基本設(shè)計原理1）動力傳輸機構(gòu)帶動齒輪，從而利用齒輪帶動毛刷的高速旋轉(zhuǎn)，通過刷毛與黑板之間的摩擦從而使黑板擦除干凈；2）利用靜電或者離心式風(fēng)機對粉塵產(chǎn)生吸力，將粉塵聚集，防止產(chǎn)生粉塵污染。3.1.2設(shè)計要求1) 擦除面積：黑板面積（長*寬）3m*1m，一次性擦除完成；2) 擦除速度：毛刷轉(zhuǎn)速：10r/s（可根據(jù)實際情況而定）毛刷前進速度：1m/s（可根據(jù)實際情況而定）末端毛刷速度：（可根據(jù)實際情況而定）毛刷中點速度：（可根據(jù)實際情況而定）3) 毛刷運動條件：黑板上部空間能滿足毛刷轉(zhuǎn)動所需空間4)

6、 保證毛刷對同一點進行多次清理，保證清理干凈程度，同時保證效率，幾秒內(nèi)便可完成清理。5) 除塵效果：肉眼所見粉塵很少。3.2毛刷伸長機構(gòu)設(shè)計方案設(shè)計：曲柄滑塊機構(gòu)+電路控制 毛刷是由兩個刷桿組成，通過內(nèi)嵌的方式實現(xiàn)毛刷的可自動伸長功能,并且有曲柄滑塊機構(gòu)連接，通過單片機控制毛刷的伸長和收縮，以此防止黑板上部空間不能滿足毛刷所需要的運動空間（即黑板上部空間不夠高）,在擦除的過程中,四個可自動伸縮的刷桿應(yīng)實現(xiàn)有規(guī)律的伸縮變換。通過電路控制，每個刷子轉(zhuǎn)過180°之后開始向上轉(zhuǎn)動時開始收縮，轉(zhuǎn)過270°時收縮到最短，開始伸長，轉(zhuǎn)到360°時伸到最長，隨機保持180

7、6;。毛刷運動循環(huán)圖: 毛刷長度/mm1000 500 0 180 270 360 旋轉(zhuǎn)角度/º曲柄滑塊機構(gòu)完全可以實現(xiàn)可自動伸縮的功能，通過電控制模塊可達到有規(guī)律的變換，實現(xiàn)在擦除時滿足黑板上部空間的要求，所以選擇這一機構(gòu)。3.3齒輪齒條傳動機構(gòu)設(shè)計通過點擊控制按鈕驅(qū)動齒輪，使其在固定的齒條上滾動，以帶動刷子向前滾動，實現(xiàn)擦除功能。簡圖：（圖3-2-1）圖3-3-1 齒輪齒條簡圖實物圖：（圖3-2-2） 圖3-2-2 齒輪齒條實物圖通過用電機驅(qū)動就可實現(xiàn)刷子的前進，這一安方案簡潔可實行起來方便快捷。四、機構(gòu)尺寸參數(shù)確定4.1毛刷伸長機構(gòu)確定曲柄滑塊機構(gòu)基本尺寸確定：尺寸確定：下毛刷

8、長500mm上毛刷長500mm曲柄長500mm連桿長500mm毛刷最長：970mm毛刷最短：517mm裝配要求：刷毛裝在下毛刷背面，及上毛刷背面中間20mm，這樣刷毛不會影響毛刷的伸縮。（見圖4-1-1）上毛刷（正反面實物圖）:下毛刷:曲柄滑塊：曲柄：500mm，連桿：500mm，滑塊做大行程：387mm曲柄：連桿：整體實物圖：主要參數(shù)確定：（可根據(jù)實際情況更改）毛刷轉(zhuǎn)速位移速度末端毛刷速度毛刷中點速度10r/s1m/s結(jié)論：這樣的尺寸確定，裝配要求和主要參數(shù)的確定可以保證對同一點進行多次清理，保證清理干凈程度，同時保證效率，幾秒內(nèi)便可完成清理。4.2齒輪齒條及傳動機構(gòu)參數(shù)及尺寸確定1、齒輪基

9、本參數(shù)確定：（圖4-2-1）齒數(shù)*模數(shù)*齒頂高系數(shù)頂隙系數(shù)齒根圓角齒寬*壓力角17齒2mm10.250.3830202、齒條基本參數(shù)確定模數(shù)*齒頂高系數(shù)頂隙系數(shù)齒寬*壓力角2mm10.253020實物圖： 圖4-2-1 齒輪齒條實物圖（3）原動機及傳動系統(tǒng)初步確定電機功率要求：200W電機轉(zhuǎn)速要求：10r/s傳動比i: 電機齒輪同軸，1:1凸輪電機轉(zhuǎn)速：10r/s上述參數(shù)是在三維建模的基礎(chǔ)上確定的參數(shù)，具體的數(shù)據(jù)可根據(jù)實際情況確定，此外因為全自動無塵黑板擦的運動要求不是那么嚴(yán)格，在選擇的時候考慮相關(guān)影響因素即可達到想要的要求五、運動分析5.1整體運動方案結(jié)構(gòu)簡圖電動機位置小結(jié)：此方案沒有復(fù)雜的

10、電路控制，只需電機驅(qū)動即可完成全套動作，故障率低，易維修，但因為有四個凸輪而使得成本有所上升。5.2曲柄滑塊機構(gòu)運動分析曲柄滑塊機構(gòu)分析參考，具體實際要用的只是一部分，曲柄變?yōu)殚g歇的擺動：5.2.1位移分析圖1 曲柄滑塊機構(gòu)運動簡圖如圖1 所示， 設(shè)已知該機構(gòu)的尺寸L1、L2和b 及主動件1 的角位移、角速度和角加速度， 試求連桿2 的角位移、角速度和角加速度及滑塊3 的位移S、速度和加速度 。按圖1 中四邊形OABC 各矢量的方向， 有:分別取實部和虛部,并在b前加符號系數(shù)N,得：式中， 當(dāng)偏距b 位于y 軸的正方向時，N=1 ， 反之N=1 。5.2.2 速度分析將式（1） 對時間求導(dǎo)，

11、得由此解得5.2.3 加速度分析將式（4） 對時間求導(dǎo)， 得由此解得5.2.4曲柄滑塊機構(gòu)的速度仿真已知： 曲柄滑塊機構(gòu)中， 曲柄長, 連桿長, 曲柄的角速度 =185rad/s 。曲柄滑塊具有一個自由度， 仿真以為輸入來計算和.圖2 曲柄滑塊運動簡圖建立如圖所示的封閉矢量圖，則曲柄滑塊的閉環(huán)矢量方程為將此方程分別分解到x 軸和y 軸坐標(biāo)軸上， 得到將上式對時間求導(dǎo)， 有其中：是大小的變化率， 方程（12）寫成矩陣形式為已知條件：曲柄的初始角加速度， 其他條件同上。將式（13 ） 對時間求導(dǎo)， 寫成矩陣形式：Matlab建模分析（源程序見附錄）：對心曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)經(jīng)測定，最小壓力

12、角：29°曲柄滑塊機構(gòu)的速度加速度圖可看出完全可以實現(xiàn)所需要的要求，其最小壓力角為29度在傳動過程中的沖擊力很小并且傳動輕快靈活無死點，所以選擇曲柄滑塊機構(gòu)是可行的。5.3變位齒輪設(shè)計不出現(xiàn)根切的最小變位系數(shù)加工小于17個齒的齒輪，又要避免根切，就要將齒條刀向遠離輪坯輪心方向移動一段距離，使刀具齒頂線 位于理論嚙合點之下。即因此，用標(biāo)準(zhǔn)齒條刀切制少于最小齒數(shù)齒輪不出現(xiàn)根切的最小變位系數(shù)要進行討論 ：PB刀QNO討論：當(dāng) 時， 當(dāng) 時， 為了避免根切，刀具應(yīng)向遠離輪坯輪心方向移動不少于 距離 這時，齒輪的分度圓與齒條刀的中線相離。當(dāng) 時， 只從不根切的角度看，刀具可向輪坯輪心方向移動，

13、距離不超過。這時，分度圓與中線相交。變位齒輪尺寸計算1)、與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相比沒有變化的尺寸和參數(shù)2)、與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相比變化的尺寸Matlab建模分析（源程序見附錄）：漸開線齒輪的仿真模擬圖：（自定義模數(shù)m=10,z1=10,z2=19兩種）下面是根切與不根切詳細(xì)圖：Z1=10產(chǎn)生明顯根切Z2=19不發(fā)生根切如果在實際中要用到變位齒輪我們也可以建立模型來算出齒輪各個參數(shù)（源程序見附錄）：取定z=8通過上述仿真我們知道了漸開線齒輪的形成過程，及發(fā)生根切的條件，當(dāng)齒數(shù)小于17時將發(fā)生根切，配合時就要用到變位系數(shù)等相關(guān)參數(shù)，在齒輪齒條的選擇過程中可能用到變位齒輪，上述建模仿真分析將為我們提供很大的方便及參考

14、價值。六、除塵方案的設(shè)計與分析及方案確定6.1除塵機構(gòu)方案設(shè)計方案一：離心式風(fēng)機吸塵（類似于吸塵器）圖5-1-1工作原理：由電機帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪中的葉片迫使氣體旋轉(zhuǎn)，對氣體做功，使其能量增加，氣體在離心力的作用下，向葉輪四周甩出，通過渦型機殼將速度能轉(zhuǎn)換成壓力能，當(dāng)葉輪內(nèi)的氣體排出后，葉輪內(nèi)的壓力低于進風(fēng)管內(nèi)壓力，新的氣體在壓力差的作用下吸入葉輪，氣體就連續(xù)不斷的從泵內(nèi)排出。優(yōu)點：吸塵效果好缺點：耗能高，噪音大，設(shè)備復(fù)雜方案二：靜電除塵工作原理：含有粉塵顆粒的氣體，在接有高壓直流電源的陰極線(又稱電暈極)和接地的陽極板之間所形成的高壓電場通過時，由于陰極發(fā)生電暈放電、氣體被電離，此時，帶負(fù)電

15、的氣體離子，在電場力的作用下，向陽板運動，在運動中與粉塵顆粒相碰，則使塵粒荷以負(fù)電，荷電后的塵粒在電場力的作用下，亦向陽極運動，到達陽極后，放出所帶的電子，塵粒則沉積于陽極板上，空氣排出。優(yōu)點: (1)除塵效率高；（2）可以凈化較大氣量；（3）能夠除去的粒子粒徑范圍較寬；（4）結(jié)構(gòu)簡單，氣流速度低，壓力損失??；缺點： 設(shè)備比較復(fù)雜，要求設(shè)備調(diào)運和安裝以及維護管理水平高。      對粉塵比電阻有一定要求，所以對粉塵有一定的選擇性，不能使所有粉塵都的獲得很高的凈化效率。   受氣體溫、溫度等的操作條件影響較大。綜合以

16、上兩種方案的優(yōu)缺點最終決定選擇：靜電除塵+風(fēng)扇吸塵6.2除塵方案確定及基本參數(shù)確定最終方案：靜電除塵+風(fēng)扇吸塵該方案結(jié)合了靜電吸塵的優(yōu)勢，并且彌補了靜電吸塵對灰塵的選擇和對環(huán)境的要求的缺點。風(fēng)扇可以通過空氣的壓力差幫助靜電除塵裝置吸附粉塵，同時，風(fēng)扇的噪音較小，功耗較低。符合低耗環(huán)保的觀點。靜電電壓：36V1、 靜電除塵電路圖：靜電吸塵高壓靜電直流電源交流電源整流電路：2、吸塵裝置：由外園框架和具有正六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)的清灰網(wǎng)格柵組成。3、收集粉塵裝置（可拆卸）：當(dāng)擦干凈一次黑板之后，斷開靜電除塵裝置的電源，粉塵脫離高壓靜電網(wǎng)，落入粉塵收集盒中，定期清理粉塵收集盒就即可。 七、設(shè)計小結(jié)八、附錄1、

17、曲柄滑塊運動狀態(tài)分析程序：%住程序slider_crank_main文件%輸入已經(jīng)知道的數(shù)據(jù)clear;l1=input(' 輸入曲柄的長度 l1=');l2=input(' 輸入連桿的長度 l2=');e=input(' 輸入滑塊軸心偏心距 e=');hd=pi/180;du=180/pi;omega1=10; alpha1=0;%調(diào)用子函數(shù)slider_ank計算曲柄滑塊機構(gòu)位移，速度，加速度for n1=1:720 theta1(n1)=(n1-1)*hd; theta2(n1),s3(n1),omega2(n1),v3(n1),alpha

18、2(n1),a3(n1)=slider_crank. (theta1(n1),omega1,alpha1,l1,l2,e);end%位移，速度，加速度和曲柄滑塊機構(gòu)圖形輸出figure(l1);n1=1:720;subplot(2,2,1); %繪制位移圖 AX,H1,H2=plotyy(theta1*du,theta2*du,theta1*du,s3);set(get(AX(1),'ylabel'),'String','連桿角位移/circ')set(get(AX(2),'ylabel'),'String',&#

19、39;滑塊位移/mm')title('位移線圖');xlabel('曲柄轉(zhuǎn)角theta_1/circ')grid on;subplot(2,2,2); %繪制速度圖 AX,H1,H2=plotyy(theta1*du,omega2,theta1*du,v3);set(get(AX(2),'ylabel'),'String','滑塊速度/mmcdots-1')title('速度線圖');xlabel('曲柄轉(zhuǎn)角theta_1/circ')ylabel('連桿角速度/ra

20、dcdots-1')grid on;subplot(2,2,3); %繪制加速度圖 AX,H1,H2=plotyy(theta1*du,alpha2,theta1*du,a3);set(get(AX(2),'ylabel'),'String','滑塊加速度/mmcdots-2')title('加速度線圖');xlabel('曲柄轉(zhuǎn)角theta_1/circ')ylabel('連桿加速度/radcdots-2')grid on;subplot(2,2,4);%繪曲柄滑塊機構(gòu)圖x(1)=0;y(

21、1)=0;x(2)=l1*cos(70*hd);y(2)=l1*sin(70*hd);x(3)=s3(70);y(3)=e;x(4)=s3(70);y(4)=0;x(5)=0;y(5)=0;x(6)=x(3)-40;y(6)=y(3)+10;x(7)=x(3)+40;y(7)=y(3)+10;x(8)=x(3)+40;y(8)=y(3)-10;x(9)=x(3)-40;y(9)=y(3)-10;x(10)=x(3)-40;y(10)=y(3)+10;i=1:5;plot(x(i),y(i);grid on;hold on;i=6:10;plot(x(i),y(i);title('曲柄滑

22、塊機構(gòu)');grid on;hold on;xlabel('mm');ylabel('mm')axis(-50 400 -20 200);plot(x(1),y(1),'o');plot(x(2),y(2),'o');plot(x(3),y(3),'o');%子函數(shù)slider_crank文件 functiontheta2,s3,omega2,v3,alpha2,a3=slider_crank(theta1,omega1,alpha1,l1,l2,e) %計算連桿2的角位移和滑塊3的線位移 theta2=a

23、sin(e-l1*sin(theta1)/l2); s3=l1*cos(theta1)+l2*cos(theta2); %計算連桿2的角為速度和滑塊的線速度 A=-l1*sin(theta1),1;-2*cos(theta2),0; B=-l1*sin(theta1);l1*cos(theta1); omega=A(omega1*B); omega2=omega(1); v3=omega(2); %計算連桿2的角加速度和滑塊3的線加速度 At=omega2*l2*cos(theta2),0; omega2*l2*sin(theta2),0; Bt=-omega1*l1*cos(theta1);

24、 -omega1*l1*sin(theta1); alpha=A(-At*omega+alpha1*B+omega1*Bt); alpha2=alpha(1); a3=alpha(2);for n1=1:5:360 j=j+1; clf; % x(1)=0; y(1)=0; x(2)=l1*cos(n1*hd); y(2)=l1*sin(n1*hd); x(3)=s3(n1); y(3)=e; x(4)=(l1+l2+50); y(4)=0; x(5)=0; y(5)=0; x(6)=x(3)-40; y(6)=y(3)+10; x(7)=x(3)+40; y(7)=y(3)+10; x(8)

25、=x(3)+40; y(8)=y(3)-10; x(9)=x(3)-40; y(9)=y(3)-10; x(10)=x(3)-40; y(10)=y(3)+10; % i=1:3; plot(x(i),y(i); grid on; hold on; i=4:5; plot(x(i),y(i); i=6:10; plot(x(i),y(i); plot(x(1),y(1),'o'); plot(x(2),y(2),'o'); plot(x(3),y(3),'o'); xlabel('mm'); ylabel('mm'

26、) axis(-250 550 -270 250); m(j)=getframe;endmovie(m)2、對心曲柄滑塊機構(gòu)的尺度確定及誤差分析：disp ' * 曲柄滑塊機構(gòu)的等影響法精度綜合 *'N=input(' 輸入機構(gòu)運動精度影響尺度數(shù)目 N=');H=input(' 輸入滑塊的行程的均值（mm） H=');P=input(' 輸入曲柄滑塊軸心至滑銷最遠距離(mm) P=');DH=input(' 輸入滑塊位置允許誤差（mm) DH=');disp ' 計算結(jié)果 'R=H/2;fprint

27、f(' 曲柄的長度的均值 R=%3.3f mmn',R)L=P-R;fprintf(' 連桿的長度的均值 L=%3.3 mmn',L)theta=0:10:360;hd=theta.*pi/180;% 計算曲柄長度和滑塊長度的影響系數(shù)（偏導(dǎo)數(shù)的最大絕對值）CR=1-cos(hd);CL=0.5.*sin(hd).2;CRm=max(abs(1-cos(hd);CLm=max(abs(0.5.*sin(hd).2);fprintf(' 曲柄長度影響系數(shù)的最大絕對值 CRm=%3.6fn',CRm)fprintf(' 連桿長度影響系數(shù)的最大絕

28、對值 CLm=%3.6fn',CLm)%計算曲柄長度和滑塊長度的最大允許偏差DRm=DH/sqrt(N)/CRm;DLm=DH/sqrt(N)/CLm;fprintf(' 曲柄長度允許的最大偏差 DRm=%3.6f mmn',DRm)fprintf(' 連桿長度允許的最大偏差 DLm=%3.6f mmn',DLm)plot(theta,CR,'r')hold;gtext('曲柄長度的影響系數(shù)曲線')title('bf 機構(gòu)尺度影響系數(shù)線圖')xlabel('bf 曲柄轉(zhuǎn)角theta(°）&

29、#39;)ylabel('bf 尺度影響系數(shù)')plot(theta,CL,'k')gtext('連桿長度影響曲線')grid on3、齒輪仿真：clearhd=pi/180;clear;m=input('請輸入漸開線齒輪模數(shù)m=');z=input('請輸入漸開線齒輪齒數(shù)z=');phi0=20;x=0;x0=0;y0=0;r=m*z/2;hd=pi/180;du=180/pi;p=pi*m;s=2.5*m*tan(phi0*hd);h=(2*s+p)/4;c=x0-2*p-h;%2.計算齒條刀具上20個特征點在

30、初始位置的坐標(biāo)值，并存入數(shù)組x1,y1x1(1,1)=c; y1(1,1)=-(r+(1.25+x)*m)+y0;x1(2,1)=x1(1,1)+s;y1(2,1)=y1(1,1)+2.5*m;x1(3,1)=x1(2,1)+(p/2-s);y1(3,1)=y1(2,1);x1(4,1)=x1(3,1)+s;y1(4,1)=y1(3,1)-2.5*m;for i=5:20 x1(i,1)=x1(i-4,1)+p; y1(i,1)=y1(i-4,1);end%3.計算齒條刀具向左側(cè)平移和旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)值，并存入數(shù)組x2,y2j=0;for d_phi=0:(6*hd):4.398226/2; j=

31、j+1; for i=1:20; x1(i,j)=x1(i,1)-r*d_phi; y1(i,j)=y1(i,1); s2=y1(i,j)-y0; s1=x1(i,j)-x0; r1(i,j)=sqrt(s1)2+(s2)2); phi(i,j)=atan(s1/s2); x2(i,j)=r1(i,j)*sin(phi(i,j)-d_phi)+x0; y2(i,j)=r1(i,j)*cos(phi(i,j)-d_phi)+y0; endend%4.計算齒條刀具向右側(cè)平移和旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)值，繼續(xù)存入數(shù)組x2，y2for d_phi=0:-(6*hd):-4.398226/2; j=j+1; for

32、 i=1:20; x1(i,j)=x1(i,1)-r*d_phi; y1(i,j)=y1(i,1); s2=y1(i,j)-y0; s1=x1(i,j)-x0; r1(i,j)=sqrt(s1)2+(s2)2);phi(i,j)=atan(s1/s2); x2(i,j)=r1(i,j)*sin(phi(i,j)-d_phi)+x0; y2(i,j)=r1(i,j)*cos(phi(i,j)-d_phi)+y0; endend%5.漸開線齒輪范成的動態(tài)模擬figure(1);j0=j;for j=1:j0plot(x2(:,j),y2(:,j); axis equal; hold on;grid

33、 on;endrb=r*cos(20*hd); ra=r+(1+x)*m;rf=r-(1.25-x)*m; ct=linspace(0,2*pi);plot(rb*cos(ct),rb*sin(ct),'c-'); plot(r*cos(ct),r*sin(ct),'g');plot(ra*cos(ct),ra*sin(ct),'r');plot(rf*cos(ct),rf*sin(ct),'b');title('漸開線齒輪范成的動態(tài)模擬');4、變位齒輪參數(shù)測定：% 變位直齒圓柱齒輪參數(shù)測定 z=8; % 齒數(shù)

34、df0=33.43; % 齒根圓直徑的測量值 % 變位齒輪公法線長度的測量值 Wk=24.73;Wk1=39.43; % 跨齒數(shù) k=round(z/9+0.5); if k<2 k=2; end Pb=Wk1-Wk; % 基圓齒距 alf=20;hd=pi/180; % 壓力角 m=round(Pb/(pi*cos(alf*hd); % 模數(shù) Wkb=m*cos(alf*hd)*(k-0.5)*pi+z*0.0149044); % 標(biāo)準(zhǔn)齒輪公法線長度 x1=(Wk-Wkb)/(2*m*sin(alf*hd); % 變位系數(shù) hf=(m*z-df0)/2; % 齒根高 % 齒頂高系數(shù)與頂

35、隙系數(shù) hc=hf/m+x1; disp ' ' fprintf(1,' 齒頂高系數(shù)與頂隙系數(shù)之和 hc = %3.2f n',hc); hx=1.00;cx=0.25; % 按照hc計算值確定齒制-正常齒或短齒 % 輸出齒輪參數(shù) disp ' ' disp ' = 變位齒輪齒輪參數(shù) =' fprintf(1,' 齒數(shù) z = %3.0f n',z); fprintf(1,' 壓力角 alf = %3.0f 度 n',alf); fprintf(1,' 模數(shù) m = %3.3f mm n&#

36、39;,m); fprintf(1,' 齒頂高系數(shù) hx = %3.2f n',hx); fprintf(1,' 頂隙系數(shù) cx = %3.2f n',cx); fprintf(1,' 變位系數(shù) x = %3.3f n',x1); disp ' ' disp ' = 變位齒輪測量和計算數(shù)據(jù) =' fprintf(1,' 跨齒數(shù) k = %3.0f n',k); fprintf(1,' 測量齒根圓直徑 df0 = %3.3f mm n',df0); fprintf(1,' 齒根

37、高 hf = %3.3f mm n',hf); fprintf(1,' 基圓齒距 Pb = %3.3f mm n',Pb); fprintf(1,' 測量齒輪公法線長度 Wk = %3.3f mm n',Wk); fprintf(1,' 標(biāo)準(zhǔn)齒輪公法線長度 Wkb = %3.3f mm n',Wkb); % 計算嚙合角 Qp=2*(x1+x1)*tan(alf*hd)/(z+z)+0.0149044; % 節(jié)圓處展角弧度值 x,f=fsolve('tan(x)-x-0.0688793',0.0149044); % 使用fs

38、olve求解漸開線函數(shù)方程 alfp=x/hd; % 嚙合角 disp ' ' disp ' = 齒輪副嚙合角和漸開線函數(shù)值 =' fprintf(1,' 嚙合角 alfp = %3.3f 度 n',alfp); fprintf(1,' 嚙合角漸開線函數(shù)值 Qp = %3.7f n',Qp); % 計算中心距、分離系數(shù)、齒頂變動系數(shù)與幾何尺寸 a=0.5*m*(z+z); % 標(biāo)準(zhǔn)中心距 ap=a*cos(alf*hd)/cos(alfp*hd); % 實際中心距 y=(ap-a)/m; % 分離系數(shù) sgm=x1+x1-y; %

39、 齒頂變動系數(shù) d=m*z; % 分度圓直徑 db=d*cos(alf*hd); % 基圓直徑 da=d+2*(hx+x1-sgm)*m; % 齒頂圓直徑 df=d-2*(hx+cx-x1)*m; % 齒根圓直徑 Wkp=Wkb+2*x1*m*sin(alf*hd); % 公法線長度 % 計算變位齒輪齒厚 alfa=acos(db/da); % 齒頂壓力角 s=pi*m/2+2*x1*m*tan(alf*hd); % 分度圓齒厚 sa=s*da/d-da*(tan(alfa)-alfa-0.0149044); % 齒頂圓齒厚 sb=cos(alf*hd)*(s+d*0.0149044); %

40、基圓齒厚 disp ' ' disp ' = 變位齒輪齒厚和嚙合角 =' fprintf(1,' 分度圓齒厚 s = %3.3f mm n',s); fprintf(1,' 齒頂圓齒厚 sa = %3.3f mm n',sa); fprintf(1,' 基圓齒厚 sb = %3.3f mm n',sb); fprintf(1,' 齒頂壓力角 alfa = %3.3f 度 n',alfa/hd); fprintf(1,' 嚙合角 alfp = %3.3f 度 n',alfp); dis

41、p ' ' disp ' = 變位齒輪參數(shù)和幾何尺寸 =' fprintf(1,' 中心距分離系數(shù) y = %3.3f n',y); fprintf(1,' 齒頂變動系數(shù) sgm = %3.3f n',sgm); fprintf(1,' 標(biāo)準(zhǔn)中心距 a = %3.3f mm n',a); fprintf(1,' 實際中心距 ap = %3.3f mm n',ap); fprintf(1,' 齒頂圓直徑 da = %3.3f mm n',da); fprintf(1,' 分度圓

42、直徑 d = %3.3f mm n',d); fprintf(1,' 基圓直徑 db = %3.3f mm n',db); fprintf(1,' 齒根圓直徑 df = %3.3f mm n',df); fprintf(1,' 公法線長度 Wkp = %3.3f mm n',Wkp); % 根據(jù)基圓齒厚、模數(shù)和壓力角計算變位系數(shù) x2=(sb/(m*cos(alf*hd)-0.5*pi-0.0149044*z)/(2*tan(alf*hd); fprintf(1,' 變位系數(shù) x = %3.3f n',x2); 5、曲柄搖

43、桿機構(gòu)：% 曲柄搖桿機構(gòu)運動分析 % (1)-計算連桿的輸出角th3和搖桿的輸出角th4 % 設(shè)定各桿的長度(單位:毫米) rs(1)=304.8; % 設(shè)定機架1長度 rs(2)=101.6; % 設(shè)定曲柄2長度 rs(3)=254.0; % 設(shè)定連桿3長度 rs(4)=177.8; % 設(shè)定搖桿4長度 dr=pi/180.0;% 角度與弧度的轉(zhuǎn)換系數(shù) % 設(shè)定初始推測的輸入 % 機構(gòu)的初始位置 th(1)=0.0; % 設(shè)定曲柄2初始位置角是0度(與機架1共線) th(2)=45*dr; % 連桿3的初始位置角是 45度 th(3)=135*dr; % 搖桿4的初始位置角是135度 % 搖

44、桿4的初始位置角可以用三角形的正弦定理確定 th(3)=pi-asin(sin(th(2)*rs(3)/rs(4) dth=5*dr; % 循環(huán)增量 % 曲柄輸入角從0度變化到360度,步長為5度,計算th34 for i=1:72 th3,th4=ntrps(th,rs); % 調(diào)用牛頓辛普森方程求解機構(gòu)位置解非線性方程函數(shù)文件 % Store results in a matrix-th34,in degrees % 在矩陣th34中儲存結(jié)果,以度為單位;(i,:)表示第i行所有列的元素;(:,i)表示第i列所有行的元素 th34(i,:)=th(1)/dr th3/dr th4/dr;

45、% 矩陣曲柄轉(zhuǎn)角 連桿轉(zhuǎn)角 搖桿轉(zhuǎn)角 th(1)=th(1)+dth; % 曲柄轉(zhuǎn)角遞增 th(2)=th3; % 連桿轉(zhuǎn)角中間計算值 th(3)=th4; % 搖桿轉(zhuǎn)角中間計算值 end % 繪制輸出角th(2)與th(3)輸入角th(1)的關(guān)系曲線 subplot(2,2,1) % 選擇第1個子窗口 plot(th34(:,1),th34(:,2),th34(:,1),th34(:,3) axis(0 360 0 170) grid % 網(wǎng)格線 ylabel('從動件角位移/deg') title('角位移線圖') text(110,110,'搖桿4

46、角位移') text(50,35,'連桿3角位移') % (2)-計算連桿的角速度om3和搖桿的角速度om4 % Setting initial conditions % 設(shè)置初始條件 om2=250; % 曲柄角速度(等速輸入) T=2*pi/om2; % 機構(gòu)周期-曲柄旋轉(zhuǎn)1周的時間(秒) % 曲柄輸入角從0度變化到360度,步長為5度,計算om34 for i=1:72 ct(2)=i*dth; A=-rs(3)*sin(th34(i,2)*dr) rs(4)*sin(th34(i,3)*dr); rs(3)*cos(th34(i,2)*dr) -rs(4)*co

47、s(th34(i,3)*dr); B=om2*rs(2)*sin(ct(2);-om2*rs(2)*cos(ct(2); om=inv(A)*B; % 輸出角速度矩陣 om3=om(1); om4=om(2); om34(i,:)=i om3 om4; % 矩陣序號 連桿角速度 搖桿角速度 t(i)=i*T/72; end % 繪制連桿的角速度om3和搖桿的角速度om4時間Times的關(guān)系曲線 subplot(2,2,2) % 選擇第2個子窗口 plot(t,om34(:,2),t,om34(:,3) axis(0 0.026 -190 210) grid % 網(wǎng)格線 title('角

48、速度線圖') ylabel('從動件角速度/rad/s') text(0.001,170,'搖桿4角速度') text(0.013,130,'連桿3角速度') % (3)-計算連桿的角加速度a3和搖桿的角加速度a4 a2=0; % 曲柄角速度是等速,角加速度a2=dom2/dt=0 % 曲柄輸入角從0度變化到360度,步長為5度,計算a34 for i=1:72 c(2)=i*dth; C=-rs(3)*sin(th34(i,2)*dr) rs(4)*sin(th34(i,3)*dr); rs(3)*cos(th34(i,2)*dr) -

49、rs(4)*cos(th34(i,3)*dr); D(1)= a2*rs(2)*sin(c(2)+om22*rs(2)*cos(c(2)+om34(i,2)2*rs(3)*cos(th34(i,2)*dr)-om34(i,3)2*rs(4)*cos(th34(i,3)*dr); D(2)=-a2*rs(2)*cos(c(2)+om22*rs(2)*sin(c(2)+om34(i,2)2*rs(3)*sin(th34(i,2)*dr)-om34(i,3)2*rs(4)*sin(th34(i,3)*dr); a=inv(C)*D' % 輸出角加速度矩陣 a3=a(1); a4=a(2);

50、a34(i,:)=i a3 a4; % 矩陣序號 連桿角加速度 搖桿加角速度 t(i)=i*T/72; end % 繪制連桿的角加速度a3和搖桿的角加速度a4時間Times的關(guān)系曲線 subplot(2,2,3) % 選擇第3個子窗口 plot(t,a34(:,2),t,a34(:,3) axis(0 0.026 -6*1e4 8*1e4) grid % 網(wǎng)格線 title('角加速度線圖') xlabel('時間/s') ylabel('從動件加速度/rad/s2') text(0.003,6.2*1e4,'搖桿4角加速度') text(0.010,3.3*1e4,'連桿3角加速度') % % 輸出1：四桿機構(gòu)運動周期(0:5:360),時間,角位移,角速度,角加速度數(shù)據(jù) disp ' 曲柄轉(zhuǎn)角 連桿轉(zhuǎn)角-搖桿轉(zhuǎn)角-連桿角速度-搖桿角速度-連桿加速度-搖桿加速度' ydcs=th34(:,1),th34(:,2),th34(:,3),om34(:,2),om34(:,3),a34(:,2),a34(:,3); disp (ydcs) % 輸出參數(shù)的數(shù)量級必須一致