橢圓軌跡直擺凸輪組合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)剖析

1、本課題要求設(shè)計(jì)一直擺凸輪組合機(jī)構(gòu)，使給定在擺桿上的某個(gè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)預(yù)期橢圓軌跡，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)計(jì)出整個(gè)機(jī)構(gòu)所需的所有零件的實(shí)體模型，然后將其裝配組合，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。機(jī)構(gòu)示意圖如圖1-1:圖11直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)示意圖眾所周知，人類創(chuàng)造發(fā)明機(jī)構(gòu)和機(jī)器的歷史十分悠久，并且隨著人們對(duì)不同機(jī)器和機(jī)構(gòu)的需求的日益增多，對(duì)它們的研究也在不斷的深入，特別是在近代，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展使得機(jī)構(gòu)和機(jī)器的種類和它們所能完成的功能得到了極大的豐富。也正因?yàn)槿绱?，機(jī)構(gòu)和機(jī)器理論已經(jīng)發(fā)展成為一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科。在這一學(xué)科中，進(jìn)一步完善傳統(tǒng)典型機(jī)構(gòu)的分析與綜合方法，例如實(shí)現(xiàn)預(yù)期軌跡的機(jī)構(gòu)的類型和設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新，仍是值得

2、研究的課題。在這一方面，對(duì)本課題的研究就有著重要的意義?，F(xiàn)代化的生產(chǎn)，許多都要求設(shè)備能實(shí)現(xiàn)某種預(yù)期軌跡來更好的生產(chǎn)，比如在食品加工機(jī)械中的饅頭自動(dòng)化生產(chǎn)線上，具饅頭堆放機(jī)構(gòu)就是一個(gè)利用組合機(jī)構(gòu)來完成預(yù)期的饅頭堆放軌跡的。在實(shí)現(xiàn)預(yù)期軌跡的組合機(jī)構(gòu)中，直擺凸輪組合機(jī)構(gòu)是一種非常實(shí)用的機(jī)構(gòu),通過不同輪廓的直動(dòng)凸輪和擺動(dòng)通論驅(qū)動(dòng)連桿配合運(yùn)動(dòng)，既能實(shí)現(xiàn)連續(xù)性預(yù)期軌跡，如星形線、內(nèi)擺線、旋輪線、漸開線、正態(tài)曲線等；又能實(shí)現(xiàn)離散化預(yù)期軌跡，如人頭像、金魚、黑桃、三菱商標(biāo)等。所涉及到的工業(yè)生產(chǎn)：如專用線切割機(jī)床、專用電火花加工機(jī)床、專用焊接焊切機(jī)械手、專用幾何測(cè)量?jī)x器、行程控制機(jī)構(gòu)及各類輕工機(jī)械等?？梢詫?shí)現(xiàn)圖

3、案加工、電火花刻線等等。因此，研究本課題不僅有其理論意義，也有著其現(xiàn)實(shí)意義。該機(jī)構(gòu)是由直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)與擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)組成的聯(lián)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)（圖一1）,該機(jī)構(gòu)具有3個(gè)活動(dòng)構(gòu)件（n=3）,3個(gè)低副（Pi=3）,2個(gè)高副（Ph=2）,由平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式n=3n-2Pi-Ph1故其機(jī)構(gòu)自由度”為："=3父3一2父3一2=1該機(jī)構(gòu)原動(dòng)件數(shù)目為1,與其機(jī)構(gòu)自由度相等，故該機(jī)構(gòu)成立。通過建立直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)公式，從而得出該機(jī)構(gòu)各構(gòu)件位置、大小及形狀尺寸、凸輪實(shí)際廓線、理論廓線。在此基礎(chǔ)上，再合理設(shè)計(jì)出機(jī)構(gòu)所需的每個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)，之后將它們裝配組合，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)彷真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性

4、。此機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以分為如下幾個(gè)部分：直動(dòng)從動(dòng)件凸輪和擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪的設(shè)計(jì)，直動(dòng)桿和擺動(dòng)桿的設(shè)計(jì)，直動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，軸系零部件的設(shè)計(jì)和機(jī)架的設(shè)計(jì)。其中最為關(guān)鍵也最為困難的是直動(dòng)從動(dòng)件凸輪和擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪的設(shè)計(jì)，而采用何種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)又是首先需要考慮的問題。因此在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該先確定所要采用的凸輪設(shè)計(jì)方法。在以上部分設(shè)計(jì)完成后，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，包括機(jī)構(gòu)各個(gè)部件的裝配和裝配后的動(dòng)態(tài)仿真。在這一階段需仔細(xì)計(jì)劃各個(gè)部件的安裝位置和安裝順序，將每一個(gè)部件都正確安裝到位。其中值得注意的是直動(dòng)凸輪與擺動(dòng)凸輪的安裝滯后角，這一角度需嚴(yán)格控制，稍微的誤差可能就直接影響預(yù)期的曲線。本課題所用到的硬件主要是計(jì)算機(jī)。用到

5、的軟件有：AutoCAD2004,ProeWildfire3.0,Word2000,Powerpoint2000。82橢圓軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)理論設(shè)計(jì)由于該組合機(jī)構(gòu)綜合了單一的直動(dòng)凸輪和擺動(dòng)凸輪兩種機(jī)構(gòu)，具運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，靠單純的傳統(tǒng)的方法求凸輪廓線，非常復(fù)雜，本課題采用一種準(zhǔn)確、快捷，簡(jiǎn)便的離散化方法2。2.1 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本思想圖2-1直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)參數(shù)的幾何關(guān)系設(shè)Xi,yin為預(yù)期曲線上n+1個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，它們與下列數(shù)值一一對(duì)應(yīng)3,如圖21h；頂桿位移；qn擺桿轉(zhuǎn)角；rzi«zi0直動(dòng)從動(dòng)件凸輪向徑與極角；Bi,aBin擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪向徑與極角；e直動(dòng)凸輪偏心距；a,

6、b預(yù)期曲線起始點(diǎn)坐標(biāo)；R,R1,R2擺桿長(zhǎng)度，擺桿上端長(zhǎng)度，頂桿長(zhǎng)度。依據(jù)預(yù)期曲線上的點(diǎn)Xi,yi0與頂桿位移hi0、擺桿轉(zhuǎn)角qi0之間的幾何關(guān)系，求出它們的變化規(guī)律幾-,qi0,再分別設(shè)計(jì)直動(dòng)從動(dòng)件凸輪廓形與擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪廓形。2.2 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟2.2.1 在預(yù)期曲線L上求取坐標(biāo)點(diǎn)預(yù)期曲線可以是由一條或若干條平面曲線組成的封閉曲線，首先寫出它的參數(shù)方程表達(dá)式,并且要求參數(shù)方程表示的曲線位于第I、第IV象限，初定其起始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。曲線方程為：(2-1)(2-2)x=%t；y=Wt)積分求弧長(zhǎng)，得tnL=：t0,(t)2'(t)2dt其中,t0,tn分別表示曲線的起始參

7、數(shù)與終了參數(shù)。再按照設(shè)計(jì)要求將曲線分成若干段，其中任意一段定一位置ki,則有40,且n£ki=L,令k0=0。i=0下面采用勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律將預(yù)期曲線分段，ki求解公式為：ki=-n式中，i=0,1,2n。如果將預(yù)期曲線L對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角都分成n等份，使之與：相對(duì)應(yīng)，那么當(dāng)凸輪軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過組合凸輪機(jī)構(gòu)，將使從動(dòng)點(diǎn)以預(yù)期的勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律沿預(yù)期曲線運(yùn)動(dòng)。2.2.2 機(jī)構(gòu)初始位置參數(shù)確定參看圖2-2,直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：直動(dòng)凸輪基圓半徑Z0,擺動(dòng)凸輪基圓半徑So,偏心距e以及擺桿長(zhǎng)度R及Ri,頂桿長(zhǎng)度R等。由這些機(jī)構(gòu)參數(shù)可得到如下機(jī)構(gòu)初始位置參數(shù)(初始位置h0=0):擺桿與頂桿在

8、初始位置的夾角4I2R2-r2q0=arccos|-%(2-3):2I。R一式中，=arctan且，I0=MR12+e2Ri從動(dòng)點(diǎn)起始位置坐標(biāo)a=Rsinqo(2-4)b=R.(1-cosqo)(2-5)圖2-2直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)初始位置參數(shù)考慮機(jī)構(gòu)的初始位置，應(yīng)該將上節(jié)求到的坐標(biāo)點(diǎn)Xj,yj；平移到從（a,b）為初始點(diǎn)的位置上來，于是有：xi,yi0ta+a,yi+b£.平移后的坐標(biāo)點(diǎn)仍記作Xifi；。2.2.3 確定頂桿位移與擺桿轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律此處省略NNNNNNNNNNNN字口如需要完整說明書和CAD圖紙等I互聯(lián)網(wǎng)騰訊公司二四柒伍玖伍玖零玖捌小麥設(shè)計(jì)信的過.本設(shè)計(jì)已通過答辯！長(zhǎng)

9、期有效分析圖2-1,可以得到以下關(guān)系式：聯(lián)接軸承座與座板用的螺栓：GB5780M12X45數(shù)量為4;其配合的螺母：GB41-86M12數(shù)量為4；凸輪的軸向定位用的軸端C型外擋圈：GB894.1-8615數(shù)量為1;擺桿的軸向定位用的軸端擋圈：GB895.1-867數(shù)量為1；凸輪與軸的周向定位用的A型普通平鍵：截面尺寸5X5數(shù)量為1;安裝在軸上的軸承：GB276-896205；與其配合的軸承座：GB7813-87SN103。4機(jī)構(gòu)實(shí)體的運(yùn)動(dòng)仿真為了驗(yàn)證本課題所設(shè)計(jì)的直白組合凸輪機(jī)構(gòu)能否使擺桿的末端點(diǎn)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的橢圓軌跡，現(xiàn)對(duì)該機(jī)構(gòu)的實(shí)體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。所有零件的實(shí)體模型構(gòu)建完成后，在Proe下將它們裝

10、配7組合，效果如圖4-1：圖4-1裝配效果圖其分解視圖如圖4-2:圖4-2分解視圖參考文獻(xiàn)1鄭文緯，吳克堅(jiān).機(jī)械原理（第七版）.高等教育出版社2周全申，郭建生.直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).1992年，第9卷，第1期3鄒慧君，董師予.凸輪機(jī)構(gòu)的現(xiàn)代設(shè)計(jì).1991年，上海交通大學(xué)出版社4趙韓.凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)的通用解析公式.1995年第31卷第3期5 楊明忠，朱家誠(chéng).機(jī)械設(shè)計(jì).武漢理工大學(xué)出版社6 蔡春源.新篇機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).遼寧科學(xué)技術(shù)出版社7 邵立新，夏素民，孫江宏.Pro/ENGINEERWildfire3.0標(biāo)準(zhǔn)教程.清華大學(xué)出版社致謝經(jīng)過一個(gè)多月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起做設(shè)計(jì)的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在這里首先要感謝我的導(dǎo)師姚明印。她平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從給我們下放課題，設(shè)計(jì)前期的引導(dǎo)，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)一直都做得不太順利，但是姚老師仍然細(xì)心地糾正我設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，不厭其煩的給我悉心教導(dǎo)。她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。