繪圖儀完整說明書

./凸輪從動件運動分析平臺設(shè)計者：xxxxxxx指導(dǎo)教師：xxxxxxxxxxxxxxxxxx大學(xué)20XX4月凸輪從動件運動分析平臺設(shè)計者：xxxxxxxxxxxxx指導(dǎo)教師：xxxxxxx〔中南林業(yè)科技大學(xué)機電工程學(xué)院,410004摘要：本設(shè)計的研究目的是解決凸輪機構(gòu)的教學(xué)演示問題。根據(jù)凸輪機構(gòu)的運動和動力性能,運用機械原理、機械設(shè)計等知識設(shè)計出能繪出凸輪從動件位移、速度、加速度圖的繪圖平臺。本設(shè)計主要包括桿組裝置、傳動裝置、支撐結(jié)構(gòu)和走紙機構(gòu)的設(shè)計。確定裝置的幾何參數(shù)、合理選擇電機、設(shè)計出擋板、傳動軸,并對齒輪和輸出軸進行了強度校核計算。該設(shè)備能對凸輪性能進行測試,具有使用方便、易于理解等優(yōu)點,能提高學(xué)生課堂積極性。關(guān)鍵詞：凸輪—連桿機構(gòu)；弦線法；從動件運動規(guī)律作品容簡介本作品是根據(jù)本屆機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的主題設(shè)計的,屬于教學(xué)演示儀器。此設(shè)備主體為凸輪—連桿機構(gòu),能夠繪出凸輪從動件的運動規(guī)律圖。凸輪從動件運動分析平臺是通過三組相隔固定角度的凸輪帶動一系列的桿件運動,從而帶動桿件上的繪圖筆連續(xù)平滑的畫出三條運動曲線,所用原理為弦線法,簡單易懂。凸輪的轉(zhuǎn)速為0.614r/min,是用1400r/min,120W的小電機通過五級減速實現(xiàn)的。通過此教學(xué)技術(shù)平臺能夠解決凸輪教學(xué)的演示問題,將動作抽象難以理解的凸輪機構(gòu)清楚的展現(xiàn)出來。聯(lián)系人：xxxxxxx聯(lián)系：xxxxxxxxEMAIL：xxxxxxxxxxx1研制背景及意義凸輪機構(gòu)基本特點在于只要作出適當?shù)耐馆嗇喞?就能使從動件獲得較復(fù)雜的運動規(guī)律、實現(xiàn)各種復(fù)雜的運動〔包括直線、擺動、等速和不等速運動要求,且結(jié)構(gòu)簡單緊湊,占據(jù)空間小,設(shè)計比較方便。近年來,各種凸輪機構(gòu)越來越多,應(yīng)用越來越廣,已經(jīng)成為一種重要的傳動機構(gòu)。但在機械原理凸輪機構(gòu)的教學(xué)中,從理論上講解,它的動作抽象不好理解,學(xué)生們在上課時無法真實清晰地看到它的運動軌跡,只能根據(jù)已有的知識和思維來抽象地描繪。所以在教學(xué)中凸輪機構(gòu)的傳動成了重點和難點。2設(shè)計方案2.1基本設(shè)計理念凸輪機構(gòu)的主要特征是其含有一個曲面輪廓——凸輪,依靠凸輪的曲面輪廓控制從動件的運動規(guī)律,加上凸輪轉(zhuǎn)速的不同,給予從動件不同的速度和加速度,從而使從動件能按預(yù)期的運動規(guī)律運動。2.2總體設(shè)計構(gòu)想為了使凸輪結(jié)構(gòu)教學(xué)課堂化,讓同學(xué)們更直接明了地理解凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律,我們設(shè)計了凸輪從動件運動分析平臺,其可以連續(xù)準確地畫出從動件的位移圖、速度圖、加速度圖,憑借這個多功能小平臺,我們可以清晰地分析凸輪在各個時刻,各個狀態(tài)下的運動情況,更加方便教學(xué),促進并發(fā)散學(xué)生思維,使整個教學(xué)過程更引人入勝。2.3凸輪運動規(guī)律曲線繪制平臺的總設(shè)計方案凸輪從動件運動分析平臺根據(jù)制作出的凸輪繪制出其從動件運動規(guī)律圖。對于位移圖,該平臺能夠較為容易的畫出,因為其值就是從動件徑向移動的距離通過和圖紙運動的合成而得到的軌跡。而速度圖、加速度圖則比較復(fù)雜。經(jīng)小組討論,我們得到了兩種方案。方案一：打點法。參照以前機械原理課的課程設(shè)計,運用弦線法,根據(jù)公式V=△S/△t,即單位時間的位移量為該段位移的平均速度。在畫位移圖時,通過感應(yīng)機構(gòu)感應(yīng)單位時間的位移量,根據(jù)公式所表示的意義,通過打點記錄的方式,在位移圖紙打出一系列的點,再連接起來即可得到位移曲線,同時在圖紙上把速度的運動規(guī)律記錄下來,由于感應(yīng)機構(gòu)和打點機構(gòu)存在一定復(fù)雜性,還有無法較好地完成加速度曲線的繪制,所以該方法具有明顯的局限性。方案二：凸輪機構(gòu)與連桿機構(gòu)組合畫圖。與方案一的原理相同,根據(jù)公式V=△S/△t,變形為V=△S*K,其中K=1/△t為比例系數(shù),利用相似三角形感應(yīng)出位移的變化量即可求得速度,加速度同理。具體實施是通過三組相隔固定角度的凸輪帶動一系列的桿件運動,從而帶動桿件上的繪圖筆巧妙地將凸輪從動件的位移圖、速度圖與加速度圖畫出來。雖然此方案用桿件較多,制造稍費時間,但結(jié)構(gòu)可靠。畫出的圖為連續(xù)的,不需要再繼續(xù)描點畫線。綜合考慮,采用方案二,有三組相同單偏差一定角度的凸輪機構(gòu)帶動一系列桿件運動,同時得到從動件位移速度加速度圖。主要包括了傳動裝置、連桿機構(gòu)和走紙機構(gòu)的設(shè)計。2.3.1支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計由于本裝置為教學(xué)演示儀器,故要小巧直觀,且要輕量化,便于移動,但也必須有一定的強度和剛度,保證能承受住電機、齒輪及其附件的重量,有一定有剛度則保障其在加工過程中不會有過大的振動,避免桿件變形過大,防止給作圖帶來困難。經(jīng)討論決定設(shè)計成兩邊為有機玻璃制成的擋板,中間為不銹鋼桿件或肋板的形式。在擋板上面開出若干個孔用以固定各桿件或肋板的位置,這樣設(shè)計不僅能合理利用空間,又能最大限度地減輕重量,使機構(gòu)輕便,而且能夠滿足強度和剛度的要求。這樣的設(shè)計,讓我們的教學(xué)演示更直觀。2.3.2桿組機構(gòu)的設(shè)計擺桿部分作為本裝置的核心,其分為三層,與三根推桿相對應(yīng),擺桿與擺桿之間通過鉸接連成X形式,在畫速度圖時X桿組的兩個端點是鉸接在兩根相鄰的推桿上的,另外還有一個端點固定,剩下的那個端點相對固定端點的距離就是兩推桿的位移差,通過此位移差即可獲得速度,所用原理為相似三角形原理。三組推桿得兩個速度,同理可得一個加速度。為將三個圖的起點移在同一端面上,速度和位移都采用了一根平行推桿將筆移在一端與加速度對應(yīng)。與桿組配合的還有彈簧、法蘭直線軸承,其中彈簧為三根推桿的回復(fù)提供動力,軸承作為擺桿的在定位細長軸上滑動的載體,目的是減小摩擦力。為防止軸承在桿上轉(zhuǎn)動,有些還采用一對軸承配合使用的形式。2.3.3走紙機構(gòu)的設(shè)計在走紙機構(gòu)的設(shè)計中,我們參照打印機出紙器,用九對三組滾輪同步輸出,并在滾輪中間裝上一塊墊板用來支撐圖紙,輸出端那組滾輪為驅(qū)動輪,另外兩組為從動輪,將紙從輸入端裝入,畫圖裝置則在紙上畫出相應(yīng)有軌跡,直到從輸出端滾出來為止,這樣,后面的紙帶就能在開機時自動輸出。2.3.4傳動裝置的設(shè)計由于機構(gòu)所需轉(zhuǎn)速很低,且功率較大,所以我們用120W,1400r/min的單項電機驅(qū)動,通過聯(lián)軸器將電機接入減速箱,經(jīng)四級傳動比為5.25的直齒圓柱齒輪減速至1.84r/min。后分為兩個部分,,一部分經(jīng)1:3的錐齒輪轉(zhuǎn)向帶動凸輪軸轉(zhuǎn)動,另一部分經(jīng)傳動比為3的直齒圓柱齒輪減速后由同步帶輪遠距離傳給走紙輪動力軸,實現(xiàn)走紙機構(gòu)和凸輪組的同步,三組相隔固定角度的凸輪轉(zhuǎn)動,從而推動三根推桿軸向移動,帶動一系列擺桿擺動。3理論設(shè)計計算3.1總體尺寸設(shè)計為滿足設(shè)計的需求,并且使得所設(shè)計出的產(chǎn)品不僅實惠,而且實用。設(shè)計中應(yīng)首先考慮產(chǎn)品的設(shè)計尺寸,因此也就離不開對產(chǎn)品的設(shè)計計算。下面將對產(chǎn)品的尺寸來進行概述：凸輪從動件運動分析平臺其初始整體尺寸為長600mm×寬450mm×高300mm3.2部分重要機構(gòu)的設(shè)計說明此作品對桿件的強度設(shè)計沒有特別要求,必然滿足使用條件。對比工業(yè)機床,我們參考了市場上性能類似選材,并結(jié)合此作品的結(jié)構(gòu)及設(shè)計要求進行了選擇校核3.2.1電機的選擇坯料及凸輪轉(zhuǎn)速不大于,選擇電機工作轉(zhuǎn)速,電動機型號：JX5624傳動比分配,大齒輪于小齒輪的傳動比一般3~5,不超過10.減速箱為展開式四級直齒圓柱減速箱,取軸及齒輪的選擇軸的直徑d=12mm,材料為不銹鋼,調(diào)制處理選取直齒圓柱齒輪的規(guī)格為：,錐齒輪的規(guī)格：計算軸的各軸轉(zhuǎn)速功率轉(zhuǎn)矩計算<η1、η2、η3分別為聯(lián)軸器、閉式齒輪傳動、滾動軸承的效率>齒輪強度校核低速機齒輪比高速機齒輪的強度要求高,所以優(yōu)先校核低速級。設(shè)備低速小齒輪=1.843r/min,=0.111kw,=575.176N.m支持圓柱齒輪壓力角為=20°,7級精度,齒面材料均為45鋼,表面硬度240HBS1.幾何尺寸計算計算分度圓直徑：==25；==75計算中心距：=50mm2.按齒面接觸疲勞強度校核由直齒輪的接觸疲勞強度條件：計算接觸疲勞強度的許用應(yīng)力查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為：=550Mpa；=550Mpa計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：查取接觸疲勞壽命系數(shù)取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,由式〔10-14得：取和中的較小者作為該齒輪副的接觸疲勞需用應(yīng)力,即=665.5Mpa確定式中各參數(shù)查得選取齒寬系數(shù)查得材料的彈性影響系數(shù)計算實際載荷系數(shù)查得使用系數(shù)圓周速度,由,7級精度,由圖10-8查得動載系數(shù)齒輪的圓周力查得齒間載荷分布系數(shù)用插值法查得7級精度,小齒輪相對支撐軸對稱分布時,得齒向載荷分布系數(shù),由此得實際載荷分布系數(shù)強度校核齒面接觸疲勞強度滿足要求。3.齒根彎曲疲勞強度校核齒根彎曲疲勞強度校核條件：確定公式中各參數(shù)計算玩去疲勞強度用重合度系數(shù)查得齒形系數(shù)查得應(yīng)力修正系數(shù)：查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為：查得彎曲疲勞壽命系數(shù)為取彎曲疲勞安全系數(shù)為S=1.4,由式〔10-14得：計算實際載荷系數(shù)查表得：由結(jié)合b/h=4.44得則載荷系數(shù)為：齒根彎曲疲勞強度滿足要求強度與剛度的校核低速機齒輪比高速機齒輪的強度要求高,所以優(yōu)先校核低速級。兩設(shè)備低速軸.〔1求作用在軸上的力在豎直平面：合力即彎矩即撓度即解得：在水平面：合力即彎矩即撓度即解得：按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時,通常只校核軸上承受的最大彎矩和扭矩的截面,取α=0.6.軸的應(yīng)力計算已知選軸的材料為不銹鋼,查表得,的數(shù)值比較小,故此軸比較安全。3.4繪圖裝置3.4.1正弦運動規(guī)律凸輪的曲線方程回程及推程的方程式h=100mm當=v有最大值當=a有最大值假設(shè)其他條件為常數(shù),從動件速度與凸輪轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系,加速度與凸輪轉(zhuǎn)速二次方呈線性。3.4.2凸輪曲線圖形3.4部分工程圖4工作原理及性能4.1工作原理〔1從動件運動的位移圖的繪制原理直接測量的方法,通過從動件帶動桿上下移動在同步紙帶上畫出位移圖?！?從動件運動的速度圖的繪制原理基本原理弧線法,是根據(jù)公式V=△S/△t,變形為V=△S*K,其中K=1/△t為比例系數(shù),利用相似三角形感應(yīng)出位移的變化量即可求得速度,加速度同理?！?從動件運動的加速度圖的繪制原理同速度圖原理,兩個速度"感應(yīng)"出一個加速度。4.2性能〔1凸輪運動規(guī)律曲線繪制平臺尺寸長600mm×寬450mm×高300mm,出圖大小為：〔2可放置于實驗室進行實驗學(xué)習(xí),凸輪運動規(guī)律曲線繪制平臺更換凸輪能繪出不同凸輪機構(gòu)運動規(guī)律圖。5實物照片6創(chuàng)新點及應(yīng)用6.1創(chuàng)新點1、凸輪從動件運動分析平臺是使用弦線法,創(chuàng)造性的使用機械的方法,獲得各種形狀的凸輪的從動件運動規(guī)律的裝置,結(jié)構(gòu)新穎,方法創(chuàng)新。2、熟練地掌握課本知識,合理地運用現(xiàn)有材料及加工現(xiàn)況,充分考慮教學(xué)的困難,把抽象難懂的加工過程生動形象地再現(xiàn)出來,科學(xué)合理又經(jīng)濟性強,使人眼前一亮。6.2應(yīng)用1、此套機構(gòu)直觀地展示凸輪從動件運動規(guī)律的繪制過程,加深學(xué)生對機械結(jié)構(gòu)以及凸輪的了解,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的動手能力,發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新思維,有效提高教學(xué)質(zhì)量和效率,教學(xué)意義深遠。2、此產(chǎn)品使用了直齒圓柱齒輪機構(gòu),錐齒輪機構(gòu),同步帶傳動,凸輪機構(gòu),多桿機構(gòu),摩擦輪機構(gòu),結(jié)構(gòu)新穎,方法創(chuàng)新,實用性強,且大批生產(chǎn)時成本低廉,具有較強的市場力。參考文獻[1]濮良貴,國定,吳立言.機械設(shè)計高等教育.第九版[2]存云機械原理中南大學(xué)第二版[3]鴻文．材料力學(xué)．高等教育．第五版[4]吳宗澤,高志,羅圣國,威機械設(shè)計課程設(shè)計手冊．高等教育．第四版[5]聞欣榮,平等關(guān)于機械原理中凸輪機構(gòu)教學(xué)新嘗試的實踐科技大學(xué)機械自動化學(xué)院