【正文】 .. 26 圓弧三邊形等寬凸輪機構(gòu)分析 ............................................................. 26 主要參數(shù) ............................................................................. 26 運動方程 ............................................................................ 26 運動分析 ............................................................................ 28 . 4 matlab對三邊形凸輪分析結(jié)果 ......................................... 29 小結(jié) ...................................................................................................... 30 第七章 行星輪系 —— 凸輪減速機構(gòu) ......................................................................... 30 第八章 槽輪機構(gòu) ...................................................................................................... 31 第九章 設(shè)計評價 ...................................................................................................... 35 第十章 設(shè)計小結(jié) ...................................................................................................... 35 參考文獻 .................................................................................................................... 37 附錄 ........................................................................................................................... 37 1 第一章 ： 設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目： 自動粉墻機 題目描述 : 此粉墻機主要由三部分組成， 機體位移裝置，粉墻裝置 （以下稱為 抹漿機） ，以及電子控制裝置。 電子控制裝置主要負責(zé)各部分運動的協(xié)調(diào)，這里不做重點解釋。機體位置部分主要功能是 使抹漿機 可以在墻面上下以及左右的移動。 要實現(xiàn)抹墻的連續(xù)性要求機架能實現(xiàn)水平運動。 左右運動由電機控制機體下方的 輪子 實現(xiàn) ； 抹漿機 是整個機器的核心，它由裝 混凝土的料斗、攪拌并給混凝土施壓的絞龍，以及往復(fù)運動的抹片組成。抹漿機要求能實現(xiàn)抹灰運動，首先要將水泥打到墻上，然后由抹板進行抹平。為防止將已抹好的墻弄壞和調(diào)節(jié)抹灰厚度，抹漿機也要實現(xiàn)前后的進退運動。 主要技術(shù)參數(shù) ： 轉(zhuǎn)揚機 長 寬 高 =1000 600 600 (mm) 抹漿機 長 寬 高 =1000 600 600（ mm） 豎直導(dǎo)桿最大高度 ： 5m 電機 Y90L 功率 轉(zhuǎn)速 1000r/min 絞龍轉(zhuǎn)速 500r/min 抹片長 寬 =800 100 抹片行程： 100 mm 抹片運動周期： 抹漿機上升速度： 抹漿機下降速度： 機體水平移動速度： 設(shè)計任務(wù) 1. 根據(jù)各個執(zhí)行件的運動規(guī)律擬定運動循環(huán)圖。 2． 對各個運動方案進行分析選定，確定最終運動放慢 3． 設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 4. 畫出粉墻機運動方案簡圖，并用運動循環(huán)圖分配各機構(gòu)運動節(jié)拍。 5．凸輪的設(shè)計計算。按凸輪機構(gòu)的工作要求選擇從動件的運動規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對盤狀凸輪要用電算法計算出理論廓線、 2 實際廓線值。畫出從動件運動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖 。 。 8．編寫設(shè)計計算說明書。 第 二 章 ： 運動方案 選定 垂直度調(diào)節(jié) 在抹漿機 進行抹灰時，由于墻面不一定與地面垂直，或地面不一定水平，如果抹漿機進行垂直抹灰將導(dǎo)致抹灰失敗或抹 灰厚度不均，所以在抹灰時對垂直度有要求，所以要實現(xiàn)對垂直度的調(diào)節(jié)。 方案一 雙搖桿機構(gòu) ： 設(shè)計剛開始時對于垂直度調(diào)節(jié)我們進行了如下的設(shè)想與比較 。首先我們想到用雙搖桿機構(gòu)實現(xiàn)抹漿機與墻面垂直度的調(diào)節(jié)。即用如 圖 （ ） 所示機構(gòu)實 現(xiàn)。 3 圖（ ）雙搖桿機構(gòu) 評定 ： 該機構(gòu)可以實現(xiàn)墻壁與抹漿機的任意角度調(diào)節(jié)，通過原動件不轉(zhuǎn)動能帶動搖桿左右擺動。是實現(xiàn)該功能的首選機構(gòu)。但是，墻壁與抹漿機的垂直度只在較小的角度范圍內(nèi)變化，用電動機帶動原動件運動從而使搖桿左右擺動時，搖桿的位置不易 調(diào)節(jié)，而且難以實現(xiàn)微調(diào)。垂 直度的調(diào)節(jié)會因使用該機構(gòu)變成一個很復(fù)雜的操作。故雙搖桿機構(gòu)不適合實現(xiàn)該功能。 方案二 氣液壓傳動 ： 垂直度調(diào)節(jié)我們還考慮到用氣壓 或液壓 傳動來進行調(diào)節(jié)。 如 圖 （ ）所示： 圖（ ）氣壓傳動機構(gòu)簡圖 評定： 由于空氣的可壓縮比使工作速度不易穩(wěn)定、外界變化對速度影響較大，也難于準確地控制與調(diào)節(jié)工作速度。 和雙搖桿機構(gòu)一樣難以對垂直度進行微調(diào)。但是，對于這一缺點，液壓傳動可以進行彌補 ，所以可以綜合氣壓和 液壓的優(yōu)點， 采用氣液聯(lián)合傳動裝置，利用氣壓傳動靈敏、反應(yīng)迅速的特點把氣壓用于控制部分，而利用液壓工作乎穩(wěn)、可產(chǎn)生較大動力的特點把液壓用于驅(qū)動部分，這樣，服綜 4 合應(yīng)用了氣動、液壓兩者的優(yōu)點，又避免了兩者的某些缺點。 這樣完全可以實現(xiàn)該功能的調(diào)節(jié)。 但是氣液聯(lián)合傳動裝置制造成本高，設(shè)計復(fù)雜，使用不方便。自動粉墻機中使用時只起到調(diào)節(jié)垂直度的作用，這樣不但增加了機器的制造成本而且優(yōu)點大材小用。所以不是的和采用該機構(gòu)。 方案三 絲杠機構(gòu) 絲杠機構(gòu)如圖 () 圖 () 絲杠調(diào)節(jié)垂直度運動簡圖 評定： 絲杠機構(gòu)的具有調(diào)節(jié)靈敏度高，產(chǎn)生的力矩大，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，成本低，并且可以實現(xiàn)自鎖，從而避免因為墻面的反作用力難以達到調(diào)節(jié)的精度。 綜合考慮各種機構(gòu)后，我們選用了絲杠來進行調(diào)節(jié)。 在簡單的機構(gòu)，低廉的 5 成本下， 不但可以實現(xiàn)任意角度的調(diào)節(jié)，而且可以實現(xiàn)角度的微調(diào)。 抹漿機運動 機構(gòu)選擇 抹漿機 主要功能是將水泥打到墻上，然后由抹板進行抹平，將水泥打到墻上主要通過鉸輪不斷攪動將水泥往墻上壓，然后抹板來回運動，給墻一定的壓力將抹到墻上的水泥抹平。所以核心運動是要實現(xiàn)抹板的往返運動 。 方案一 曲柄滑塊機構(gòu) 抹漿機要求實現(xiàn)抹板的左右移動和鉸輪的旋轉(zhuǎn)運動。 對于抹板的左右移動我們初步設(shè)想可以用曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn) ，如圖（ ） 圖（ ）曲柄滑塊機構(gòu) 評定： 該機構(gòu)可以實現(xiàn)抹板的左右移動，可以實現(xiàn)抹板的預(yù)期運動規(guī)律，但是在運動的始末，加速度和速度有較大突變，會降低機構(gòu)的使用壽命，磨損較大。曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)從動件的直線運動很簡單，但是要求其耐磨性較高，且平面度較高。 方案二 直動滾子從動件圓柱凸輪 在凸輪機構(gòu)中，從動件加速度按余弦運動規(guī)律，避免了剛性 沖擊，同時 能實現(xiàn)抹板的預(yù)期運動規(guī)律。 機構(gòu)簡圖如 圖 （ ） 所示： 6 圖（ ）圓柱凸輪機構(gòu)簡圖 綜合考慮，我們選用直動滾子 從動件圓柱凸輪來實現(xiàn)抹板的左右運動。 抹漿機的前后移動機構(gòu)選擇 抹漿機 向上抹灰時將水泥抹平，完成了抹灰運動后需要將抹漿機降下再重新進行抹灰運動，如果抹漿機按原路返回勢必會將抹好的墻弄壞，所以要將抹漿機退出，使它離墻有一段距離然后再退回來，其次抹灰的厚度不一樣，需要根據(jù)實際要求調(diào)節(jié)，所以要求抹漿機能夠前后移動。 方案一： 槽輪機構(gòu) 在調(diào)節(jié)抹漿機前后移 動機構(gòu)的選擇中，我們考慮用槽輪機構(gòu)實現(xiàn)，其機構(gòu)簡圖如圖（ ）所示： 7 圖（ ） 槽輪機構(gòu) 槽 輪機構(gòu) 作間歇運動，能夠?qū)崿F(xiàn)所需運動特性要求，達到自動化的要求設(shè)計。但是槽輪機構(gòu)在圓銷開始進入和退出頸項槽時，由于角加速度有突變，在兩瞬時有柔性沖擊，而且槽輪的槽數(shù)越少，柔性沖擊越大，產(chǎn)生的噪聲也越大。 在題目要求中，要求抹漿機實現(xiàn)離墻的前后運動，做平行直線移動。該機構(gòu)難以輸出預(yù)期的運動。因此該機構(gòu)不適合該機器的這個運動規(guī)律。 方案二：圓弧三邊形等寬 凸輪 機構(gòu) 在槽輪機構(gòu)分析失敗后，我們選 擇使用圓弧三邊形等寬凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)抹漿機沿墻的前后移動。其機構(gòu)簡圖如圖 （ ）所示： 8 圖 ()圓弧的三邊形等寬凸輪機構(gòu)簡圖 評定： 該機構(gòu)可以實現(xiàn) 抹漿機的前后 移動，可以實現(xiàn) 抹漿機的 預(yù)期運動規(guī)律， 采用幾何封閉凸輪，機構(gòu)有確定的運動路徑，壓力角處處為零，當(dāng)該機構(gòu)運動到一個工作位置后，將不會受到外力的影響，對原動件沒有反力，可以很好的控制位置的精度。 但是它難以所需的間歇運動。 綜合考慮后，我們選擇 用圓弧三邊形等寬凸輪機構(gòu) 與槽輪機構(gòu)相結(jié)合，這樣既能實現(xiàn)直線運動又能實現(xiàn)間歇運動，滿足我們所需要 的功能。 豎直移動 方案一：卷揚機帶動鋼索 如圖 ()所示 : 9 如圖 () 評定： 抹墻機的上升由卷揚機卷進鋼索，縮短鋼索的長度來實現(xiàn)，而下降則依靠自身重力作為動力實現(xiàn)。該方案具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，操作靈活等特點。但由于鋼索易于磨損，壽命較低。 方案 二 ： 直齒輪傳動 如圖 (),直齒輪傳動簡圖 : 10 如圖 () 直齒輪傳動 評定 ： 采用直尺傳動來控制抹墻機的上下運動具有傳動平穩(wěn)，整個過程易于控制，齒輪設(shè)計具有標準化，易于生產(chǎn)，壽命長等的 特點，但整個導(dǎo)軌加上一直齒輪，使機體重量大大增加，且成本較上一方案大幅度提高。 綜上所述，考慮到整機的方便可移動性以及降低成本以向市場推廣，我們選擇了第一個方案，即卷揚機帶動鋼索。 水平移動 實現(xiàn)機體水平移動采用如圖 ()所示機構(gòu)來實現(xiàn) ,如圖所示 : 11 圖 () 該機構(gòu)主要作用是實現(xiàn)抹墻機的水平移動。 抹漿機總體運動機構(gòu)簡圖 抹漿機機構(gòu)運動由電機控制，其運動機構(gòu)簡圖如圖（ ）所示： 12 圖（ ）抹漿機運動機構(gòu)簡圖 第 三 章 ：機械系統(tǒng)運動循環(huán)圖 由 題目要 求可知，自動粉墻機運動主要包括機體沿墻壁的左右運動，抹漿機沿墻的前后運動，抹漿機沿導(dǎo)桿的上下運動，導(dǎo)桿與墻的垂直度調(diào)節(jié)及抹漿機的抹灰運動。其中前四種運動主要根據(jù)實際抹灰時的要求進行調(diào)節(jié)，具體數(shù)據(jù)都根據(jù)粉刷墻壁時進行具體操作。 運動循環(huán)圖：以一個工作周期為參考 ，如圖（ ）所示： 13 圖（ ） 運動循環(huán)圖 A 粉墻機水平移動 B 抹灰機豎直移動 C 抹灰機進退運動 D 抹灰機工作方式 粉墻機的核心部分 —— 抹漿機，它的抹灰運動要求抹板每秒粉刷兩次，圓柱凸輪的轉(zhuǎn)速為 120r/min。鉸輪的轉(zhuǎn)速為 500r/min。所以抹漿機的運動循環(huán)圖如圖（ ）所示： 14 圖（ ）抹漿機運動循環(huán)圖 第 四 章 ：抹板運動及凸輪機構(gòu)分析 凸輪運動規(guī)律 圓柱凸輪運動 要求 凸輪運動要求 如表（ ）所示 ： 凸輪轉(zhuǎn)角(φ ) 0≦φ＜ 5 5≦φ＜ 175 175≦φ＜185 185≦φ＜355 355≦φ＜360 運動規(guī)律 近休 推程 遠休 回程 近休 表（ ） 凸輪運動規(guī)律 在近休段，抹板運動速度及加速度都為 0； 在推程段，抹板運動速度線圖滿足正弦曲線，按照余弦加速度規(guī)律進行運動； 在遠休階段，抹板速度與加速度都為 0； 在回程階段，抹板運動速度線圖滿足正弦曲線，按余弦加速度規(guī)律進行運動。 凸輪各個階段運動 規(guī)律 分析 從動件在各個運動階段的位移、速度、加速度變化