【正文】 .. 26 圓弧三邊形等寬凸輪機(jī)構(gòu)分析 ............................................................. 26 主要參數(shù) ............................................................................. 26 運(yùn)動(dòng)方程 ............................................................................ 26 運(yùn)動(dòng)分析 ............................................................................ 28 . 4 matlab對(duì)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(jī)構(gòu) ......................................................................... 30 第八章 槽輪機(jī)構(gòu) ...................................................................................................... 31 第九章 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià) ...................................................................................................... 35 第十章 設(shè)計(jì)小結(jié) ...................................................................................................... 35 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................... 37 附錄 ........................................................................................................................... 37 1 第一章 ： 設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目： 自動(dòng)粉墻機(jī) 題目描述 : 此粉墻機(jī)主要由三部分組成， 機(jī)體位移裝置，粉墻裝置 （以下稱為 抹漿機(jī)） ，以及電子控制裝置。 電子控制裝置主要負(fù)責(zé)各部分運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)，這里不做重點(diǎn)解釋。機(jī)體位置部分主要功能是 使抹漿機(jī) 可以在墻面上下以及左右的移動(dòng)。 要實(shí)現(xiàn)抹墻的連續(xù)性要求機(jī)架能實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)。 左右運(yùn)動(dòng)由電機(jī)控制機(jī)體下方的 輪子 實(shí)現(xiàn) ； 抹漿機(jī) 是整個(gè)機(jī)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(yùn)動(dòng)的抹片組成。抹漿機(jī)要求能實(shí)現(xiàn)抹灰運(yùn)動(dòng)，首先要將水泥打到墻上，然后由抹板進(jìn)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(jī)也要實(shí)現(xiàn)前后的進(jìn)退運(yùn)動(dòng)。 主要技術(shù)參數(shù) ： 轉(zhuǎn)揚(yáng)機(jī) 長(zhǎng) 寬 高 =1000 600 600 (mm) 抹漿機(jī) 長(zhǎng) 寬 高 =1000 600 600（ mm） 豎直導(dǎo)桿最大高度 ： 5m 電機(jī) Y90L 功率 轉(zhuǎn)速 1000r/min 絞龍轉(zhuǎn)速 500r/min 抹片長(zhǎng) 寬 =800 100 抹片行程： 100 mm 抹片運(yùn)動(dòng)周期： 抹漿機(jī)上升速度： 抹漿機(jī)下降速度： 機(jī)體水平移動(dòng)速度： 設(shè)計(jì)任務(wù) 1. 根據(jù)各個(gè)執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。 2． 對(duì)各個(gè)運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行分析選定，確定最終運(yùn)動(dòng)放慢 3． 設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配。 4. 畫出粉墻機(jī)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖，并用運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖分配各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)節(jié)拍。 5．凸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算。按凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對(duì)盤狀凸輪要用電算法計(jì)算出理論廓線、 2 實(shí)際廓線值。畫出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖及凸輪廓線圖 。 。 8．編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 第 二 章 ： 運(yùn)動(dòng)方案 選定 垂直度調(diào)節(jié) 在抹漿機(jī) 進(jìn)行抹灰時(shí)，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(jī)進(jìn)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(shí)對(duì)垂直度有要求，所以要實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直度的調(diào)節(jié)。 方案一 雙搖桿機(jī)構(gòu) ： 設(shè)計(jì)剛開始時(shí)對(duì)于垂直度調(diào)節(jié)我們進(jìn)行了如下的設(shè)想與比較 。首先我們想到用雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)抹漿機(jī)與墻面垂直度的調(diào)節(jié)。即用如 圖 （ ） 所示機(jī)構(gòu)實(shí) 現(xiàn)。 3 圖（ ）雙搖桿機(jī)構(gòu) 評(píng)定 ： 該機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)墻壁與抹漿機(jī)的任意角度調(diào)節(jié)，通過原動(dòng)件不轉(zhuǎn)動(dòng)能帶動(dòng)搖桿左右擺動(dòng)。是實(shí)現(xiàn)該功能的首選機(jī)構(gòu)。但是，墻壁與抹漿機(jī)的垂直度只在較小的角度范圍內(nèi)變化，用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)從而使搖桿左右擺動(dòng)時(shí)，搖桿的位置不易 調(diào)節(jié)，而且難以實(shí)現(xiàn)微調(diào)。垂 直度的調(diào)節(jié)會(huì)因使用該機(jī)構(gòu)變成一個(gè)很復(fù)雜的操作。故雙搖桿機(jī)構(gòu)不適合實(shí)現(xiàn)該功能。 方案二 氣液壓傳動(dòng) ： 垂直度調(diào)節(jié)我們還考慮到用氣壓 或液壓 傳動(dòng)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。 如 圖 （ ）所示： 圖（ ）氣壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 評(píng)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(duì)速度影響較大，也難于準(zhǔn)確地控制與調(diào)節(jié)工作速度。 和雙搖桿機(jī)構(gòu)一樣難以對(duì)垂直度進(jìn)行微調(diào)。但是，對(duì)于這一缺點(diǎn)，液壓傳動(dòng)可以進(jìn)行彌補(bǔ) ，所以可以綜合氣壓和 液壓的優(yōu)點(diǎn)， 采用氣液聯(lián)合傳動(dòng)裝置，利用氣壓傳動(dòng)靈敏、反應(yīng)迅速的特點(diǎn)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(dòng)力的特點(diǎn)把液壓用于驅(qū)動(dòng)部分，這樣，服綜 4 合應(yīng)用了氣動(dòng)、液壓兩者的優(yōu)點(diǎn)，又避免了兩者的某些缺點(diǎn)。 這樣完全可以實(shí)現(xiàn)該功能的調(diào)節(jié)。 但是氣液聯(lián)合傳動(dòng)裝置制造成本高，設(shè)計(jì)復(fù)雜，使用不方便。自動(dòng)粉墻機(jī)中使用時(shí)只起到調(diào)節(jié)垂直度的作用，這樣不但增加了機(jī)器的制造成本而且優(yōu)點(diǎn)大材小用。所以不是的和采用該機(jī)構(gòu)。 方案三 絲杠機(jī)構(gòu) 絲杠機(jī)構(gòu)如圖 () 圖 () 絲杠調(diào)節(jié)垂直度運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 評(píng)定： 絲杠機(jī)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(jì)簡(jiǎn)單，成本低，并且可以實(shí)現(xiàn)自鎖，從而避免因?yàn)閴γ娴姆醋饔昧﹄y以達(dá)到調(diào)節(jié)的精度。 綜合考慮各種機(jī)構(gòu)后，我們選用了絲杠來進(jìn)行調(diào)節(jié)。 在簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)，低廉的 5 成本下， 不但可以實(shí)現(xiàn)任意角度的調(diào)節(jié)，而且可以實(shí)現(xiàn)角度的微調(diào)。 抹漿機(jī)運(yùn)動(dòng) 機(jī)構(gòu)選擇 抹漿機(jī) 主要功能是將水泥打到墻上，然后由抹板進(jìn)行抹平，將水泥打到墻上主要通過鉸輪不斷攪動(dòng)將水泥往墻上壓，然后抹板來回運(yùn)動(dòng)，給墻一定的壓力將抹到墻上的水泥抹平。所以核心運(yùn)動(dòng)是要實(shí)現(xiàn)抹板的往返運(yùn)動(dòng) 。 方案一 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 抹漿機(jī)要求實(shí)現(xiàn)抹板的左右移動(dòng)和鉸輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 對(duì)于抹板的左右移動(dòng)我們初步設(shè)想可以用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) ，如圖（ ） 圖（ ）曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 評(píng)定： 該機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)抹板的左右移動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)抹板的預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但是在運(yùn)動(dòng)的始末，加速度和速度有較大突變，會(huì)降低機(jī)構(gòu)的使用壽命，磨損較大。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件的直線運(yùn)動(dòng)很簡(jiǎn)單，但是要求其耐磨性較高，且平面度較高。 方案二 直動(dòng)滾子從動(dòng)件圓柱凸輪 在凸輪機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件加速度按余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律，避免了剛性 沖擊，同時(shí) 能實(shí)現(xiàn)抹板的預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如 圖 （ ） 所示： 6 圖（ ）圓柱凸輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 綜合考慮，我們選用直動(dòng)滾子 從動(dòng)件圓柱凸輪來實(shí)現(xiàn)抹板的左右運(yùn)動(dòng)。 抹漿機(jī)的前后移動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇 抹漿機(jī) 向上抹灰時(shí)將水泥抹平，完成了抹灰運(yùn)動(dòng)后需要將抹漿機(jī)降下再重新進(jìn)行抹灰運(yùn)動(dòng)，如果抹漿機(jī)按原路返回勢(shì)必會(huì)將抹好的墻弄壞，所以要將抹漿機(jī)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(shí)際要求調(diào)節(jié)，所以要求抹漿機(jī)能夠前后移動(dòng)。 方案一： 槽輪機(jī)構(gòu) 在調(diào)節(jié)抹漿機(jī)前后移 動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇中，我們考慮用槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖（ ）所示： 7 圖（ ） 槽輪機(jī)構(gòu) 槽 輪機(jī)構(gòu) 作間歇運(yùn)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)特性要求，達(dá)到自動(dòng)化的要求設(shè)計(jì)。但是槽輪機(jī)構(gòu)在圓銷開始進(jìn)入和退出頸項(xiàng)槽時(shí)，由于角加速度有突變，在兩瞬時(shí)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(jī)實(shí)現(xiàn)離墻的前后運(yùn)動(dòng)，做平行直線移動(dòng)。該機(jī)構(gòu)難以輸出預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。因此該機(jī)構(gòu)不適合該機(jī)器的這個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 方案二：圓弧三邊形等寬 凸輪 機(jī)構(gòu) 在槽輪機(jī)構(gòu)分析失敗后，我們選 擇使用圓弧三邊形等寬凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)抹漿機(jī)沿墻的前后移動(dòng)。其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 （ ）所示： 8 圖 ()圓弧的三邊形等寬凸輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 評(píng)定： 該機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn) 抹漿機(jī)的前后 移動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn) 抹漿機(jī)的 預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 采用幾何封閉凸輪，機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)路徑，壓力角處處為零，當(dāng)該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到一個(gè)工作位置后，將不會(huì)受到外力的影響，對(duì)原動(dòng)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(yùn)動(dòng)。 綜合考慮后，我們選擇 用圓弧三邊形等寬凸輪機(jī)構(gòu) 與槽輪機(jī)構(gòu)相結(jié)合，這樣既能實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)又能實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)，滿足我們所需要 的功能。 豎直移動(dòng) 方案一：卷揚(yáng)機(jī)帶動(dòng)鋼索 如圖 ()所示 : 9 如圖 () 評(píng)定： 抹墻機(jī)的上升由卷揚(yáng)機(jī)卷進(jìn)鋼索，縮短鋼索的長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)，而下降則依靠自身重力作為動(dòng)力實(shí)現(xiàn)。該方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，操作靈活等特點(diǎn)。但由于鋼索易于磨損，壽命較低。 方案 二 ： 直齒輪傳動(dòng) 如圖 (),直齒輪傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 : 10 如圖 () 直齒輪傳動(dòng) 評(píng)定 ： 采用直尺傳動(dòng)來控制抹墻機(jī)的上下運(yùn)動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)，整個(gè)過程易于控制，齒輪設(shè)計(jì)具有標(biāo)準(zhǔn)化，易于生產(chǎn)，壽命長(zhǎng)等的 特點(diǎn)，但整個(gè)導(dǎo)軌加上一直齒輪，使機(jī)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(jī)的方便可移動(dòng)性以及降低成本以向市場(chǎng)推廣，我們選擇了第一個(gè)方案，即卷揚(yáng)機(jī)帶動(dòng)鋼索。 水平移動(dòng) 實(shí)現(xiàn)機(jī)體水平移動(dòng)采用如圖 ()所示機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn) ,如圖所示 : 11 圖 () 該機(jī)構(gòu)主要作用是實(shí)現(xiàn)抹墻機(jī)的水平移動(dòng)。 抹漿機(jī)總體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 抹漿機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)由電機(jī)控制，其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖（ ）所示： 12 圖（ ）抹漿機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 第 三 章 ：機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 由 題目要 求可知，自動(dòng)粉墻機(jī)運(yùn)動(dòng)主要包括機(jī)體沿墻壁的左右運(yùn)動(dòng)，抹漿機(jī)沿墻的前后運(yùn)動(dòng)，抹漿機(jī)沿導(dǎo)桿的上下運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)桿與墻的垂直度調(diào)節(jié)及抹漿機(jī)的抹灰運(yùn)動(dòng)。其中前四種運(yùn)動(dòng)主要根據(jù)實(shí)際抹灰時(shí)的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體數(shù)據(jù)都根據(jù)粉刷墻壁時(shí)進(jìn)行具體操作。 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖：以一個(gè)工作周期為參考 ，如圖（ ）所示： 13 圖（ ） 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 A 粉墻機(jī)水平移動(dòng) B 抹灰機(jī)豎直移動(dòng) C 抹灰機(jī)進(jìn)退運(yùn)動(dòng) D 抹灰機(jī)工作方式 粉墻機(jī)的核心部分 —— 抹漿機(jī)，它的抹灰運(yùn)動(dòng)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(jī)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖如圖（ ）所示： 14 圖（ ）抹漿機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 第 四 章 ：抹板運(yùn)動(dòng)及凸輪機(jī)構(gòu)分析 凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律 圓柱凸輪運(yùn)動(dòng) 要求 凸輪運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律 近休 推程 遠(yuǎn)休 回程 近休 表（ ） 凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律 在近休段，抹板運(yùn)動(dòng)速度及加速度都為 0； 在推程段，抹板運(yùn)動(dòng)速度線圖滿足正弦曲線，按照余弦加速度規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)； 在遠(yuǎn)休階段，抹板速度與加速度都為 0； 在回程階段，抹板運(yùn)動(dòng)速度線圖滿足正弦曲線，按余弦加速度規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 凸輪各個(gè)階段運(yùn)動(dòng) 規(guī)律 分析 從動(dòng)件在各個(gè)運(yùn)動(dòng)階段的位移、速度、加速度變化