【正文】 ......................................................................................... 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。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)。 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。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)。 2． 對各個(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。 5．凸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算。對盤狀凸輪要用電算法計(jì)算出理論廓線、 2 實(shí)際廓線值。 。 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)對垂直度有要求，所以要實(shí)現(xiàn)對垂直度的調(diào)節(jié)。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)。 3 圖（ ）雙搖桿機(jī)構(gòu) 評定 ： 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)。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)。故雙搖桿機(jī)構(gòu)不適合實(shí)現(xiàn)該功能。 如 圖 （ ）所示： 圖（ ）氣壓傳動(dòng)機(jī)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(zhǔn)確地控制與調(diào)節(jié)工作速度。但是，對于這一缺點(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)。 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。所以不是的和采用該機(jī)構(gòu)。 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)。 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。 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)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件的直線運(yùn)動(dòng)很簡單，但是要求其耐磨性較高，且平面度較高。 機(jī)構(gòu)簡圖如 圖 （ ） 所示： 6 圖（ ）圓柱凸輪機(jī)構(gòu)簡圖 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)。 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)。 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)。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。其機(jī)構(gòu)簡圖如圖 （ ）所示： 8 圖 ()圓弧的三邊形等寬凸輪機(jī)構(gòu)簡圖 評定： 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，對原動(dòng)件沒有反力，可以很好的控制位置的精度。 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。該方案具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，操作靈活等特點(diǎn)。 方案 二 ： 直齒輪傳動(dòng) 如圖 (),直齒輪傳動(dòng)簡圖 : 10 如圖 () 直齒輪傳動(dòng) 評定 ： 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。 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)。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。鉸輪的轉(zhuǎn)速為 500r/min。 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、加速度變化規(guī)律如下所示： 0≦φ＜ 5 s=0 v=0 a=0； 15 5 ≦φ＜ 175 ? ?1 c o s 52hs ? ????? ? ????? ? ?2 s in 52 hv ? ? ? ????? ? ?222 c o s 52 ha ? ? ? ????? 175 ≦φ＜ 185 s=h v=0 a=0 185 ≦φ＜ 355 ? ?1 c o s 1 8 52hs ? ????? ? ????? ? ?2 s i n 1 8 52 hv ? ? ? ???? ? ? ? ?222 c o s 1 8 52 ha ? ? ? ???? ? ? 355 ≦φ＜ 360 s=0 v=0 a=0 圓柱凸輪輪廓曲線 方程 輪廓曲線 的設(shè)計(jì)：對直動(dòng)滾子從動(dòng)件圓柱凸輪建立如下圖所示的坐標(biāo)系 ，以Z 軸為凸輪的回轉(zhuǎn)軸線， X 軸與從動(dòng)件處于最低位置時(shí)的軸線重合，原點(diǎn)為該軸線與凸輪回轉(zhuǎn)軸線的交點(diǎn)， Y 軸分別垂直于 X 軸、 Z 軸。其中φ為凸輪轉(zhuǎn)角。 所以，包絡(luò)線方程為： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?39。 由于實(shí)際輪廓線也位于圓柱面上，所以滿足下式： 220aaxy?? 式（ ） 聯(lián)立以上三式，可以得到在圓柱半徑為 R 時(shí)的實(shí)際輪廓線方程為： ? ?? ?? ?? ?? ?39。239。2239。2sin rRzR sR? ?? ? ? ? 由式（ ） 可以看出實(shí)際輪廓曲 線有兩條，上式取 +時(shí)為圖中的曲線 a，取 —時(shí)為圖中的曲線 c。如圖 （ ） 所示： 圖（ ） 壓力角計(jì)算圖 由圖可知， 直動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的壓 力角為 : 1tanmdsdr? ??? () 其最大壓力角及其位置有 : 19 m ax m ax 1tan mdsdr? ??? () 式中 mr 為圓柱凸輪的平均圓柱半徑。 該凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律為： 0≦φ＜ 5 s=0 dsd??0 5 ≦φ＜ 175 ? ?1 c o s 52hs ? ????? ? ????? dsd?? ? ?cos 52h????? ? 175 ≦φ＜ 185 s=h dsd?? 0 185 ≦φ＜ 355 ? ?1 c o s 1 8 52hs ? ????? ? ????? dsd?? ? ?cos 52h??????? 355 ≦φ＜ 360 s=0 dsd?? 0 將上述各 dsd?帶入式（ ）中即可得到各個(gè)階段壓力角大小。 ,而需用壓力角為 48176。 用 Matlab 對凸輪各參數(shù)分析結(jié)果 運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析 用 Matlab 對該凸 輪進(jìn)行分析，其加速度、速度、位移、壓力角的分析結(jié)果如圖（ ） 所示 （ 程序見附錄 ） ： 20 圖（ ） 凸輪運(yùn)動(dòng)參數(shù)圖 在 圖 （ ） 中，第一條曲線代表從動(dòng)件位移曲線，第二條為 速度線圖，第三條為加速度線圖，第四條為壓力角曲線。具體傳動(dòng)圖如圖（ ） 所示： 22 圖（ ） 運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)圖 按照題目要求，鉸輪轉(zhuǎn)速為 500r/min，凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)周期為 ，所以凸輪轉(zhuǎn)速為 129r/min。 皮帶輪轉(zhuǎn)速與直徑 d有如下關(guān)系： ? ?= ?主 動(dòng) 輪 轉(zhuǎn) 速 從 動(dòng) 輪 直 徑 為 皮 帶 滑 動(dòng) 系 數(shù)從 動(dòng) 輪 轉(zhuǎn) 速 主 動(dòng) 輪 直 徑 齒輪傳動(dòng)其齒數(shù)與轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系： =主 動(dòng) 輪 齒 數(shù) 從 動(dòng) 輪 轉(zhuǎn) 速從 動(dòng) 輪 齒 數(shù) 主 動(dòng) 輪 轉(zhuǎn) 速 依上述兩個(gè)關(guān)系式可得： 23 111000 = 7 3 . 58 0 0 6 0 0 . 9 8d d m m??? 228 0 0 8 0= 5 15 0 0 0 .9 8 d m md ??? 第一級傳動(dòng)比為： :1 第二級傳動(dòng)比為： :1 各個(gè)皮帶輪線速度為： 2 6 0 2 1 0 0 0ndv ???? 所以 1 0 0 0 6 02 2 3 . 1 4 /6 0 2 1 0 0 0 6 0 2 1 0 0 0dnv m s??? ? ? ? ??? 11 8 0 0 7 3 . 52 2 3 . 0 8 /6 0 2 1 0 0 0 6 0 2 1 0 0 0dnv m s??? ? ? ? ? 22 8 0 0 5 12 2 2 . 1 4 /6 0 2 1 0 0 0 6 0 2 1 0 0 0dnv m s??? ? ? ? ??? 33 5 0 0 8 02 2 2 . 1 /6 0 2 1 0 0 0 6 0 2 1 0 0 0dnv m s??? ? ? ? ? 由線速度可以知道，線速度小，所以各個(gè)皮帶輪均采用鑄鐵材料。； 齒輪傳動(dòng)比及參數(shù) 齒輪模數(shù)： 2 鉸輪齒輪齒數(shù)為 18 齒，轉(zhuǎn)速為 500r/min； 凸輪齒輪轉(zhuǎn)速為 120r/min； 傳動(dòng)比為： 256i? ； 轉(zhuǎn)速與 齒數(shù)關(guān)系為： =主 動(dòng) 輪 齒 數(shù) 從 動(dòng) 輪 轉(zhuǎn) 速從 動(dòng) 輪 齒 數(shù) 主 動(dòng) 輪 轉(zhuǎn) 速 所以 12222 5 1 8 1 2 0 756 5 0 0zizzz? ? ? ? ? ? 24 分度圓 直徑為： 11 2 18 36d m z m m? ? ? ? 22 2 7 5 1 5 0d m z m m? ? ? ? 第六章： 抹漿機(jī)前后運(yùn)動(dòng)及 圓弧三邊等寬凸輪機(jī)構(gòu)分析 等寬凸輪機(jī)構(gòu)輪廓對比 偏心圓 等寬凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓形為偏心圓。從動(dòng)件行程越大、凸輪轉(zhuǎn) 速越高．離心力越大。因此，偏心圓等寬凸輪的使用受到了很大限制。 凸多邊形等寬凸輪廓形的缺點(diǎn)是：運(yùn)動(dòng)特性不好、尖角處易磨損 。 與凸多邊形相比，圓弧多邊形避免了局部磨損 快的缺點(diǎn)， 運(yùn)動(dòng)特性能得到明顯改善。 圓弧三邊形等寬凸輪 幾何特征 圓弧三邊形 焦點(diǎn)與焦距 如圖 （ ）所示， 所示圓弧三邊形 機(jī)構(gòu)輪廓圖 ，其輪廓曲線由六段圓弧組成，其中三段為半徑 r，另外三段半徑為 R： 25 圖（ ） 如圖（ ），圓弧三邊形 具有三個(gè)焦點(diǎn) 1o 2o 3o ，分別位于三條對稱軸之上。將焦點(diǎn)至幾何中心 0的距離稱為焦距 c， ? ?/3c R r?? 。應(yīng)當(dāng)指出。 6． 近圓率 e r/R 描述了圓弧三邊形與圓的近似程度，將其稱為近圓率，并用 e表示。焦距與近圓率 之間存在關(guān)系 ? ?1 / 3c R e?? e的值越大，圓弧三邊形越近似于圓，當(dāng) 1e? 時(shí)，圓弧三邊 形趨近于圓。 26 圓心角 由圖（ ）可清楚地看到，無論圓弧三邊形的參數(shù)取何值，各段圓弧所對應(yīng)的圓心角總是相等的，且為 60 。 圓弧三邊形等寬凸輪機(jī)構(gòu)分析 主要參數(shù) 大圓半徑 R=120mm； 小圓半徑 r=20mm； 焦距 10 3/3 mm； 名義直徑 D=140mm； 近圓率 e=1/6； 圓心角 60