課件機械原理課程設計方案.ppt

機械原理課程設計,游戲機傳動系統(tǒng)設計,尹衍棟 王 然 陳洪達 李曄冰 指導老師：孫志宏,目錄 設計要求及原始數(shù)據(jù) 運動方案的討論 機構及運動參數(shù)的確定 制作過程 運動分析結果 總結,一.設計要求及原始數(shù)據(jù),一.功能要求及工作原理 總功能要求 設計一新游戲：讓一畫有景物的屏幕由靜止逐漸開始左右晃動，晃動的角度由小變大，最終旋轉起來，轉幾周后，屏幕又漸趨靜止。 工作原理 由于觀眾在暗室中僅能看見屏幕上的景物，根據(jù)相對運動原理，觀眾產(chǎn)生一個錯覺，他不認為屏幕在晃動，反而認為自己在晃動，并且晃動的越來越厲害，最后竟旋轉起來，這是一個有驚無險的游樂項目。,二.原始數(shù)據(jù)和設計要求 屏幕由靜止開始晃動時的擺角約60。 每分鐘晃動次數(shù)約為1012次。 屏幕由開始晃動到出現(xiàn)整周轉動，歷時約23分鐘。 屏幕約轉10多轉后，漸漸趨于靜止。 用三相交流異步電動機帶動，其同步轉速為1000r/min或1500r/min，功率約1KW. 屏幕擺動幅度應均勻增大或稍呈加速的趨勢。,三.要求完成的設計工作量 本題設計的時間為1.5周。 根據(jù)功能要求，確定工作原理和繪制系統(tǒng)功能圖。 按工藝動作過程擬定運動循環(huán)圖。 根據(jù)系統(tǒng)功能圖繪制功能矩陣表。 構思系統(tǒng)運動方案(至少六個以上)，進行方案評價，選出較優(yōu)方案。 用解析法對傳動機構和執(zhí)行機構進行運動尺寸設計，或在尺寸給定的條件下進行運動與動力分析。 繪制系統(tǒng)機械運動方案簡圖。 編寫設計說明書，附源程序和計算結果。,二. 運動方案的討論,因為游戲機系統(tǒng)需完成減速、運動交替和轉換、停歇的功能，并且要改變屏幕晃動幅度的大小，使之逐漸增大，最終使屏幕作連續(xù)回轉，所以擬采用四桿機構來實現(xiàn)。,采用四桿機構時面臨以下幾點問題 開始運動時為曲柄搖桿機構，為了實現(xiàn)擺動變轉動，是將之變?yōu)殡p曲柄機構（機架為最短桿）還是平行四邊形機構 改變哪一根桿的長度，是增加AB桿還是縮短CD桿 變桿長采用凸輪機構還是絲桿機構 并且三點問題是相互關聯(lián)的。,雙曲柄機構（機架為最短桿）vs平行四邊形機構 增加AB桿vs縮短CD桿 若采用雙曲柄機構，只能增長AB的桿長，使CD最終實現(xiàn)周轉，四桿機構由曲柄搖桿變?yōu)殡p曲柄機構，由于急回行程相當大，無法實現(xiàn)運動要求，所以四桿機構選定為平行四邊形機構。 若采用縮短CD桿，則在運動過程中只能將擺動變?yōu)閯蛩僖苿?，只能用凸輪來實現(xiàn)，且設計復雜，加工困難，不予考慮。,若選擇方案1，即通過輪上的溝槽達到凸輪的效果，改變桿長；但這種方案不易控制桿長隨溝槽的變化規(guī)律，難以實現(xiàn)。,增長AB桿有多種方法,若選擇方案2和3，桿長的變化與時間不是線性關系；轉動幅度沒有規(guī)律性，故舍棄。,方案3,相比之下，方案4和5有很大優(yōu)越性，可以準確的控制桿長的增長速度。其中方案4為凸輪機構，相比方案5的絲桿機構，加工困難，傳動也沒有絲桿均勻。從傳動上考慮（由計算可得齒輪3和4的傳動比為1：60，中間需要一個齒輪系來實現(xiàn)），凸輪機構需要一個復雜龐大的輪系來實現(xiàn)，結構顯然沒有絲桿機構緊湊；而且圓柱凸輪本身就比絲桿粗大笨重。所以我們最終選擇了方案5絲桿機構。,方案5,絲桿機構僅能實現(xiàn)桿長的變化，傳動還需靠四桿機構來完成，這就需要在雙搖桿機構和平行四邊形機構之間做出選擇。 若選擇雙搖桿機構，分析過程如下：,從ad,最后d為最短桿。設bd,cd,當a增大至d，最短桿為d。設最長桿為c，則d+ca+b；若要AB桿為曲柄(周轉)，只能取臨界值，即d+c=a+bc=b。即便a略大于d，AB桿仍周轉，只需滿足b=c即可。根據(jù)實際情況，取b=c=1500mm，又起初擺角為，作圖，得最小為。若減小，運動速度均勻，但轉動角減小，故取。由以上數(shù)據(jù)得到的機構急回行程太明顯，所以我們最終選擇的是平行四邊形機構。,三.機構及運動參數(shù)的確定,平行四邊形機構分析如下：,若短桿為機架(AD)(bc),a必須c；一旦ac,a變?yōu)閾u桿，c變?yōu)榍鷹U，不符和要求，所以條件苛刻，需要精確的計算。 根據(jù)CD桿最初的擺角為60和機構的條件確定AB200mm AD=BC660mm,列出方程,上述方程利用Matlab求解 a,b,c=solve(b=a+pi/3,cos(a)*2*c*660 =6602+c2-(660-200)2,cos(b)*2*c*660 =6602+c2-(660+200)2,a,b,c) 得出,為了選取絲桿和計算、加工的方便 取整 取 c400mm,計算得a=41.67 b105.83 所以=64.16 符合任務要求。,下面驗證 機構的急回行程 AB從200mm變動到400mm,縱坐標為 極位夾角 弧度制表示,縱坐標為 行程速比系數(shù)K,在運動中有可能會出現(xiàn)反平行四邊形機構，這時急回行程太明顯，從 動畫演示中可以直觀看出，下面圖表可以提供有關急回行程的具體數(shù)據(jù)。,對于齒輪1和2的計算：,對絲桿傳動的計算：,絲桿傳動可以實現(xiàn)較為理想的傳動比。因為絲桿與齒輪2固結為一體，所以兩者角速度相同?，F(xiàn)取 ，故齒輪一取18齒，齒輪2取27齒。 H轉動2.5分鐘，每分鐘轉12圈，現(xiàn)共轉30圈，查表4-133 GB 784-65，則絲桿在運動2.5分鐘內(nèi)轉動10轉，絲桿行程為200mm。螺紋高度 工作高度h = 8，間隙z = 1，圓角半徑， H = 1.886 t = 37.32 關于直徑和螺距的取值，查表GB784-65，d取第一系列，d=10。,關于蝸輪蝸桿的計算,為了使蝸輪蝸桿的大小和機構整體協(xié)調(diào)，蝸輪直徑在240280之間。查表GB/T10088-88, 優(yōu)先采用第一系列。 蝸輪蝸桿的正確嚙合條件 取 則,由 得出 需保證,最終方案,制作過程,造形過程比較順利，但在裝配過程中遇到很多問題,1 cosmos和solidworks的關系,Cosmos是solidworks里的一個插件，在solidworks中添加的約束和cosmos motion中的constraints（約束，各種運動副）是相關的，但不等同。在solidworks中添加同軸心、重合、距離等約束時，在motion中會相應自動添加出各種運動副，例如桿的兩平面和槽的兩平面重合時會自動添加出滑動副。但是具體哪個面、哪個方向都有嚴格要求，所以很多情況下運動副不會自動被添加。因此，要時刻注意Cosmos中的運動副，必要時手動添加，盡量做到每裝一個構件都有正確的運動。,2 子裝配問題,如果以運動分析為目標，在solidworks裝配體里，應該裝配構件而非零件。零件是指加工的基本單元，構件是指機構運動的基本單元，它可以由多個零件組成，但其運動是一整體，內(nèi)部無相對運動。 在solidworks中，裝配體1中調(diào)用裝配體2，被調(diào)用的裝配體2稱為子裝配，在裝配體1中是一個構件，整體運動。所以在裝配時要注意先將零件裝配成構件再調(diào)入總裝配中。 也可以利用fixed約束，將兩零件進行固結。,3 齒輪、蝸桿,在運動模擬中，齒輪、蝸桿都不用造出詳細特征，而用圓盤圓柱代替，并相應添加齒輪副即可。由以下幾點值得注意：1.圓盤圓柱的直徑盡量采用分度圓直徑。2.在solidworks中，齒輪副是以構件軸心的轉動速度比來添加的，而在cosmos motion中，是以兩個轉動副的速度比來添加的。,4 螺紋,根據(jù)機構的要求設計出螺紋的旋合長度為200mm，在50秒內(nèi)絲桿與套筒以恒定角速度旋合，而后旋出，使兩者之間無相對滑動。用cos