機械原理課程設(shè)計-自動粉墻機設(shè)計

PAGEPAGEIV機械原理課程設(shè)計設(shè)計題目：自動粉墻機學院：機電學院班級：072092專業(yè)：機械設(shè)計制造及自動化小組成員：李亞鋒周磊張慶遠指導教師：曾小慧時間：2011年7月16日前言設(shè)計背景：隨著社會不斷進步，國民經(jīng)濟的發(fā)展的各個行業(yè)都迫切需要各種質(zhì)量優(yōu)、性能好、效率高、能耗低、價格廉的機械產(chǎn)品。而且當前各個行業(yè)都實現(xiàn)了機械化。當前，住房是人們的一大問題。社會不斷在進步，房的需求也不斷加劇，隨之而來的就是耗時、耗力的粉墻工作。一面面巨大的墻現(xiàn)在都需要手工一點一點的進行粉刷。這樣不但耗費體力，而且耗費時間，同時粉墻質(zhì)量不高，效率極低。鑒于當前粉墻的種種缺點，我們組通過思考，準備設(shè)計一款全自動粉墻機，該粉墻機能實現(xiàn)全自動化，完全的代替手工，實現(xiàn)粉墻的機械化。不但節(jié)省時間，節(jié)省體力；而且還提高了工作質(zhì)量，提高了工作效率。所以，自動粉墻機是完全有必要被設(shè)計的。設(shè)計目的:通過設(shè)計全自動粉墻機,目的在于解決當前繁雜的粉墻問題,讓機械代替手工,實現(xiàn)機械化。提高工作效率，提高工作質(zhì)量。此外，目的也在于鞏固所學知識，加強對機構(gòu)的分析、計算能力，了解機構(gòu)的分析方法，學會設(shè)計報告的撰寫。培養(yǎng)機械原理課程設(shè)計的能力。設(shè)計中，通過針對機械進行運動方案設(shè)計、機器功能分析、工藝動作過程確定、執(zhí)行機構(gòu)選擇、機械運動方案評定等的思考，可以進一步鞏固、掌握并能初步運用機械原理的知識和理論，掌握運動方案和機構(gòu)設(shè)計的思路和方法。提高學生利用技術(shù)資料、運算和繪圖的能力。而且能讓學生及早的樹立工程設(shè)計的觀點，激發(fā)創(chuàng)新精神，培養(yǎng)自學能力，獨立工作和創(chuàng)造能力。通過編寫設(shè)計報告，培養(yǎng)學生表達、歸納、總結(jié)和獨立思考與分析能力。目錄TOC\o"1-3"\u前言 II目錄 III第一章：設(shè)計任務書 -1-1.1設(shè)計題目： -1-1.2題目描述: -1-1.3主要技術(shù)參數(shù)： -1-1.4設(shè)計任務 -1-第二章：運動方案選定 -2-2.1垂直度調(diào)節(jié) -2-2.1.1方案一雙搖桿機構(gòu)： -2-2.1.2方案二氣液壓傳動： -3-2.1.3方案三絲杠機構(gòu) -4-2.2抹漿機運動機構(gòu)選擇 -5-2.2.1方案一曲柄滑塊機構(gòu) -5-2.2.2方案二直動滾子從動件圓柱凸輪 -5-2.3抹漿機的前后移動機構(gòu)選擇 -6-2.3.1方案一：槽輪機構(gòu) -6-2.3.2方案二：圓弧三邊形等寬凸輪機構(gòu) -7-2.4豎直移動 -8-2.4.1方案一：卷揚機帶動鋼索 -8-2.4.2方案二：直齒輪傳動 -9-2.5水平移動 -10-2.6抹漿機總體運動機構(gòu)簡圖 -11-第三章：機械系統(tǒng)運動循環(huán)圖 -12-第四章：抹板運動及凸輪機構(gòu)分析 -14-4.1凸輪運動規(guī)律 -14-4.1.1圓柱凸輪運動要求 -14-4.1.2凸輪各個階段運動規(guī)律分析 -14-4.2圓柱凸輪輪廓曲線方程 -15-4.2.1主要參數(shù)： -16-4.2.2理論輪廓線、實際廓線方程 -16-4.3凸輪壓力角計算 -18-4.4用Matlab對凸輪各參數(shù)分析結(jié)果 -19-4.4.1運動參數(shù)分析 -19-4.4.2凸輪實際輪廓線繪制 -20-第五章：抹漿機運動傳動分析與傳動比計算 -21-5.1皮帶傳動比 -21-5.2皮帶的選擇： -23-5.3齒輪傳動比及參數(shù) -23-第六章：抹漿機前后運動及圓弧三邊等寬凸輪機構(gòu)分析 -24-6.1等寬凸輪機構(gòu)輪廓對比 -24-6.1.1偏心圓 -24-6.1.2凸多邊形 -24-6.1.3圓弧三邊形等寬凸輪 -24-6.2圓弧三邊形等寬凸輪幾何特征 -24-6.2.1圓弧三邊形焦點與焦距 -24-6.2.2等尺寸性及名義直徑 -25-6．2.3近圓率e -25-6.2.4圓心角 -26-6.3圓弧三邊形等寬凸輪機構(gòu)分析 -26-6.3.1主要參數(shù) -26-6.3.2運動方程 -26-6.3.3運動分析 -28-6.3.4matlab對三邊形凸輪分析結(jié)果 -29-6.4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 -37-50-第一章：設(shè)計任務書1.1設(shè)計題目：自動粉墻機1.2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。1.3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）

豎直導桿最大高度：5m電機Y90L功率1.1KW轉(zhuǎn)速1000r/min絞龍轉(zhuǎn)速500r/min抹片長×寬=800×100抹片行程：100mm抹片運動周期：0.5s抹漿機上升速度：0.1m/s抹漿機下降速度：0.15m/s機體水平移動速度：0.3m/s1.4設(shè)計任務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、實際廓線值。畫出從動件運動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖6.連桿機構(gòu)的設(shè)計計算。7.齒輪機構(gòu)的設(shè)計計算。8．編寫設(shè)計計算說明書。第二章：運動方案選定2.1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)。2.1.1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（2.1.1）所示機構(gòu)實現(xiàn)。圖（2.1.1）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)變成一個很復雜的操作。故雙搖桿機構(gòu)不適合實現(xiàn)該功能。2.1.2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（2.1.2）所示：圖（2.1.2）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，服綜合應用了氣動、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)。2.1.3方案三絲杠機構(gòu)絲杠機構(gòu)如圖(2.1.3)圖(2.1.3)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)。2.2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。2.2.1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（2.2.1）圖（2.2.1）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。2.2.2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)抹板的預期運動規(guī)律。機構(gòu)簡圖如圖（2.2.2）所示：圖（2.2.2）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。2.3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。2.3.1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（2.3.1）所示：圖（2.3.1）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)難以輸出預期的運動。因此該機構(gòu)不適合該機器的這個運動規(guī)律。2.3.2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（2.3.2）所示：圖(2.3.2)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。2.4豎直移動2.4.1方案一：卷揚機帶動鋼索如圖(2.4.1)如圖(2.4.1)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。2.4.2方案二：直齒輪傳動如圖(2.4.2),直齒輪傳動簡圖:如圖(2.4.2)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。2.5水平移動實現(xiàn)機體水平移動采用如圖(2.5.1)所示機構(gòu)來實現(xiàn),如圖所示:圖(2.5.1)該機構(gòu)主要作用是實現(xiàn)抹墻機的水平移動。2.6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（2.6.1圖（2.6.1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，抹漿機沿導桿的上下運動，導桿與墻的垂直度調(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（3.1）所示：圖（3.1）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（3.2）所示：圖（3.2）抹漿機運動循環(huán)圖第四章：抹板運動及凸輪機構(gòu)分析4.1凸輪運動規(guī)律4.1.1圓柱凸輪運動要求凸輪運動要求如表（4.1.1）所示凸輪轉(zhuǎn)角(φ)0≦φ＜55≦φ＜175175≦φ＜185185≦φ＜355355≦φ＜360運動規(guī)律近休推程遠休回程近休表（4.1.1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。4.1.2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、加速度變化規(guī)律如下所示：0≦φ＜s=0v=0a=0；≦φ＜≦φ＜s=hv=0a=0≦φ＜≦φ＜s=0v=0a=04.2圓柱凸輪輪廓曲線方程輪廓曲線的設(shè)計：對直動滾子從動件圓柱凸輪建立如下圖所示的坐標系，以Z軸為凸輪的回轉(zhuǎn)軸線，X軸與從動件處于最低位置時的軸線重合，原點為該軸線與凸輪回轉(zhuǎn)軸線的交點，Y軸分別垂直于X軸、Z軸。如圖（4.2.1圖（4.2.1）4.2.1主要參數(shù)：凸輪的半徑R=50mm；滾子半徑r=10mm；從動件運動規(guī)律為S(φ);其中φ為凸輪轉(zhuǎn)角。4.2.2理論輪廓線、實際廓線方程如圖（4.2.1）所示，直動從動件圓柱凸輪機構(gòu)，圓柱半徑為R,曲線b是圓柱凸輪的理論輪廓曲線，曲線c和a為凸輪的實際輪廓曲線，d表示理論輪廓線上的滾子圓，根據(jù)圖示坐標系，建立圓柱凸輪理論輪廓曲線方程如下式（4.2.1考慮從動件是滾子的情況，實際輪廓是圓心位于輪廓曲線上滾子圓的包絡線，其方程為：式（4.2.2對于式（4.2.2式（4.2.3式（4.2.3所以，包絡線方程為：式（4.2式（4.2.4）中S’(φ由于實際輪廓線也位于圓柱面上，所以滿足下式：式（4.2.5聯(lián)立以上三式，可以得到在圓柱半徑為R時的實際輪廓線方程為：式（4.2.6其中，當>時，式(4.2.6)中坐標z為：由式（4.2.6）4.3凸輪壓力角計算將凸輪展開成平面圖，給凸輪一個反向速度V1，此時假設(shè)凸輪不動，過平均圓柱半徑處的滾子中心B作凸輪理論廓線的法線n一n與從動件速度VB的夾角即為直動從動件圓柱凸輪機構(gòu)的壓力角，如圖（4.3.1）所示，該角也等于凸輪理論廓線在B點切線t一t與凸輪線速度廈V1的夾角。如圖（4.3.1）所示：圖（4.3.1）壓力角計算圖由圖可知，直動從動件圓柱凸輪機構(gòu)的壓力角為:(4.3.1)其最大壓力角及其位置有:(4.3.2)式中為圓柱凸輪的平均圓柱半徑。直動從動件圓柱凸輪機構(gòu)運轉(zhuǎn)時，一般應滿足最大壓力角:（許）。該凸輪從動件運動規(guī)律為：0≦φ＜s=00≦φ＜≦φ＜s=h0≦φ＜≦φ＜s=00將上述各帶入式（4.3.1）中即可得到各個階段壓力角大小。經(jīng)過計算分析可知,最大壓力角為46.63°,而需用壓力角為48°,最大壓力角小于許用壓力角,所以該凸輪設(shè)計合理。4.4用Matlab對凸輪各參數(shù)分析結(jié)果4.4.1運動參數(shù)分析用Matlab對該凸輪進行分析，其加速度、速度、位移、壓力角的分析結(jié)果如圖（4.4.1）所示（程序見附錄）：圖（4.4.1）凸輪運動參數(shù)圖在圖（4.4.1）中，第一條曲線代表從動件位移曲線，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。4.4.2凸輪實際輪廓線繪制Matlab分析凸輪的實際輪廓曲線如圖（4.4.2）所示（程序見附錄）：圖（4.4.2）凸輪實際輪廓線第五章：抹漿機運動傳動分析與傳動比計算5.1皮帶傳動比在實現(xiàn)抹漿機的抹灰運動及鉸輪的轉(zhuǎn)動中，我們選用齒輪及皮帶輪傳動，實現(xiàn)預期的運動規(guī)律。具體傳動圖如圖（5.1.1）所示：圖（5.1.1）運動傳動圖按照題目要求，鉸輪轉(zhuǎn)速為500r/min，凸輪從動件運動周期為0.5s，所以凸輪轉(zhuǎn)速為129r/min。按照此要求，對各個傳動件尺寸及傳動比計算如下:電機轉(zhuǎn)速為1000r/min；主動皮帶輪直徑為60mm，轉(zhuǎn)速為1000r/min；與鉸輪同軸的皮帶輪直徑為80mm，轉(zhuǎn)速為500r/min；中間軸轉(zhuǎn)速為800r/min;皮帶輪轉(zhuǎn)速與直徑d有如下關(guān)系：齒輪傳動其齒數(shù)與轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系：依上述兩個關(guān)系式可得：第一級傳動比為：1.25:1第二級傳動比為：1.6:1各個皮帶輪線速度為：所以由線速度可以知道，線速度小，所以各個皮帶輪均采用鑄鐵材料。5.2皮帶的選擇：按照國家標準：傳動皮帶選用三角皮帶；A型寬X厚=12.5x9；輪槽角度為34°；5.3齒輪傳動比及參數(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；傳動比為：；轉(zhuǎn)速與齒數(shù)關(guān)系為：所以分度圓直徑為：第六章：抹漿機前后運動及圓弧三邊等寬凸輪機構(gòu)分析6.1等寬凸輪機構(gòu)輪廓對比6.1.1偏心圓等寬凸輪機構(gòu)的凸輪廓形為偏心圓。凸輪轉(zhuǎn)動時，存在離心力。從動件行程越大、凸輪轉(zhuǎn)速越高．離心力越大。機構(gòu)就越易產(chǎn)生振動。因此，偏心圓等寬凸輪的使用受到了很大限制。6.1.2凸多邊形具有等寬性質(zhì)的凸多邊形有以下特征：(1)邊數(shù)為奇數(shù)：(2)各邊均為半徑、圓心角相等的圓?。覉A心為各邊相對角的頂點。凸多邊形等寬凸輪廓形的缺點是：運動特性不好、尖角處易磨損。6.1.3圓弧三邊形等寬凸輪具有等寬性的圓弧多邊形的幾何特征是：(1)由2n段圓弧圍成了封閉圖形(其中n為多邊形的邊數(shù))；(2)n為奇數(shù)；(3)對稱軸數(shù)量與邊數(shù)相等，并沿圓周均勻分布；(4)有n個焦點．焦點為對應圓弧的圓心。與凸多邊形相比，圓弧多邊形避免了局部磨損快的缺點，運動特性能得到明顯改善。因此，使用圓弧三邊形等寬凸輪機構(gòu)十分適合。6.2圓弧三邊形等寬凸輪幾何特征6.2.1圓弧三邊形焦點與焦距如圖（6.2.1）所示，所示圓弧三邊形機構(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：圖（6.2.1）如圖（6.2.1），圓弧三邊形具有三個焦點，分別位于三條對稱軸之上。圓弧三邊形上任意一點的法線必通過焦點。將焦點至幾何中心0的距離稱為焦距c，。6.2.2等尺寸性及名義直徑圓弧三邊形上任意一點與其對應點的連線必通過焦點，并與兩點的切線垂直，距離均為，即在任意位置測量圓弧三邊形的尺寸相等，稱之為圓弧三邊形的名義直徑，且有=尺。應當指出。圓弧三邊形的名義直徑并不是連線通過幾何中心的兩點之問的距離、而是連線通過焦點的兩點之間的距離。6．2.3近圓率e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。即e=r／R。焦距與近圓率之間存在關(guān)系e的值越大，圓弧三邊形越近似于圓，當時，圓弧三邊形趨近于圓。的大小直接影響凸輪機構(gòu)從動件的行程。6.2.4圓心角由圖（6.2.1）可清楚地看到，無論圓弧三邊形的參數(shù)取何值，各段圓弧所對應的圓心角總是相等的，且為。圓弧三邊形的這一幾何性質(zhì)使得數(shù)控加工程序的基點計算非常方便。6.3圓弧三邊形等寬凸輪機構(gòu)分析6.3.1主要參數(shù)大圓半徑R=120mm；小圓半徑r=20mm；焦距mm；名義直徑D=140mm；近圓率e=1/6；圓心角6.3.2運動方程由廓形的幾何性質(zhì)可知，凸輪轉(zhuǎn)一周，從動件完成三個運動循環(huán)。運動循環(huán)中，從動件的運動方程為：式（6.3.1）從動件的行程為：式（6.3.2）如圖（6.3.1）和圖（6.3.2），由可以清楚的看到，在任意嚙合位置，嚙合點處力作用線與廓形法線重臺。所以壓力角始終為零。圖（6.3.1）三邊形凸輪機構(gòu)圖（6.3.2）三邊形凸輪機構(gòu)6.3.3運動分析從動件的速度方程為：式（6.3.1）從動件加速度方程為：式（6.3.2）由圖（6.3.3）可知，在一個運動循環(huán)中、從動件速度是連續(xù)變化的，變化規(guī)律近似正弦函數(shù)；從動件的加速度在圓弧連接處有突變，造成柔性沖擊，但可以通過廓形修正可以減小或消除加速度的突變。由此可見．圓弧三邊形等寬凸輪機構(gòu)的運動特性還是比較理想的。圖（6.3.3）速度加速度變化圖6.3.4matlab對三邊形凸輪分析結(jié)果用matlab對三邊形等寬凸輪的運動進行分析，結(jié)果如圖（6.3.4）所示，其中第一條曲線為位移曲線圖，第二條曲線為速度曲線圖，第三條曲線為加速度曲線圖。詳細程序見附錄。圖（6.3.4）matlab運動分析結(jié)果圖6.4小結(jié)(1).由于圓弧三邊形凸輪的對稱性及回轉(zhuǎn)中心與幾何中心重合，當凸輪旋轉(zhuǎn)時、不產(chǎn)生離心力。機構(gòu)工作時不易產(chǎn)生振動，凸輪機構(gòu)的使用不受凸輪轉(zhuǎn)速的限制。(2).圓弧三邊形全部由圓弧圍成，數(shù)控加工縮程簡單。(3).圓弧三邊形凸輪機構(gòu)的壓力角始終為零，不存在自鎖問題。(4).從動件速度變化服從連續(xù)函數(shù)，無剛性沖擊，運動特性較為合理圓弧三邊形是一種值得推廣應用的等寬凸輪麻形曲線。第七章行星輪系——凸輪減速機構(gòu)由于三邊形等寬凸輪機構(gòu)一周轉(zhuǎn)內(nèi),從動件完成三次往復運動，設(shè)計要求箱體前后往復移動必須與箱體上下移動相配合，所以其運動周期比較長，即要求凸輪的運轉(zhuǎn)速度較小，因此其動力來源行星輪減速機構(gòu)。行星輪機構(gòu)采用如下圖（7.1）所示。齒數(shù)齒輪1接電機，與卷揚機電機相連。行星架H作為凸輪的動力源。根據(jù)具有固定輪的行星輪系運動轉(zhuǎn)動比公式有:imnH=wHm/wHn=(wm-wH)/(wn-wH)=在轉(zhuǎn)化輪系中從動輪齒數(shù)的乘積/在轉(zhuǎn)化輪系中主動輪齒數(shù)乘積又當n為固定輪時，wn=0,則imnH=(wm-wH)/(0-wH)=-imH+1即imH=1-imnH所以行星輪減速機構(gòu)轉(zhuǎn)動比為i1H=1-iH13=1-(Z2*Z3)/(Z1*Z2’圖（6.3.5）行星輪減速機構(gòu)第八章槽輪機構(gòu)8.1槽輪機構(gòu)主要參數(shù)槽輪槽數(shù)Z=6；主動撥盤圓銷數(shù)n=1；中心距L=100mm；圓銷半徑r=5mm；曲柄長度槽深8.2運動分析如圖（8.2.1）所示為外槽輪機構(gòu)的任意位置。設(shè)撥盤和槽輪位置分別用和來表示，并規(guī)定和在圓銷進入?yún)^(qū)為負，在圓銷離開區(qū)為正。圖（8.2.1）槽輪機構(gòu)設(shè)圓銷至槽輪回轉(zhuǎn)軸心的距離為，在圖示位置時有：從上兩式中消去，并令,可得將上式對時間t求導，并令，則得：由上述兩式可知，當撥盤的角速度一定時，槽輪的角速度及角加速度的變化取決于槽輪槽數(shù)z。槽輪運動的角速度和角加速度的最大值隨槽數(shù)的減小而增大。8.3用matlab對機構(gòu)分析結(jié)果用matlab對槽輪分析結(jié)果如圖（8.3.1）所示（程序見附錄）：圖（8.3.1）分析結(jié)果第一條曲線為速度線圖，第二條為加速度線圖。第九章設(shè)計評價在本次設(shè)計中,在對自動粉墻機進行各個運動分析比較后,我們對各種機構(gòu)進行了比較和選擇,從運動可行性、效益性、成本等各個方面進行考慮。在粉墻機的相關(guān)運動中選擇出了合適的機構(gòu)。在實現(xiàn)抹漿機抹灰運動中，我們采用直動推桿圓柱凸輪來實現(xiàn)，通過電機輸入動力，皮帶和齒輪配合傳動。實現(xiàn)了鉸輪的預期轉(zhuǎn)速，也使推桿實現(xiàn)了預期的運動規(guī)律。抹灰運動預期運動規(guī)律為：電機轉(zhuǎn)速1000r/min，鉸輪轉(zhuǎn)速為500r/min，凸輪轉(zhuǎn)速為120r/min，推桿運動速度符合正弦運動規(guī)律。最大行程為100mm。在抹漿機前后進給運動中，我們采用三邊形等寬凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)，并用行星輪系來實現(xiàn)減速，槽輪機構(gòu)實現(xiàn)間歇運動，實現(xiàn)抹漿機前后運動的預期運動。在抹漿機上下運動中，我們采用了卷揚機帶動鋼索，實現(xiàn)抹漿機了勻速上升及下降。在機體左右運動中，通過電機帶動運動輪實現(xiàn)左右運動。在各個運動中我們選用的各個機構(gòu)基本上都滿足的預期的運動規(guī)律，能較好的實現(xiàn)各個運動，而且在運動可行性、成本等各個方面都達到了比較理想的狀態(tài)。只缺少電類部分的設(shè)計，所以可以說該機器的設(shè)計是成功的。但是唯一遺憾的是由于時間有限，沒能很好的完善機構(gòu)方案的設(shè)計，在前后移動機構(gòu)中抹灰箱前后的進退與停頓時間比例沒設(shè)置合理，進退時間過長，導致生產(chǎn)效率不高，為了改善這點，我們想到可以設(shè)計一個推回程與休止比例合理的凸輪機構(gòu)，以提高生產(chǎn)效率。第十章設(shè)計小結(jié)1.張慶遠小結(jié)：這是我們步入大學之后的第一次做課程設(shè)計，雖然有些茫然和不知所措，但是經(jīng)過兩周的奮戰(zhàn)我們的課程設(shè)計終于完成了。在沒有做課程設(shè)計以前覺得課程設(shè)計只是對這幾年來所學知識的單純總結(jié)，但是通過這次做課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設(shè)計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。

這次課程設(shè)計讓我體會很深，也學到了很多新東西。作為一名機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)大二的學生，我覺得能做類似的課程設(shè)計是十分有意義，而且是十分必要的。在已度過的大學時間里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去鍛煉我們的實踐面？如何把我們所學到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的課程設(shè)計就為我們提供了良好的實踐平臺。在這次課程設(shè)計中，充分利用了所學的機械原理知識，根據(jù)設(shè)計要求和運動分析，選用合理的分析方案，從而設(shè)計出比較合理的機構(gòu)來。這次課程設(shè)計，不僅讓我們把自己所學的知識運用到實際生活中去，設(shè)計一些對社會有用的機構(gòu)，也讓我們深刻體會到團體合作的重要性，因為在以后的學習和工作中，但靠我們自己個人的力量是遠遠不夠的，必須積聚大家的智慧，才能創(chuàng)造出令人滿意的產(chǎn)品來。這次課程設(shè)計也為我們以后的畢業(yè)設(shè)計打下了一個基礎(chǔ)，我相信，經(jīng)過這次設(shè)計，我們畢業(yè)設(shè)計的時候不再會象現(xiàn)在這么茫然了，也一定能做好它。通過這次設(shè)計，我們得出這樣一個結(jié)論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。學以致用才是學習的真諦！2.李亞鋒小結(jié)機械原理課程設(shè)計是一門實踐性比較強的課程。學習這門課程不僅提高了我們綜合運用機械原理課程理論的能力，也培養(yǎng)了我們分析和解決一般機械運動實際問題的能力，鞏固了我們所學的專業(yè)知識。同時也培養(yǎng)了我們自主學習和自主創(chuàng)新的能力。在實習過程中，我們遇到了許多棘手的問題，如機構(gòu)的選擇方案，機構(gòu)的運動分析等等。剛開始的時候，我真的感覺自己什么都不會，既不知道怎樣選擇方案，也不知道怎樣去運用輔助設(shè)計的程序，如solidworks,matlab.但是經(jīng)歷這整個設(shè)計的過程，我發(fā)現(xiàn)原來事情并不向我想象的那樣困難到根本無法動手，其實只要認真去學習還是可以學會的。通過這次實習，許多以前不知道的也開始慢慢了解，如畫圖軟件的運用，matlab程序設(shè)計，報告的撰寫等等。那些東西我以前基本上是空白的，通過這次自學，基本上懂得了該如何使用。當然，這是自己的第一次設(shè)計，肯定還有許多地方做得不夠完善，希望能在以后的設(shè)計中逐步得到改善，使自己日益臻于成熟，專業(yè)知識得到充實。通過這次實踐，我發(fā)現(xiàn)只要自己肯認真學，沒有什么事情是不可能做到的。3.周磊小結(jié)經(jīng)過兩周的奮戰(zhàn)我的課程設(shè)計終于完成了。在沒有做課程設(shè)計以前覺得課程設(shè)計只是對機械原理這門課所學知識的做一下單純總結(jié)，但是通過這次做課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設(shè)計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過程中所學到的東西是這次課程設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。參考文獻1.《機械原理》（第七版）高等教育出版社孫恒、陳作模主編2001年5月第6版2.《材料力學》（第四版）高等教育出版社孫訓方方孝書主編2002年8月第4版3.《機械設(shè)計課程設(shè)計圖冊》（第三版）哈爾濱工業(yè)大學出版社龔桂義,潘沛霖等主編4.《機械零件設(shè)計手冊》金工業(yè)出版社5.《互換性與技術(shù)測量基礎(chǔ)》華中科技大學出版社李軍主編6.《機械原理課程設(shè)計》高英武、楊文敏編著7.《機構(gòu)選型與運動設(shè)計》國防工業(yè)出版社楊黎明、楊志勤編著2007年6月第1版附錄直動推桿圓柱凸輪源程序及數(shù)據(jù)結(jié)果%凹槽圓柱凸輪機構(gòu)運動分析dr=pi/180;%弧度與角度轉(zhuǎn)換系數(shù)n=120;%圓柱凸輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)w=2*pi*n/60;%圓柱凸輪角速度h=0.12;%滾子水平運動最大距離R=0.06;%圓柱凸輪半徑r=0.01;%滾子半徑fi0=170*dr;%推程和回程角rm=R;%平均圓柱半徑i=1;%矩陣行數(shù)計數(shù)器fis=0;%循環(huán)初值bc=1;%步長fie=2*pi/dr;%循環(huán)終值forfi=fis:bc:fie%圓柱凸輪運動轉(zhuǎn)角if(fi>=0&fi<=5)s=0;%該區(qū)域內(nèi)位移、速度、加速度的計算式v=0;a=0;arf=atan(v/w/rm)/dr;%壓力角計算式x1=R*cos(fi*dr);%該區(qū)域內(nèi)兩實際輪廓曲線坐標方程y1=R*sin(fi*dr);z1=r;x2=R*cos(fi*dr);y2=R*sin(fi*dr);z2=-r;c(i,:)=[fisva];%矩陣c第i行中各列元素b(i,:)=[x1y1z1x2y2z2];%矩陣b第i行中各列元素d(i,:)=[arf];%矩陣b第i行中各列元素elseif(fi>5&fi<=175)s=h*(1-cos(pi*(fi-5)*dr/fi0))/2;%同上v=pi*h*w*sin(pi*(fi-5)*dr/fi0)/(2*fi0);a=pi^2*h*w^2*cos(pi*(fi-5)*dr/fi0)/(2*fi0^2);arf=atan(v/w/rm)/dr;%壓力角計算式x1=R*cos(fi*dr)+r*(v/w)*sin(fi*dr)/sqrt((v/w)^2+R^2);%同上y1=R*sin(fi*dr)+r*(v/w)*cos(fi*dr)/sqrt((v/w)^2+R^2);z1=R*sin(fi*dr)+r*R/sqrt((v/w)^2+R^2);x2=R*cos(fi*dr)-r*(v/w)*sin(fi*dr)/sqrt((v/w)^2+R^2);y2=R*sin(fi*dr)-r*(v/w)*cos(fi*dr)/sqrt((v/w)^2+R^2);z2=R*sin(fi*dr)-r*R/sqrt((v/w)^2+R^2);c(i,:)=[fisva];b(i,:)=[x1y1z1x2y2z2];d(i,:)=[arf];elseif(fi>175&fi<=185)s=h;v=0;a=0;arf=atan(v/w/rm)/dr;%壓力角計算式x1=R*cos(fi*dr);y1=R*sin(fi*dr);z1=R*sin(175*dr)+r;x2=R*cos(fi*dr);y2=R*sin(fi*dr);z2=R*sin(175*dr)-r;c(i,:)=[fisva];b(i,:)=[x1y1z1x2y2z2];d(i,:)=[arf];elseif(fi>185&fi<=355)s=h*(1+cos(pi*(fi-185)*dr/fi0))/2;v=-pi*h*w*sin(pi*(fi-185)*dr/fi0)/(2*fi0);a=-pi^2*h*w^2*cos(pi*(fi-185)*dr/fi0)/(2*fi0^2);arf=atan(v/w/rm)/dr;%壓力角計算式x1=R*cos(fi*dr)+r*(v/w)*sin(fi*dr)/sqrt((v/w)^2+R^2);y1=R*sin(fi*dr)+r*(v/w)*cos(fi*dr)/sqrt((v/w)^2+R^2);z1=-R*sin(fi*dr)+r*R/sqrt((v/w)^2+R^2);x2=R*cos(fi*dr)-r*(v/w)*sin(fi*dr)/sqrt((v/w)^2+R^2);y2=R*sin(fi*dr)-r*(v/w)*cos(fi*dr)/sqrt((v/w)^2+R^2);z2=-R*sin(fi*dr)-r*R/sqrt((v/w)^2+R^2);c(i,:)=[fisva];b(i,:)=[x1y1z1x2y2z2];d(i,:)=[arf];else(fi>355&fi<=360)s=0;v=0;a=0;arf=atan(v/w/rm)/dr;%壓力角計算式x1=R*cos(fi*dr);y1=R*sin(fi*dr);z1=r;x2=R*cos(fi*dr);y2=R*sin(fi*dr);z2=-r;c(i,:)=[fisva];b(i,:)=[x1y1z1x2y2z2];d(i,:)=[arf];endi=i+1;end%凹槽凸輪機構(gòu)輸出參數(shù)['圓柱凸輪轉(zhuǎn)角''滾子水平位移''滾子水平速度''滾子水平加速度''壓力角''x1''y1''z1''x2''y2''z2'][c(:,1)c(:,2)c(:,3)c(:,4)d(:,1)b(:,1)b(:,2)b(:,3)b(:,4)b(:,5)b(:,6)]%輸出運動參數(shù)圖subplot(4,1,1);plot(c(:,1),c(:,2))%位移與轉(zhuǎn)角函數(shù)圖subplot(4,1,2);plot(c(:,1),c(:,3))%速度與轉(zhuǎn)角函數(shù)圖subplot(4,1,3);plot(c(:,1),c(:,4))%加速度與轉(zhuǎn)角函數(shù)圖subplot(4,1,4);plot(c(:,1),d(:,1))%壓力角與轉(zhuǎn)角函數(shù)圖figure(2)plot3(b(:,1),b(:,2),b(:,3),b(:,4),b(:,5),b(:,6))%實際輪廓曲線圖圓弧三邊形等寬凸輪源程序及數(shù)據(jù)結(jié)果%圓弧三邊形等寬凸輪機構(gòu)運動分析R=12;%大圓半徑（單位cm）r=2;%小圓半徑（單位cm）c=(R-r)/sqrt(3);%焦距n=1;%凸輪轉(zhuǎn)速w=2*pi*n/60;%凸輪轉(zhuǎn)速i=1;%循環(huán)計數(shù)器fis=0;%循環(huán)初值bc=0.05;%步長fie=2*pi/3;%循環(huán)終值forfi=fis:bc:fieif(fi>=0&fi<=pi/6)s=R-c*cos(fi);v=c*w*sin(fi);a=c*w^2*cos(fi);b(i,:)=[fisva];elseif(fi>pi/6&fi<=pi/2)s=r+c*cos(pi/3-fi);v=c*w*sin(pi/3-fi);a=-c*w^2*cos(pi/3-fi);b(i,:)=[fisva];else(fi>pi/2&fi<=2*pi/3)s=R-c*cos(2*pi/3-fi);v=-c*w*sin(2*pi/3-fi);a=c*w^2*cos(2*pi/3-fi);b(i,:)=[fisva];endi=i+1;end%輸出運動參數(shù)['凸輪轉(zhuǎn)角''輸出位移''輸出速度''輸出加速度'][b(:,1)b(:,2)b(:,3)b(:,4)]%輸出運動參數(shù)圖subplot(3,1,1);plot(b(:,1),b(:,2))subplot(3,1,2);plot(b(:,1),b(:,3))subplot(3,1,3);plot(b(:,1),b(:,4))凸輪轉(zhuǎn)角輸出位移輸出速度輸出加速度06.226500.06330.05006.23370.03020.06320.10006.25530.06040.06300.15006.29130.09040.06260.20006.34160.12010.06210.25006.40600.14960.06130.30006.48440.17870.06050.35006.57650.20730.05950.40006.68230.23540.05830.45006.80130.26300.05700.50006.93330.28990.05560.55007.07450.2884-0.05560.60007.20580.2615-0.05710.65007.32400.2339-0.05840.70007.42900.2057-0.05950.75007.52040.1771-0.06050.80007.59800.1479-0.06140.85007.66160.1185-0.06210.90007.71110.0887-0.06260.95007.74630.0587-0.06301.00007.76710.0285-0.06321.05007.7735-0.0017-0.06331.10007.7655-0.0319-0.06321.15007.7430-0.0620-0.06301.20007.7062-0.0920-0.06261.25007.6552-0.1218-0.06201.30007.5900-0.1512-0.06131.35007.5108-0.1803-0.06041.40007.4179-0.2089-0.05941.45007.3114-0.2370-0.05821.5