机械原理课程设计 设计说明书

设计题目； 钢板翻转机结构设计 设计者：

专业： 机械设计制造及其自动化

学号： 指导老师：

南京农业大学工学院

2012-6-20 1

目录 一、设计题目----------------------------- ----2 二、设计目的----------------------------------2 三、设计任务----------------------------------2 四、具体要求----------------------------------2 五、运动方案设计------------------------------2 方案一 -----------------------------------2 方案二------------------------------------5 方案三------------------------------------11 六、心得体会----------------------------------16 2

一、 设计题目 <>

二、设计目的 1、使学生初步了解机械设计的全过程，得到根据功能需要拟定机械运动方案的训练，具备初步的机构选型、组合和确定运动方案的能力； 2、以机械系统运动方案设计为切入点，把机械原理课程各章的理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理论知识； 3、使学生掌握机械运动法案涉及的内容、方法、步骤，并对动力分析与设计有一个较完整的概念； 4、进一步提高学生运算、绘图以及运用计算机和技术资料的能力； 5、通过编写说明书，培养学生表达、归纳、总结的能力； 6、培养学生综合运用所学知识，理论联系实际，独立思考与分析问题的能力和创新能力。

三、设计任务 针对某种简单机器（其工艺动作比较简单），按照给定的机械总功能要求，分解功能，进行机构的选型与组合，涉及机械的运动方案；对运动方案进行对比.评价和选择，画出机构运动简图，指定机构运动循环图；对选定方案中的机构—连杆机构.凸轮机构.齿轮机构.其他常用机构和组合机构等进行运动分析和尺度综合；进行机械动力分析，设计飞轮。

四、具体要求 该机具有将钢板反转180°的功能，钢板翻转机的工作过程如下。当钢板T由轨道传送至左翻版W1后，W1开始顺时针方向转动。转至铅垂位置偏左10°左右时，与逆时针方向转动的右翻版W2回合。接着，W1与W2一同转至铅垂位置偏右10°左右，W1折回到水平位置。与此同时，W2 顺时针方向转动到水平位置，从而完成钢板翻转任务 已知条件 （1）原动件由旋转式电动机驱动； （2）每分钟翻钢板10次； （3）其他尺寸已经给出； （4）许用传动角【γ】=50°

五、设计方案 1方案 一：采取曲柄摇杆机构传动。 3

（1）、曲柄摇杆机构的最佳选择 根据题目所给要求以及翻转机本身运动性质，翻转板相当于规定了摆角的摆杆，因此联想到曲柄摇杆机构，现列举以下几种符合设计要求的曲柄摇杆机构如图：

图 （1） 图（2） 图（3） 其中B为曲柄，A为摆杆（翻转机构中为承载钢板的翻转板），现分析三种机构的可行性，以得到最优设计方案。图1虽是最简单的曲柄摇杆机构，但用它作为设计方案显然有很大的不足，首先利用这种方案，会使翻转机的结构尺寸过大，工作空间过大，结构不紧凑不便于安装。其次可操作性不强，危险性大。 同样，图（2）机构结构过于复杂，且对其运动分析相对困难，机构所占整个空间过大，不便于安装。 与前两者比较。图（3）结构简单，紧凑，且计算分析相对容易，显然为最佳方案。

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图(4) (2）机构组成：曲柄、滑块、摆杆、机架 （3）、工作原理：左侧和右侧翻板转动过程如图（5）、图（6）所示。

图5 图6 整个过程，翻转板随着曲柄的圆周匀速转动而做变速摆动，摆动最大角度为110度，由于左右两翻板要求在0C到OE区域内要完全配合，因此两翻转板在0C时两板相遇，到时0E两板分离，分离时左侧板的速度为零，右侧仍带有相应的速度，继续顺时转动到OA’,然后又继续摆到OC(OC’)，左侧板则快速返回至OA，然后摆到OC与左侧板相遇。如此周期性地运动。 (4)数据分析说明 根据机械原理教材第九章“平面连杆机构及其设计”的内容，设计如图（3）的曲柄摇杆机构。通过SAM6.0软件可以绘出摆杆（翻转板）的“速度-时间”图如图（7）所示.经计算可得，因为T=6s，曲柄角速度W=60rad/s,由图像可以分析出图中的速度时间关系可以分成两段，每段函数都是轴对称图形。 5

图7 (5)分析方案存在的缺陷： 经仔细研究此方案，仍有大量不足。由于我们设计的翻转机在OC至OE这一区域内，对两板的角速度的精确程度很高且必须在同一时刻两板角速度同步，但曲柄摇杆机构有其自身的局限性，若不加其他任何结构（比如凸轮），则其摆杆的角速度不可人为地随意更改。这就导致了两板在OC至OE区域内，它们的配合很不协调。由图像可以看出速度对称，令左侧板的角速度为W1,右侧为W2。在OC至OD区域内W1>W2,0D处W1=W2,0D至0E区域内W1前10°内，两板会发生碰撞，转到0D后两板又将有分离的趋势。此结构一方面会导致机构本身的损坏，另一方面钢板可能会在这个过程掉落。所以在这段区域内该机构没有达到设计的要求。 (6)解决不足 经以上分析可以看出，单纯地用曲柄摇杆机构无法使两板在OC至OD区域内保持相同角速度转动即满足不了特定的运动规律。因此我们可以考虑，使左侧的结构保持不变，右侧利用内凸轮机构，来改变翻转板的角速度，使之与左侧的板在OC至OD区域内对应。具体地说明见方案二。 (7)总结 此方案虽然在两板运动配合上不合理，但它是后续研究方案的基础，后续方案是借鉴此方案加以创新、修改、设计而成。有很大的参考价值。

2、方案二：凸轮与曲柄摇杆组合机构。 6

(1)机构简图 图一 注：1：主动件 3：滑块 4：左翻板 5：辊道 6：齿轮 7：右翻板 8：推杆 9：滚子 10：凸轮 11：固定铰支座 说明：6和7固定连接，8的左端通过齿条与6连接，4左右两部分的夹角为140 6与11同轴，为便于读者观察，将二者错开放置

(2)工作原理

图二 如图一，原动件1做匀速圆周运动，通过曲柄滑块带动4做往复摆动；如图二，当4的上半部分从水平线下10°的位置1转到铅垂线左10°的位置3的过程中，7在8、9、10的配合带动下从水平位置转到铅垂位置左10°的位置3，此过程4单独工作，7为空行程；4与7同时达到左配合极限时，二者以同样的角速度转过20°达到铅直位置右10°的位置4，此过程为二者的配合过程；此后，4径直返回初始位置及水平位置下10°的位置1，7托送钢板返回其初始位置及水平位置及位置5。 此外，为了使7到达铅直位置右10°的位置4时的角速度与4相同，4需要提前转过一个小角度5°到达位置2，再返回，以保证7有足够时间加速到与4 7

相同的角速度。 a机构尺寸及运动参数的确定 根据设计要求，机构运动周期为6s，所以，图一中两个原动件1、6的角速度为60°∕s。 各杆件尺寸：如图一，1为300mm,4的上半部分为600mm，6的半径为50mm,9的半径为10mm，

(3)曲柄摇杆机构运动分析： a、曲柄摇杆机构的起始运动位置，如图三：

图三 规定 ：、角在OO'上方为负值，在下方为正值。此时，由几何关系知：1=35-，

-551

b、曲柄摇杆机构的终止位置，如图四：

图四 此时，553522，

A B 8

c、两翻板配合左极限位置，如图五：

图五

此时，35sinarcsin12ll（取钝角），,35sinarcsin-150123ll303 d、曲柄摇杆在任意位置，如图六：

图六 此时，对D点处滑块进行速度分解，D的绝对速度av由滑块相对于翻板P的相对

速度rv和翻板P的牵连速度ev合成，即reavvv，速度矢量三角形如图七：

1l2lP 9

图七

此时，OD的角速度就等于翻板P的角速度，即pe

cos2-cos2-212221212lllllll --90 cos2-sin21222110plllll）（ 35-t ， )6,0(t （4）用SAM6.0进行运动仿真 根据上式可以确定翻板的角速度，经SAM仿真验证正确。 其结构简图如图八：

图八

av ev rv 10 翻板末端速度图像如图九：

图九 凸轮尺寸设计 构件6、7、8的配合关系如图十：

图十

凸轮四个过程角度分配为：近休止角：60°，推程角：150°，远休止角：60°，回程角：90°。推程采用正弦运动规律，回程的配合过程根据p的表达式确定，其余部分采用余弦运动规律。其运动速度图如图十一：