机械原理-钢板翻转机构

机械原理-钢板翻转机构.(共15页)
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一、题目
实现内容：将钢板翻转180°
实现过程：当钢板T由辊道送至左翻板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板W2会合。

接着，W1与W2一同转至铅垂位置偏右8°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。

机构原理图：
图一
二、已知条件：
1）原动件由旋转式电机驱动；
2）每分钟翻钢板15次；
3）其他尺寸如图所示；
4）许用传动角[γ]=40°
三、设计任务
1、提出可能的运动方案，进行方案分析评比，选出一种运动方案进行设计；
2、确定电动机的功率与转速；
3、设计传动系统中各机构的运动尺寸，绘制钢板翻版机机构的运动简图；
4、用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。

5、图纸上绘出最终方案的机构运动简图（可以是计算机图）并编写说明书。

四、过程分解
过程一：左翻板W1开始顺时针方向转动，转至铅垂位置偏左10°左右。

右翻板再次过程中也逆时针转动向左板靠近，直至贴合。

过程二：左翻板W1与右翻板W2一同转至铅垂位置偏右8°左右。

过程三：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。

五、给出方案设计数据
AD长度L4 1500
CD及C1D长度L3 500
右板与左板贴合时∠ADC大小 22°
右板与左板贴合时∠AD C1大小 120°
六、提出方案
方案一
运动简图：
图二
左板设计计算
图三
图中AD=1500 CD=500 令∠ADC=α ∠AD C 1=β 且CD=C 1D=L 3 AD= L 4
则当右夹板与左夹板贴合时α=22ْ，β=120ْ
在三角形ACD 中， ,**2**23
4223
24222L L AC L L CD AD AC CD AD COS -+=-+=
α 12342,***22324L L AC COS L L L L AC -=-+=α即①，
在三角形AC 1D 中，,**2**23
42
12
32412
1212L L AC L L D C AD AC D C AD COS -+=-+=
β 即AC 12=L 42+L 32-2*L 3*L 4*COS β,AC 1=L 2+L 1② 由①②带入数值解得：L2=1428, L1=
右板设计计算
图四
∠GDA=20°
∠GDA+∠ADF=180° 则∠ADF=160° 在△ADF 中 AD=1500 ,DF=450, ∠ADF=160° 算得：
AF= ∠DFA=°
∠AFE=∠DFE-∠DFA=40°°=° 在△AFE 中 AF=，EF=500，∠AFE=° 算得：
AE=1489(即L 22)
在△AF 1E 中 AF= ∠AF 1E =°+82°=° F 1E =500 算得：
A 1E =（即：L 12+ L 22） 故：L 12= L 22=1489
方案二
排除左右夹板的曲柄在一个平面的相互干扰，设计左右夹板同轴但不同平面的圆周上运动。

运动简图
钢板运送到左板，左板水平
图五
两板同时偏转到垂直偏右8°
图六
实现钢板180°翻转，右板水平
图七
如图五、图六所示，分别是两套曲柄摇杆机构的极限位置。

当曲柄以15r/min 速度顺时针旋转了180°时，两摇杆恰好同时到达极限位置，使交接钢板的重合位置位于垂直方向向右偏8°的位置，再转180°同时回到初始位置，且曲柄的转动是匀速的，从而实现同时进程，同时回程，往复循环。

设计计算
左夹板曲柄摇杆机构的尺寸
设曲柄长度1a 、连杆长度1b （在图中体现为QA,TB 长度）、摇杆长度1c 。

1O A 、1O B 为摇杆的两极限位置，1O C 为1AO B D 的角平分线。

根据题意，
1AOC ∠=49° 1BOC ∠=49°。

过P 作1O C 的垂线，分别交过曲柄轴线的水平线于点A 、C 、B 。

设计尺寸：
在图中： PA=PC-AC=1b -1a ③ PA=PT+TB-AC-BC=1a +1b - 2AC ④ 由③④得： 1a = AC
AC= BC= O 1C tan 1AO C ∠=450* tan49°= 即： 1a =
又因 1b + 1a = PC +BC 解得： 1b = PC =2000mm
1c =11450
cos cos 49o
O C AO C =∠=
左摇杆长1c = 左曲柄长1a = 左连杆长1b =2000mm 右边曲柄摇杆机构的尺寸
设曲柄长度2a 、连杆长度2b 、摇杆长度2c 。

2O D 、2O E 为摇杆分别为水平，垂直向右偏8°的两位置，2O F 为2DO E ∠的角平分线。

根据题意，∠2DO F =∠2EO F =41°。

过P 作2O F 的垂线，过O 2作2O M ⊥PM 于点M 。

PM=PC+O 1O 2=2450mm O 2M=450mm
PO 222
2PM O M + tan ∠PO 2M=PM/O 2M= 则 ∠PO 2M=° 已知 ∠DO 2M=50°
则 ∠PO 2D=∠PO 2M-∠DO 2M=° 得 ∠PO 2F=∠PO 2D+∠2DO F =° O 2F= PO 2*cos ∠PO 2F=2491×°=
2222
222491827.41PO O F -=-=
图7
O 2D=2c =O 2F/COS 2DO F ∠=
DF =EF=22
22O D O F -=
所以 2b +2a =PF+EF= 又因 22a =DF+EF 联立可得： 2a = 2b = 右摇杆长2c = 右曲柄长2a = 右连杆长2b =
如图8
整体分析：如图8，设曲柄角速度1ω，与长度l 1,机架夹角1θ，连杆与机架夹角2θ，摇杆角速度3ω,长度3l 、与机架夹角3θ，
则 α=90°-21θθ-
β=90°-23θθ+
因为 βαcos *3*3cos *1*1l w l w =
即 w1*1l *)23sin(3*3)21sin(θθθθ-=+l w 得 )
23sin(*3)
21sin(*1*13θθθθ-+=
l l w w
当曲柄和连杆共线时，0021==θθ,摇杆速度为0，即摇杆在两个极限位置时的速度为0，这样有助于顺利盛放和交接钢板，避免冲撞，而在中间过程时速度较快，能够节省时间，以满足每分钟翻钢板十五次的要求。

方案三
可行度 优缺点
方案一
可行
磨损大，容易使构件损坏
方案分析比较
由以上分析可知，方案二为最优方案，方案三暂不予考虑。

对系统进行仿真：输出各类曲线 左板角度曲线：
左板Y 方向上位移曲线：
左板X 方向上位移曲线
方案二 可行
摇杆在两个极限位置时的速度为0，这样有助于顺利盛放和交接钢板，避免冲撞，而在中间过程时速度较快，能够节省时间
方案三 可行
凸轮机构运动稳定，但是计算和调试复杂，加工精度不容易得到保证
合成总位移曲线左板速度曲线：左板加速度曲线右板角度曲线：
右板Y方向上位移曲线右板X方向上位移曲线合成总位移曲线
右板速度曲线
右板加速度曲线
三、传动装置
1、电动机选择
由题意采用旋转式电机驱动 2、工作所需功率
根据工作要求，工作机主动轴的输出转矩约为T=3000（N·m ）和转速n=15r/min ，则工作机主动轴所需功率为9550Tn p =
kW=300015
9550
⨯= 根据已知传动装置总效率与装置总效率之比η，求得电动机输出功率为：
4.71
η
3、电动机额定功率
根据电动机输出功率4.71
，通过资料查询,即可确定电动机额定功率。

4、传动装置总传动机构原动件曲柄转速=10，电动机的满载转速=960,则传动装置总传动比为i=96。

四、设计心得
这周的机构创新设计感受很多，记忆深刻。

这周里有喜悦，自己
通过自己的想法来设计和解决问题，激发了我的想象力，增加了我对
机构设计的兴趣，最后的成果增加了我学习的动力。

这周里有忐忑，
时间很紧，面对的问题很棘手，经验和知识储备不足，这些催生着心
里隐隐的无力感。

回顾这一周，收获的感悟蛮多。

首先，认识到了团队的重要性。

个人有其局限性，无论知识还是心理承受能力。

往往通过讨论，能激
发解决原先无从下手的问题，团队相互鼓励，能克服自己的沮丧和增
加个人的信心。

隐隐的意识到，成就任何事情，单靠自己都是做不成
的。

其次，认识到创新的重要性。

头脑里固有的思维，习惯总是会将
自己陷在问题里，在一种思路上纠结不清。

而往往只有通过创新，通
过一种新的角度才能使所有的问题都得到顾及，而解决问题。

再次，
就是平时生活的观察能力。

小组里提出的想法最有价值的，能对已有
想法进行合理评估的，是那些平时注意观察生活，对类似构件有所了
解的。

我知道了，聪明在于用心和用脑的积累，他不是生来就有的。

最后，就是人际处理技巧。

组员之间讨论免不了是不同意见的交锋，
免不了对自己的意见固守不放而伤害别人。

解释不清、方式不对都会
直接在无意状态里伤害队友。

想法要深思熟虑，要先倾听别人，以尊重来换取尊重，团队的效率才是最重要的。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，也是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。

在这个过程里，提高了我们解决具体工程实践问题的能力和增加了我们迈向社会的信心。

感谢老师的课程安排和指导老师对我们的指导和帮助。