机械创新设计范例5

•
else if(Q>120&&Q<140)
•
s=60;
• else if(Q>=140&&Q<320)
•
{
2001年7月
5.齿轮尺寸
• 齿轮数为2， • 模数m=1.5 • 齿数z1=30 • z2=15
2001年7月
6..凸轮尺寸设计
• 基圆半径r=12.6mm • 偏心距e=5mm • 从动件运动规律
在0~180度按余弦加速度 规律上升
在180~200处于最高点不 动
在200~320度按等加速等 减速运动规律
Dr13= sin (30-60) cos(30-60) sin60
0
0
1
0.87
0.5 0.5
= -0.5
0.87 0.87
0
0
1
于是B2，B3刚化反转后的位置B2’ B3’的坐标为
2001年7月
XB2
XB1
YB2 =Dr12 * YB1
1
1
XB3
XB1
YB3 = Dr13 * YB1
1
1
注：如上所示都是矩阵形式
2001年7月
设计题目 ：爬杆机械猫
2001年7月
爬行动画演示
2001年7月
一 工作原理 及工艺过程
• 模仿尺蠖 （“尺蠖之屈，以求伸也”）向上 爬行动作，同时伸头，摆尾 .
• 功能分解为：爬杆功能 伸头功能 摆尾功能
2001年7月
二 设计要求
• 1.本产品属于玩具类，因此对动感效果要求高 一点。
• L1=50cm L2=150cm e=0 推出此机构u=0 故此机构无急回特性。Umax=arcsin(50/150)= 19.5因为此机构并非大功率机构，故最大压力角符合要 求。
百度文库下面计算曲柄转动角度和滑块位移的关系： 设a=0,s=0;a=F ,s=20-lAB
故只需求得lAB与cos之间的关系。 cos=(lAB*lAB-200)/10*lAB
2001年7月
2.伸头功能的实现
• 方案一 由凸 轮机构实现
2001年7月
• 方案二 由平面 六杆机构实现
2001年7月
2001年7月
• 方案三 由平面 四杆机构实现
（伸头）动力传输
• 齿轮1固连在曲柄上， 由电机带动，齿轮1 与齿轮2外啮合，齿 轮3与齿轮2同轴。
2001年7月
3.摆尾功能实现
2001年7月
三.尺寸设计及整体图形
2001年7月
1.整体图形
2001年7月
2.运动循环图
主轴转角 0
90
（度）
180
270
360
爬杆机构
上自锁套自锁，下自 下自锁套自锁，上自
锁套松开
锁套松开
伸头机构
伸头
缩回
摆尾机构
左摆
右摆
2001年7月
3.连杆运动分析及尺寸计算
2001年7月
• 设杆1作逆时针转动， 且=0时为初始位置， 此时自锁套锁定，自 锁套4向上滑动。故 在0〈<180之间，可 看成以杆3为曲柄， 杆2为连杆，自锁套4 为滑块的曲柄滑块机 构。现就这一过程作 出分析：
2001年7月
爬杆运动示意简图（一）
• 图a .为初始状态，上 下自锁套处于最远极 限位置同时锁紧
2001年7月
爬杆运动示意简图（二）
• 图 b状态曲柄逆时针 方向转动，上自锁套 锁紧，下自锁套松开， 被曲柄连杆带动上爬。
2001年7月
爬杆运动示意简图（三）
• 图c状态曲柄已越过 最高点，下自锁套锁 紧，上自锁套松开， 被曲柄带动上爬，如 此周而复始，实现自 动爬行。
• 2.保证机器人能顺利完成爬杆的功能，并在上 升时完成伸头以及摆尾的动作。
• 3.机构的重量不宜过重，各零件大小要适中。 • 4.本产品只是力求爬杆动作的新颖，故对于其
他功能并不作太严格的要求。
2001年7月
三 设计方案的构思及分析
（各功能的实现方案及选择）
2001年7月
1.爬杆功能的实现
• 爬行机构是简单的曲 柄滑块机构，其中电 机与曲柄固连，驱动 装置运动。上下四个 自锁套是实现上爬的 关键机构。
• void main()
•{
•
double Q,s,p,s0,xb,yb,t,m,yc,xc,rr,dxb,dyb;
• s0=76.32; rr=15; cout<<"enter Q=";
•
cin>>Q;
•
2001年7月
• if (Q<=120)
•
s=Q/2-30*sin(pi*Q/60)/pi;
• 当自锁套有向上运动 趋势时，锥套.钢球 与圆杆之间会形成可
靠的自锁，使装置不 下滑，而上行时自锁
解除。
2001年7月
爬杆机构（单侧）
• 1.上自锁套
2
• 2.电机
1
• 3.曲柄
• 4.圆杆
• 5.连杆
• 6.下自锁套
2001年7月
自锁套结构图
• 1.钢球 • 2.圆杆
2001年7月
动画示意（请点击）
• 计算原动件AB对从动件， 连架杆CD的相对位移矩 阵Dr12,Dr13
2001年7月
cos(10-20) -sin(10-20) 1-cos20
• Dr12= sin(10-20) cos(10-20) sin20
0
0
0
0.98 -0.17 0.02
= 0.17 0.98 0.34
0
0
0
cos(30-60) sin(30-60) 1-cos60
在320~360度停留在最低 点
编程计算（程序见下）
按计算结果画图如右：
2001年7月
凸轮计算程序（C++）
• #include <iostream.h>
• #include <math.h>
• #define e 24
• #define pi 3.14159
• #define k 57.29578
解得：cosF =lAB/10-20/lAB 10<lAB<20
当180<<360，自锁套4自锁，自锁套3可以向上运动。 此时由于压力角非常大，故曲柄不应太长，
cos=lAB/10-20/lAB lAB由10增加到20cm
2001年7月
LAB运动分析图
2001年7月
4.摆尾部分尺寸设计
• AB 为曲柄转动范围-20~20度。设A点坐标 （0，0），D点坐标 （75，0）当AB杆从 AB1转过10和30度时， CD杆转动20和60度。
• 方案一
•
如右图
2001年7月
• 方案二 • 如右图
2001年7月
4.方案分析与评价
• 1）选择原则： 所选方案是否能满足要求的性能指标，结
构是否简单.紧凑，制造是否方便，成本是否低。
• 2）经过前述方案评价方法，采用价值工程法进行分析 论证，确定方案 伸头功能：方案一 摆尾功能：方案二 为最佳合理方案。