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机械技术
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机械原理 钢板翻转机构

2020-04-04 17:16所属:糖果派对


  

  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 一同转至铅垂偏右 8°左右,W1 折回到水平,与此同时, W2 顺时针方向转动到水平。 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 一同转至铅垂偏右 8° 左右。 过程三:W1 折回到水平,与此同时,W2 顺时针方向转动到水平。 五、给出方案设计数据 AD长度L4 CD及C1D长度L3 右板与左板贴合时∠ADC大小 右板与左板贴合时∠ADC1大小 1500 500 22° 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= ? ∠ADC1= ? 且 CD=C1D=L3 AD= L4 则当右夹板与左夹板贴合时α =22?,β =120? 在三角形 ACD 中, COS? ? 2 ? L2 AD2 ? CD 2 ? AC 2 L2 3 ? AC ? 4 , 2 * AD * CD 2 * L 4 * L3 即AC2 ? L24 ? L23 ? 2 * L4 * L3 * COS? , AC ? L2 ? L1 ①, L2 ? L2 AD2 ? C1D2 ? AC1 3 ? AC 1 ? 4 , 在三角形 AC1D 中, COS? ? 2 * AD * C1D 2 * L4 * L3 即 AC12=L42+L32-2*L3*L4*COS ? ,AC1=L2+L1② 由①②带入数值解得:L2=1428, L1=374.8 2 2 右板设计计算 图四 ∠A=20° ∠A+∠ADF=180° 则∠ADF=160° 在△ADF 中 AD=1500 ,DF=450, ∠ADF=160° 算得: AF=1929.01 ∠DFA=15.4° ∠AFE=∠DFE-∠DFA=40°-15.4°=24.6° 在△AFE 中 AF=1929.01,EF=500,∠AFE=24.6° 算得: AE=1489(即 L22) 在△AF E1 中 算得: A E1 =2126.54(即:L12+ L22) 故:L12=637.54 L22=1489 AF=1929.01 ∠AF E1 =24.6°+82°=106.6° F E1 =500 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。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,使交接钢板的重合 位于垂直方向向右偏 8°的,再转 180°同时回到初始,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 a1 、连杆长度 b1 (在图中体现为 QA,TB 长度) 、摇杆长度 c1 。 O1 A 、 O1B 为摇杆的两极限,O1C 为 ?AO1B D 的角平分线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: O1C,O2M PC 450mm 2000mm 在图中: PA=PC-AC= b1 - a1 ③ PA=PT+TB-AC-BC= a1 + b1 - 2AC ④ 由③④得: a1 = AC AC= BC= O1C tan∠AO1C =450* tan49°=517.67mm 即: 又因 解得: a1 =517.67mm b1 + a1 = PC +BC b1 = PC =2000mm c1 = O1C 450 ? =685.91mm cos∠AO1C cos 49o 左摇杆长 c1 =685.91mm 左曲柄长 a1 =517.67mm 左连杆长 b1 =2000mm 右边曲柄摇杆机构的尺寸 设曲柄长度 a2 、连杆长度 b2 、摇杆长度 c2 。 O2 D 、 O2 E 为摇杆分别为水平,垂 直向右偏 8 °的两, O2 F 为 ?DO2 E 的角平分线 F = ∠ 。过 P 作 O2 F 的垂线 M⊥PM 于点 M。 EO2 F =41° PM=PC+O1O2=2450mm O2M=450mm 2 2 PO2= PM ? O2 M =2491mm tan∠PO2M=PM/O2M=5.44 则 已知 则 得 ∠PO2M=79.6° ∠DO2M=50° ∠PO2D=∠PO2M-∠DO2M=29.6° ∠PO2F=∠PO2D+∠ DO2 F =70.6° O2F= PO2*cos∠PO2F=2491× cos70.6° =827.41mm 2 2 2 2 PF= PO2 ? O2 F ? 2491 ? 827.41 ? 2624.82mm O2D= c 2 =O2F/COS ?DO2 F =1096.33mm 2 2 DF =EF= O2 D ? O2 F ? 719.26mm 所以 又因 联立可得: b2 + a2 =PF+EF=3344.08mm 2 a2 =DF+EF a2 =719.26mm b2 =2624.82mm 右摇杆长 c2 =1096.33mm 右曲柄长 a2 =719.26mm 右连杆长 b2 =2624.82mm 如图 8 整体分析:如图 8,设曲柄角速度 ? 1 ,与长度 l 1,机架夹角 ? 1 ,连杆与机架夹角 ? 2 ,摇杆角 速度 ?3 ,长度 l3 、与机架夹角 ? 3 , 则 α =90°- ? 1 ? ? 2 β =90°- ? 3 ? ? 2 因为 即 得 w1* l1* cos? ? w3 * l 3 * cos ? w1* l1 * sin(?1 ? ? 2) ? w3 * l 3 sin(? 3 ? ? 2) w3 ? w1* l1* sin(? 1 ? ? 2) l 3 * sin(? 3 ? ? 2) 当曲柄和连杆共线,即摇杆在两个极限时的 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 摇杆在两个极限时的速度为 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 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 方案二 可行 方案三 可行 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 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、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 p ? Tn 3000 ? 15 kW= =4.71kw 9550 9550 根据已知传动装置总效率与装置总效率之比 ? ,求得电动机输出功率为: ? 3、电动机额定功率 4.71 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 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不放 而别人。解释不清、方式不对都会直接在无意状态里队友。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。


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