机械创新设计范例2

机械创新设计欢迎进入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。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。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.电机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）2001年7月爬杆运运动示示意简简图（（一））图a.为为初始始状态态，上上下自自锁套套处于于最远远极限限位置置同时时锁紧紧2001年年7月月爬杆运运动示示意简简图（（二））图b状态态曲柄柄逆时时针方方向转转动，，上自自锁套套锁紧紧，下下自锁锁套松松开，，被曲曲柄连连杆带带动上上爬。。2001年年7月月爬杆运运动示示意简简图（（三））图c状状态曲曲柄已已越过过最高高点，，下自自锁套套锁紧紧，上上自锁锁套松松开，，被曲曲柄带带动上上爬，，如此此周而而复始始，实实现自自动爬爬行。。2001年年7月月2.伸伸头功功能的的实现现方案一一由由凸轮轮机构构实现现2001年年7月月方案二二由由平平面六六杆机机构实实现2001年年7月月方案三三由由平面面四杆杆机构构实现现2001年年7月月（伸头头）动动力传传输齿轮1固连连在曲曲柄上上，由由电机机带动动，齿齿轮1与齿齿轮2外啮啮合，，齿轮轮3与与齿轮轮2同同轴。。2001年年7月月3.摆摆尾功功能实实现方案一一如右图图2001年年7月月方案二二如右图图2001年年7月月4.方方案分分析与与评价价1）选选择原原则：：所选方方案是是否能能满足足要求求的性性能指指标，，结构构是否否简单单.紧紧凑，，制造造是否否方便便，成成本是是否低低。2）经经过前前述方方案评评价方方法，，采用用价值值工程程法进进行分分析论论证，，确定定方案案伸头功功能：：方案案一摆尾功功能：：方案案二为最佳佳合理理方案案。2001年年7月月三.尺尺寸设设计及及整体体图形形2001年年7月月1.整整体图图形2001年年7月月2.运运动循循环图图主轴转角（度）090180270360爬杆机构上自锁套自锁，下自锁套松开下自锁套自锁，上自锁套松开伸头机构伸头缩回摆尾机构左摆右摆2001年年7月月3.连连杆运运动分分析及及尺寸寸计算算设杆1作逆逆时针针转动动，且且f=0时时为初初始位位置，，此时时自锁锁套锁锁定，，自锁锁套4向上上滑动动。故故在0〈f<180之之间，，可看看成以以杆3为曲曲柄，，杆2为连连杆，，自锁锁套4为滑滑块的的曲柄柄滑块块机构构。现现就这这一过过程作作出分分析：：2001年年7月月L1=50cmL2=150cme=0推推出此此机构构u=0故故此此机构构无急急回特特性。。Umax=arcsin(50/150)=19.5因因为此此机构构并非非大功功率机机构，，故最最大压压力角角符合合要求求。下面计计算曲曲柄转转动角角度和和滑块块位移移的关关系：：设a=0,s=0;a=F,s=20-lAB故只需需求得得lAB与与cosf之间的的关系系。cosf=(lAB*lAB-200)/10*lAB解得：：cosF=lAB/10-20/lAB10<lAB<20当180<f<360，，自锁锁套4自锁锁，自自锁套套3可可以向向上运运动。。此时由由于压压力角角非常常大，，故曲曲柄不不应太太长，，cosf=lAB/10-20/lABlAB由10增增加到到20cm2001年年7月月LAB运动动分析析图2001年年7月月4.摆摆尾部部分尺尺寸设设计AB为为曲曲柄转转动范范围--20~20度。。设A点坐坐标（（0，，0）），D点坐坐标（（75，0）当当AB杆从从AB1转转过10和和30度时时，CD杆杆转动动20和60度度。计算原原动件件AB对从从动件件，连连架杆杆CD的相相对位位移矩矩阵Dr12,Dr132001年年7月月cos(10-20)-sin(10-20)1-cos20Dr12=sin(10-20)cos(10-20)sin200000.98-0.170.02=0.170.980.34000cos(30-60)sin(30-60)1-cos60Dr13=sin(30-60)cos(30-60)sin600010.870.50.5=-0.50.870.87001于是B2，，B3刚化化反转转后的的位置置B2’B3’’的坐坐标为为2001年年7月月XB2XB1YB2=Dr12*YB111XB3XB1YB3=Dr13*YB111注：如如上所所示都都是矩矩阵形形式2001年年7月月5.齿齿轮尺尺寸齿轮数数为2，模数m=1.5齿数z1=30z2=152001年年7月月6..凸轮轮尺寸寸设计计基圆半半径r=12.6mm偏心距e=5mm从动件运运动规律律在0~180度度按余弦弦加速度度规律上上升在180~200处于于最高点点不动在200~320度按按等加速速等减速速运动规规律在320~360度停停留在最最低点编程计算算（程序序见下））按计算结结果画图图如右：：2001年7月月凸轮计算算程序（（C++）#include<iostream.h>#include<math.h>#definee24#definepi3.14159#definek57.29578voidmain(){doubleQ,s,p,s0,xb,yb,t,m,yc,xc,rr,dxb,dyb;s0=76.32;rr=15;cout<<"enterQ=";cin>>Q;2001年7月月if(Q<=120)s=Q/2-30*sin(pi*Q/60)/pi;elseif(Q>120&&Q<140)s=60;elseif(Q>=140&&Q<320){Q=Q-140;s=60-Q/3+30*sin(pi*Q/90)/pi;}elseif(Q>=320)s=0;p=s0+s;xb=e*cos(Q/k)-p*sin(Q/k);yb=e*sin(Q/k)+p*cos(Q/k);2001年7月月dxb=-e*sin(Q/k)-p*cos(Q/k);dyb=dyb=e*cos(Q/k)-p*sin(Q/k);t=-dxb/dyb;m=atan(t);xc=xb-rr*cos(m);yc=yb-rr*sin(m);cout<<"\nQ="<<Q;cout<<"\ns="<<s;cout<<"\np="<<p;cout<<"\nxb="<<xb;cout<<"\nyb="<<yb<<"\n";cout<<"\nxc="<<xc;cout<<"\nyc="<<yc<<"\n";}2001年7月月四.设计计体会小组成员员---蔡志祥祥一.本次次创新设设计给了了我们一一个把书书本所学学知识运运用到实实践的机机会，同同时给了了我们一一种自信信。因为为以前学学的科目目仅局限限于在课课堂听听听，课后后做做作作业而已已，平时时学习的的动力也也很直接接，为了了考试。。一考完完，就谁谁也不认认识谁了了！学的的累，没没有兴趣趣！“学学无所用用！”（（感觉在在做无用用功）但但这一次次并不一一样，《《机械原原理》考考试没有有考到的的东西，，在设计计中得到到了应用用，虽然然有时很很烦，又又要计算算又要编编程序，，但心里里还是很很开心的的，因为为这是我我设计的的！！！！2001年7月月二.在设设计过程程中，我我们充分分调动自自己创新新意识。。也许年年轻人求求异的心心理比较较强，我我们先是是广泛的的看各种种有关这这方面的的书，吸吸收前人人的经验验，扩宽宽自己的的思维空空间，““一定要要做个与与众不同同的”---这这是我们们的追求求！然后后小组讨讨论，确确定大方方向-做做玩具，，这个相相对于““压瓶机机”.““切糕机机”等一一些常见见的工业业设备！！也许是是玩具尺尺寸要求求可以没没有必要要像它们们那样高高，但我我们还是是很认真真的从基基本做起起……爬爬杆又不不能让让让它掉下下，怎么么办呢？？我们找找了很多多书，讨讨论了很很多回，，终于从从一个小小机构中中得到了了启发，，引用““自锁套套”，这这也算是是我们设设计的一一大创新新之处！！三.在短短短不到到2周的的时间里里，也让让我们明明白了一一个道理理-----要要想做成成一件大大事，但但靠个人人力量是是不行的的，只有有团结一一致，互互相协调调，扬长长避短，，才能在在最短的的时间里里，做出出最好的的成绩！！2001年7月月小组成员员----龚龚志海在经历了了将近十十天来的的设计历历程之后后，我首首先得为为自己有有了人生生中第一一个设计计而感到到高兴，，但我也也开始明明白作为为一个设设计者的的艰辛和和所需付付出的巨巨大的努努力。一一个设计计的完成成所要囊囊括的东东西实在在太多了了，在设设计中由由于自己己知识的的不足，，所设计计的东西西也只能能局限在在几个简简单的机机构上，，不过说说实的在在就这几几个简单单的机构构凑在一一起让它它按照自自己的想想法动起起来也不不是一件件非常容容易的事事情，不不过这次次的收获获的确很很大。设计刚开开始时，，我们心心里都没没有底，，不知道道设计什什么好，，凭着自自己仅有有的一点点的机械械知识，，就这样样勿勿的的开始了了，之间间想过不不少的方方案，但但可能因因为这些些方案过过于一般般化，体体现不出出创新的的意识，，所以我我们没有有采纳，，经过一一天的思思考和收收集资料料，我们们最终定定下了爬爬杆机器器人这个个方案，，在方案案的进行行过程中中，我们们遇到了了麻烦。。因为一一开始2001年7月月我们设计计仅仅只只是一个个简单的的曲柄滑滑块机构构在一根根杆上作作爬行动动作，如如何让它它在爬升升的过程程中作其其它的动动作？在在当然来来说是我我们遇到到的一个个最大的的难题，，由于机机构过于于简单，，显然不不可能在在上面放放些什么么齿轮，，连杆等等。后来来我们想想到了用用两个同同样的机机构平行行放置，，这是一一个突破破，因为为这样我我们就有有了放置置其他机机构的空空间，不不过并非非以后的的设计就就一帆风风顺，因因为机器器人的整整体都在在作向上上运动，，而且还还在进行行着伸缩缩运动，，由于这这个原因因我们花花了不少少时间在在位置的的设计问问题上。。这次的设设计让我我学到了了不少的的东西，，虽然设设计中有有着很多多不完善善的地方方，但有有过这一一次的经经历，已已经是一一次宝贵贵的财富富了！！！2001年7月月小组成员员----李新新民经过这一一次的课课程设计计，我们们深深的的意识到到，日常常看上去去很简单单的机器器里面却却包含了了很大的的学问。。一台性性能优良良的机器器是有很很多很多多的机构构组成，，这就要要求每一一个机构构设计合合理、精精确。这其中让让我们体体会更深深的是，，我们所所学习的的基本原原理在设设计中的的重要性性。压力力角的计计算、连连杆机构构的运动动特性和和规律……一点的