机械原理课程设计-踏板式跑步机设计说明书

西南交通大学 机械综合设计机械综合设计 I I 设计说明书设计说明书 设计题目 学生姓名 学生学号 所在班级 指导老师 2013 年 06 月 1 引引 言言 1 1选题背景选题背景 2 1 1问题的提出 2 1 2文献综述 2 1 3设计技术要求及指标 2 2机构选型机构选型 2 2 1设计方案的提出 2 2 2设计方案的确定 3 3尺寸综合尺寸综合 4 3 1曲柄摇杆机构的计算 4 3 2皮带传动的计算 5 3 3关键尺寸的优化 5 4受力分析受力分析 6 4 1机构动态静力描述 6 5机构建模机构建模 7 5 1机构运动简图及尺寸标注 7 5 2机构关键构建建模过程 7 5 2 1 架身的建模 7 5 2 2 架杆 13 5 2 3 左边踏板的建模 14 5 2 4 右边踏板的建模 16 5 2 5 前皮带轮的建模 16 5 2 6 后皮带轮的建模 18 5 2 7 箱盖的建模 19 5 2 8 后皮带轮轴的建模 20 5 2 9 其他部件的建模 23 5 3机构的总体装配过程 25 6机构仿真机构仿真 32 6 1机构仿配置 32 6 1 1 质量属性的定义 32 6 1 2 重力加速度的定义 33 6 1 3 力的定义 33 6 1 4 皮带传动的定义 34 6 1 5 伺服电机的定义 34 6 1 6 快照的定义 35 6 2机构仿真过程及测量分析 36 6 2 1 位置分析 36 2 6 2 2 运动学分析 37 6 2 3 力平衡分析 39 6 2 4 动态分析 41 6 3仿真中存在的不足 41 7设计总结设计总结 42 8收获及体会收获及体会 42 9致谢致谢 42 1 21世纪 是科技高速发展的时代 21世纪 也是人们生活水平发生翻天覆地变 化的时代 21 世纪 人类将面临和平 人口 能源 环保等一系列挑战 在 竞争日益激烈的信息时代 新型的生产 工作 学习和生活环境的建立 对人 的反应 协调 思维 适应等健康素质提出了更高的要求 伴随着科技水平的 高速发展 人类生活水平的逐步提高 人们对生活质量 生活环境也有了更高 的要求 但现代人在十分注意学习各种知识 掌握多种技能 提高自身的各种 能力的同时 却往往忽视了社会主体 人的身体能力 健康的身体是更好地 适应现代工作 学习和现代节奏生活的基础 我们在研究了十几种现行的健身器材的实用性 安全性以及使用寿命等指标后 针 对 踏板式跑步机 这一目前为止 集结构简单 操作方便 使用性价比高于一身 的便捷健身器材做出进一步的调查 剖析 并且在市面上现有的踏板式跑步机进 行了结构力学分析 包括自由度的计算 结构比例的调整 以及支架受力分析计算 在本次课程设计中 我们主要运用了机械原理 机械设计 制造技术 材料 力学等相关的专业基础课知识 使用了 PRO E Auto CAD 等相关的专业软件对 整个设计的草图 原理图 机构图和三维模型进行的绘制 并用 PRO E 进行了 仿真运动和有限元分析 在整个课程设计的过程中 不仅对以前学过的相关专 业基础课知识进行了具体的应用 更加深了对知识的理解与巩固 而且还对相 关的专业软件进行了进一步的学习 使我们的软件能力得到了进一步的提高 对相关专业应用软件更加的熟悉 得到了很大的收获 引引 言言 2 随着时代的高速发展 人们的工作学习生产生活节奏逐渐加快 但现代人 在十分注意学习各种知识 掌握多种技能 提高自身的各种能力的同时 却往 往忽视了社会主体 人的身体能力 健康的身体是更好地适应现代工作 学 习和现代节奏生活的基础 尽管现在市面上形形色色的健身器材已经在人们的休闲娱乐中扮演了非常 重要的辅助角色 但是新的问题也同步出现 怎样让人们充分利用短暂的休息 时间去完成高效有致的放松锻炼 根据以上提出的问题 我们筛选并改进了这一款机构简单 原理清晰的踏 板式跑步机 它的机构选型设计方案十分简单易懂 所需的机械元件数量较市 面上其他款型的健身跑步机比要少数 元件的机械型号是最为普遍的 价格也 非常便宜 除此之外 它突破了以往普通健身器材重量大 难挪移的缺陷 这 款新型踏板式跑步机的重量只集中在中间的箱体 总重量同比其它等性能的健 身器材而言有明显的优势 使得消费者能在合适且自由的场合随时随地进行放 松休闲运动 达到健身的目的 1 在运动过程中只需要人来推动踏板式跑步机的运动 不需要其它任何驱 动装置 2 架杆 即摇杆 在运功过程中上端前后摆动的幅度不要太大 控制在 200mm 之内 3 踏板在运动过程中与水平线的最大夹角不能超过 30 4 可以安装刹车装置 以提高安全性 当今社会 时代的步伐愈发紧凑 快节奏的生活让人们在精神的高度紧张状 态下工作 学习 生活 所以在空余时间更加需要锻炼身体 目前市面上在售的健 身器材种类众多 功能全面 但是存在的机械设计问题也有待解决 鉴于机械综合 设计这门课的机械原理 机械构造及机械设计的要求较高 所以我们小组特意走 访了几家大型健身器材专卖店和沃尔玛 家乐福等大型超市 找到了好几种不同 机械结构的踏板式跑步机 有两种典型的机械原理机构 我们做出了机械结构原理图进行分析 1 选题背景选题背景 1 1问题的提出问题的提出 1 2文献综述文献综述 1 3 设计技术要求及指标设计技术要求及指标 2 机构选型机构选型 2 1设计方案的提出设计方案的提出 3 方案一原理图 方案二原理图 通过方案一和方案二的对比 我们发现 方案一和方案二在机械原理上都比较 简单 但是方案一工作起来更为可靠 而且由于在前皮带轮可以设置飞轮和刹 2 2 设计方案的确定设计方案的确定 4 车片 一方面增加了转动惯量使得人体所给予踏板的力增大事人更加充分地得 到锻炼 另一方面 人们可以使用刹车装置使踏板式跑步机快速停止运动 提 高了锻炼时的安全性 综合以上各点我们采用方案一进行踏板式跑步机的设计 根据设计要求 我们建立计算模型 已知 该机构实现四个精确位置 0 0 740 445 DDAA xyxy 1122 3344 641 856 756 870 689 878 565 830 PPPP PPPP xyxy xyxy 121314 90180270 已知 设计变量为 杆的位移矩阵为 DDAA xyxy 1211 BBCC xyxyCD 1111 11111 cossin 1 cos sin sincos 1 cos sin 001 iiDiDi i CDiiDiDi xy Dyy 2 3 4i 摇杆上点和点满足之间的距离保持不变的运动约束 为此建立约束BPBP 方程为 2222 1111 2 3 4 BPBPBiPiBiPi xxyyxyyyi 并且连杆上点和点满足之间距离保持不变的运动约束 为此建立约BCBC 束方程为 3 尺寸综合尺寸综合 3 1 曲柄摇杆机构的计算曲柄摇杆机构的计算 5 2222 1111 2 3 4 BCBCBiCiBiCi xxyyxyyyi 另外建立摇杆的位移矩阵AB 1111 11111 cossin 1 cos sin sincos 1 cos sin 001 iiPiPi iABiiPiPi xy Dyy 2 3 4i 式中 11 arctan PiBi iii PiBi yy xx 1 2 3 4i 并且点满足位移矩阵方程C 1 11 11 CiC Cii CDC xx yDy 点满足位移矩阵方程B 1 11 11 BiB BiiABB xx yDy 利用 matlab 联立以上方程 可以解出 从而可确定出机构的中 1211 BBCC xyxy 各个杆件的杆长分别为 22 861 3 ADADAD lxxymym 22 11 7 6 8 5 ABABAB lxxymym 22 11 2 89 9 CDCDCD lxxymym 22 1111 169 2 BCBCBC lxxymym 根据在 X5112 的测量数据 踏板式跑步机后皮带的直径为 287 6mm 前皮 带轮的直径为 88 3mm 根据机械设计皮带传动设计部分的知识 要满足小皮带 轮 即前皮带轮 的包角 此时经计算前后皮带轮的中心距120 为了更好的满足皮带传动的要求 我们取 202 05amm 400amm 在 3 1 中我们已经求曲柄摇杆机构的各个杆件的杆长 但是求得的结果是 小数 我们将其圆整得到 由于点172900680 CDBCAB lmmlmmlmm 坐标是定值 故 AD 861 3 AD lmm 420 AP lmm 曲柄存在验算 3 2 皮带传动的计算皮带传动的计算 3 3 关键尺寸的优化关键尺寸的优化 6 故存在曲柄 172900680863 CDBCABCD llllmmmmmmmm 图 4 1 1 机构受力简图 从摇杆开始进行受力分析 很明显地可以看出杆是一个二力杆 CDCD 它受到机架给它的力和杆给它的力 由二力平衡可知这两个力的方向 03 FBC 23 F 沿着杆 对杆受力分析 杆受到三个力分别是杆对它的力 CDBCBCCD 32 F 人的脚步对它的力以及杆对它的力 首先有牛顿第三定律可以确定 1 FAB 12 F 的方向以及大小 力的方向可以竖直向下 忽略静摩擦力 由三力汇交 32 F 1 F 和平衡可以求得力的方向 同理可以求得机架对杆的力的方向 其 12 FAB 01 F 中力为人的手作用在杆上的力 2 FAB 4 受力分析受力分析 4 1 机构动态静力描述机构动态静力描述 7 图 5 1 1 机构尺寸标注 5 2 1 架身的建模架身的建模 在该模型中 架身部分是最复杂也是消耗时间最长的部件 在该模型的建立 过程中运用了扫描 拉伸 抽壳 倒圆角 边倒角 镜像 阵列 边界混合 合并以及实体化等多种特征工具 所以在本文中 我们着重详细介绍一下架身的 建模过程 1 首先进行草绘一条扫描曲线 进行草绘曲线的目的是方便后面的修改 图 5 2 1 1 草绘扫描曲线 5 机构建模机构建模 5 1 机构运动简图及尺寸标注机构运动简图及尺寸标注 5 2 机构关键构建建模过程机构关键构建建模过程 8 图 5 2 1 2 扫描结果 2 创建架杆安装连接部位 通过两次拉伸 倒圆角以及镜像得到如图示结果 图 5 2 1 3 3 创建表盘 首先创建基准平面 DTM2 以 TOP 平面作为基准面进行便宜并选择边 F6 进 行旋转得到图示结果 9 图 5 2 1 4 DTM2 基准面的创建 然后以此前建好的 DTM1 平面作为基准平面进行拉伸 在拉伸特征创建过程中选 择拉伸至选择的点 曲线 平面或者曲面 由此我们选择 DTM2 作为拉伸终点 接下来便进行拉伸以及倒圆角特征的创建最终表盘结果如图示 图 5 2 1 5 表盘的创建 4 创建杯子底座以及旋钮特征 通过拉伸 拔模 倒圆角创建出旋钮底部特征 通过拉伸 扫描倒圆角以 及创建组之后进行阵列最后得出旋钮如图示 10 图 5 2 1 6 旋钮 杯子底座的创建过程较为简单通过简单的拉伸以及倒圆角即可得出 图 5 2 1 7 杯子底座 5 架身把手的创建 首先创建一条草绘曲线 在草绘视图中选择使用样条曲线命令 这样得出 的曲线并通过对关键点 图中创建了 5 个关键点 的修改可以使得曲线光滑并 具有较强的美感 首先是使用草绘命令进行草绘再选择使用扫面命令式为了方 便在后续扫描出现错误时进行修改 进行草绘之后得出的曲线以及扫描特征如 图 5 2 1 8 把手扫面曲线 其次进行拉伸 14 的创建 以 FRONT 为草绘平面以上步草绘曲线终点为参照进行 草绘拉伸如图示 11 图 5 2 1 9 拉伸 14 选择拉伸为对称 拉伸深度为 50mm 紧接着进行 DTM10 的创建 以上步创建的 拉伸 17 的轴和曲面 F86 为参照如图示 图 5 2 1 10 DTM10 的创建 然后以 DTM10 为基准面经过一系列的草绘 扫描以及拉伸得出以下结 图 5 2 1 11 把手图 在完成以上特征的创建后我们对把手的断面进行了局部处理 在此过程中我们 运用了 PRO E 的插入菜单中的边界混合和编辑菜单中的合并 实体化工具 具 体创建过程如下 草绘 8 9 10 12 图 5 2 1 12 草绘 8 9 10 经过编辑最终如图 图 5 2 1 13 把手端部 6 前后皮带轮支撑架的创建 支撑架的创建过程比较简单只是把基准面建好以及尺寸计算正确经过拉伸 即可 这里不再叙述 结果如下 图 5 2 1 14 支撑架 13 7 架身最终结果如下 图 5 2 15 架身 5 2 2 架杆架杆 在架杆创建的过程中主要运用了扫描 拉伸 旋转 孔 镜像等命令 首 先利用草绘命令创建一条扫描曲线 然后使用扫描命令选取上面绘制的曲线进 行扫描如图示 1 主体建模 14 图 5 2 2 1 架杆扫描曲线与结果 2 与架身相连接部位的建模 首先进行拉伸 然后在拉伸端面进行旋转命令操作 最后进行孔特征操作 得到如图示结果 图 5 2 2 2 连接部位 3 与踏板部分相连接部位的建模 使用旋转命令以 FRONT 为基准面 绘制旋转图形如下 创建旋转特称之后 选用拉伸命令 并选中切除命令 得到该部位的最终结果 图 5 2 2 3 架杆底部 4 架杆最终结果如下 图 5 2 2 4 架杆 5 2 3 左边踏板的建模左边踏板的建模 踏板模型创建的过程中主要运用了拉伸 扫描 旋转以及镜像等特征命令 15 1 与架杆相连接部位的建模 首先使用拉伸命令将该部位主体构建出 然后使用拉伸命令切除切口 去 除材料 拉伸切口命令使用两次 最后再使用拉伸命令画与架杆连接的连接 销的轴 图 5 2 3 1 踏板头部 2 脚踏部位的建模 首先使用拉伸命令在踏板主体上切除凹槽 然后使用拉伸命令将该部位的 主体创建出来 再一次使用拉伸命令将多余部分的材料切除 完成以上步骤以 后使用拔模 斜度 和倒圆角命令得到如图示的结果 16 图 5 2 3 2 脚踏板部位草绘拉伸 脚踏部位与鞋子之间需要存在一定的摩擦力以防止打滑 光整的平面与鞋 底之间的静摩擦系数较小 为此我们在脚踏部位增加纹路以提高静摩擦系数 纹路的创建主要是通过扫描命令绘制得到 在上述过程中已经提到了扫描命令 的使用方法 故在这里不再赘述 得到结果如下 图 5 2 3 3 脚踏板部位纹路 3 踏板最终结果如下 图 5 2 3 4 脚踏板 5 2 4 右边踏板的建模右边踏板的建模 右边踏板和左边踏板外观差不多只是将脚踏的部位进行方向调整即可 故 不再叙述 结果如下 图 5 2 4 1 右边踏板 5 2 5 前皮带轮的建模前皮带轮的建模 前皮带轮在本装置中的主要作用就是增大摩擦以消耗体力使人得到锻炼的 效果 首先是轮毂的建模 首先使用旋转命令 在旋转命令绘制的草图如下 17 图 5 2 5 1 旋转草绘 选中旋转中心轴旋转 360 度 得到图示结果 图 5 2 5 2 旋转结果 结果拉伸 去除材料 以及阵列等操作 轮毂部分的建模结果如下 图 5 2 5 3 轮毂部分 接下来便是前皮带轮中飞轮和刹车片的建模 由于这两个部位通过拉伸命令即 可获得 不再叙述 最终前皮带轮的结果如下 18 图 5 2 5 4 前皮带轮 5 2 6 后皮带轮的建模后皮带轮的建模 首先使用旋转命令绘制轮毂 在草绘界面里绘制如下图形 图 5 2 6 1 旋转草绘 然后选中旋转中心轴将图形旋转 360 度得到如下结果 图 5 2 6 2 旋转结果 通过拉伸与阵列命令得到后皮带轮的最终结果如下 19 图 5 2 6 3 后皮带轮 5 2 7 箱盖的建模箱盖的建模 在箱盖的建模过程中主要运用了拉伸 抽壳 倒圆角 阵列以及镜像等特 征命令 首先我们使用拉伸命令将箱盖的主体创建出来 如图示 图 5 2 7 1 箱盖主体 先利用抽壳命令设置厚度为 5mm 再经过倒圆角 如图示 图 5 2 7 2 主体抽壳 接着利用拉伸 去除材料 与镜像命令将与圆部分创建出来 20 图 5 2 7 3 最后经过其他特征命令的操作 得出箱盖的最终结果 图 5 2 7 4 箱盖 为了将皮带轮显示出来 故我们将箱盖的正面设置为半透明 5 2 8 后皮带轮轴的建模后皮带轮轴的建模 后皮带轮轴一部分要与深沟球轴承 6003 配合 6003 内径为 17mm 一部分 要与后皮带轮通过平键配合 两端还要通过平键与转盘配合 为了使装盘与轴 轴紧紧连接在一起 我们在轴的两端设计了螺纹 总长为 172mm 其建模过程 如下 首先拉伸直径为 15 的轴身 图 5 2 8 1 然后拉伸轴颈部分 直径为 17mm 21 图 5 2 8 2 其它轴身和轴头部分建模的过程和以上链各个部分一样 在主体拉伸完毕 我在轴上设计了三个键槽 如下 图 5 2 8 3 键槽的布置 接下我们对轴的两端进行了螺纹的绘制 首先选在插入命令下的螺旋扫面命令 选择切口选项 选在弹出的窗口中选择 图 5 2 8 4 选择右手定则 单击完成 选择 FRONT 平面 其他选择缺省选项 在草绘界面 中 绘制轨迹和旋转中心轴 如图 22 图 5 2 8 5 螺旋扫描轨迹 再选择完成的命令 对号 输入截距为 0 6 然后绘制切口节截面 图 5 2 8 6 截面 再单击完成命令 对号 在螺旋扫描窗口单击确定 即螺纹绘制完毕 如图 示 图 5 2 8 7 另一端的螺纹绘制过程和上述过程一样 不再叙述 最终该轴的如图示 23 图 5 2 8 8 后皮带轮轴 5 2 9 其他部件的建模其他部件的建模 其余部件的建模过程不再一一叙述 以下是其余部件的效果图 1 转盘 2 6003 轴承 3 螺栓 4 螺母 24 5 水杯 6 底座 第一步 架身的固定 25 新建一个组件文件 选用其缺省名称 ASM0001 asm 单击装配 命令在选中 jiashen prt 文件 选择缺省选项 这时该文件加亮 既该文件定 义完成 如图示 图 5 3 1 架身的定义 第二步 架杆的定义 同样选择装配命令 选中 jiagan prt 文件 在组建窗口中选择销钉连接 在放置选项卡中 分别选中图示中两轴 一个是架杆上的 另一个是架身连接 轴 并选中图示平面做为平移平面 单击完成 架杆便定义完成 第二个架杆 的定义与第一个架杆的定义相同 不再叙述 图 5 3 2 架杆的定义 第三步 前皮带轮的定义 为了方便组建的建立 我们在定义皮带轮的过程中 定义过程与实际组装 过程有点区别 在本模型中 在皮带轮的定义之前 我们事先将前轴组件和 6003 轴承定义好 然后再将皮带轮装配的总文件中 1 前轴组件的装配 前轴组建包含一个前轴和一个键 分别将键的三个平面与前轴上键槽的三 个平面对应配对即可 5 3 机构的总体装配过程机构的总体装配过程 26 5 2 3 前皮带轮轴和键的装配 2 6003 轴承的定义 将轴承加载到装配文件中 首先将轴承的任意侧面和支撑架的内侧面对齐 再选中轴承的轴线和支撑架的轴线进行对齐即可 图 5 2 4 6003 轴承的装配 第二个轴承的定义与第一个相同 不再赘述 3 前轴组件的定义 与轴承相同首先将该组件加载到总装配文件中 选择销钉连接 轴对齐选 择为前轴主体的任意轴线与支撑架孔轴线 平移平面的选择如图示 27 图 5 2 5 前轴组件的定义 单击完成即可完成对前轴的定义 单击拖动命令 即可使前轴旋转 图 5 2 6 4 前皮带轮定义 前皮带轮和前轴通过键连接 在运动过程中两者相对位置保持不变 在定 义前皮带轮的过程中 为了防止其他部件中的基准面以及轴线对后续过程造成 干扰 可以选中已经定义好的零件将其隐藏 如图示 图 5 2 7 隐藏前和隐藏后的对比 单击装配命令 将 qianpidailun prt 加载到总装配文件中 将皮带轮键槽与键的三个相 对应的平面对齐与配对 便可完成对前皮带轮的定义 图 5 2 8 前皮带轮的装配 28 第四步 后皮带轮的定义 后皮带的定义与前皮带的定义过程基本相同 也是先将轴承以及后轴装配 到总装配文件中去 再将皮带轮定义 故不再叙述 后皮带最终定义的结果的 如图示 图 5 2 9 后皮带以及轴的装配 第五步 转盘的定义 转盘与皮带轮一样与轴通过键连接 在轴的两端分别开了两个键槽 两个 键槽之间相隔 180 度 键槽相隔 180 度一方面这是机械设计的需要另一个方面 也方便左右两个转盘的定义 1 键的定义 选择文件名为 jian3 prt 的文件加载到总装配文件中 分别将键与键槽的 三个相对应的平面对齐 完成对键的定义 图 5 2 10 2 转盘的定义 将 pan prt 文件加载到总装配文件中 选择转盘的转盘的 TOP 和轴的 29 RIGHT 基准面进行对齐 在选择转盘的侧面和轴毂的侧面对齐 最后选择转盘 的轴线和轴的轴线配对 这样转盘和轴之间便没有相对运动 图 5 2 11 转盘的装配 3 螺母的定义 为了防止在运动过程中转盘滑动 我们使用螺母限制转盘沿轴线的移动 定义过程如下 首先将螺母的侧面和轴毂的侧面进行配对 接着将螺母的 TOP 平面和轴的 RIGHT 平面对齐 最后将螺母的中心轴线和轴的轴线对齐 图 5 2 12 螺母的定义 第二个转盘的装配过程和第一个相同 这里不再叙述 第六步 踏板的定义 踏板连接架杆和转盘 在装配的过程中需要定义连个销钉连接 单击装配命令 打开 taban prt 文件 选择销钉连接 轴对齐选择为踏板的 A 8 轴和架杆的 A 5 轴 平移选择为踏板的 FRONT 平面和架杆的 RIGHT 平面 30 图 5 2 13 踏板的第一个销钉连接 第二个销钉的连接便是和转盘之间的 其定义过程如下 首先将架杆隐藏 在第一个销钉定义完成后 选择新建集 软件便默认选择销钉连接 轴对齐选 择踏板 A 5 轴和转盘的 A 5 轴 平移选择踏板的侧面和转盘上杆的侧面 图 5 2 14 踏板的第二个销钉连接 销钉定义完成后 便是螺栓杆和螺母的定义 定义过程不再叙述 最终踏板的定义结果如下 31 图 5 2 15 踏板 第二个踏板的定义过程和第一个踏板的定义过程相同 这里不再赘述 第七步 箱盖 水杯以及后底座的定义 箱盖和水杯都是固定在架身上的 定义过程相当简单 在这里没用叙述的 必要 故不再叙述 最终该踏板式跑步机装配图如下 图 5 2 16 装配图 经过渲染后 效果图如下 32 图 5 2 17 渲染图 6 1 1 质量属性的定义质量属性的定义 首先打开总装配文件 选择 ASM0001 文件 在 应用程序 菜单选择进入 机构 单击质量属性命令 弹出质量属性定义窗口单击选择架身 在密度一栏 中输入 7 8000e 09 注意到 PRO E 软件中密度单位是 tonne mm 3 然后单击 应用 并以此将其它零件的质量定义后 单击确定 对于那些对运动分析没有 影响的零件不予定义 质量定义结果如图示 6 机构仿真机构仿真 6 1 机构仿配置机构仿配置 33 图 6 1 1 1 质量属性的定义 6 1 2 重力加速度的定义重力加速度的定义 单击重力加速度命令 弹出重力加速度定义窗口 选择默认重力加速度值 方向选择 X 0 Y 1 Z 0 这时加速的方向指向如图示 图 6 1 2 1 重力加速度的定义 6 1 3 力的定义力的定义 踏板式跑步机 人踩在踏板上使跑步机运动 设人的质量为 60Kg 故每个 踏板上承受的力为 F mg 2 294N 单击力 扭矩命令 在弹出的力 扭矩窗口中 选择在类型选项卡中选择点力 位置选择踏板的点末端 方向选择 X 0 Y 1 Z 0 模选项卡选择为常数 大小为 294 34 图 6 1 3 1 力的定义 6 1 4 皮带传动的定义皮带传动的定义 在机构树单击连接前面的 号 在后置选项中选中带命令 并右击选择新建 在弹出的带定义窗口后 按住 ctrl 键并以此选择前皮带轮的轮毂和后皮带的轮 毂然后单击完成吧 皮带传动定义完成 图 6 1 4 1 带传动的定义 6 1 5 伺服电机的定义伺服电机的定义 在踏板式跑步机运动平稳后 转盘式匀速转动 在机构树单击电动机前面 号 在后置选项中选中伺服命令 并右击选择新建 在弹出伺服电机定义窗口 后 运动轴选择后皮带轮与轴之间的连接轴 轮廓选项卡中 规范选择为速度 模选择为常熟 大小选择为 10 负号表示逆时针旋转 电机的的配置如图示 35 图 6 1 5 1 伺服电机 6 1 6 快照的定义快照的定义 为了方便力平衡分析 我们在曲柄摇杆机构四个特殊位置设置了快照 快照四个定义位置如图所示 36 图 6 1 6 1 6 2 1 位置分析位置分析 单击分析命令 在弹出的窗口中选择类型为位置分析 电机选择为伺服电 机 时间输入为 30 单击运行 图 6 2 1 1 位置分析 单击测量 新建测量 measure1 2 3 分别对应架杆的最上端 踏板的左端 和右端 并选择类型为位置 选择分析 AnalysisDefinition1 并按住 ctrl 键选择 measure1 2 3 单击绘制图形 则三个端点的位置随时间变化图如 下 6 2 机构仿真过程及测量分析机构仿真过程及测量分析 37 图 6 2 1 2 6 2 2 运动学分析运动学分析 单击分析命令 在弹出的窗口中选择类型为位置分析 电机选择为伺服电机 时间输入为 30 单击运行 单击测量 新建测量 measure4 5 6 分别对应架杆的最上端 踏板的左端和右 端 选择测量的对象为速度 选择分析 AnalysisDefinition2 并按住 ctrl 键 选择 measure4 5 6 单击绘制图形 则三个端点的速度随时间变化图如下 38 图 6 2 2 1 单击测量 新建测量 measure7 8 9 分别对应架杆的最上端 踏板的左 端和右端 选择测量的对象为加速度 选择分析 AnalysisDefinition2 并按 住 ctrl 键选择 measure7 8 9 单击绘制图形 则三个端点的加速度随时间 变化图如下 39 图 6 2 2 2 6 2 3 力平衡分析力平衡分析 单击分析命令 在弹出的窗口中选择类型为力平衡分析 单击添加测力计 选择踏板右端创建的 pnt0 点 xyz 分量分别为 1 0 0 这时测力计指示如下 图 图 6 2 3 1 水平测力计的定义 同理添加第二测力计来测量 y 轴方向的力 40 图 6 2 3 2 竖直测力计的定义 在外部荷载选项卡中单击选中启用重力 图 6 2 3 3 下面在快照 1 的位置进行力平衡分析 选定第一个测量机 在快照选项卡 中选择快照 1 单击运行 系统就会弹出反力的值窗口 41 图 6 2 3 4 同理可得出该点在快照 2 3 4 位置水平反力和竖直方向的反力值 6 2 4 动态分析动态分析 新建一个动态分析命令 然后新建 measure10 11 分别测得架杆和踏板连 接轴以及踏板和转盘连接轴所受的径向力随时间的变化图 图 6 2 4 在仿真的过程中我们使运动分析过程较为简单 我们采用了理想化的伺服电机 并且电机运动定义为常数 这与实际运动过程不一致 但是这样将复杂的问题 简化了很挫 并且在实际运动过程中一般情况下转动速度波动并不是很大 故 采用常熟也较为合适 此外 由于对 PRO E 机构分析并不是很熟悉 在仿真过 程中忽略了实际存在的摩擦力 这一点与实际情况产生了出入 经过我们小组一学期的不懈努力 我们的机械课程设计终于完成了 现从课题实现过程 6 3 仿真中存在的不足仿真中存在的不足 42 软件运用 团队合作等三个方面进行总结 1 课题实现过程 在课题实现过程中 可谓酸甜苦辣 犹如 山重水复疑无路 柳暗花明又一村 从设计方案的选择到选定方案可行性论证 我们小组走访过X5112实验室 埋 头图书馆 无论面对的是较复杂零件的建模还是仿真时遇到的