机械创新设计范例5ppt课件

1、设计标题 ：爬杆机械猫爬行动画演示一 任务原理 及工艺过程 模拟尺蠖 “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.机构的分量不宜过重，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厉的要求。三 设计方案的构思及分析各功能的实现方案及选择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，驱动安装运动。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

2、势时，锥套.钢球与圆杆之间会构成可靠的自锁，使安装不下滑，而上行时自锁 解除。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12自锁套构造图 1.钢球 2.圆杆动画表示请点击爬杆运动表示简图一 图a .为初始形状，上下自锁套处于最远极限位置同时锁紧爬杆运动表示简图二 图 b形状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。爬杆运动表示简图三 图c形状曲柄已越过最高点，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.伸头功能的实现 方案一 由凸轮机构实现 方案二 由平面六杆机构实现 方案三 由平面四杆机构实现伸头

3、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。3.摆尾功能实现 方案一 如右图 方案二 如右图4.方案分析与评价 1选择原那么： 所选方案能否能满足要求的性能目的，构造能否简单.紧凑，制造能否方便，本钱能否低。 2经过前述方案评价方法，采用价值工程法进展分析论证，确定方案 伸头功能：方案一 摆尾功能：方案二 为最正确合理方案。 三.尺寸设计及整体图形1.整体图形2.运动循环图 主轴转角度0 90 180 270 360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 3.连杆运动分析及尺寸计算 设杆1作逆时针转动

4、，且f=0时为初始位置，此时自锁套锁定，自锁套4向上滑动。故在0f180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： 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由于此机构并非大功率机构，故最大压力角符合要求。 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cosf之间的关系。 cosf=(lAB*lAB-200)/10*lAB 解得：cosF =lAB/10-20/lAB 10lAB20 当180f360，

5、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， cosf=lAB/10-20/lAB lAB由10添加到20cm LAB运动分析图4.摆尾部分尺寸设计 AB 为曲柄转动范围-2020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。 计算原动件AB对从动件，连架杆CD的相对位移矩阵Dr12,Dr13 cos(10-20) -sin(10-20) 1-cos20Dr12= 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 c

6、os(30-60) sin(30-60) 1-cos60 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 XB2 XB1 YB2 =Dr12 * YB1 1 1 XB3 XB1 YB3 = Dr13 * YB1 1 1注：如上所示都是矩阵方式5.齿轮尺寸 齿轮数为2， 模数m=1.5 齿数z1=30 z2=156.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0180度按余弦加速度规律上升 在180200处于最高

7、点不动 在200320度按等加速等减速运动规律 在320360度停留在最低点 编程计算程序见下 按计算结果画图如右：凸轮计算程序C+ #include #include #define e 24 #define pi 3.14159 #define k 57.29578 void main() double Q,s,p,s0,xb,yb,t,m,yc,xc,rr,dxb,dyb; s0=76.32; rr=15; coutQ; if (Q120&Q=140&Q=320)s=0; p=s0+s; xb=e*cos(Q/k)-p*sin(Q/k); yb=e*sin(Q/k)+p*

8、cos(Q/k); 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); coutnQ=Q; coutns=s; coutnp=p; coutnxb=xb ; coutnyb=ybn; coutnxc=xc; coutnyc=ycn; 四.设计领会 小组成员-蔡志祥 一.本次创新设计给了我们一个把书本所学知识运用到实际的时机，同时给了我们一种自信。由于以前学的科目仅局限于在课堂听听，课后做做作业而已，平常学习的动力也很直

9、接，为了考试。一考完，就谁也不认识谁了！学的累，没有兴趣！“学无所用！觉得在做无用功但这一次并不一样，考试没有考到的东西，在设计中得到了运用，虽然有时很烦，又要计算又要编程序，但心里还是很开心的，由于这是我设计的！ 二.在设计过程中，我们充分调动本人创新认识。也许年轻人求异的心思比较强，我们先是广泛的看各种有关这方面的书，吸收前人的阅历，扩宽本人的思想空间，“一定要做个与众不同的-这是我们的追求！然后小组讨论，确定大方向-做玩具，这个相对于“压瓶机.“切糕机等一些常见的工业设备！也许是玩具尺寸要求可以没有必要像它们那样高，但我们还是很仔细的从根本做起爬杆又不能让让它掉下，怎样办呢？我们找了很多

10、书，讨论了很多回，终于从一个小机构中得到了启发，援用“自锁套，这也算是我们设计的一大创新之处！ 三.在短短不到2周的时间里，也让我们明白了一个道理-要想做成一件大事，但靠个人力量是不行的，只需团结一致，相互协调，扬长避短，才干在最短的时间里，做出最好的成果！ 小组成员 -龚志海 在阅历了将近十天来的设计历程之后，我首先得为本人有了人生中第一个设计而感到高兴，但我也开场明白作为一个设计者的艰苦和所需付出的宏大的努力。一个设计的完成所要囊括的东西真实太多了，在设计中由于本人知识的缺乏，所设计的东西也只能局限在几个简单的机构上，不过说实的在就这几个简单的机构凑在一同让它按照本人的想法动起来也不是一件

11、非常容易的事情，不过这次的收获确实很大。 设计刚开场时，我们心里都没有底，不知道设计什么好，凭着本人仅有的一点的机械知识，就这样勿勿的开场了，之间想过不少的方案，但能够由于这些方案过于普通化，表达不出创新的认识，所以我们没有采用，经过一天的思索和搜集资料，我们最终定下了爬杆机器人这个方案，在方案的进展过程中，我们遇到了费事。由于一开场 我们设计仅仅只是一个简单的曲柄滑块机构在一根杆上作爬行动作，如何让它在爬升的过程中作其它的动作？在当然来说是我们遇到的一个最大的难题，由于机构过于简单，显然不能够在上面放些什么齿轮，连杆等。后来我们想到了用两个同样的机构平行放置，这是一个突破，由于这样我们就有了

12、放置其他机构的空间，不过并非以后的设计就一帆风顺，由于机器人的整体都在作向上运动，而且还在进展着伸缩运动，由于这个缘由我们花了不少时间在位置的设计问题上。 这次的设计让我学到了不少的东西，虽然设计中有着很多不完善的地方，但有过这一次的阅历，曾经是一次珍贵的财富了！ 小组成员-李新民经过这一次的课程设计，我们深深的认识到，日常看上去很简单的机器里面却包含了很大的学问。一台性能优良的机器是有很多很多的机构组成，这就要求每一个机构设计合理、准确。这其中让我们领会更深的是，我们所学习的根本原理在设计中的重要性。压力角的计算、连杆机构的运动特性和规律一点的计算错误就会使我们的机构瘫痪下去，成为一堆经过这一次的课程设计，我们深深的认识到，日常看上去很简单的机器里面却包含了很大的学问。一台性能优良的机器是有很多很多的机构组成，这就要求每一个机构设计合理、准确。这其中让我们领会更深的是，我们所学习的根本原理在设计中的重要性。压力角的计算、连杆机构的运动特