基于MatlabSimulink的槽轮机构间歇运动特性的分析与仿真
基于Matlab/Simulink的槽轮机构间歇运动特性的分析与仿真
摘要：将槽轮机构转换为倒置曲柄滑块机构，建立了槽轮机构的运动数学模型，利用Matlab计算了槽轮机构的运动参数并绘制了相应的动态曲线，该方法直观精确，提高了设计效率。
关键词：槽轮机构间歇运动Matlab/Simulink 运动特性
Geneva mechanism based on Matlab/Simulink intermittent motion characteristics analysis and simulation
Abstract ：Converse geneva mechanism for inverted slider-crank mechanism，the geneva machanism motion mathematical model is established，using Matlab to calculate the dynamic movement parameters of the geneva mechanism and draw the corresponding curve，the method is accurate，intuitive improves the design efficiency
Key words：the geneva mechanism intermittent motion Matlab / Simulink movement characteristics
0引言：
槽轮机构能将主动件连续旋转运动转换成从动件有规律的运动和停歇，是实现周期性运动和停歇的典型机构。槽轮机构的结构简单，外形尺寸小，效率高，并能较平稳地、间歇地进行传位，在现代机械设备中得到了广泛的应用，但因传动时尚存在柔性冲击，故常用于速度不高的场合。本文将针对槽轮机构的间歇运动，使用Matlab软件中的仿真工具箱Simulink进行运动学仿真，通过仿真得到从槽轮的运动变化曲线，并对槽轮机构的运动特性进行分析。
1槽轮机构的物理模型转换
图1 外槽轮机构简图图2 曲柄滑块机构
1-槽轮；2-拨盘1-滑块；2-曲柄；3-摇杆
在如图1所示为外槽轮机构简图，图2所示为倒置的曲柄滑块机构。当销子和轮槽结合时图2中倒置曲柄滑块构造形式与图1中槽轮机构类似。其中图1中带销子的拨盘2可视为连杆2，而槽轮可视为连杆3，滑块1代表销子。
2槽轮机构的数学建模
整个系统的运动过程可分为两个状态，即销子和轮槽结合与分离的两个状态
间歇运动机构
间歇运动机构 名词解释 间歇运动机构 intermittent motion mechanism 间歇运动机构 有些机械需要其构件周期地运动和停歇。能够将原动件的连续转动转变为从动件周期性运动和停歇的机构，称为间歇运动机构。例如牛头刨床工作台的横向进给运动，电影放映机的送片运动等都用有间歇运动机构。常见的间歇运动机构有：棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构 间歇运动机构分类 间歇运动机构可分为单向运动和往复运动两类。 单向间歇运动机构 这种机构广泛应用于生产中，如牛头刨床上工件的进给运动,转塔车床上刀具的转位运动,装配线上的步进输送运动等。实现单向运动中的停歇是这种机构设计的关键。在机构运动过程中,当主动件与从动件脱离接触,或虽不脱离接触但主动件不起推动作用时，从动件便不产生运动。棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮单向间歇运动机构和擒纵机构等都用这种方法来实现间歇运动。在不完全齿轮机构中,主动轮1作等速连续转动，从动轮2作间歇转动。主动轮只在一段圆周上有4个齿，与这4个齿相啮合的从动轮要做出4个对应的齿间来实现一次间歇运动。从动轮转动一周,该机构完成4次间歇
间歇运动机构 运动，轮2共有16个齿间。轮2停歇期间，两轮的锁止弧起定位作用。凸轮单向间歇运动机构的主动件1是半径为的圆柱凸轮，从动件2是在端面圆周上均布一圈柱销的圆盘。当凸轮按箭头所示方向转动时，凸轮的曲线槽推动柱销B,使圆盘向左转动;当柱销B运动到前一柱销A位置时,柱销C进入凸轮槽内。这时,凸轮槽位于凸轮圆柱体的圆周上，凸轮的转动不能推动柱销运动，故圆盘不动，从而完成一次间歇运动。此外，还有瞬时停顿的间歇运动机构。 往复间歇运动机构 在往复间歇运动的机构中，应用最广的是凸轮机构,其中还有其他常用的两种类型。①往复摆动间歇运动机构：它利用连杆上一点C 的一段近似圆弧[c1c2]来实现摇杆带停歇的往复摆动构件C1D 的一端通过铰链与连杆在C1点处联接，另一端通过铰链D与摇杆联接，并且铰链D必须位于圆弧[c1c2]的圆心处。当C点在虚线圆弧段上运动时,摇杆不动；C点在其轨迹的实线段上运动时,摇杆往复摆动一次。②往复移动间歇运动机构：它利用导杆上的一段圆弧导路来实现移动杆带停歇的往复直线运动 间歇运动机构 。曲柄的长度等于圆弧导路半径,它的转动中心与圆弧中心重合在图[往复间歇运动机构]示位置，当曲柄逆时针转动时，滚子在圆弧导路中运动，导杆不动，移动杆也不动。当滚子运动到圆弧导路终点时,导杆开始向右摆动,移动杆向右移动。当导杆摆到右极限位置后，导杆又向左摆到图[往复间歇运动机构]示位置,移动杆便退回到起始位置这样，曲柄转一周移动杆就完成一次带停歇的往复直线运动。
常用机构练习题
第六章常用机构练习题 一．填空题 1.运动副就是使两构件______________而又产生_________________的联接，运动副按接触形式 不同可分为____________和____________ 2.低副是两构件之间作__________接触的运动副，有____________和 ___________.__________________ 3.能整周回转的连架杆叫______________，不能整周回转，只能往复摇摆一定角度的连架杆叫 ________________ 4.曲柄摇杆机构只有当_______________为主动件时，机构具有急回特性，如搅拌机。筛砂机。 摄影平台升降机构等；只有当_______________为主动件时，机构才会出现“死点” 5.曲柄摇杆机构可将主动件曲柄的_____________________转换为摇杆的______________ 6.两曲柄长度不相等的双曲柄机构当主动曲柄等速转动时从动曲柄__________转动， _______________________就是利用这一性质制成的 7.平行双曲柄机构中，会出现“死点”位置，为消除“死点”位置的影响可以采取加 _______________________和________________________来消除，如机车车轮的联动装置。平行双曲柄机构，两曲柄旋转方向和角速度__________ 8.凸轮机构从动件的运动规律取决于____________________________________ 9.如图所示四杆机构，各杆件的尺寸为AB=450mm,BC=400mm,CD=300mm,AD=200mm,如果以 ____________________为机架，可以得到曲柄摇杆机构，如果以BC为机架会得到______________机构 10.在铰链四杆机构中，最短杆与最长杆的度之和_________________之和时，则不论取哪一杆件 为机架，都可以组成__________________________ 11.牛头刨床工作台的横向进给机构用的是___________机构，电影放映机的移片机构用的是 ___________机构 12.常用的间歇机构有____________和____________ 13.凸轮机构按凸轮形状分为______________._______________._____________和___________四 类，按从动件的端部结构形式，又可分为__________._____________.____ 三类 14.凸轮是一个具有__________________________--的构件，一般为___________,并作 ______________________________,凸轮机构由________.___________和______________三个基本构件所组成 15.间歇运动机构的特点是主动件作_____________________时，从动件能产生 ______________________,牛头刨床工作台的横向进给机构和电影放映机的移片机构用的都属于间歇运动机构 16.一个平面内自由运动的构件有_________个自由度 17. 零件是机器的___________单元,构件是机器的_________单元。18 组成曲柄摇杆机构的条件是：最短杆与最长杆的长度和_________或________其他两杆的长度和。最短杆的相邻杆为机架,则最短杆为曲柄。 19.对于曲柄滑块机构当曲柄为主动件滑块为从动件时，可将曲柄的_____________________________转化为滑块的__________________________，反之亦然。20.对于曲柄滑块机构根据滑块的移动轨迹是否通过曲柄的回转中心可分为_______________和_______________,主要应用于____________________________________ 二．选择题 1.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆之和大于其余两杆长度之和，则机构有（） A.一个曲柄 B.两个曲柄 C.两个摇杆 2.曲柄摇杆机构（） A.一连杆作整周运动，一连杆作往复摆动 B.不可以用于连续工作的摆动装置 C.可将往复摆动转变为连续转动 3.具有急回特性的四杆机构是（） A.曲柄摇杆机构 B.双摇杆机构 C.平行双曲柄机构 4.铰链四杆机构ABCD，现以BC为机架，要成为双曲柄机构则个杆长度应为（） A. AB=130 BC=150 CD=175 AD=200 B.AB=175 BC=130 CD=185 AD=200 C.AB=200 BC=150 CD=165 AD=130 5.有一铰链四杆机构，a杆最短，b杆最长，且a+b 第六章间歇运动机构 一、教学目的和教学要求 1、教学目的：拓宽学生的知识面，使学生知道存在某一类机构。 2、教学要求 结合专业需要对棘轮机构、槽轮机构、凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构、星轮机构等一些其他常用机构的工作原理、运动特点及其应用有所了解。二、本章重点教学内容及教学难点 重点：了解棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的组成、运动特点及其运动设计的要点。至于凸轮式间歇机构和星轮机构，只需了解它们的运动特点。 难点：如何组织教学内容，使学生没有杂乱无章之感。 §6-1 棘轮机构 一、棘轮机构的组成、工作特点及类型 棘轮机构的典型结构是由摇杆、棘爪、棘轮、止动爪和机架组成。可将主动摇杆连续往复摆动变换为从动棘轮的单向间歇转动。其棘轮轴的动程可以在较大范围内调节，且具有结构简单、加工方便、运动可靠等特点。但冲击、噪音大，且运动精度低。 棘轮上的齿大多做在棘轮的外缘上，构成外接棘轮机构，也有做在圆筒内缘上的，这时构成内接棘轮机构。 至于其他形式的齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构仅作为了解，以开阔眼界。 二、棘轮机构的设计要点 在设计棘轮机构时，首要的问题是确定棘轮轮齿的倾斜角，因为为了保证棘轮机构工作的可靠性，在工作行程时，棘轮应能顺利地滑入棘轮齿底。棘轮齿面倾斜角δ的确定：棘轮齿面倾斜角δ为齿面与轮齿尖向径的夹角。为了使棘爪能顺利地进入棘轮齿间，则要 求齿面总作用力R 对棘爪轴心的力矩方向应迫使棘爪进入棘轮齿底。即应满足条件： ?δ> （6-1） 其中?为摩擦角。 §6-2 槽轮机构 一、槽轮机构的组成、工作特点及类型 槽轮机构的典型机构是由由主动拨盘、从动槽轮及机架组成。可将主动拨盘的连续转动变换为槽轮的间歇转动。并具有结构简单、尺寸小、机械效率高、能较平稳地间歇转位等特点。 普通槽轮机构有外槽轮机构和内槽轮机构之分。为了满足某些特殊的工作要求，在某些机械中还用到一些特殊型式的槽轮机构，如不等臂长的多销槽轮机构、球面槽轮机构、偏置槽轮机构等。 二、普通槽轮机构的运动系数及运动特性 (1) 普通槽轮机构的运动系数 在单销外槽轮机构中，当主动拨盘回转一周时，从动槽轮运动时间d t 与主动拨盘转一周的总时间t 之比称为槽轮机构的运动系数，并以k 表示，即 z t t k d 1 21-== (6-2) 式中z ——槽轮的槽数。 如果在拨盘上均匀地分布n 个圆销，则当拨盘转动一周时，槽轮将被拨动n 次，则该槽轮机构的运动系数为 )1 21(z n k -= （6-3） 运动系数必须是大于零而小于1。 （2）普通槽轮机构的运动特性 主动拨盘以等速度1ω转动。当主动拨盘处在1?位置角时，从动槽轮所处的位置角2?、角速度2ω及角加速度2α分别为 )()]cos 1/(sin arctan[11112?α??α?λ?<<--= (6-4) )cos 21/()(cos 21112λ?λλ?λωω+--= (6-5) 课程设计报告 学生姓名：________________ 学号：_________________ 学院: ______________________________________________ 班级: ______________________________________________ 题目: _______________ 机构运动创新设计______________ 2015年1月5日 目录 、概述................................. 1 ..................................................... 一、概述： 机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步，机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行，一般比较复杂的机构都有多个方案，需要制作模型来试验和验证，多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型，组装调整机构尺寸等功能，能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案，较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况二、课程设计目的： 1、培养学生对连杆机构的理解掌握与创新设计能力，加强学生的工程实践背景的训练，拓宽学生的知识面，培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2 、通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，要求学生在拼装一个已有模型之外，自己通过对现实生产和生活中的连杆机构机械产品的观察和理解，通过试验台设备进行拼装和仿真。通过解决实际问题，促进学生理论联系实际，学以致用；锻炼学生独立思考能力和动手能力。 3 、加深学生对连杆机构组成原理的认识，进一步掌握连杆机构的创新设计方法。 4、学习机构运动简图的测绘与自由度的计算。 三、课程设计要求和内容： 实验设备和工具 CQJP-D 机构运动创新设计方案拼装及仿真实验台，包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具（扳手、螺丝刀）。其中构件包括机架、连杆、圆柱齿轮、齿条、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等；运动副包括转动副、移动副、齿轮副、槽轮副等。 实验原理 平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零，且原动件数和机构的自由度相等。所拼接的机构必须满足以上两个条件。将主要由连杆构成的连杆机构（可加入一个其他类型构件如齿轮、凸轮、槽轮等）进行拼装，计算分析其自由度后，输入动力源进行 机构运行。实验内容与步骤 湖南农业大学工学院 课程设计说明书 课程名称：机械CAD/CAM课程设计 题目名称：槽轮机构运动学仿真 班级：20 11 级机制专业四班 姓名： 学号： 指导教师： 评定成绩： 教师评语： 指导老师签名： 20 年月日 目录 摘要 (1) 关键词 (1) 1 槽轮机构的结构组成和工作原理 (1) 2 零件三维实体模型建立的方法 (1) 2.1 主动转盘三维实体模型建立的方法 (1) 2.2 从动槽轮三维实体模型建立的方法 (3) 2.3 其他零件三维实体模型建立的方法 (4) 3 装配模型建立的方法和步骤 (6) 4 建立装配模型的运动仿真 (9) 5 装配模型的运动仿真分析 (13) 6 装配模型的运动仿真分析结论 (15) 7 装配模型图集 (16) 7.1 总成图 (16) 7.2 爆炸图 (16) 7.3 零件图 (17) 7.4 主动转盘工程图 (18) 8 总结 (19) 参考文献.......................................... (19) 槽轮机构运动学仿真 学生： (工学院，11-机制4班，学号) 摘要：槽轮机构是将主动拨盘的连续转动转化为从动槽轮的间歇转动，以达到间歇进给、转位和分度等工作要求。运用Pro/E软件对槽轮机构进行三维实体建模及装配，并运用模块进行运动仿真分析，得出机构的角速度、角加速度随时间变化的曲线。 关键词：槽轮机构；间歇运动；运动仿真 1、槽轮机构的结构组成和工作原理 槽轮机构由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构，又称马尔他机构。它常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。槽轮机构有外啮合和内啮合以及球面槽轮等。外啮合槽轮机构的槽轮和转臂转向相反，而内啮合则相同，球面槽轮可在两相交轴之间进行间歇传动。槽轮机构典型结构由主动转盘、从动槽轮和机架组成。 2、零件三维实体模型建立的方法 2.1、主动转盘三维实体模型建立的方法 ②选择模板 基于Matlab/Simulink的槽轮机构间歇运动特性的分析与仿真 摘要：将槽轮机构转换为倒置曲柄滑块机构，建立了槽轮机构的运动数学模型，利用Matlab计算了槽轮机构的运动参数并绘制了相应的动态曲线，该方法直观精确，提高了设计效率。 关键词：槽轮机构间歇运动Matlab/Simulink 运动特性 Geneva mechanism based on Matlab/Simulink intermittent motion characteristics analysis and simulation Abstract ：Converse geneva mechanism for inverted slider-crank mechanism，the geneva machanism motion mathematical model is established，using Matlab to calculate the dynamic movement parameters of the geneva mechanism and draw the corresponding curve，the method is accurate，intuitive improves the design efficiency Key words：the geneva mechanism intermittent motion Matlab / Simulink movement characteristics 0引言： 槽轮机构能将主动件连续旋转运动转换成从动件有规律的运动和停歇，是实现周期性运动和停歇的典型机构。槽轮机构的结构简单，外形尺寸小，效率高，并能较平稳地、间歇地进行传位，在现代机械设备中得到了广泛的应用，但因传动时尚存在柔性冲击，故常用于速度不高的场合。本文将针对槽轮机构的间歇运动，使用Matlab软件中的仿真工具箱Simulink进行运动学仿真，通过仿真得到从槽轮的运动变化曲线，并对槽轮机构的运动特性进行分析。 1槽轮机构的物理模型转换 图1 外槽轮机构简图图2 曲柄滑块机构 1-槽轮；2-拨盘1-滑块；2-曲柄；3-摇杆 在如图1所示为外槽轮机构简图，图2所示为倒置的曲柄滑块机构。当销子和轮槽结合时图2中倒置曲柄滑块构造形式与图1中槽轮机构类似。其中图1中带销子的拨盘2可视为连杆2，而槽轮可视为连杆3，滑块1代表销子。 2槽轮机构的数学建模 整个系统的运动过程可分为两个状态，即销子和轮槽结合与分离的两个状态 第二章 一、单项选择题： 1．两构件组成运动副的必备条件是 。 A ．直接接触且具有相对运动； B ．直接接触但无相对运动； C ．不接触但有相对运动； D ．不接触也无相对运动。 2．当机构的原动件数目小于或大于其自由度数时，该机构将 确定的运动。 A ．有； B ．没有； C ．不一定 3．在机构中，某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为 。 A ．虚约束； B ．局部自由度； C ．复合铰链 4．用一个平面低副联二个做平面运动的构件所形成的运动链共有 个自由度。 A ．3； B ．4； C ．5； D ．6 5．杆组是自由度等于 的运动链。 A ．0； B ．1； C ．原动件数 6．平面运动副所提供的约束为 A ．1； B ．2； C ．3； D ．1或2 7．某机构为Ⅲ级机构，那么该机构应满足的必要充分条件是 。 A ．含有一个原动件组； B ．至少含有一个基本杆组； C ．至少含有一个Ⅱ级杆组； D ．至少含有一个Ⅲ级杆组。 8．机构中只有一个 。 A ．闭式运动链； B ．原动件； C ．从动件； D ．机架。 9．要使机构具有确定的相对运动，其条件是 。 A ．机构的自由度等于1； B ．机构的自由度数比原动件数多1； C ．机构的自由度数等于原动件数 第三章 一、单项选择题： 1．下列说法中正确的是 。 A ．在机构中，若某一瞬时，两构件上的重合点的速度大小相等，则该点为两构件的瞬心； B ．在机构中，若某一瞬时，一可动构件上某点的速度为零，则该点为可动构件与机架的瞬心； C ．在机构中，若某一瞬时，两可动构件上重合点的速度相同，则该点称为它们的绝对瞬心； D ．两构件构成高副，则它们的瞬心一定在接触点上。 2．下列机构中k C C a 32 不为零的机构是 。 A ．(a)与(b)； B ．(b)与(c)； C ．(a)与(c)； D ．(b)。 3．下列机构中k C C a 32 为零的机构是 。 A ．(a)； B ． (b)； C ． (c)； D ．(b)与(c)。 常用的机构观察与运动分析 一、实验目的 1、掌握平面运动副的分类及其表示方法； 2、结合实例加深理解平面连杆机构的基本类型、判别及其演化； 3、熟悉凸轮机构的分类、间歇机构的工作原理、螺旋机构的结构特点； 4、熟悉齿轮传动机构的类型及其特点。 二、实验设备及工具 1、机械原理陈列柜； 2、各种机构实物模型。 三、实验内容 1、平面运动副类型及其常用符号 （1）转动副，如图1所示。 （a）全为活动构件时 （b）构件1为机架时 图1 转动副 （2）移动副，如图2所示。 （a）全为活动构件时 （b）构件1为机架时 图2 移动副 （3）高副，如图3所示。 （a）全为活动构件时 （b）构件1为机架时 图3 高副 2、平面连杆机构的基本类型 1）全部用转动副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构，如图4所示。铰链四杆机构分 为三种基本型式：曲柄摇杆机构（如图4a 、b ）、双曲柄机构（如图4c ）和双摇杆机构（如图4d ）。 c d 图4 变更机架后机构的演化 2）将4个构件以转动副和移动副连接成的平面四杆机构为移副四杆机构。单移副四杆机构有以下四种类型：滑快机构、导杆机构、摇块机构和定块机构（如图5所示）。 3、凸轮机构的组成及应用 凸轮机构应用广泛，类型很多，通常按如下方法分类： 1) 按凸轮的形状分为： （1）盘形凸轮；（2）移动凸轮；（3）圆柱凸轮。 图5 曲柄滑块机构向导杆机构的演化 a ）曲柄滑块机构 b ）导杆机构 c ）摇块机构 d ）定块机构 a b 图6 内燃机气门机构图图7移动凸轮图8 自动车床进刀机构中的凸轮 2）按从动件末端形状分为： （1）尖顶从动件如图9a、d所示；（2）滚子从动件如图9b、e所示；（3）平底从动件如图9c、f 所示。 a b c d e f 图9 从动件末端形状 4、间歇机构的工作原理 常见的间歇运动机构有：棘轮机构、槽轮机构等。 1）棘轮机构主要由棘轮、棘爪和机架组成（如图10所示）。 图10 棘轮机构图11 槽轮机构 2）槽轮机构主要由带圆销的主动拨盘，带径向槽的从动槽轮和机架组成（如图11所示）。 5、螺旋机构 螺旋机构由螺杆、螺母和机架组成（如图12所示）。 图12 螺旋机构 6、齿轮机构 间歇运动机构 一、复习思考题 1．什么是间歇运动？有哪些机构能实现间歇运动？ 2．棘轮机构与槽轮机构都是间歇运动机构，它们各有什么特点？ 3．槽轮机构的运动系数τ=0.4表示什么意义？为什么运动系数必须大于零而小于1？ 五个槽的单销槽轮机构其运动系数τ等于多少？ 4．棘轮机构的运动设计主要包括哪些内容？ 5．槽轮机构设计时要避免什么问题？ 6．棘轮机构和槽轮机构均可用来实现从动轴的单向间歇运动，但在具体的使用选择上又有什么不同？ 7．止回棘爪的作用是什么？ 8．调节棘轮转角大小都有哪些方法？ 9．用什么方法能改变棘轮的转向？ 10．槽轮的静止可靠性和防止反转是怎样保证的？ 11．单向运动棘轮机构和双向式棘轮机构，有什么不同之处？ 12．棘轮机构有哪些作用？ 二、填空题 1．所谓间歇运动机构，就是在主动件作运动时，从动件能够产生周期性的、运动的机构。 2．棘轮机构主要由、和等构件组成。 3．棘轮机构的主动件是，从动件是，机架起固定和支撑作用。 4．棘轮机构的主动件作运动，从动件作性的时停、时动的间歇运动。 5．双向作用的棘轮，它的齿槽是的，一般单向运动的棘轮齿槽是的。 6．为保证棘轮在工作中的可靠和防止棘轮的，棘轮机构应当装有止回棘爪。 7．槽轮机构主要由、、和机架等构件组成。 8．槽轮机构的主动件是，它以等速作运动，具有槽的槽轮是从动件，由它来完成间歇运动。 9．槽轮的静止可靠性和不能反转，是通过槽轮与曲柄的实现的。 10．不论是外啮合还是内啮合的槽轮机构，总是从动件，总是主动件。 11．间歇齿轮机构是由演变来的。 12．间歇齿轮机构从动件的静止可靠性，是通过而实现的。 13．间歇齿轮机构在传动中，存在着严重的，所以只能用在低速和轻载的场合。 《机械设计基础课程》习题 第1章机械设计基础概论 1-1 试举例说明机器、机构和机械有何不同？ 1-2 试举例说明何谓零件、部件及标准件？ 1-3 机械设计过程通常分为几个阶段？各阶段的主要内容是什么？ 1-4 常见的零件失效形式有哪些？ 1-5 什么是疲劳点蚀？影响疲劳强度的主要因素有哪些？ 1-6 什么是磨损？分为哪些类型？ 1-7 什么是零件的工作能力？零件的计算准则是如何得出的？ 1-8 选择零件材料时，应考虑那些原则？ 1-9 指出下列材料牌号的含义及主要用途：Q275 、40Mn 、40Cr 、45 、ZG310－570 、QT600－3。 第2章现代设计方法简介 2-1 简述三维CAD系统的特点。 2-2 试写出优化设计数学模型的一般表达式并说明其含义。 2-3 简述求解优化问题的数值迭代法的基本思想。 2-4 优化设计的一般过程是什么？ 2-5 机械设计中常用的优化方法有哪些？ 2-6 常规设计方法与可靠性设计方法有何不同？ 2-7 常用的可靠性尺度有那些？ 2-8 简述有限元法的基本原理。 2-9 机械创新设计的特点是什么？ 2-10 简述机械创新设计与常规设计的关系。 第3章平面机构的组成和运动简图 3-1 举实例说明零件与构件之间的区别和联系。 3-2 平面机构具有确定运动的条件是什么? 3-3 运动副分为哪几类？它在机构中起何作用？ 3-4 计算自由度时需注意那些事项？ 3-5 机构运动简图有何用途？怎样绘制机构运动简图？ 3-6 绘制图示提升式水泵机构的运动简图，并计算机构的自 由度。 3-7 试绘制图示缝纫机引线机构的运动简图，并计算机构的 自由度。 3-8 试绘制图示冲床刀架机构的运动简图，并计算机构的自 由度。 3-9 试判断图a、b、c所示各构件系统是否为机构。若是， 课程设计报告 学生姓名:学号： 学院: 班级: 题目: 机构运动创新设计 指导教师：苏天一 2015 年 1 月5日 目录 一、概述 1 二、课程设计目的 1 三、课程设计要求和内容 1 四、原始数据及技术参数 2 五、设计原理及设备 2 六、机构自由度计算 5 七、机构动力分析与计算 7 八、机构运动分析与计算 9 十、参考文献 12 一、概述： 机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步，机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行，一般比较复杂的机构都有多个方案，需要制作模型来试验和验证，多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型，组装调整机构尺寸等功能，能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案，较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况 二、课程设计目的： 1、培养学生对连杆机构的理解掌握与创新设计能力，加强学生的工程实践背景的训练，拓宽学生的知识面，培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2、通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，要求学生在拼装一个已有模型之外，自己通过对现实生产和生活中的连杆机构机械产品的观察和理解，通过试验台设备进行拼装和仿真。通过解决实际问题，促进学生理论联系实际，学以致用；锻炼学生独立思考能力和动手能力。 3、加深学生对连杆机构组成原理的认识，进一步掌握连杆机构的创新设计方法。 4、学习机构运动简图的测绘与自由度的计算。 三、课程设计要求和内容： 实验设备和工具 CQJP-D机构运动创新设计方案拼装及仿真实验台，包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具（扳手、螺丝刀）。其中构件包括机架、连杆、圆柱齿轮、齿条、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等；运动副包括转动副、移动副、齿轮副、槽轮副等。 实验原理 平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零，且原动件数和机构的自由度相等。所拼接的机构必须满足以上两个条件。将主要由连杆构成的连杆机构（可加入一个其他类型构件如齿轮、凸轮、槽轮等）进行拼装，计算分析其自由度后，输入动力源进行 中烟公司培训班《机械基础》复习题 一、填空题 1、机器或机构各部分之间应具有（确定的相对）运动。机器工作时，都能完成有用的（功）或实现（能量）的转换。 2、一个完整的机器由（原动）部分、（工作）部分和（传动）部分组成。 3、在机械中，（零件）是制造的单元体，（构件）是运动的单元体。 4、运动副是指能使两构件之间既能保持（直接）接触，而又能产生一定的形式相对运动的（联接）。 5、平面机构中，两构件通过点、线接触而构成的运动副称为（高副）。 6、平面机构中，两构件通过面接触而构成的运动副称为（低副）。 7、低副按两构件间相对运动形式的不同可分为（转动）副和（移动）副。 8、平面连杆机构是由若干构件以（低副）联接而成的机构。 9、根据两连架杆运动形式的不同，铰链四杆机构可分为（曲柄摇杆）、（双曲柄）和双摇杆三种基本形式。 10、四铰链机构，当不满足杆长和的条件时，均为（双摇杆）机构。 11、对于具有两个整转副的铰链四杆机构，若取机构的（最短杆）为机架，则可获得双曲柄机构。 12、在（在满足杆长之和条件的铰链四杆）机构中，如果将（最短）杆对面的杆作为机架时，则与此相连的两杆均为摇杆，即是双摇杆机构。 13、一平面铰链四杆机构的各杆长度分别为a=350、b=600、c=200、d=700； （1）当取c 杆为机架时，它为何种具体类型（双曲柄）机构； （2）当取d杆为机架时，则为（双摇杆机构）。 14、平面四杆机构中，若各杆长度分别为a=40、b=60、c=60 、d=70。当以a为机架，则此四杆机构为（双曲柄机构）。 15、如图所示铰链四杆机构中，若机构 以AB杆为机架时，为（双曲柄）机构； 以CD杆为机架时，为（双摇杆）机构； 以AD杆为机架时，为（曲柄摇杆）机构。 第 6 章间歇运动机构 （一）教学要求 1．掌握各种常用机构的工作原理 2．了解各种机构的组成及应用 （二）教学的重点与难点 1．工作原理 2．常用机构的应用 （三）教学内容 6.1槽轮机构 一、组成、工作原理 1．组成：具有径向槽的槽轮，具有圆销的构件，机架 2．工作原理： 构件 1→连续转动；构件2（槽轮）→时而转动，时而静止 当构件 1 的圆销 A 尚未进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁住弧被构件 1 的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。 当构件 1 的圆销 A 开始进入槽轮径向槽的位置，锁住弧被松开，圆销驱使槽轮传动。 当圆销开始脱出径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被构件 1 的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。 往复循环。 4 个槽的槽轮机构：构件 1 转一周，槽轮转1 周。4 6 个槽的槽轮机构：构件 1 转一周，槽轮转1 周。6 二、槽轮机构的基本尺寸和运动系数 1．基本尺寸 b l (r r s )r s——圆销的半径 r l sin2b——槽轮回转中心到径向槽底的距离 a l cos2a——槽轮回转中心到径向槽口的距离 r——圆销中心到构件 1 中心的距离 l ——两轮回转中心之间的距离 2．运动系数（τ ）：槽轮每次运动的时间 m t 之比。 t 对主动构件回转一周的时间 t m21（构件 1 等速回转） t2 2 1——槽轮运动时构件 1 转过的角度 （通常，为了使槽轮 2 在开始和终止运动时的瞬时角速度为零。以避免圆销与槽发生撞击，圆销进入、退出径向槽的瞬间使O1A ⊥O2A ） ∴ 2 1222 Z ∴ 21Z211 22Z2Z 讨论： 1、τ>0，∴ Z ≥3 τ=0，槽轮始终不动。 2、111 2Z ：槽轮的运动时间总小于静止时间。 2 3、要使1 ，须在构件 1 上安装多个圆销。2 设 K为均匀分布的圆销数， K (Z2) 2Z 三、槽轮机构的特点和应用 优点：结构简单，工作可靠，能准确控制转动的角度。常用于要求恒定旋转角的分度机构中。 缺点：①对一个已定的槽轮机构来说，其转角不能调节。 ②在转动始、末，加速度变化较大，有冲击。 应用：应用在转速不高，要求间歇转动的装置中。 电影放映机中，用以间歇地移动影片。 自动机中的自动传送链装置。（布图） % 外槽轮机构运动分析 dr=pi/180.0; % 角度与弧度的转换系数 % 销轮2转角范围:-f20 槽轮机构的组成及其特点 newmaker (1) 槽轮的组成(Composition of Geneva Mechanism) 如右图所示，主动拨盘上的圆柱销进进槽轮上的径向槽以前，凸锁止弧将凹锁止弧锁住，则槽轮静止不动。圆柱销进进径向槽时，凸、凹锁止弧恰好分离，圆柱销可以驱动槽轮转动。当圆柱销脱离径向槽时，凸锁止弧又将凹锁止弧锁住，从而使槽轮静止不动。因此，当主动拨盘作连续转动时，槽轮被驱动作单向的间歇转动。 (2)槽轮的特点 构造简单，外形尺寸小； 机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位； 但因传动时存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合。 槽轮机构的类型及应用 （1）槽轮机构的类型(Type of Geneva Mechanism) 外槽轮机构：运动时，拨盘与槽轮为异向回转。 内槽轮机构：运动时，拨盘与槽轮为同向回转。 两种机构均用于平行轴之间的间歇传动。 （2）槽轮机构的应用举例(Application Sample of Geneva Mechanism) 外槽轮机构被广泛应用于电影放映机中。 (3）球面槽轮机构(Sphere Geneva Mechanism) 当需要在两相交轴之间进行间歇传动时，可采用球面槽轮机构。右图为球面槽轮机构。 槽轮机构的运动系数及运动特性 (1)槽轮机构的运动系数k (Motion Factor of Geneva Mechanism) k=td／t 又因拨盘1一般为等速回转，因此时间的比值可以用拨盘转角的比值来表示。可得外槽轮机构运动系数的另一表达式： 由于运动系数k应大于零，所以由上式可知外槽轮径向槽的数目z应大于3。又由上式可知， 棘轮机构练习题 一,填空题 1,将主动件的连续运动转换为时动时停的周期性运动的机构,称为间歇动动机构 2,棘轮机构主要由棘轮、棘爪与机架组成 3,槽轮机构的主动件就是曲柄 ,它以等角速度做整周运动,具有径向槽的槽轮就 是从动件,由它来完成间歇运动。 4,为保证棘轮在工作中的静止可靠与防止棘轮的反转 ,棘轮机构应当装有止回棘爪、 5、单圆销外啮合六槽轮机构,曲柄转一周需6秒,则槽轮每次运动转 60 度,每次停歇 5 秒。 6,在间歇运动机构中能将主动件的连续转动变成从动件的间歇转动的就是＿棘轮机构＿与 ＿槽轮机构＿。 7,单圆销外啮槽轮机构,它就是由曲柄＿圆柱销＿、＿带径向槽的槽轮＿以及机架等组成。 8,槽轮机构能把主动件的＿连续＿转动转换为从动件周期性的＿间歇＿运动。 9、有一双圆销槽轮机构,其槽轮有6条径向槽,当主动件拨盘转二圈时,槽轮完成＿4＿次动作, 转过240 度。 10,在槽轮机构中,要使主、从动件转向相同,应采用＿内啮合＿槽轮机构。 二,判断题 1,间歇齿轮机构就是由齿轮传动演变而来的,所以齿轮传动的传动比计算方法同样适用于间 歇齿轮机构。(×) 2,内啮合槽机构中槽轮的旋转方向与曲柄的旋转方向就是一致的,而外啮合槽轮机构则相 反。(√) 3,槽轮机构中槽轮的转角大小就是可以调节的(× ) 4,槽轮机构的停歇与运动时间取决于槽轮的槽数与圆柱拨销数( √ ) 5,凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构都不能实现间歇运动。× 6,单向间歇运动的棘轮机构,必须要有止回棘爪。(√ ) 三,选择题 1、六角车床的刀架转位机构就是采用的( C ) Ａ,凸轮机构Ｂ,棘轮机构Ｃ,槽轮机构Ｄ,齿轮机构 2.拨盘转一周,槽轮作一次反向间歇转动的槽轮机构就是＿＿A＿＿槽轮机构。 A.单圆销外啮合 B.双圆销外啮合 C.单圆销内啮合 3,某单圆销六槽外啮合槽轮机构,若主动件曲柄转一周,则槽轮转( C )周 Ａ,1 Ｂ,1/4 Ｃ,1/6 Ｄ,1/8 4,槽轮机构的主动件在工作中做( C ) Ａ,往复摆动运动Ｂ,往复直线运动Ｃ,等速转动Ｄ,直线运动 一、复习思考题 第六章其他常用机构习题 6-1.棘爪的工作条件应为棘齿偏斜角φ_________摩擦角ρ。 A.大于 B.小于 C.等于 D.大于或等于 6-2.在棘轮、棘爪的几何尺寸计算中，齿槽夹角的经验值一般取为_______。 A.30°或35° B.45°或50° C.55°或60° D.65°或70° 6-3.人在骑自行车时能够实现不蹬踏板的自由滑行，这是________机构实现超越运动的结果。 A.凸轮 B.不完全齿轮 C.棘轮 D.槽轮 6-4.在单销的槽轮机构中，径向槽数目应为_________。 A.等于3 B.小于3 C.大于3 D.大于或等于3 6-5.销的槽轮机构中，槽轮机构的运动时间总是________静止时间。 A.大于 B.小于 C.等于 D.大于或等于 6-6.对于单销的槽轮机构，槽轮运动的时间和静止的时间之比应为_________。 A.大于1 B.等于1 C.小于1 D.大于或等于1 6-7.四槽单销的槽轮机构的运动特性系数为________。 A. 0.2 B. 0.25 C. 0.3 D. 0.35 6-8.对于槽数z=3的槽轮机构，其圆销数目最多是________个。 A.2 B.3 C.4 D.5 6-9.在以下间歇运动机构中，________机构更适应于高速工作情况。 A.凸轮间歇运动 B.不完全齿轮 C.棘轮 D.槽轮 6-10.电影院放电影时，是利用电影放映机卷片机内部的_________机构，实现的胶片画面的依次停留，从而使人们通过视觉暂留获得连续场景。 A.凸轮 B.飞轮 C.棘轮 D.槽轮 6-11为了使齿式棘轮机构的棘爪能顺利进入棘轮齿间，棘轮的棘齿偏斜角φ必须小于摩擦角ρ。（） 6-12.棘轮机构即能实现间歇运动，还能实现超越运动。（） 6-13.棘轮机构只能实现转角的有级性变化，而不能实现转角的无级性变化。（）6-14.摩擦式棘轮机构传动平稳、噪声小、可实现运动的无级调节；但其接触表面易发生滑动。（） 6-15.设计棘轮时，在按照强度要求确定模数之后，棘爪的长度可以由经验公式L=2πm计算。（） 6-16.对于单销槽轮机构，为保证槽轮运动，其运动系数应大于或等于零。（）6-17.单销槽轮机构的运动特性系数总是小于0.5。（） 6-18.无论何种槽轮机构，必然有槽数Z≧3。（） 6-19.槽轮的槽数越大，槽轮的尺寸也一定越大。（） 6-20.凸轮间歇运动机构常用于传递交错轴间的分度运动和需要间歇转位的机械装置中。（） 6-21.________________________________________________________________称为间歇运动机构。 6-22.间歇运动机构主要有以下四种_____________、______________、______________、___________________。 6-23.棘轮机构主要由______________、_______________、_________________。 第六章其他常用机构习题 6-1.棘爪の工作条件应为棘齿偏斜角φ_________摩擦角ρ。 A.大于 B.小于 C.等于 D.大于或等于 6-2.在棘轮、棘爪の几何尺寸计算中，齿槽夹角の经验值一般取为_______。 A.30°或35° B.45°或50° C.55°或60° D.65°或70° 6-3.人在骑自行车时能够实现不蹬踏板の自由滑行，这是________机构实现超越运动の结果。 A.凸轮 B.不完全齿轮 C.棘轮 D.槽轮 6-4.在单销の槽轮机构中，径向槽数目应为_________。 A.等于3 B.小于3 C.大于3 D.大于或等于3 6-5.销の槽轮机构中，槽轮机构の运动时间总是________静止时间。 A.大于 B.小于 C.等于 D.大于或等于 6-6.对于单销の槽轮机构，槽轮运动の时间和静止の时间之比应为_________。 A.大于1 B.等于1 C.小于1 D.大于或等于1 6-7.四槽单销の槽轮机构の运动特性系数为________。 A. 0.2 B. 0.25 C. 0.3 D. 0.35 6-8.对于槽数z=3の槽轮机构，其圆销数目最多是________个。 A.2 B.3 C.4 D.5 6-9.在以下间歇运动机构中，________机构更适应于高速工作情况。 A.凸轮间歇运动 B.不完全齿轮 C.棘轮 D.槽轮 6-10.电影院放电影时，是利用电影放映机卷片机内部の_________机构，实现の胶片画面の依次停留，从而使人们通过视觉暂留获得连续场景。 A.凸轮 B.飞轮 C.棘轮 D.槽轮 6-11为了使齿式棘轮机构の棘爪能顺利进入棘轮齿间，棘轮の棘齿偏斜角φ必须小于摩擦角ρ。（） 6-12.棘轮机构即能实现间歇运动，还能实现超越运动。（） 6-13.棘轮机构只能实现转角の有级性变化，而不能实现转角の无级性变化。（）6-14.摩擦式棘轮机构传动平稳、噪声小、可实现运动の无级调节；但其接触表面易发生滑动。（） 6-15.设计棘轮时，在按照强度要求确定模数之后，棘爪の长度可以由经验公式L=2πm计算。（） 6-16.对于单销槽轮机构，为保证槽轮运动，其运动系数应大于或等于零。（）6-17.单销槽轮机构の运动特性系数总是小于0.5。（） 6-18.无论何种槽轮机构，必然有槽数Z≧3。（） 6-19.槽轮の槽数越大，槽轮の尺寸也一定越大。（） 6-20.凸轮间歇运动机构常用于传递交错轴间の分度运动和需要间歇转位の机械装置中。（） 6-21.________________________________________________________________称为间歇运动机构。 6-22.间歇运动机构主要有以下四种_____________、______________、______________、___________________。 6-23.棘轮机构主要由______________、_______________、_________________。间歇运动机构讲解
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