直线引导机构设计论文

毕业设计说明书 论文题目：直线引导机构设计系 部： 专 业： 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2016年3月18日目录 摘要.1一 绪论.2二 连杆机构概述.3三 直线引导机构的原理与结构分析.4 四 直线引导机构的运动分析.6 4.1 直线引导机构自由度的计算.8五 直线引导机构的结构设计.10 5.1 工作条件的确定.11 5.2 总体设计分析.14 5.3 链传动的设计.17 5.4 电机的选择.20 5.5 减速器的选择.22 5.6 连传动的设计的选择.23 5.7 底座的设计.23 5.8 各杆长度设计 .23六 直线引导机构的有限元分析.24结 论.25参考文献.26谢 辞.27 摘 要 连杆机构广泛运用于选多级其中，在我们的生活中起着重要的作用；如平衡吊的工作原理、刨床的直线插补作原理等等。连杆的杆机构又称低副机构，是机械的组成部分中的一类，指由若干（两个以上）有确定相对运动的构件用低副（转动副或移动副）联接组成的机构。平面连杆机构中最基本也是应用最广泛的一种型式是由四个构件组成的平面四杆机构。由于机构中的多数构件呈杆状，所以常称杆状构件为杆。低副是面接触，耐磨损；加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中。因此，平面连杆机构在各种机械和仪器中获得广泛应用。连杆机构的缺点是：低副中存在间隙，数目较多的低副会引起运动累积误差；而且它的设计比较复杂，不易精确地实现复杂地运动规律。关键词：连杆机构，平面，制造，运动规律AbstractConsisting of the rod of the linkage mechanism is widely used to multistage which, in our lives plays an important role, such as balance crane work principle, planer linear interpolation principle and so on. The connecting rod mechanism and low pair mechanism, mechanical part of a class, defined by a number of (two or more) to determine the relative motion of the component with low side (rotating or moving pair coupling mechanism. Planar linkage mechanism in the basic and applied the most extensive a type is composed of four components of plane four bar mechanism. Because most of members is in the shape of a rod, so often called rod member bar. Low side is the surface contact, wear resistance, and the rotating pair and shift Dynamic contact surface is a cylindrical surface and a plane surface, easy manufacture, easy to obtain high manufacturing accuracy. Linkage mechanism widely used in all kinds of machinery and instrument. Therefore, planar linkage in various kinds of machines and instruments obtained widely application. The shortcomings of connecting rod mechanism is: low side of gap, a large number of low side will cause cumulative motion error; and its design is more complex, not easy to accurately realize complex motions.Key words: connecting rod mechanism, plane, manufacturing, movement law一 绪轮连杆机构构件运动形式多样，如可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动，从而可用于实现已知运动规律和已知轨迹。此外，低副面接触的结构使连杆机构具有以下一些优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不象凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。因此，平面连杆机构广泛应用于各种机械、仪表和机电产品中。平面连杆机构的缺点是：一般情况下，只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中作复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。计算机与网络技术的飞速发展, 已经逐步改变了传统面对面的教学方式。基于Internet的网络教学模式,具有交互性好、教学过程不受时空限制的特点,可以实现教学资源的共享,满足人 们随时随地学习的需求。平面连杆机构是一种应用十分广泛的机构,对其进行仿真与分析是机械原理教学中的重点和难点。传统教学模式下线条状的机构简图虽 然可以进行机构仿真,但所实现的机构仿真不但缺乏三维真实感,而且分析结果的精度也不高。SW是一款CAD/CAM/CAE高度集成化的三维软件, 它具有强大的三维建模和分析仿真功能。因此,开发基于SW系统的平面连杆机构网络教学系统具有很强的应用价值和现实意义。 本文以平面连杆机构为研究对象,分析目前国内外相关研究现状,在其他研究人员的研究基础之上,研究并开发了基于SW的平面连杆机构网络教学系统。该 系统主要实现了在网络环境下利用SW进行平面连杆机构的三维参数化建模、干涉检查、自动装配和运动仿真等功能,具有方便、交互、形象的特点,最大程 度上实现了资源的共享。 本文以SW软件为平台,借助SW工具箱和网络技术,围绕SW的远程操作、数据库系统的建立、图形文件的交互以及服务器对机 构模型文件的管理等技术进行研究,主要研究内容如下： 1、对网络教学系统各功能模块进行需求分析,建立基于B/S模式的三层网络结构体系； 2、研究Web数据库系统的建立和维护,利用Access创建Web数据库,实现机构设计参数和用户信息的有效管理。 3、对COM组件和ActiveX组件技术进行研究和分析,解决网络服务器与SW系统之间的数据通讯,实现对SW系统的远程操作； 4、对SW二次开发技术进行深入研究,利用SW/TOOLKIT工具箱开发网络教学系统的各个功能模块,实现自动装配。本设计采用连杆机构做的直线引导机构设计与分析二 连杆机构概述 我们在实际生活中已经见过许多的平面连杆机构，被广泛地使用在各种机器、仪表及操纵装置中。例如内燃机、牛头刨、钢窗启闭机构、碎石机等等，这些机构都有一个共同的特点：其机构都是通过低副连接而成，故此这些机构又称低副机构。根据这一特点，我们定义：若干构件通过低副（转动副或移动副）联接所组成的机构称作连杆机构。连杆机构中各构件的相对运动是平面运动还是空间运动，连杆机构又可以分为平面连杆机构和空间连杆机构。 连杆机构在实现构件的运动方面, 与其他机械机构相比, 具有构件数少、结构简单等优点, 而且可实现平面机构不可能实现的某些运 动 ，所以,空间连杆机构在轻工( 缝纫、针织、制鞋、制革等) 机械中有着广泛的应用, 在农业机械、交通工具、化工机械、仪器仪表以及各种控制装置中也有其应用的实例, 尤其在机器人、机械手机构中, 空间连杆机构几乎占着主导地位。平面连杆机构是由若干构件用平面低副（转动副和移动副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传送动力。平面连杆机构的使用更加广泛，所以主要讨论平面连杆机构。平面连杆机构的类型很多，单从组成机构的杆件数来看就有四杆、五杆和多杆机构。一般的多杆机构可以看成是由几个四杆机构所组成。本设计做要做的为五连杆的设计。平面多连杆机构作为传动机构，其优势是能够实现设计者所期望的多种运动规律和运动轨迹的要求，而且结构简单，容易制造，工作可靠。但欲使某简单机构实现复杂的运动要求时，该机构的设计过程通常是十分艰难的。随着生产的发展，机构的载荷与速度不断提高，对平面多连杆机构设计的要求也越来越高。因此，如何设计可满足各种工程要求的平面多连杆机构，一直是该领域的重要课题。本设计会举例出使用直线插补机构如图2.1、图2.2，并对其进行分析，使我们获得一个如下：连杆机构的直观感受。通过三维仿真给我们一种直观的感觉。该机构主要是由连杆作用；而链传动只不过是有齿轮的摆动，提供一定的惯性力，与最终的直线运动不起任何作用。主要作为传动系统的多连杆机构的设计问题是其能否创新的关键所在。基于多连杆机构设计的特殊性，计算机辅助机械系统设计是多连杆设计发展的必然方向。本设计的原理主要是运用连杆之间的传递作用来完成直线插补机构。如图2.1直线插补图三 直线引导机构的原理与结构分析由图3.1可知直线引导机构的工作原理：有原动件F杆7在电动机的带动下，使6从动件D转动、再把运动传到3从动三角杆B,把运动传递到最终4从动三角杆C和2从动杆A。完成简单的直线王往复运动。选择设计要求的电机，以及个个连接的铰链；同时，在链传动作用下，在齿轮B作用下，带动连使齿轮A摆动，进而为整体机构提供一定摆动了，促使机构整体的符合直线往复的运动。如图3.1直线插补二维图其中，1机架、2从动杆A 、3从动三角杆B、4从动三角杆C、5齿轮A、6从动杆D、7原动杆F 8、链9、齿轮B四 直线引导机构的运动分析4.1 直线引导机构自由度的计算由图4.1直线引导机构的原理图知：图4.1直线引导机构仿真图分析知：此机构的为平面机构，该平面结构的自由度综合分析知，由链传动无关，链传动带动齿轮摆动，启动惯性了的作用。所以，该机构由为铰链六杆机构。该结构有点复杂，由6个构件组成，其中，包括7个低副，因链传动在总输出的速度不起影响；故，无高副。因为一构件为为机座，所以，可动构件为5个。这些5个在位组成运动链之前共为3X5=15个自由度，当组成链后，收到的运动副所受到的约束为2X7=14；平面机构的自由度为：故:该直线引导机构的自由度为1.只需一个运动源，改用运动为单一的直线往复运动。该机构只有一个单一的运动符合运动条件。五 直线引导机构的结构设计5.1 直线引导机构工作条件的确定在一般情况下，通常零件4从动三角杆在平行放行上的最大移动距离为100mm；且底座两链接之间的距离300mm左右，距地面高度为50mm；直线引导机构，保证两边的上下工件工作都能满足。现初定平衡吊的工作条件如下： 往复运动的范围： s 电动机A的功率： n 0.5kw 电动机B的功率： n 0.75kw底座的两链接距离： b 300原动杆F的长度： s 286mm杆件与链接丁材料： Q2355.2 总体设计分析 直线引导机构为双摇杆结构机构，该机构最终实现的运动为直线往复结构运动。在两个电动机作用下，通过减速器进行减速，传送到连杆的原动杆F，再有原动杆F作用下，把力和速度传递到杆3从动三角杆B和6从动杆D，在杆3和杆6的作用下，控制最终的运动，杆4从动三角杆C的最终的运动的作用；同时，在由杆2进行调节控制杆4从动三角杆C，最终，让杆4从动三角杆C能够达到直线往复作用；链传动结构，在电动机B的作用下，有减速箱的控制下，把力和速度有齿轮B，在由齿轮B带动链，在带动齿轮A摆动，提供一定的摆动力，促使机构达到整体的机构的平衡做的作用。此机构的为平面机构，该平面结构的自由度综合分析知，由链传动无关，链传动带动齿轮摆动，启动惯性了的作用。所以，该机构由为铰链六杆机构。图5.1直线引导机构运动简图5.3 链传动的设计链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。 链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高;传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小;所需张紧力小，作用于轴上的压力小;能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。 链传动的缺点主要有:仅能用于两平行轴间的传动;成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。链传动是啮合传动，平均传动比是准确的。它是利用链与链轮轮齿的啮合来传递动力和运动的机械传动。链条长度以链节数来表示。链节数最好取为偶数，以便链条联成环形时正好是外链板与内链板相接，接头处可用弹簧夹或开口销锁紧。若链节数为奇数时，则需采用过渡链节。在链条受拉时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，通常应避免采用。齿形链由许多冲压而成的齿形链板用铰链联接而成，为避免啮合时掉链，链条应有导向板(分为内导式和外导式)。齿形链板的两侧是直边，工作时链板侧边与链轮齿廓相啮合。铰链可做成滑动副或滚动副，滚柱式可减少摩擦和磨损，效果较轴瓦式好。与滚子链相比，齿形链运转平稳、噪声小、承受冲击载荷的能力高；但结构复杂、价格较贵、也较重，所以它的应用没有滚子链那样广泛。齿形链多用于高速(链速可达40m/s)或运动精度要求较高的传动。国家标准仅规定了滚子链链轮齿槽的齿面圆弧半径 、齿沟圆弧半径 和齿沟角 的最大和最小值(详见GB1244-85)。各种链轮的实际端面齿形均应在最大和最小齿槽形状之间。这样处理使链轮齿廓曲线设计有很大的灵活性。但齿形应保证链节能平稳自如地进入和退出啮合，并便于加工。符合上述要求的端面齿形曲线有多种。最常用的齿形是“三圆弧一直线”，即端面齿形由三段圆弧和一段直线组成。链轮轴面齿形两侧呈圆弧状，以便于链节进入和退出啮合。齿形用标准刀具加工时，在链轮工作图上不必绘制端面齿形，但须绘出链轮轴面齿形，以便车削链轮毛坏。轴面齿形的具体尺寸见有关设计手册。链轮齿应有足够的接触强度和耐磨性，故齿面多经热处理。小链轮的啮合次数比大链轮多，所受冲击力也大，故所用材料一般应优于大链轮。常用的链轮材料有碳素钢(如Q235、Q275、45、ZG310-570等)、灰铸铁(如HT200)等。重要的链轮可采用合金钢。小直径图6.1链轮图可制成实心式；中等直径的链轮可制成孔板式；直径较大的链轮可设计成组合式，若轮齿因磨损而失效，可更换齿圈。链轮轮毂部分的尺寸可参考带轮。在本设计中链传动起到的惯性力的作用。图5.2直线引导机构主动链轮图5.4 电机的选择5.4.1电动机A的选择按一直的机构的工作条件，选择Y型笼型三相异步电动机，工作机的输出功率为。电机的转速选择单机级减速器：电机的转速为：故：直线引导机构选择电机的型号Y132S-8，其同步转速为750r/min，额定功率为2.2kw，满载转速为710r/min。5.4.2直线引导机构电动机B的选择按一直的机构的工作条件，选择Y型笼型三相异步电动机，工作机的输出功率为。电机的转速选择单机级减速器：，电机的转速为：故：选择电机的型号Y132S-8，其同步转速为750r/min，额定功率为2.2kw，满载转速为710r/min。5.5 直线引导机构减速器的选择减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。减速器是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。本设计选择二级直齿减速器。两电动机电机由传动比i和电机功率可选ZLZ112型减速器；符合设计要求。5.6直线引导机构链传动的设计计算一般的情况下，初选两链轮的齿数z1、=17，传动比为i=1，转速n=30r/min，工作载荷平稳，要求中心距可调整。1.直线引导机构链轮A的齿数：2.直线引导机构实际传动比： 3.直线引导机构链轮的转速n=30r/min，可知：链轮A的转速为 4. 设计直线引导机构的链传动的设计功率 ： 5. 选择直线引导机构的链条：由p=0.75kw和n=30r/min,由机械设计手册选择16A,且坐标点落在功率曲线定点走侧，功率要求高。6. 直线引导机构的检验链速： 查机械设计手册知16A链条的节距为p=25.40mm， 由下公式知： 7. 直线引导机构链传动初定中心距 由公式知： 选择直线引导机构链传动初定中心距8. 直线引导机构链传动的链节数链节数 选择圆整成偶数，取。9直线引导机构链传动的的实际中心距 10.直线引导机构链传动的作用在轴上的力 由公式ZH知： 5.7底座的设计由直线引导机构工作条件可知：底座的两链接的距离为300mm，有链轮B的选择知：链轮的直径为149mm，应该链接口的中心距底座下底面的高度：考虑到底座的要一定的承受力，故地板的长度 ： 底座的板的宽度和高度定为l1=150mm,高度定为h=25mm，故底座的二维图如下：图5.2直线引导机构底座图5.8 各杆长度设计的数学建模 根据给定的连杆架在的对应位置进行设计各杆的长度，已知工作条件下，可知原动杆F的长度s为286mm；和杆4的移动距离S1=50mm，S2=100mm故，的由图5.3可知，对应的转角位分别为：由各杆有个杆的关系：杆2的长度为l=150mm;杆3的长度为l=60mm其余两边的长度也为60mm杆4的长度的长度为l=200mm，其余两边的长度也为200mm杆6的长度为l=150mm图5.2直线引导机构底座图六 直线引导机构的有限元分析根据直线引导机构的有限元分析，我用SolidWork三维软件对直线引导机构连杆和底座部分进行有限元分析。图5.5、图5.6图5.5、图5.6为犁头挡板的有限元分析图，从分或增加肋板，降低应力集中。通过等效应变图和等效应力云图，进一步可以找到应力的最大点和最小点的应力大小。同时，得到电液单侧犁式卸料器的最大应力值为；有限元分析的最大正应力值为5.23Mpa。故，正应力值小于Q235A的应用应力值，此结构校核合格。图7.1直线引导机构底座的有限元分析图图7.2直线引导机构底座应力的有限元分析图图7.4直线引导机构三角杆的的网格的有限元分析图图7.3直线引导机构三角执行杆的应力有限元分析图图7.3直线引导机构三角执行杆的应力有限元分析图总结此次毕业设计即将完成，它是对大学四年所学知识的复习与总结，同时也是对新的知识探索的一个历程。设计中有关直线引导机构实验的每个环节都经反复思考当然时常会有考虑不周的地方，如实验的过程中发现课堂上所学习的理论知识与实践中的操作和加工过程还是有一定的差距进行实践操作还需要尝试的改进。但通过不断的查阅文献资料以及指导老师的帮助使得此次毕业设计所遇到棘手的问题得到及时的解决。通过不断的解决实验中所遇到的问题，在这个过程中我也学会了从哪方面下手如何采用正确有效的方法去分析问题以及搜集整理文献资料，同时能把理论问题运用到实践中。论文在设计直线引导机构的过程中对其中最核心的连杆机构的相关的分析。文章主要从直线引导机构的工作原理，结构分析，受力分析，运动分析以及有限元分析等内容进行了详细的解说，同时也对整个机构中所需要的电机，链条的选择也进行了考察。 通过将直线引导机构的结构设计与运动分析及考虑杆长误差的误差分析，受力分析，实现了直线引导机构的结构设计及杆组法进行运动分析和误差分析的参数化设计当然也可以在系统中靠一个力学分析子功能模块，从而对机构进行力学性能评价上述这些内容，无论是设计新的机械，还是为了了解现有机械的运动性能，了解连杆机构的运动分析都是十分必要的，而且它还是研究机能和动力性能提供必要的依据。 通过此次论文的系统的研究与设计，使直线引导机构的计算机辅助设计更加完善。直线引导机构将其拥有的领域知识与实践经验，通过人工智能的方式，形成专家系统，进而在平面连杆机构设计领域进行应用的系统软件直线引导机构的设计应该使用什么方式，还可以说是使用什么模式，这对于直线引导机构今后的发展与补充完善有意义重大，因此直线引导机构仍然将是当今国内外机构学者致研究重要内容之一。 直线引导机构运动分析的方法有很多种，主要还是图解法和解析法。在需要直观简捷地了解某一个或者几个位置的运动特性在直线引导机构上，通常使用图解法比较方便，且精确度也能满足实际问题的需求。而当需要精确地知道或要了解机构在整个运动循环过程中的运动特性时，采用解析法并借助计算机，不仅可获得很高的计算精度及一系列位置的分析结果，并能绘制机构相应的运动线图，同时还可以把机构分析和机构综合问题联系起来，以便于机构的优化设计。 直线引导机构可以用来实现转动和摆动之间运动形式的转换或传递动力。只有进行了一些实践后，虽然在课题中有些没有做到，但我学会了一些其他的基本功能，从中得到一些定性的结论。这些方法都只能从实践中、从多次的失败成功中总结获得。因为这次毕业设计设计是以小组的形式进行的，所以，不仅仅要有方法一起去发现问题，协商问题，讨论问题，并且解决问题。通过这次设计与制作，更加深刻了对书本知识的理解和认识，明白了程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础 说实话，课程设计真的有点累然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味这两月的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消虽然这是我刚学会走完的第一步，然而它令我感到自己成熟的许多。 通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有几次因为不小心我计算出错，只能毫不情意地重来但一想起要有耐心，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定要养成一种高度负责，认真对待的良好习惯这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练 短短三周是课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用想到这里，我真的心急了，相信这一定是我继续努力的动力。在此要感谢指导老师的辛勤教导与详细讲解，您还帮助我们找出解决问题的不同方法。我从此次毕业设计中学到了许多有用的知识和技巧。最后再一次真诚感谢您。 最后，真心得感谢老师的细心教导和帮助。参考文献基于Pro/E的平面连杆机构设计与运动仿真董刚，李建工等. 机械设计（机械类）. 第3版. 北京：机械工业出版社，1998.7（2000.5重印）陆玉，何在洲等. 机械设计课程设计. 第三版. 北京：机械工业出版社，2000.5刘鸿文. 材料力学.第4版.北京：高等教育出版社，2004.1：29，143，374379 孙桓，陈作模. 机械原理. 第五版. 北京：高等教育出版社，1996（2000重印）戴枝荣. 工程材料及机械制造基础（）-工程材料. 北京：高等教育出版社，2001重印：5659张建民. 机电一体化系统设计. 第二版. 北京：高等教育出版社，2001.8（2006重印）吴宗泽. 机械设计师手册. 北京：机械工业出版社，2002.1成大先. 机械设计手册. 第四版. 北京：化学工业出版社，2002.1：22-322-46马海荣. 几何量精度设计与检测. 北京：机械工业出版社，2004.1：1521成大先. 机械设计手册 单行本 连接与紧固. 北京：化学工业出版社，2004.1：4-784-125成大先. 机械设计手册 单行本 弹簧起重运输件五金件. 北京：化学工业出版社：2004.1：8-928-100谢 辞此次毕业论文即将结尾，回想近阶段的点点滴滴，心中充满无限感激与留恋。由于缺乏经验，操作过程中难免有些考虑不周的地方，如果没有老师的指导和同学的支持与帮助，想要完成本次的毕业论文是相当艰难地。在此，谨向我的论文指导老师，老师致以最诚挚的谢意！老师思路开阔，条理清晰，知识渊博，熟悉各类仪器的使用，在机械方面有一定的造诣。在论文的选题、资料的收集、实验的设计与完成以及论文的审定及成稿等方面都给予了细心的指导与建议，尤其在试验中遇到问题时，总能得到老师专业细心的解答 ，对此十分感激 ；感谢各位老师在实验材料、实验仪器等方面给予的帮助。同时感谢所有在实验和论文写作过程中帮助过我的同学，感谢她们对我的帮助和鼓励。谢谢老师的悉心指导和同学们的陪伴支持，使我的实验课题及论文撰写顺利完成。最后感谢所有阅读本论文的老师，给我提出宝贵的建议，非常感谢！25