工程实践例题详细求解过程研讨.doc

工程实践例题 图1-18左图中黄色机械为惯性筛，是石料加工厂中对石料分级的设备。它以平面机构作为传动部件，将电动机的转动转化为筛箱的平面运动。 请根据图1-18右图所示惯性筛三维图绘制其机构运动简图，并计算自由度，判断其有无确定运动。 图1-18 直线惯性筛工作场景及结构图 解：（1）绘制机构运动简图 ① 图1-18所示惯性筛机构由偏心轮1、连杆2、支撑杆3、筛箱4、滑轨5、导杆6、凸轮7、机架8等构件组成。偏心轮1和凸轮7是原动件，其余构件都是从动件；当偏心轮1绕轴线A、凸轮7绕轴线G转动时，与连杆4固连的筛箱作平面运动，完成筛分卸料功能。 ② 确定运动副的种类和数目。偏心轮1绕轴线A相对转动，故A为转动副；连杆2、4和支撑杆3在C点共同形成转动副；支撑杆3与导杆6在D点形成转动副；支撑杆3与机架为移动副连接；凸轮7与机架在G点形成转动副、与导杆6的滚子形成高副连接；滑轨5与连杆4在H点形成转动副、与机架形成移动副。 ③ 选定合适的比例尺，根据图1-18的尺寸确定运动副A、B、C、D、E、F、G、H的相对位置，用构件和运动副的规定符号绘制出机构运动简图，如图1-19所示。 ④ 在机架8上画阴影线，并在原动件1和7上标注箭头。 （2）计算自由度 该机构中，C为3个构件参与形成的复合铰链，包含2个转动副；移动副E和E′导路相同，其中一个为虚约束；滚子F为局部自由度，应将滚子与导杆6视为同一构件。 机构中有7个活动构件，即；C处有2个转动副，A、B、D、G、H处各有1个转动副，E、I处有各1个移动副，即；F处有1个高副，即。由式（1-1）求得该机构的自由度为： 此惯性筛机构有偏心轮和凸轮两个原动件，数量与自由度数相等，故具有确定的运动。 工程实践例题 卧床病人喂食药物或进餐时，需要上半身倾斜抬起，同时为了提高舒适性，还需要曲腿动作，也就是大腿和小腿之间保持一个舒服的角度。如图2-所示，多功能自动翻身床曲腿机构可以实现这两个功能：机构运动时可以翘起病人背部床板，并且可以使小腿所在床板与大腿所在床板保持一定角度，从而实现曲腿动作。 该机构的设计要求：①床板总长度1900mm，大腿翻板长度350mm，小腿翻板长度590mm；②背部床板翘起角度为0~40°，大腿板做定轴转动。 根据要求选定设计方案，如图2-所示。该机构由曲柄摇块机构ABCD和曲柄摇杆机构AEFG组成，下面分别设计两套机构。 （1）曲柄摇块机构设计 已知三组给定的曲柄位置角度θ1（°）和导杆长度S（mm）： 求该机构的机架水平长度d、曲柄长度L、以及铰点A和D之间的垂直距离e。 由于该机构的已知条件为给定两连架杆的三个位置，因此应按给定两连架杆的对应位置设计该机构。 将各构件的长度在水平、垂直方向投影，可得： 消去θ3，得： 将式（2-）的数据代入式（2-），得到方程组如下： 利用MATLAB工具箱进行非线性方程组求解，可得： （2）曲柄摇杆机构设计 已知机架AG的长度d=300mm，并且给定三组曲柄和摇杆的角位移θ1θ3（°）： （2-20） 求三个构件的长度a、b、c。 将各构件的长度在水平、垂直方向投影，可得： 消去θ，得： 将式（2-）的数据代入式（2-），得到如下方程组： 利用MATLAB工具箱进行非线性方程组求解，可得： （a）缝纫机外观图 （b）挑线机构 缝纫机 缝纫机是我们日常生活中经常用到的工具，如图3-20（a）所示，主要由引线机构、勾线机构、挑线机构及送料机构组成，其中的挑线机构可由凸轮机构实现，如图3-20（b）所示。 设计要求：设计一偏置滚子直动从动件盘形凸轮机构； 完成的主要功能：为摆梭的勾线、分线和扩大线环提供不同数量的线段，对面线进行收紧，使底线和面线绞合在缝料层之间。 解： （1）运动状态分析： ① 输线阶段：挑线杆的线孔从上止点下降到下止点： 刺布阶段：挑线杆下降速度与机针下降速度相匹配。 线环形成阶段：挑线杆应瞬时停止。 扩大线环阶段：挑线杆应迅速下降，以满足扩大线环的需要。 ② 提线阶段：线环绕过梭心到机针上止点最高位置，凸轮再旋转60°，使面线从梭床拉出，收紧并绞合，并拉出一定长度面线。 （2）要使挑线机构完成以上功能，对应从动件运动位移线图如图3-21所示： 从动件位移线图 （3）取基圆半径，偏距，滚子半径，凸轮顺时针转动，利用反转法原理，通过图解法绘制凸轮轮廓曲线步骤如下： （a） （b） 图解法设计凸轮轮廓 对于偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓，可知偏距为代数值，凸轮逆时针回转时，推杆位于凸轮回转中心的右侧，则为正。 ① 选定合适的比例尺为半径作基圆为半径作偏距圆，滚子中心看为从动件尖顶，基圆与导路的交点是从动件尖顶的起始位置；的