哈工大机械机构创新设计及应用大作业.docx

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1、哈工大机械机构创新设计及应用大作业 机械机构创新设计及应用大作业 年春季学期）（2022 大作业一题目：1 两个齿条机构串联组合的位移机构原理及结构设计 大作业二题目：柔性铰链及其应用 名崔晓蒙姓 号学1110811005 班级1108110 班 机械设计制造及其自动化业专 报告提交日期2022.6.11 哈尔滨工业大学机电工程学院 机械机构创新设计及应用大作业 大作业要求 1.完成课堂布置的2道大作业题，拒绝雷同和抄袭，否则均为零分； 2.大作业最好包含自己的体会等； 3.大作业统一用该模板撰写，字数不限，表达清晰完整即可； 4.正文格式：小四号字体，行距为1.25倍行距； 5.用A4纸双面

2、打印（节约用纸）；左侧装订，1枚钉； 6.大作业需同时提交打印稿和电子文档予以存档，电子文档由班长收齐（缺电子文档得零分），统一发送至：shanxiaobiao ； 7.此页不得删除。 评语： 大作业一教师签名：分，占1010%）：成绩（大作业二：成绩（） 10%10分，占年月日：）占20总成绩（分，20% 1 机械机构创新设计及应用大作业 题目一 设计题目5两个齿条机构串联组合的位移机构原理及结构设计1 （2人） 1设计要求 1) 两个齿条串联的位移机构如图1所示 rr?双联齿轮的节圆半径S齿条2-、?、S位移量1、2211图1 两个齿条串联的位移 机构原理图 说明：图1中，气缸活塞推动齿条

3、1运动，双联齿轮位置不变 2) 齿条2需产生不小于1000N的推力 3) 运动的最大速度0.1m/s 4) 往复运动行程300mm 2需完成工作 1) 论述其原理，给出上齿条（齿条2）的位移S与气缸位移为S之间的关12系。 2) 给出大致的结构设计（必须给出齿条的支承、导向、齿轮的支承，气缸不需要设计） 2 机械机构创新设计及应用大作业 1.该机构的工作原理及应用场合 1.1结构分析 由结构简图分析可知，这种两个齿条机构串联组合的位移机构由两个齿条及rr?的双联齿轮及其固定轴和一个气缸组合?其对应的导轨，节圆半径分别为、21而成。气缸是它的动力源，最终所需要的运动或者动力由上面的齿条2输出，所

4、以它属于执行件，而中间固定的齿轮则属于传动件。 该机构属于扩大位移机构，细分的话属于齿轮齿条行程放大机构，通过双联齿轮 的节圆半径不同，可以实现位移的扩大或者缩小（本例子属于扩大）或者输出力的扩大或缩小（本例属于缩小），以实现实际生产应用中对于位移和力的要求。如题目简图所示，本机构可以分解成两个齿轮-齿条构成的直线-回转和回转-直线机构。气缸带动下面的齿条1，齿条1又将运动和动力传给了双联齿轮，双联齿轮又将运动和动力传给了齿条2，显然，这是一种机构的演化，属于机构的倒置。可见，机构的运用和定义是比较灵活多变的，不是那么死板。 1.2应用场合 在机械的工作过程中，完成一个动作需要多方面的协调。比

5、如，对于一些测量仪表，要检测出微量位移，必须进行放大以提高识别精度。在这种情形下，还需要以其他手段来增大位移量，除了检测系统中需要将微量位移扩大以外，在机械加工、装配、搬运、码垛等系统中同样需要利用适当的机构将原动机的位移进行不同形式的变换和不同程度的扩大以实现其目的。 2.机构的运动动力分析 SS之间的关系。与气缸位移（下齿条位移）上齿条的位移 2.112假设气缸输入一个位移，则对于双联齿轮，两个齿轮的角位移都是相同S1的，可以表示为：S?1?r1r?2S?S?r，上述关系式即为上齿条的位移2的位移为则输出端齿条122r1SS之间的关系。与气缸位移（下齿条位移）12 2.2机构部件的受力分析

6、 齿轮-齿条间传递效率较高，经查阅资料，一般是0.94-0.98，在本例中，?。取传递效率95.?0齿条2需产生不小于1000N的推力，则在传动过程中，双联齿轮所受转矩相同， 3 机械机构创新设计及应用大作业 都可以用下式表示： Fr22?T?T21?齿条1在水平方向上的受力（气缸的输出动力）： TFrFr22212?F 122?r0.r95r111 2.3机构的运动分析（气缸）的最大运动速度是：则原动件齿条输出的最大运动速度是0.1m/s,1 rr11smv0.1/?v21rr22机构的行程分析2.4 输出的运动行程为 300mm。则输入行程为：?rr11 mm?300?SS21rr22 3

7、.结构设计 部件的材料和尺寸 3.12 输出齿条 3.1.1 模数选择，略大于行程总长选择齿条的长度为 700mm600mm,m=3，底面 45号钢。其齿形采用直齿。材料选择与齿底的距离选择为10mm 3.1.2双联齿轮，齿轮，分度圆直径为的模数，拟定小齿轮的齿数根据齿条 251mm17z?1。材料厚度50mm，分度圆直径为30mm102mm。大齿轮的齿数，齿轮厚度34z?2 45选择。为了保证的宽度是号钢，调制处理。则可以确定齿条230mm1 3.1.3齿条。由大小齿轮直径确定的传动比其宽度为，底面与齿底的厚度为 10mm45mm 。材料为的长度为1而选择齿条250mm钢。45 3.2 强度

8、校核略，此过程繁琐。3.3齿条的支承、导向齿条的运齿条输出的是平面 上单自由度的运动，即一个方向上的水平运动。在其他自由度上的平动或者在其他自动必须保证平稳性和精确性，不能有震动，结合这样的要求和齿条由度上的旋转都必须避免，这样才能达到传动的精确性。导我们可以选用直线滚动导轨，本身的形状，可以保证良好的静刚度和动特性， 4 机械机构创新设计及应用大作业 轨摩擦系数并不大，而且本例中齿轮齿条运动速度都不快，所以摩擦生热量很小，故而其热特性良好。采用好的制造和热处理工艺可以有效的减小它的内应力，获得好的导向精度和支承刚度。 具体的导轨设计如下图所示，导轨是在齿条上方的，所以要采用一个如下图所示的倒

9、立的结构。导轨安放的支承架或者箱体可以用铸铁铸造而成。 3.4齿轮的支承所以应该加根据惯例，齿轮必然要用到阶梯轴，由于小齿轮的直径比较小，阶梯轴的具体尺寸见下其支承方式为轴承。工成齿轮轴，大齿轮照常加工即可。图，轴承所受的力以径向力为主，采用深沟球轴承。根据阶梯轴的尺寸，选择轴）其安装轴径为30mm。GB/T 276-1994（6206承的型号为校核过程较为复杂，粗略估算，余量非常大，故而略去。安放轴承的支架可以采用铸铁铸造节约成本。 5 机械机构创新设计及应用大作业 catia模型展示本次大作业的4. 6 机械机构创新设计及应用大作业 7 机械机构创新设计及应用大作业 大作业的感想以及课程感

10、悟5. 大作业的感想 4.1对于各种机让我对于书本上的知识运用更加熟练，结合本次大作业的完成，我相信我能更好的运用本门构有了更深的理解和认识，在今后乃至参加工作后，让自己对于这类软件在本次大作业中，我用到了三维建模的软件，课程的知识。复习了机械原理和机械而为了确定齿轮齿条参数而查阅资料，的运用更加熟练，大作业是一个对于自身综合能可谓是获益良多。设计以及机械系统设计的知识，能完成一个大作业更是一个对于本门课程知识的综合运用就我认为，力的提升，加考验学生的统筹运用能力，从某种意义来讲，大作业比考试还要重要。对于本门课程的建议4.2群，和学QQ首先必须说刘老师是我见过的最负责任的专业课老师了，建立在

11、大即使是考试过后还亲自联系学生通过电话指导我们做大作业，生互动答疑，学三年中，我头一次遇到，在此感谢老师的无私奉献。对于本门课程，我也有一8 机械机构创新设计及应用大作业 些小小的建议，我希望老师在制作PPT时候能够加一些机构的实物的图片，这样我们在上课时候就能更加直观的理解课堂的内容，我很明显的感觉到，上课时候， 如果某个机构后面有图片或者动画，我会很容易的就理解了它的工作原理，对于一些复杂的机构，要是只有一张原理图，知识的消化和接受则要慢很多了。本门课程是为数不多的没有实验的课程，所以我希望老师以后能给适当在教学计划中添加一些实验，可以做一些机构的模型，就算是认识性实验我想对于学生学习课堂

12、知识都是非常有帮助的。 5.参考文献 1宋宝玉，王黎钦.机械设计.北京.高等教育出版社.2022 2宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京.高等教育出版社.2022 3侯珍秀.机械系统设计.哈尔滨.哈尔滨工业大学出版社.2022 4部分资料来自百度百科 9 机械机构创新设计及应用大作业 题目二机械机构创新设计及应用大作业 柔性铰链及其应用 1110811005 崔晓蒙 声明：自己编写，从未交流，如有雷同，不胜荣幸。微米技术和纳米技术等摘要：柔性铰链以其特殊的性能在精密机械、精密测量、调整机构和测量仪通过对柔性铰链在支撑结构、联接结构、领域得到广泛应用。, , 以及柔性铰链与压电致动结合实现超精密

13、位移和定位的典型例子器中的应用类型、总结柔性铰链及柔性铰链并联结构的概念、对柔性铰链的应用作全面介绍。特点的基础上，分析该领域国内外的最新动态及其关键技术。柔性铰链，种类，特点，加工，应用关键词： 柔性铰链的发展1.对实现小范围内偏转的二十世纪六十年代前后，由于航空航天技术的发展，人不仅提出了高分辨率的要求，还要求结构上具有微小型化的要求。支撑结构，无逐步开发出体积小、无机械摩擦、们在经过对各类型的弹性支撑实验探索后，柔性铰链机构利用了弹性材料微小变形及其自回复间隙、运动灵活的柔性铰链。的特性，消除了传动过程中的空程和机械擦，能获得超高的位移分辨率。随后，导弹控制等仪器仪表中，精密天平、柔性铰

14、链被广泛的应用于陀螺仪、加速度计、并获得了前所未有的高精度和稳定性。 2.柔性铰链的概念、种类、特点与选择 2.1柔性铰链的概念 在柔性铰链应用过程中，一般可以描述为：在两部分刚体之间薄弱的柔顺机构，通常可以实现两端刚体之间相对微小的转动。对柔性铰链的定义最初还一定程度上沿袭了铰链的概念，即绕固定轴可实现一定量的转动，随着新型柔性铰链不断的出现，柔性铰链不仅仅限于实现绕单一轴线转动，柔性铰链的概念外沿已经逐步扩大。 2.2 柔性铰链的种类 2.2.1圆弧型柔性铰链 对柔性铰链的研究最初集中于圆弧型柔性铰链，如图1所示。其基本的特征是基体切去部分边缘为圆弧形，这种柔性铰链的运动形式可以近似认为绕

15、着固定轴转动。如果考虑区别切去部分边缘的形状，圆弧型柔性铰链又可以衍生出下面几种转动柔性铰链：抛物线型柔性铰链、椭圆型柔性铰链、双曲线型柔性铰链，10 机械机构创新设计及应用大作业 各种衍生类型的运动学模型是各不相同的。 圆弧型柔性铰链结构图1 图2.2.2板梁型柔性铰链 解决了用圆弧型柔性铰链实现微小转动后，考虑如何采用柔性铰链实现平动，起初采用多个圆弧型柔性铰链组合的形式完成微位移平动，如图2所示。但由于圆弧型柔性铰链的位移极为有限，并且在垂直于运动方向存在着明显的耦合位移。后来在圆弧型柔性铰链处采用了板梁型柔性铰链，并且采取对称结构，使位移有明显的增加并且消除了耦合位移，该种结构在后来的设计中不断沿用。