毕业设计说明书 机械传动机构设计.doc

1引言原动机、传动机构和工作机（执行机构）是机械系统的三大基本构成原动 机提供基本的运动和动力，是一种把其它形式的能量转化为机械能的机械，常见 的有蒸汽机、内燃机和电动机等工作机是指利用原动机提供的动力实现物料或 信息的传递，克服外载荷血作有用机械功的机械，随机械功能的不同，工作机的 运动方式和结构形式也千差万别由于原动机的单一性、简单性与工作机的多样 性、复杂性之间的矛盾，需用传动机构将原动机的运动和动力如加速度、力或力 矩的大小和方向等进行转换后传递给工作机的要求，传动机构的存在就是必然 的随着机械向高效、高速、精密和多功能方向发展，对传动机构的功能和性能 的要求也越来越高在实践生产小，常常需要传动装置输出较低的转速及较大的 扭矩但是作为动力输出装置的电机输出的转速却很高，而扭矩很小，因此需要 传动装置大幅度降低电机转速，增加输出转矩戸前往往通过采用多级行星轮系 或少齿差星轮系来达到这个H的这两种类型的减速装置，虽然可以提供大减速 比，但机构所需要的零件数量相对较多，提高了装置的成本，降低了齿轮减速机 构的可靠性导杆减速装置不同于普通的齿轮减速装置，它结合导杆机构的优点, 具有结构简单，构思巧妙，在许多运用场合具有特殊的优越性。

例如印刷机的推 板机构、柴油机配气机构中的控速横臂导杆装置、导弹发射器中的移动导杆装置 等，都利用导杆装置来降低速度，以满足工作机械的需要本文以导杆减速装置的工作原理、运动分析、结构设计、建立三维装配模型 和运动仿真等基本问题为研究H标由于机械传动机构具有恒功率输出、效率高和成本低等优点，被广泛应用于 各种机械系统中为了改善机械系统的工作性能，必须重视对机械传动系 统的研究和开发科学技术的发展，尤其是信息技术、口动化技术与传统制造业 相结合，使得许多过去难以实现的设计要求成为可能，有力地推动了机械传动产 品类型的多样化与制造向柔性化方向发展1.1选题的背景及意义1.1.1选题的背景导杆机构在各种机械中早已获得了广泛应用，导杆机构是—种以面为接触的 低副传动机构与齿轮传动机构相比，导杆机构本身就具有齿轮机构所没有的特 点其主要优点有叫%1 导杆机构中的运动副都是低副，组成运动副的两构件之间为面接触，因而 承受的压强小、便于润滑、磨损较轻，可以承受较大的载荷；%1 导杆构件形状简单，加工方便，构件2间的接触是由构件本身的几何约束 來保持的，所以构件工作可靠；%1 在原动件等速连续运动的条件下，为各构件的相对长度不同时，可使从动 件实现多种形式的运动，满足不同的运动规律的要求；%1 利用导杆机构可满足不同的运动轨迹的要求。

导杆机构也存在如下的缺点：%1 根据从动件所需要的运动规律或轨迹來设计导杆机构比较复杂，而且精度 不高；%1 导杆机构运动是产生的惯性力难以平衡，所以不适用于高速场合1.1.2本课题研究的意义通过本毕业设计，能够了解工程设计的全过程，巩固所学的机械设计专业及 相关的工程知识，提高综合运用专业知识解决具体的工程设计问题的能力通过 导杆减速装置的设计，提高综合运用机构运动分析、机械传动设计、制造工艺等 有关专业知识和理论，进行机械装置设计的能力；学习并掌握运用三维设计软件 进行机械结构设计的技能1.2虚拟建模系统环境1.2.1概述虚拟设计是以“虚拟现实” (Virtual Reality)技术为基础，以机械产品为 对象的先进设计手段，是利用计算机建造虚拟样机，并对其进行分析、仿真，以 得到最优设计结果的一种行之有效的方法虚拟设计系统的三个功能:3D用户界 面；选择参数；数据表达和双向数据传输就“虚拟设计”而言，所有的设计工 作都是围绕虚拟原型而展开的，只要虚拟原型能达到要求，则实际产品也能达到 设计要求而传统的设计则是针对物理原型，虚拟设计给物理原型的设计和制造, 提出了重要的依据和参考虚拟设计优点:虚拟设计继承了传统CAD设计的优点，便于借鉴和利用前人 的成果和经验；可视化特点，便于改进和修正原有设计：比较传统的现实制造， 它不需要反复制造与实验物理样机，从试制阶段起就需要投入大量原料；节省大 量人员、厂房，成本低，效率高，风险小；弥补了传统现实设计制造的缺点。

H前，伴随着CAD/CAM/CAE技术的日趋成熟，建立在软件集成基础JL的虚拟 样机技术及其应用也获得了迅速发展它已经由分析专用研究工具转变为工程师 易于掌握的工程技术手段虚拟样机己经具备处理口益复杂的工程问题的能力， 其应用领域包括：汽车制造业、越野车辆和工程机械、航空业、铁道车辆及设备、 国防工业、通用机械制造业、造船业、机械电子工业、人机工程学、工程咨询业、 运动器械及娱乐设备等传统的物理样机制造方法是零部件设计方法设计人员首先进行零件设计， 然后将零件组装成物理样机，并通过试验，研究系统的运动物理样机制造和试 验，大大增加了产品开发周期和成本尽管如此，由于无法在相互作用的零件中 确定故障原因，因此，选用的往往不是最优设计方案整个设计过程，耗费了大 量的人力、物力，产品的开发周期比较长，整体效率较低在虚拟样机技术中，设计人员从系统角度出发对产品进行优化通过在计算 机平台上对机械系统进行建模和仿真，工程师就可以确定子系统和零件的技术要 求在虚拟样机技术的帮助下，工程帅们可以应用机械系统仿真软件，在各种虚 拟环境下模拟机械系统的运动，快速分析多种设计方案，直至获得最优设计虚拟样机技木是优化复杂机械系统的强有力的工具。

通过建立虚拟样机，可 以检查零件的运动干涉，评价系统的振动水平，预测零件的变形，确定作用在零 件上的载荷谱载荷谱是有限元软件包预测关键部位零部件应变水平的重要输入 参数通过反复修改系统动力学模型，仿真试验不同的设计方案，设计人员不必 浪费制造、试验物理样机所需吋间，就可以获得最优设计方案因此不但减少了 昂贵的物理样机制造费用和试验成本，而且提高了产品设计质量，大大缩短了产 品的开发周期1-2.2国内虚拟样机技术现状及应用前景H前国际上对虚拟样机的研究已趋于成熟，商品化的软件系统正逐渐在工程 设计实践中得以推广、利用但这项技术在国内仍存在着许多问题，主要表现在 以下几个方而:①H前国内的研究范围较窄，仅局限在多体系统动力学的领域内， 且停留在实验室阶段，尚难以在工程实践中应用一般來说，对于刚体组成的复 杂系统，借助计算机虚拟样机技术进行分析和设计，可以实现产品的最优化② 对相关技术研究不足Fl前国外已开始将面向技术应用到虚拟样机技术小机械 系统虚拟样机技术涉及到大量描述机械系统机构及组成的多样性和复杂性，必须 考虑所存数据的一致性，如何对各种相关信息进行添加、修改、删除、查找等操 作，如何使数据与面向对象技术的要求和谐一致等，都要有数据结构來解决，而 国内学者很少进行这方面的研究。

③国内学者在机械系统虚拟样机技术软件系统 的开发和商业化工作方面所做的工作远远不够，至今尚未开发出成熟的商业化软 件，而国外早已开发出比较先进的、商业化的虚拟样机技术软件，都具有良好的 图形用户界而，具有直观、自然、友好、方便等优点虚拟样机技术的作用是以信息技术、仿真技术、现代设计技术为支持，在产 品设计和物理样机实现之前，就可以了解到未来产品的性能或机械系统的状态， 从而使人们做出前瞻性的决策，和相应的优化方案1.2.3应用软件简介①Auto CAD软件简介Auto CAD (Auto Computer Aided Design)是美国 Autodesk 公司首次于 1982 年生产的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基木 三维设计现已经成为国际上广为流行的绘图工具广泛应用于土木建筑、装饰 装潢、城市规划、园林设计、电子电路、机械设计、服装鞋帽、航空航天、轻工 化工等诸多领域Auto CAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各 种操作它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用在不 断实践的过程中更好地常握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。

Auto CAD软件具有如下特点：(1) 具有完善的图形绘制功能；(2) 有强大的图形编辑功能；(3) 可以采用多种方式进行二次开发或用户定制；(4) 可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力；（5） 支持多种硬件设备;（6） 支持多种操作平台；（8）具有通用性、易用性，适用于各类用户此外，从Auto CAD2000开始， 该系统又增添了许多强大的功能，如Auto CAD设计中心（ADC）、多文档设计环 境（MDE）、Internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开 和局部加载的功能，从而使Auto CAD系统更加完善在本课题中，本人选择了 Auto CAD作图软件绘制出了工程装配图及典型零 件的工程图②PRO/ENGIXEER软件简介卩ro/E是美国参数技术公司（PTC）开发的三维造型设计系统PTC提出的单 一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念己成为当今世界机械CAD/CAM/CAE 领域的新标准该软件集零件设计、装配设计、模具设计、镀金设计、运动分析、 NC加工等功能于一体，给设计者提供了从未有过的简易、灵活和高效的工具软 件其核心技术特点如下：（1） 基于特征建模：特征是一种集成对象，用于在更高层次上表达产品的 功能和形状信息。

在Pro/E 特征是指所有的实体和对象，如孔、筋、圆角、 倒角、抽芫等，特征是由参数驱动的也就是说，Pro/E >|>的所有模型都是由若 干个特征组成的，特征是组成模型的最基本要索如果改变了与特征相关的各种 数据信息，则就直接改变了模型的外观等2） 参数化设计：所谓参数化是指特征Z间具有一定的关联关系，这种关 系可通过一定的参数（既可以是变量，也可以是关系式）來表示当外部变量发 牛改变吋，受其影响的参数也会自动发生相应变化这就决定了由这些参数定义 的特征以及相关特征模型也要发生相应变化，而不需要一一修改或重新绘制参 数化设计实际上是通过尺寸驱动来实现的所谓尺寸驱动就是以模型的尺寸来决 定模型的形状一个模型是由一组具有一定关联关系的尺寸进行定义的Pro/E 中定义的参数包括几何形状参数和定位尺寸参数两种3） 全数据相关性：Pro/E的所有模块都是全相关的，这就意味着在产品 开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同吋自动更新所有的工 程文档，包括零件模型、装配体、工程图、制造数据等全相关性鼓励在开发周 期的任一吋刻进行设计修改，且不会产生任何损失，使并行工程成为可能4) 单一集成数据库：与一些传统的CAD/CAM系统所不同的是，Pro/E是 建立在单一数据库基础之上。

所谓单一数据库，就是工程中所使用的数据信息全 部来自一个数据库，整个系统实现全数据和关，从而可使每个独立用户同吋开发 同一件产品，实现协同工作近年來，Pro/E在我国的东莞、深圳、广东以及苏、浙等地区被广泛应用于 航空航天、机械、电子、模具、工业设计、家用电器等行业实践证明，采用 Pr()/E软件进行产品的设计与开发，可有效地提高产品的性能、质量和合格率， 缩短开发周期，提升产品的市场竞争力，并为金业带来可观的经济效益和社会效 益，因此，Pro/E是工程技术人员从事现代设计的最佳选择在本课题中，本人选择了 Pro/E三维参数化实体设计软件，完成了导杆减速 装置的三维实体造型和虚拟装配2导杆机构的概念及其设计方法的主导思想2.1导杆机构的概念导杆是机构中与另一运动构件纽成移动副的构件连架杆中至少有一个构件为导杆的平而四杆机构称为导杆机构导杆机构可以看成是改变曲柄滑块机构中固定件的位置演化而成如图 2-W所示的曲柄滑块。