常用机构的运动仿真(20个例程).doc

常用机构的运动仿真一名资深机构设计师的话：机构设计是机械设计中的灵魂，一种独特、新颖的机构设计体现了设计者的智慧与创新的精神。谁掌握、了解的机构越多，在研发设计新产品时就越主动，越有办法。但是，熟练的掌握各种机构的设计并非易事，并非一日之功。它又是一种“隐性知识”，不是刚刚毕业就可以掌握的知识。需要日积月累，不断从实践、生活中学习，结合理论不断的总结，才能逐步地掌握。但对于那些刚刚从事机械设计的人，才走上机械设计岗位的人，是否有一条稍微快捷的办法呢？我想尝试下面所述的方法：利用三维软件的运动仿真技术，把在实践中用到的、见到的以及在书本上学到的，常用的机构，绘制成三维模型仿真运动，让那些枯燥的平面图形变成实物一样的机构模型，并让他“动”起来，像看动画片一样。轻松地、在较短的时间里了解各种机构的运动原理，并大大地加深印象和记忆，用这样的办法来“缩短”掌握机构的时间。在老师的帮助下，首先完成了下面几个常用机构的仿真运动并作了简单的说明，方法是否可行？等候读者的消息。20个常用机构的运动仿真案例1、风扇摇头机构图1是风扇摇头机构的原理模型。该机构把电机的转动转变成扇叶的摆动。红色的曲柄与蜗轮固接，蓝色杆为机架，绿色的连架杆与蜗杆（电机轴）固接。电机带扇叶转动，蜗杆驱动蜗轮旋转，蜗轮带动曲柄作平面运动，而完成风扇的摇头（摆动）运动。机构中使用了蜗轮蜗杆传动，目的是降低扇叶的摆动速度、模拟自然风。图 1 风扇摇头机构2、用摆动扇形齿轮实现间接送料机构图2 是一个曲柄摇杆机构。绿色的可调曲柄可作整周旋转。并驱动扇形齿轮（摇杆）摆动，扇形齿轮又使蓝色小齿轮正反转动，若小齿轮与电磁离合器或超越离合器结合可完成间歇转动，可完成间断送料。图 2 摆动扇形齿轮机构3、量筒开盖落料机构图3 用于电子秤自动计量的设备上，绿色的量筒挂在电子秤上（图中未显示），当充填的物料达到设定的要求时，秤重传感器发出信号，通过电磁阀接通单作用气缸，活塞杆伸出推动摇杆转动，打开量筒盖，物料下落；气缸复位，红色的配重块自动关盖。图 3 开盖落料机构4、犁爪伸缩机构图4 为一犁地机构示意图。黄色的车轮缘上铰接多个红色的犁爪，犁爪的另一端与绿色的连杆相铰接，连杆又与深蓝色的圆环相铰接，圆环与浅蓝色的偏心圆盘铰接，偏心圆盘与车轴固接；偏心圆盘中心位置应在车轴垂直下方。当轮转动时圆环绕固定的偏心圆盘转动，并带动犁爪伸缩完成犁地的动作。该机构原理也可用于包装生产线步进送料机构。图 4 犁爪伸缩机构5、转动导杆与摆动导杆串接机构图5 为牛头刨床的运动原理模型。可实现由转动到往复的直线运动过程。主动件是一个浅红色的短曲柄，曲柄铰接一个蓝色的滑块，滑块与蓝色的转动导杆相配合，滑块可以在转动导杆的导槽中滑动。转动导杆的另一端也铰接一个滑块，并与黄色的摆动的导杆相配合，摆动导杆的下端与机架铰接，上端与棕色连杆铰接，棕色连杆可带动粉红色的滑块(刨头)作往复直线运动。刨头向左运动为工作状态，向右为退出状态。此机构工作状态近似匀速平稳运动并具有快速退出功能。图 5 转动导杆与摆动导杆串接机构6、用正反转销驱动摆杆机构图5所示的机构，可使输入的转动转换成往复摆动。主动红色小锥齿轮与两个大锥齿轮同时啮合，使两个大齿轮转向相反。在两个大齿轮的内端面各固接一个圆柱销，两个圆柱销交替与蓝色的摆动导杆槽配合，使摆杆往复摆动。若在一个圆柱销脱离摆杆的瞬间，用锁止机构或电磁离合器可使摆杆间歇。图 6 正反转销驱动摆杆机构7、翻转机构图5翻转机构可将主动导杆的直线移动转换成零件夹持器的180度的翻转。红色直动导杆前端铰接一绿色的零件夹持器，夹持器的下部与灰色摆杆铰接，摆杆的上端与机架铰接。当导杆移动到设定的长度时，夹持器可把零件翻转180度。该机构可用于印刷及包装生产线上。图 7 翻转机构8、用双偏心轮驱动导杆机构图6机构是驱动轴带动两个与之固接的偏心盘（分别为红色与蓝色），轴转动带动两个黄色连杆，连杆用转动副与偏心圆盘连接。连杆的另一端分别于带有圆弧槽的导杆铰接，圆弧槽的导杆上端又与一个灰色摇杆铰接，摇杆的上端与机架铰接。黄色导杆一端铰接一个弧形滑块，圆弧导杆的往复摆动驱动导杆作往复直线运动。图 8 双偏心轮驱动导杆机构9、切膜（纸）机构该机构用于自动包装机上，对使用塑料薄膜打包的物品进行最后热合封接及剪断。该机构可使上下两个绿色的刀杆同时向相反的方向运动，携带热合及切断刀反复完成闭合、分开的运动，从而不间断地完成打包剪断工作。使用两个相同的齿轮驱动两个粉色的转盘（导杆），两个转盘大小相等转动方向相反。转盘上各有一个相同的滑槽，滑槽内装有红色的滑块。每个滑块的外端与上下刀杆的灰色转轴相连接并组成转动副，滑块的里端装有凸轮辊子轴承，该轴承与黄色侧板上的椭圆形槽形凸轮配合组成滑动副。圆盘转动时，并在滑块及红色直线导轨的的作用下，驱动上下导杆沿着椭圆形的轨迹运动，并且使热合切断刀在中间对称面接合，完成热合及剪断动作。图 9 切膜机构10、翻转压板与楔夹紧机构图10时用于加工零件的工装夹具。展示了一种快速的加紧零件的方法。被加工黄色零件用销钉定位后，先前推动灰色的手柄就可完成对加工零件的加紧，其方法快速、简单。仿真运动已清楚地表示出，这里不再论述了。图 10 翻转压板与楔加紧夹具11、气钻行星机构图11是把气动叶片泵与行星轮系传动的组合机构。压缩气体推动叶片泵转子旋转，带动中心齿轮旋转，中心齿轮与三个均布的绿色行星轮啮合，行星轮又带动红色转臂旋转，转臂上装有钻卡头（未示出）卡上钻头即可钻孔了。图 11 气钻与行星齿轮机构12、切纸（膜）调速机构为了使切刀切纸时的瞬时速度与送纸速度一致（同步），当改变送至速度或改变切纸长度时应调节切刀转速。图12就是一种调节机构。马达驱动棕色的大同步带轮匀速转动，与其同轴黄色的转动导杆也同步转动。输出链轮（粉红色）用链条与切刀连接（图中未示出），链轮转速变化时，切刀的转速也随之改变。链轮又与一个装有凸轮棍子轴承的黄色圆盘固结，棍子轴承可在转动导杆的直槽中滑动。转动的导杆通过棍子轴承带动圆盘与链轮转动。由于链轮转旋转轴与转动导杆的旋转轴不同轴是偏心的，构成了一个旋转导杆机构。导杆做匀速转动而链轮是非匀速转动。转动棕色的手柄，可调节偏心距的大小，通过试切或计算总可以解决切纸速度与送纸速度同步的位置。图 12 切纸速度调节机构13、对开螺母机构图13是普通车床采用的对开螺母机构，它用燕尾槽组装在溜板箱中；利用两个半螺母与车床丝杠的开合，完成切削螺纹的工作。用手柄转动灰色转盘时，由于转盘上有两个对称布置的凸轮槽，凸轮槽又与两个销轴配合，销轴拨动红绿两色的螺母安装座上，使其安装座开合并带动红色的两个半螺母开合。螺母闭合时与车床丝杆接通，带动溜板箱沿车床导轨移动完成螺纹的制作。图 13 对开螺母机构14、用于冲压床的双曲柄机构红色齿轮转动时，通过其上的固定转轴带动黄色的连杆旋转，连杆又带动蓝色的曲柄旋转，粉红色的连杆一端与曲柄上的滑块铰接，另一端与黄色滑块连接，黄色滑块的上下运动，可完成冲压工作。红色齿轮活套在绿色的大轴上；蓝色的曲柄也铰接在大轴的端面上。大轴中心到曲柄的铰接点的距离最短且固定（为机架），该机构是一个双曲柄机构。图 14 双曲柄机构15、方形轨迹机构图15机构可用于包装生产线上，实现间接输送包装物。它利用两个完全相同行星轮系，在行星轮上安装的蓝色连杆(用来移动包装物)。当两个灰色转臂旋转时，行星齿轮与固定的内齿轮啮合，其连杆近似走出一个方形轨迹；连杆上伸出的两臂带着一个包装物前移，随后撤离包装物，完成一次间歇输料过程。图 15 方形轨迹机构16、用凸轮调节锥齿轮周转轮系输出轴转速机构该机构可实现输出轴的复杂运转。用一个绿色的凸轮控制灰色的行星锥齿轮的公转，使输出轴由匀速转动变成非匀速转动。右端红色的锥齿轮是主动齿轮，通过行星齿轮与另一个红色的从动锥齿轮啮合，从动锥齿轮与一个黄色的直齿轮同固结在输出轴上；两个红色的齿轮大小一样。行星直齿轮铰接在蓝色转臂的一端。蓝色的小直齿轮与凸轮同固结在一个轴上，小直齿轮与大直齿轮啮合。主动锥齿轮转动时输出轴上的大直齿轮带动小直齿轮转动，从而使凸轮转动，凸轮又使转臂转动带动行星锥齿轮绕输入轴线转动（公转）成为行星轮，它的自转与公转使输出轴的转速改变；输出轴速的改变又影响凸轮的转速，从而使输出轴得到复杂的运动。通过改变凸轮的轮廓尺寸就可改变输出轴的转速。图 16 用凸轮调节圆锥齿轮的输出轴转速机构17、用凸轮调节输出轴转速机构图17与图16所示的机构类似，只不过全部是直齿轮，也可以通过改变凸轮的形状来改变输出轴的转速。这里不再重复论述。图 17 用凸轮调节输出轴的转速18、手动夹爪机构转动红色的手柄时，螺杆驱动黄色的螺母作直线移动，横向布置的深蓝色小轴也随螺母一起移动；小轴的两端两侧红色滑块上的孔配合，驱动滑块沿两个斜向布置的小轴移动，若在滑块安装夹爪，可以同时夹住或撑开需爪夹的零件或物品。此机构还可自动定心。图 18 手动夹爪机构19、凸轮夹紧机构图19 是一个简单易行的夹紧机构。转动手柄，黄色凸轮随之转动，凸轮驱动三个灰色的摇臂将红色的零件夹紧。三个摇臂装有可调节的螺杆，用于调节夹紧力的大小；凸轮有三个均匀分布的轮廓曲线，可同时夹紧零件。模型省略了定位件，仅展示了夹紧机构。图 19 凸轮夹紧机构20、移动夹紧机构图20 为把内部机构表示清楚，夹具体与夹持的零件没画出。转动中间蓝色的螺母使红色的连座下移，绿色推杆伸出推动三个摇臂转动把零件夹紧。松开螺母利用弹簧的弹力使连座恢复原位。图 20 移动夹紧机构