山東大學
學院機械工程學院
班級本科09級工業工程班
成員宋戈、張軍、秦趙輝、
黃偉昭、邵冬冬、馬祥
指導教師牛軍川
二〇 一一年七月一日
目錄一、 概述
1. 設計名稱
2. 設計意義
3. 設計要求
二、 機構運動簡圖繪製
三、 計算機構行程速度變化係數k值（可選）
四、 利用adams軟體建模
**前，建模、加約束、加驅動結束後的拷圖。
五、 利用adams軟體**
a) 輸出構件的位移、速度及加速度曲線
b) 各構件的角速度和角加速度
c) 原動件的驅動力矩
d) 各運動副的支反力
六、 最終輸出構件的壓力角
七、 參考文獻
八、 致謝
一、概述
1、設計名稱
基於pro/e、adams、autocad防震床床板下降機構的運動**與力學**及其優化設計。
2、床板下降的意義
床板下降的設計主要是考慮到，重心低，穩定性好。將床板降至地面高度，不僅可以降低整個床體的重心，增加整個床體的穩定性，還可使使用者與拱形防護罩間的空間加大，降低拱形防護罩因變形而產生的對使用者傷害。圖1為床板下降機構的pro/e效果圖，圖2為其工作過程中效果圖。
圖1圖2
3、設計要求
因為在實際中，強**的破壞時間十分短暫，往往在10秒內就能將**發生區域夷為平地，所以，對此機構最重要的要求就是足夠快，為簡單起見，可認為氣缸杆的上公升為勻速運動，那麼，為了達到這個要求，就需要氣缸杆上公升較小位移，而床板下降較大位移，即實現位移的放大。
二、詳細設計
此次設計首先採用autocad對運動簡圖進行初步繪製，然後通過pro/e進行造型**，尋找與實際不合理的地方，再回到cad對簡圖進行更改，直至修改到符合實際為止。最後，在adams中將機構建模，對其進行運動**與力學**分析，再次尋找不合理之處，發現後從頭對其進行更改。流程圖如下：
1、機構運動原理分析
下圖是所設計機構的運動簡圖：
機構自由度：f=3×7—2×（6+4）=1
下面我將對每個構件做詳細的介紹：1——氣缸杆，為此機構的動力源，機構的運動由它帶動，兩個孔之見距離為280mm，其立體圖如圖3。
2——連桿，與1跟3採用銷釘連線，其長度的選擇經過多次設計與優化，最終定為170mm，這樣在整體配合中，可以使它與3連線處的力臂不至於過大，便於傳動的進行，其三維效果圖如圖4
圖3圖4
3——l型桿件，之所以設計成此桿件，是為了實現床板（6）下降的位移要求，按照簡圖所畫，短桿長度為170mm，長桿長度為240mm，其夾角為112°，而在實際情況中，考慮到其承重與穩定性的問題，將其優化改進成為了以下構件，如圖5。
4——u型杆，在機構運動簡圖中，僅表示為一根普通的連桿，但在實際裝配組合中，存在乙個不能迴避的問題——干涉，為了解決此問題，對此桿件進行了優化創新，採用了如圖6所示的u型杆，以便將干涉問題解決。長桿長度為480mm。
依照機構運動簡圖，此機構的三維效果圖如下
圖5 圖 6
那麼那麼，從總體來看，其運動是以此方式實現：氣缸杆上公升帶動連桿2，連桿2帶動l型桿件3，l型桿件3通過一支點與床架相連，l型桿件3另一端與u形杆4相連，u形杆4也通過一支點與床架連線，並通過l型桿件3的驅動作擺動。u形杆4另一端與床板上的滑槽通過滑塊連線，則當u形杆4做擺動時，床板便可實現下降功能。
2、**分析
**分析分為運動學分析與力學分析，即在一條件下，分析構件的位移、速度、加速度、受力、力矩等情況。**分析採用的adams，在此軟體中，其三維建模效果如下圖（圖7）
首先，從簡單處做起，可認為氣缸杆的上公升為勻速上公升，那麼可得各個構件的速度與加速度圖線。
可取氣缸杆上公升速度v=10mm/s，那麼，床板的位移曲線、速度曲線、加速度曲線等如下圖所示。
床板位移曲線
床板速度曲線
床板加速度曲線
在10s時間內，氣缸杆上公升了x=vt=0.1m，而床板下降了x1=250-（-250）=500mm=0.5m，基本實現了放大位移的目的。
從速度曲線上來看，速度在8s前，處於上公升狀態，在8s後開始下降，因此可以得知床板在8s是應該處於a點，而其原因可從加速度圖上找到，因其加速度出現了方向的轉變，因此速度先增後降便有了答案。如果再追根尋源的話，可以參考其受力曲線。
床板豎直向受力曲線
經adams測算，床板質量可取m=0.18kg，經運算，可知兩曲線符合情況。
床板縱向受力曲線
此圖顯示了床板在縱向的受力情況，其最大值在0.02n附近，由此可見，其強度並不存在問題。
下面分析u型杆的運動與力學特性。
u型杆水平向位移曲線
u型杆豎直向位移曲線
u型杆總位移曲線
由位移圖線比較可得，水平位移與總位移變化趨勢相似，且與床板的速度變化也相似，兩者在運動過程中皆經過了a點，並在此處發生又下降到上公升的趨勢的轉變。
u型杆水平向速度曲線
u型杆豎直向速度曲線
u型杆總速度曲線
結合三個速度線圖，可知u型杆的最大速度為42.5mm/s左右，是氣缸杆速度的四倍左右，也正是由於這個原因，使得它所帶動的床板也擁有了較大了速度，從而實現了小位移向大位移的轉換。
u型杆水平向加速度曲線
u型杆豎直向加速度曲線
u型杆總加速度曲線
由三幅影象知，其最大加速度在7.5mm/s**2左右，經adams運算，其質量為3.19kg,因此，不會有較大的受力產生，下面，用e點處的受力情況來證明此結論。
e點處水平方向受力曲線
e點處豎直方向受力曲線
對比力的變化趨勢與加速度的變化趨勢，發現十分相似，因此可以驗證上述結論。另外，從受力大小來看，一般材料皆可以承受此力，因此，強度與穩定性不是問題。
下面，對f點處的運動狀態與受力狀態進行分析。
e點處水平位移曲線
e點處豎直位移曲線
e點處總位移曲線
從位移曲線上看，此桿件在運動過程中，經過了比較小的位移，正是由於它的運動，帶動了u型杆的運動，從而實現了床板的下降，因此說了，此桿件也在小位移轉化大位移的設計要求中起到了作用，是乙個不可缺少的構件。
e點處水平速度曲線
e點處豎直速度曲線
e點處總速度曲線
從速度曲線上看，其最大速度在4.5mm/s左右，小於氣缸杆的速度，且小了接近2倍。這是此構件的速度特點。然後看下加速度有什麼特別之處。
e點處水平加速度曲線
e點處豎直加速度曲線
e點處總加速度曲線
依據加速度圖可知，其水平分量存在極值，而其豎直分量是個簡單的減函式，從總加速度圖上看，其變化趨勢為上公升，但其數值相對而言並不算大，在0.65mm/s**2左右。下面，結合此處銷釘的受力來分析。
e點處銷釘的水平受力曲線
e點處銷釘的豎直受力曲線
e點處銷釘的縱向受力曲線
e點處銷釘的總受力曲線
從上面4副圖看，此處銷釘的受力十分複雜，在三個方向上均有分力，其中縱向分力的**是u型杆給予的，但從影象上看，此力較小，對材料、機構的強度、穩定性要求並不高。另外，各個方向上的受力均有特點，如水平方向的分力，出現了兩個極值點，且在極小值附近出現了換向，且在豎直與縱向分量間均有加速度的換向。
下面分析兩個重要支架（a、b）的受力情況
a的受力曲線
水平方向
豎直方向
縱向總加速度曲線
分析這幾幅圖，會發現與e點的各個方向處的分量加速度變化趨勢基本一致，而且大小也十分接近，從機構簡圖上看，兩者通過滑塊相互作用，從而可以推斷這是力的相互作用的原因。
b點處的受力
水平方向
豎直方向
縱向總加速度圖
從這幾幅圖上看來，受力情況的變化趨勢與a點處相反，這也是由於力的相互作用所引起的，其值的絕對大小十分接近，另外，其加速度總圖中的變化趨勢相同，這也證明了剛才的推斷。
下面對幾個重要點進行力矩分析（a、b、c、、e）
a點處的力矩
由影象知，此點處的力矩恒為零，即此點僅受外力作用。那麼同理，b點處的扭矩也為零。
c點處的力矩
水平方向
豎直方向
總力矩 從三幅圖上看，力矩的變化也是各有規律，如第一幅圖，存在極小值，並在8s左右出現了力矩的換向，第二幅圖存在極大值，也在8s左右出現了換向，對於總力矩的模，其變化趨勢類似於支架處力的變化趨勢。
e點處的力矩
水平方向
豎直方向
總力矩圖
對比兩點處的力矩圖，可以發現，一點豎直方向處的力矩與另一點處的水平方向力矩變化趨勢相同，一點水平方向處的力矩與另一點的垂直方向處的力矩的變化趨勢相同。另外，總力矩的模變化趨勢也相近。
以上便是此機構的運動與力學**分析。
三、機構特點與優化思想
此機構的突出特點便是實現了小位移轉化為大位移，即行程比的轉換。在此機構中，為了滿足設計要求，氣缸杆的行程應設計地較小，而在其行程較小的情況下，還要求床板能夠下降到規定的距離，此機構的設計便實現了這種要求。但這也帶來了乙個問題，那就是位移在放大的同時，也是的力也相應的放大，從而對要求主動件提供較大的力，而這樣一來可能會超過機構的承重能力，因此，在實際中，可以將床板下降的位移做適當的減少，一減少力的放大。
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附件2 一 課程號編碼定義 課程號為10位 201 00 000 1 0 第1 3位為單位 第4 5位為課程類別碼 第6 8位為流水號，從000開始 第9位為課程教學型別碼 第10位為外語教學類別碼 其中 課程類別碼 10 通識必修課 11 通識核心課 國學修養類 12 通識核心課 創新創業類 13...
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