机械设计——曲柄滑块

一、零件

1、主动杆

草图：

草图1：大圆直径20mm，两圆圆心之距60mm，连接线50mm，一边绘制小圆直径8mm。

草图2：在凸台面上无圆孔一端绘制小圆直径8mm。

特征：

凸台拉伸3：拉伸草图1，给定深度3mm。（圆孔用于配合圆盘）

凸台拉伸4：拉伸草图2，等距1.5mm，两侧堆成9mm。（用于配合连杆和圆盘）

2、连杆

草图：

草图1：大圆直径20mm，两圆圆心之距300mm，连接线290mm，一边绘制小圆直径8mm。

草图2：在凸台面上无圆孔一端绘制小圆直径8mm。

特征：

凸台拉伸3：拉伸草图1，一定深度3mm。（圆孔用于配合主动杆）

凸台拉伸4：拉伸草图2，给定深度10mm（用于配合滑块）

3、圆盘

草图

草图1：大圆直径150mm，圆弧槽口宽度12mm，弧度60度，圆弧半径59—61mm，圆周阵列3个。

草图2：圆盘中心圆直径8mm。

草图3：圆孔直径8mm。

特征：

凸台拉伸1：拉伸草图1，给定深度10mm。

凸台拉伸2：拉伸草图2，给定深度3mm。（配合主动杆）

切除拉伸1：切除草图3，完全贯穿。（配合主动杆）

4、滑块

草图

草图1：长为100mm，宽为50mm的矩形。

草图2：滑块中心位置圆，直径8mm。

特征

凸台拉伸1：拉伸草图1，给定深度50mm。

切除拉伸1：切除草图2，完全贯穿。

5、轨道

草图

草图1：长为300mm，宽为60mm的矩形。

草图2：绘制与长方体上、下、左三个方向相距20mm的矩形。

在轨道高度1/2处建立基准面1，并绘制与原点水平方向相距360mm的轴线。（配合圆盘）

特征

凸台拉伸1：拉伸草图1，给定深度90mm。

切除拉伸1：切除草图2，完全贯穿。

二、装配体

先导入轨道，固定轨道在原点，再依次导入其他零件。

配合

重合1：连杆与滑块面重合；

同心1：连杆凸台与滑块圆孔同心；

同心2：圆盘圆孔与主动杆凸台同心；

重合2：主动杆与圆盘面重合；

同心4：主动杆圆孔与圆盘凸台同心；

同心5：主动杆凸台与连杆圆孔同心；

重合3：连杆与主动杆面重合；

重合4：滑块与轨道侧面重合；

重合5：滑块与轨道地面重合；

重合6：圆盘原点与轴线重合。

三、动画及Motion分析

动画

0s时间线将相机视图调整到前视，放置旋转马达在圆盘上，方向逆时针，速度20 rad/s = 20*30/pi RPM，然后计算运动算例。（视频在文件中）

Motion分析

选择结果与图解，类别-位移/速度/加速度，子类别-分别选取线性位移、线性速度、线性加速度，结果分量为X分量，选取滑块某一面，然后生成图解。

线性位移

线性速度

线性加速度

四、编程计算绘图

将solidwork生成的图解导出csv文件，用matlab读取csv文件，将数据取出，用plot函数绘制滑块的实际参数曲线。根据课本给出的公式，绘制滑块的理论参数曲线。

代码

r = 60; % 主动件杆长

l = 300; % 连杆长度

w = 20; % 角速度

theta = 0:pi/100:4*pi;

size = [100, 200, 1400, 400];

s1 = r*cos(theta)+l*(1-(r*sin(theta)/l).^2).^0.5;

v1 = -r*w*(sin(theta)+0.5*(r/l)*sin(2*theta)/(l-(r*sin(theta)/l).^2).^0.5);

a1 = -r*w.^2*(cos(theta)+r*(l.^2*(1-2*cos(theta))-r.^2*sin(theta).^4)/(l.^2-(r*sin(theta)).^2).^1.5);

s2 = csvread('滑块位移曲线.csv', 2, 0);

v2 = csvread('滑块速度曲线.csv',2, 0);

a2 = csvread('滑块加速度曲线.csv', 2, 0);

 

figure('name','滑块参数曲线');

set(figure(1),'position',size);

 

subplot(1, 3, 1);

yyaxis left;

plot(theta/pi*180, s1, '--r');

ylabel('理论位移s/mm');

yyaxis right;

plot(s2(:, 1)*20/pi*180, s2(:, 2), '-b');

ylim([140, 260]);

xlabel('曲柄转角\theta/(°)');

ylabel('实际位移s/mm');

xlim([0, 720]);

x_new = linspace(0, 720, 9);

xticks(x_new);

title('滑块位移曲线');

legend('理论滑块位移','实际滑块位移');

grid on;

% figure(2);

subplot(1, 3, 2);

plot(theta/pi*180, v1/1000, '--r');

hold on;

plot(v2(:, 1)*20/pi*180,v2(:, 2)/1000, '-b');

xlabel('曲柄转角\theta/(°)');

ylabel('滑块速度v/(m/s)');

xlim([0, 720]);

x_new = linspace(0, 720, 9);

xticks(x_new);

title('滑块的速度曲线');

legend('理论滑块速度','实际滑块速度');

grid on;

% figure(3);

subplot(1, 3, 3);

plot(theta/pi*180, a1/1e6, '--r');

hold on;

plot(a2(:, 1)*20/pi*180, a2(:, 2)/1e6, '-b');

xlabel('曲柄转角\theta/(°)');

ylabel('滑块加速度a/(m/s^2)');

xlim([0, 720]);

x_new = linspace(0, 720, 9);

xticks(x_new);

title('滑块的加速度曲线');

legend('理论滑块加速度','实际滑块加速度');

grid on;

(其中速度公式与课本不同，取了相反数，因为绘制后的理论图与课本的图正好曲线相反，所以猜测课本的速度公式少了个负号)

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