凸轮连杆组合机构在水面垃圾清洁船中的应用①②③
2014-12-01刘迟蒋伟白兴龙赵言李金泉
刘迟+蒋伟+白兴龙+赵言+李金泉
摘 要：该文设计了水面清洁船的翻斗机构，该机构由凸轮连杆组合机构构成，运动仿真显示，翻斗机构实现了间歇翻转的功能，运转流畅，达到了收集水面垃圾的目的。
关键词：清洁船 凸轮机构 连杆机构 翻斗机构
中图分类号：U6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（c）-0092-02
目前，随着持续加速的城市化发展进程，中国正面临由此引发的各种水体污染。而与我们关系更近的城市和风景区河道、湖泊污染更为严重。经调查和分析，这些地区污染主要是水草及软包装、饮料盒、塑料泡沫等水面垃圾[1]。针对这一问题，设计了一艘水面无人清洁船，该船可以收集水面垃圾和水草。该文主要介绍了清洁船的翻斗机构，它通过翻斗的间歇翻转，达到收集水面垃圾的目的。该机构由凸轮连杆组合机构构成。
1 技术方案
如图1，首先设计出了凸轮机构，凸轮5上有凹槽8，摇杆6上有圆柱销4，圆柱销4可在凹槽8内运动。连杆机构中，图中3是连杆，杆2和翻斗1固定在一起。凸轮5和电机连在一起，电机转动带动凸轮作整周转动，通过圆柱销4带动摇杆6小角度（60 °）间歇摆动，此时，凸轮处于近休阶段，近休止角为60 °，再通过连杆3，带动杆2大角度（120 °）间歇摆动，此时，凸轮处于远休阶段，远休止角为80 °，进而使翻斗1实现间歇翻转，达到收集垃圾的目的。
2 凸轮机构的设计
2.1 凸轮机构摆杆运动规律的确定
考虑到凸轮机构运动的平稳性，本文在其推程和回程阶段选用既无刚性冲击又无柔性冲击的正弦加速度运动规律。单位周期内的运动规律示意图如图2所示。
推程阶段：
远休止阶段：
回程阶段：
近休止阶段：
2.2 凸轮理论廓线的求解
如图3，考虑到清洁船的实际船体尺寸，空间布局，以及加工成本，该文取凸轮的基圆半径。基于凸轮机构美观方面的考虑，本文取摇杆的长度（摇杆转动中心到圆柱销轴线间的距离），图中摇杆的转动中心距凸轮的中心的距离。
当摇杆相对于凸轮转过δ角时，摇杆处于图示AB位置，其角位移为，则B点的坐标为：
式中，为摇杆的初始位置角，其值为：
为精确绘制出凸轮的理论廓线，该文采用MATLEB编程的办法。在程序中首先对凸轮的转角进行离散，把0～360 °的转角分散成以5 °为公差的等差数列[2]，共计72个值，在MATLAB中以包含这72个元素的向量将其表示。将此向量带入坐标方程求解，得出72行2列的矩阵，即凸轮理论廓线的坐标。以此坐标绘图如图4所示。
3 连杆机构的设计
如图5，为使翻斗能够充分完成收集垃圾的作用，该文取这样三组对应关系：0 °， °； °， °； °， °，取初始角： °。此外为让连杆机构与凸轮机构之间运行顺畅，彼此不干涉，本文取摇杆长（摇杆转动中心到转动副中心的距离）DC=80 mm。由“按预定的运动规律设计四杆
机构”的方法[3]有：
这里：
；；
将数据带入上述方程组，可得如下结果：
； ；
对上述计算结果应用UG软件进行了三维建模，动画仿真显示，翻斗机构运转流畅，实现了间歇反转的功能。
4 结语
该文设计了凸轮连杆组合机构的凸轮轮廓线和各杆长度，应用UG软件进行了三维建模并进行了动画演示，实现了翻斗机构的间歇翻转，设计合理，达到了收集垃圾的目的。
参考文献
[1] 何伟文.浅谈水面垃圾清扫船[J].广东造船，1998（4）.
[2] 朱衡君.MATLEB语言及实践教程[M].2版.北京：清华大学出版社，2005.
[3] 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M].7版.北京：高等教育出版社，2005.endprint
摘 要：该文设计了水面清洁船的翻斗机构，该机构由凸轮连杆组合机构构成，运动仿真显示，翻斗机构实现了间歇翻转的功能，运转流畅，达到了收集水面垃圾的目的。
关键词：清洁船 凸轮机构 连杆机构 翻斗机构
中图分类号：U6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（c）-0092-02
目前，随着持续加速的城市化发展进程，中国正面临由此引发的各种水体污染。而与我们关系更近的城市和风景区河道、湖泊污染更为严重。经调查和分析，这些地区污染主要是水草及软包装、饮料盒、塑料泡沫等水面垃圾[1]。针对这一问题，设计了一艘水面无人清洁船，该船可以收集水面垃圾和水草。该文主要介绍了清洁船的翻斗机构，它通过翻斗的间歇翻转，达到收集水面垃圾的目的。该机构由凸轮连杆组合机构构成。
1 技术方案
如图1，首先设计出了凸轮机构，凸轮5上有凹槽8，摇杆6上有圆柱销4，圆柱销4可在凹槽8内运动。连杆机构中，图中3是连杆，杆2和翻斗1固定在一起。凸轮5和电机连在一起，电机转动带动凸轮作整周转动，通过圆柱销4带动摇杆6小角度（60 °）间歇摆动，此时，凸轮处于近休阶段，近休止角为60 °，再通过连杆3，带动杆2大角度（120 °）间歇摆动，此时，凸轮处于远休阶段，远休止角为80 °，进而使翻斗1实现间歇翻转，达到收集垃圾的目的。
2 凸轮机构的设计
2.1 凸轮机构摆杆运动规律的确定
考虑到凸轮机构运动的平稳性，本文在其推程和回程阶段选用既无刚性冲击又无柔性冲击的正弦加速度运动规律。单位周期内的运动规律示意图如图2所示。
推程阶段：
远休止阶段：
回程阶段：
近休止阶段：
2.2 凸轮理论廓线的求解
如图3，考虑到清洁船的实际船体尺寸，空间布局，以及加工成本，该文取凸轮的基圆半径。基于凸轮机构美观方面的考虑，本文取摇杆的长度（摇杆转动中心到圆柱销轴线间的距离），图中摇杆的转动中心距凸轮的中心的距离。
当摇杆相对于凸轮转过δ角时，摇杆处于图示AB位置，其角位移为，则B点的坐标为：
式中，为摇杆的初始位置角，其值为：
为精确绘制出凸轮的理论廓线，该文采用MATLEB编程的办法。在程序中首先对凸轮的转角进行离散，把0～360 °的转角分散成以5 °为公差的等差数列[2]，共计72个值，在MATLAB中以包含这72个元素的向量将其表示。将此向量带入坐标方程求解，得出72行2列的矩阵，即凸轮理论廓线的坐标。以此坐标绘图如图4所示。
3 连杆机构的设计
如图5，为使翻斗能够充分完成收集垃圾的作用，该文取这样三组对应关系：0 °， °； °， °； °， °，取初始角： °。此外为让连杆机构与凸轮机构之间运行顺畅，彼此不干涉，本文取摇杆长（摇杆转动中心到转动副中心的距离）DC=80 mm。由“按预定的运动规律设计四杆
机构”的方法[3]有：
这里：
；；
将数据带入上述方程组，可得如下结果：
； ；
对上述计算结果应用UG软件进行了三维建模，动画仿真显示，翻斗机构运转流畅，实现了间歇反转的功能。
4 结语
该文设计了凸轮连杆组合机构的凸轮轮廓线和各杆长度，应用UG软件进行了三维建模并进行了动画演示，实现了翻斗机构的间歇翻转，设计合理，达到了收集垃圾的目的。
参考文献
[1] 何伟文.浅谈水面垃圾清扫船[J].广东造船，1998（4）.
[2] 朱衡君.MATLEB语言及实践教程[M].2版.北京：清华大学出版社，2005.
[3] 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M].7版.北京：高等教育出版社，2005.endprint
摘 要：该文设计了水面清洁船的翻斗机构，该机构由凸轮连杆组合机构构成，运动仿真显示，翻斗机构实现了间歇翻转的功能，运转流畅，达到了收集水面垃圾的目的。
关键词：清洁船 凸轮机构 连杆机构 翻斗机构
中图分类号：U6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（c）-0092-02
目前，随着持续加速的城市化发展进程，中国正面临由此引发的各种水体污染。而与我们关系更近的城市和风景区河道、湖泊污染更为严重。经调查和分析，这些地区污染主要是水草及软包装、饮料盒、塑料泡沫等水面垃圾[1]。针对这一问题，设计了一艘水面无人清洁船，该船可以收集水面垃圾和水草。该文主要介绍了清洁船的翻斗机构，它通过翻斗的间歇翻转，达到收集水面垃圾的目的。该机构由凸轮连杆组合机构构成。
1 技术方案
如图1，首先设计出了凸轮机构，凸轮5上有凹槽8，摇杆6上有圆柱销4，圆柱销4可在凹槽8内运动。连杆机构中，图中3是连杆，杆2和翻斗1固定在一起。凸轮5和电机连在一起，电机转动带动凸轮作整周转动，通过圆柱销4带动摇杆6小角度（60 °）间歇摆动，此时，凸轮处于近休阶段，近休止角为60 °，再通过连杆3，带动杆2大角度（120 °）间歇摆动，此时，凸轮处于远休阶段，远休止角为80 °，进而使翻斗1实现间歇翻转，达到收集垃圾的目的。
2 凸轮机构的设计
2.1 凸轮机构摆杆运动规律的确定
考虑到凸轮机构运动的平稳性，本文在其推程和回程阶段选用既无刚性冲击又无柔性冲击的正弦加速度运动规律。单位周期内的运动规律示意图如图2所示。
推程阶段：
远休止阶段：
回程阶段：
近休止阶段：
2.2 凸轮理论廓线的求解
如图3，考虑到清洁船的实际船体尺寸，空间布局，以及加工成本，该文取凸轮的基圆半径。基于凸轮机构美观方面的考虑，本文取摇杆的长度（摇杆转动中心到圆柱销轴线间的距离），图中摇杆的转动中心距凸轮的中心的距离。
当摇杆相对于凸轮转过δ角时，摇杆处于图示AB位置，其角位移为，则B点的坐标为：
式中，为摇杆的初始位置角，其值为：
为精确绘制出凸轮的理论廓线，该文采用MATLEB编程的办法。在程序中首先对凸轮的转角进行离散，把0～360 °的转角分散成以5 °为公差的等差数列[2]，共计72个值，在MATLAB中以包含这72个元素的向量将其表示。将此向量带入坐标方程求解，得出72行2列的矩阵，即凸轮理论廓线的坐标。以此坐标绘图如图4所示。
3 连杆机构的设计
如图5，为使翻斗能够充分完成收集垃圾的作用，该文取这样三组对应关系：0 °， °； °， °； °， °，取初始角： °。此外为让连杆机构与凸轮机构之间运行顺畅，彼此不干涉，本文取摇杆长（摇杆转动中心到转动副中心的距离）DC=80 mm。由“按预定的运动规律设计四杆
机构”的方法[3]有：
这里：
；；
将数据带入上述方程组，可得如下结果：
； ；
对上述计算结果应用UG软件进行了三维建模，动画仿真显示，翻斗机构运转流畅，实现了间歇反转的功能。
4 结语
该文设计了凸轮连杆组合机构的凸轮轮廓线和各杆长度，应用UG软件进行了三维建模并进行了动画演示，实现了翻斗机构的间歇翻转，设计合理，达到了收集垃圾的目的。
参考文献
[1] 何伟文.浅谈水面垃圾清扫船[J].广东造船，1998（4）.
[2] 朱衡君.MATLEB语言及实践教程[M].2版.北京：清华大学出版社，2005.
[3] 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M].7版.北京：高等教育出版社，2005.endprint
