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哈工大机械学基础课程设计 QFB气动遥控板 高分报告

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1 1． 工作原理 QFB气动遥控板为固定装置的工业仪表，一般均装在控制室内的仪表盘上。它们有的与气动单元组合仪表配套使用，有的做单独手操遥控使用，可以用来测量调节器输出压力及手操定值器输出给执行机构（阀门）的压力。

图1 QFB气动遥控工作原理图 QFB气动遥控工作原理图如图1所示。 仪表的测量元件用波纹管和弹簧并联，通过感知压力变化可以间接测量气体压强。当输入信号（0.02~0.12MPa）即清洁和干燥的气体进入测量波纹

管时，由e=FPA可以知道将会对测量元件施加压力。由于波纹管和弹簧组成的弹性测量元件具有线性的工作特性，即在弹性范围内，满足FKS，因此会产生一个位移量。通过传动放大杆机构把直线位移

转变为放大了的指针的角位移。具体而言，对于曲柄滑块机构，可以将直2

线位移转化为角位移，在近似线性区有11=iS；而铰链四杆机构则将小的角位移放大为大的角位移，在近似线性区有221=i。此时，指针转角亦为2，其指示读数即为输入信号压力。综上可知，指针的转

角2和被测气体压强P之间存在对应关系12e2ii=APK，不难看出指针的转角气体压强为线性关系。QFB气动遥控板工作流程图如图2所示。

弹簧和波纹管压力敏感元件P曲柄滑块机构运动形式转换S铰链四杆机构

角度放大1



示数机构2

读数

图2 QFB气动遥控工作流程图

2． 设计流程 主要设计对象为压力敏感元件（弹簧和波纹管）、传动放大机构（曲柄滑块机构和铰链四杆机构）和示数机构；设计内容为材料选择、参数设计和计算以及精度校验；此外还要对各种可调整结构进行结构设计。

2.1 波纹管 波纹管是一种具有环形波纹的圆柱薄壁管，如图3所示。在压力或轴向力的作用下，波纹管伸长或缩短。由于波纹管在很大的变形范围内与压力具有线性关系，有效面积比较稳定，因而被广泛用作测量或控制压力的敏感元件。考虑到波纹管的滞后误差较大以及刚度较小，所以，本设计选择奖波纹管与圆柱螺旋弹簧并联使用。 3

图3 波纹管 用于制造波纹管的材料主要有不锈钢、锡青铜和铍青铜等。 参考教材（见参考文献[1]，下同）选材说明可知锡青铜QSn6.5-0.1在仪表中使用较多，因此本设计选择锡青铜QSn6.5-0.1作为波纹管材料。

波纹管的尺寸规格已按内径标准系列化（JB/T6169-2006），一般将波纹管的内径或外径作为基本尺寸，其他尺寸以此为基准按比例确定。考虑到本设计空间限制，选取波纹管外径D = 20mm.

根据JB/T6169-2006（教材表15-10）查得其他参数如表1所示。 表1 波纹管部分参数表 内径d 12mm 波距q 2.1mm 配合端长度ld 3mm

单波轴向刚度K单 41.5N/mm 4

参照图册（见参考文献[2]，下同）案例仿照选取波纹数n1= 10. 由此计算波纹管刚度为

21

41.5==4.15/mmn10KKN单波

有效面积为 222e()(2012)201.0621616ADdmm

选取端部结构为NN结构，如图4所示。

图4 波纹管两端内配合结构 则计算得波纹管原长 112102.12327dLnqlmm 5

2.2 圆柱螺旋压缩弹簧 圆柱螺旋压缩弹簧是用线材绕制成的空间螺旋形的弹性元件，在仪器中使用十分广泛，其一般结构如图5所示。

图5 圆柱螺旋压缩弹簧 本设计选取常用弹簧材料碳素弹簧钢丝C级（Ⅱ级）。由教材表15-3查得该材料部分参数如表2所示。

表2 碳素弹簧钢丝C级（Ⅱ级）参数表 许用应力[] 0.4B

弹性模量E 206250MPa 切变模量 81500 MPa 6

由教材表15-4查得拉 伸强度极限2080BMPa, 其中预估弹簧丝直径dt = 1. 2mm. 于是可以计算得到 []0.40.42080832BMPa 考虑到仪表空间限制，选取弹簧中径Dt = 10mm 由此算得环绕比为 108.3331.2ttDCd

曲度系数为 410.61548.33310.6151.1764448.33348.333CKCC



选取工作圈数n2 = 7 则可以计算得到弹簧刚度为 44332815001.23.018/88107tFt

GdKNmmDn



下面分析该压缩弹簧受到的最大轴向力maxF 7

工作载荷范围为 =p(0.120.02)201.06220.106eFAN工

工作时，弹簧与波纹管并联，如图6所示。

图6 弹簧与波纹管并联 弹簧与波纹管并联刚度为 ==3.018+4.15=7.168/mmFKKKN并波

工作位移为 20.106===2.805mm7.168FS

K工

工

并 8

波纹管预紧位移为 =1.25=1.252.805=3.506mmSS工预

弹簧预紧位移为 4.153.506=4.821mm3.018FKSSK预波

预弹

弹簧预紧力为 =3.0184.82114.550FFKSN预弹预弹

工作时，最大载荷位移量为

maxemaxp0.12201.062===3.366mm7.168ASK工

并

弹簧受到最大载荷为

maxmax14.5503.3663.01824.709FFFSKN工预弹

由强度条件23max8DKCF， 算得 22

max832103367.224.709tDF



查教材表15-8得C = 10.5, 9

于是算得 tt10d==0.952mmd=1.2mm10.5tDC校

校

＜

可见满足强度条件。

选取弹簧端部结构为两端并紧磨平，取节距0.350.35103.5mmtpD

则弹簧原长为 021.753.571.751.226.6tHpndmm

2.3 曲柄滑块机构 我们知道曲柄滑块机构是传功特性较复杂的非线性机构，但是曲柄滑块机构存在一个较小的线性工作区间，只要在此区间内，并且非线性度不超过允许值，就可以认为是线性机构，因此广范应用于测量仪表之中。曲柄滑块机构如图7所示。

具体而言，当o0=0且d=a时曲柄滑块机构处于线性区，设计时取此状态为中间位置，工作区间以此对称分布以减小非线性误差。 10

图7 曲柄滑块机构 选取杆的材料为黄铜H80. 已知输入范围为g==2.805mmSS工 取输出范围og=14

则线性处有g1g1114/180i==0.0871a2.805S 于是求得1a11.481mm

取偏轴距p1da，则相对偏轴量11pda 取相对杆长113.266ba，则137.5bmm 11

已知误差验算公式为 1-s100%ss

理实

工

可知实际位移为

10a(sin-sin)=11.481(sin7-sin(-7))=2.798mmoos实max

于是由最大非线性误差

1max2.798-2.805=100%=0.24%2%2.805＜

可见此组参数满足精度要求。 为了全面直观的对曲柄滑块机构的非线性度有一个了解，下面使用MATLAB软件进行误差曲线绘制，结果如图8所示。由曲线可知，最大误差为0.24%，满足精度要求。程序代码见附录。

图8 曲柄滑块机构非线性误差曲线 12

2.4铰链四杆机构 本设计选取铰链四杆机构中的双摇杆机构作为角度放大机构。我们知道，四连杆机构具有非线性特性，但是在如图所示的位置附近却具有近似线性的特点。其中，在极限位置的非线性误差最大，我们只需要保证在两个极限位置的非线性误差满足精度要求，整个机构就具有合格的精度要求。

同理，设计时取此状态为中间位置，工作区间以此对称分布以减小非线性误差。

图9 双摇杆机构线性位置 选取杆的材料为黄铜H80. 已知输入范围为og=14 已知输出范围为og=40 13

于是计算得到传动比22240i=-2.857c14a 取215.414amm 25.395cmm

250bmm 则22222222()(15.4145.395)5050.994dacbmm 已知误差验算公式为

100%gg理实

其中实际输出角为 22222222222

222222222

sin2cosarctanarccoscos22cosaabcdaddacadad



实

经计算，得到最大非线性误差为0.96%2%A＜ 由此可见本设计参数满足精度条件要求。

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哈工大暑期机器人课设答辩报告

哈工大暑期机器人课设答辩报告

机器人创新设计与制作课程设计题目车载机械臂四轮小车设计与制作专业机器人工程班号组号 1713402 第4组学生姓名仲帅郑倩陈宇航指导教师刘亚欣答辩日期 2019年7月23日哈尔滨工业大学（威海）课程设计成绩基本信息班号： 1713402 组号： 4 地点： Y315 课程设计时间： 2019 年 7 月 15 日至 7 月 28 日装订顺序页码1、封面2、课程设计成绩Ⅰ3、课程设计任务书Ⅱ4、目录Ⅲ5、正文 16、参考文献7、图纸和程序清单课程设计成绩竞赛排名：成绩：设计分工表学生成绩教师签字： 2019年07月 23日哈尔滨工业大学*********任务书指导教师签字：李哲2019年1月3日第1章绪论1.1课题背景与意义第三次信息技术革命以来，随着微电子、信息、计算机等技术的快速发展，人工智能技术的发展速度越来越快，智能化产品不断进入人们的生活。

中国自1978年把“智能模拟”作为国家科学技术发展规划的主要研究课题，开始着力研究智能。

从概念的引进到实验室研究的实现，再到现在军事、航天航空、勘探等高端领域的应用，为智能化理论的全面发展奠定基石。

人工智能的理论方案、分析方法及特色创新都可以为国内采矿勘探机器人、自动运输机器人、家用自动清洁机器人等自动半自动机器人的设计与普及提供一定的参考。

人类可以利用自己的听觉、视觉、味觉、触觉等功能获取事物的信息，人类的大脑再根据已经掌握的知识对这些信息进行综合分析，从而全面了解认知事物。

这样一个认识事物、分析事物和处理信息的过程称之为信息融合过程。

多传感器信息融合的基本原理就是模仿人类大脑的这个过程，得到一个对复杂对象的一致性解释或结论。

多传感器信息融合是协调多个分布在不同地点，相同或不同种类的传感器所提供的局部不完整观测量信息加以综合，协调使用，消除可能存在的冗余和矛盾，并加以互补，以减少不确定性，得到对物体或环境的一致性描述的过程。

智能小车包含周围环境探测、识别和自动控制等功能的综合系统，以单片机芯片作为其控制核心，由控制器控制其进行相应的动作。

哈工大机器人课程设计

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哈工大机器人课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够掌握机器人基本原理，包括机械结构、传感器应用和编程控制。

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课程旨在培养学生的创新意识、实践能力和团队协作精神，为我国机器人产业发展输送高素质人才。

二、教学内容1. 机器人原理概述：包括机器人的定义、分类、发展历程和应用领域，重点介绍哈工大在机器人领域的研究成果。

教材章节：第一章 机器人概述2. 机器人机械结构与设计：学习机器人的机械结构设计原理，包括传动系统、执行机构和传感器布局。

教材章节：第二章 机器人机械结构与设计3. 机器人传感器及其应用：介绍常用传感器的工作原理、特性及应用，如红外传感器、超声波传感器和视觉传感器等。

教材章节：第三章 机器人传感器4. 机器人编程与控制：学习机器人编程语言及控制方法，掌握基本编程技巧，实现对机器人的运动控制。

教材章节：第四章 机器人编程与控制5. 机器人项目实践：通过团队协作，设计并实现一个具有实际应用的机器人项目，涵盖需求分析、方案设计、编程调试等环节。

机械类学习报告范文3篇

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机械设计基础实验报告

机械设计基础实验报告

机械设计基础实验报告机械设计基础实验报告一、实验目的本实验的主要目的是让学生掌握机械设计基础的相关知识，熟练使用相关工具进行设计与制作，并在实际操作中加强自身动手能力与实际应变能力。

二、实验内容本次实验主要是设计、制作和测试一台简易的手摇发电机，使学生通过实际操作，了解机械设计的基本原理以及在实际操作中的应用。

三、实验原理手摇发电机是一种可以将人体机械能转化为电能的装置，其工作原理与传统发电机相似。

由于旋转磁场的作用，磁感线会跟着线圈旋转，从而在线圈内产生感应电动势，利用这个原理就可以将人体机械能转换成为电能。

四、实验步骤1.设计手摇发电机的框架：需要确定手摇发电机的框架大小和形状，画出初步的设计图等，然后在SOLIDWORKS等相关软件中进行3D建模，制定出框架的具体参数。

2.制作手摇发电机的框架：使用自动加工工具将框架进行机械加工并进行整体组装。

3.设计手摇发电机的发电部分：利用SOLIDWORKS软件进行发电机部分的设计，并制定发电机的制造参数。

4.制造手摇发电机的发电部分：使用自动加工工具进行发电机部分的制造，并将其与框架进行整体组装。

5.测试手摇发电机：使用测试工具进行手摇发电机的测试，测试其输出功率以及电压波动等指标是否达到预期目标。

五、实验结果经过制作和测试，手摇发电机的性能达到了预期目标，最大输出功率为2W，电压波动较小。

六、实验思考通过这次实验，我了解到了机械设计的基本原理和在实际中的应用，同时也加强了自己的动手能力和实际应变能力。

在实验过程中，也遇到了一些问题，例如框架的加工精度不够高、发电机部分的输出功率不够稳定等问题，这些问题需要我们在日后的学习和实践中加以解决并不断完善。

七、实验结论本次实验让我加深了对机械设计的认识，同时也让我通过实践了解了机械设计中的一些基本原理和应变技巧。

通过这次实验，我也发现了自己在机械设计方面的不足，需要自己不断地学习和实践，以提高自己的能力和素质。