机械原理课程设计报告机器马 第5页
经过上面的分析和腿部机构的最终确定，我们最后决定使用最为
方便的涡轮蜗杆传动，即让各个腿部结构的主动件固结在四个全齿轮
上，然后利用涡轮蜗杆副实现转动的垂直方向传动。
选择涡轮蜗杆传动的另一个重要原因是涡轮蜗杆副可以实现自
锁的功能。因为涡轮蜗杆的传动比非常大，所以主轴的小角度转动对
于腿部运动产生的影响就很小。也就是说，当马在需要静止的时候，
不会有蜗轮带动蜗杆的运动使得马出现不希望的移动而不能够自行
站立。
至此，主轴及整体结构传动部分设计及优化也完成了，接下来将
介绍一下各部分具体参数的计算和调试过程。
五、机构尺寸确定
机械原理课程设计
一、 马头部分凸轮理论轮廓线的设计和计算
因为马头在抬起和低下的时候在最值位置（马头抬起最高点和落
下最低点）都要适当的停留一段时间。我们设定的相应的远休止角和
近休止角为φ1 =80°\u20197X及φ2 =50°\u12290X我们通过观看ADAMS软件的模拟
分析，可以大概确定在两段圆弧之间的转动时间内，马头的摆杆运动
是符合正弦规律的。
根据课程中所学知识，在求摆动平底从动件盘型凸轮的轮廓曲线
时，可以遵循下列公式：
x a sin ϕ − −(l b)sin(ϕ ψ ψ+ )
0
ϕ ψ ψ
y a
− −
cosϕ (l b) cos(
0
+
)
其中，a和ψ0是已知的。另外，
ψ ψ )
a cos(
+
ψ
a cos(
0
+
5
18
ϕ
)
b a cosψ
0
−
1+
0
dψ
dϕ
= a cosψ
0
−
23
18
l a= sinψ0
又根据圆周 360°\u65292X除去其中的远休止角和近休止角，我们可以知道，
当摆杆从最低点运动到最高点，凸轮转过了 115°\u12290X而在这个过程中，
18
摆杆的正弦规律运动进行了 1/4 个周期，也就是凸轮转过了φ=π/2。
根据以上分析可以得到下面的关系：
机械原理课程设计
ϕ ψ+ =
ϕ
5
0 →ψ = ϕ →
dψ
5
115
0×90
18
d
ϕ=18
将上述各个量代入方程得：
23
ϕ ψ
x a
− −
sin ϕ (l b) sin(
18
+
0
)
y a
− −
cosϕ (l b) cos(
23
18
ϕ ψ
0
)
而其他尺寸可以在 ADAMS 软件上量取，得：
a=337.25mm Ψ0=52.25°
至此，所需的数据已经全部得到。所以，取φ从 25°\u24320X始，到
140°\u32467X束；每搁 5°\u35745X算一次。再从 220°\u24320X始，到 335°\u32467X束；也
是每搁 5°\u35745X算一次。因为从-25°\u21040X 25°\u30340X凸轮轮廓和从 140°\u21040X
220°\u30340X凸轮轮廓是圆弧；所以，并不是计算确定的重点。
于是，首先要根据之前求得的公式计算 b 的值：
凸轮转角φ
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
b 值
71.49
77.07
82.73
88.47
94.27
100.14
106.08
112.08
118.12
124.23
凸轮转角φ
220
225
230
235
240
245
250
255
260
265
b 值
13.7843
351.5606
448.477
143.6459
-56.893
179.768
460.7561
319.6126
-9.35509
19.96109
19
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
130.39
136.6
142.83
149.11
155.42
161.76
168.13
174.53
180.93
187.36
193.8
200.25
206.7
213.15
270
275
280
285
290
295
300
305
310
315
320
325
330
335
机械原理课程设计
358.8943
444.7932
135.0599
-56.1279
188.6141
462.9981
311.5286
-14.345
26.34879
366.0557
440.8399
126.5547
-55.0658
197.4803
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
71.49
77.07
82.73
88.47
94.27
100.14
106.08
112.08
118.12
124.23
130.39
136.6
142.83
150.3739
-383.753
-305.077
372.1337
382.4685
-244.88
-355.061
50.49523
225.9926
143.6358
-29.3857
-273.625
-179.133
492.184
216.3163
-136.576
-55.2693
345.9582
491.162
168.0797
-167.539
-44.5944
348.6996
434.848
74.74706
-232.61720
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
凸轮转角φ
220
225
230
235
240
245
250
255
260
265
270
275
280
285
290
295
300
305
310
149.11
155.42
161.76
168.13
174.53
180.93
187.36
193.8
200.25
206.7
213.15 292.96
b 值
13.7843
351.5606
448.477
143.6459
-56.893
179.768
460.7561
319.6126
-9.35509
19.96109
358.8943
444.7932
135.0599
-56.1279
188.6141
462.9981
311.5286
-14.345
26.34879
299.4241
338.9264
-217.127
-402.891
59.08524
352.1546
117.6019
-202.206
-250.576
-1.61015
X
-57.4556
-276.153
-110.642
119.4458
92.40404
-81.9573
-165.447
-123.813
-26.6628
63.52013
31.62355
-157.372
-262.265
-57.9375
203.4193
80.43515
-297.256
-323.817
100.7013
机械原理课程设计
-64.7208
319.5858
351.2602
-33.3077
-300.824
-84.804
289.6434
271.8662
-125.226
-343.478
-79.0162
Y
98.57498
200.0204
-111.972
-371.063
-121.267
281.6046
188.3318
-266.431
-346.813
85.97086
346.8097
47.16647
-304.287
-163.557
209.8472
250.7499
-27.8779
-171.793
-25.2855
315
320
325
330
335
366.0557
440.8399
126.5547
-55.0658
197.4803
321.237
-35.5445
-408.786
-188.595
283.6241
机械原理课程设计
154.328
168.8241
65.98766
-46.5379
-72.8349
（注：以上得出坐标都是以凸轮的转动中心为坐标原点的。）
二、马腿及身体各构件尺寸的确定
因为是八杆机构，精确计算比较困难，所以本次设计中腿部
各构件的长度主要通过试值法确定。具体的设计过程上一部分已经较
为明确地介绍了，下面主要讲一下杆长、倾角等参数的优化过程。最
终确定的机构简图如右图所示，其中：
马腿杆件及运动轨迹图
①马腿原动件（输入）
②小三角板
①输入
③摆杆
④大三角板——大腿
⑤大腿带动杆
⑥小腿带动杆
⑦小腿（输出）
⑦输出
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