连杆机构运动分析实验机械工程学院盐城工学院.docx
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连杆机构运动分析实验-机械工程学院-盐城工学院
《机械原理》课程
盐城工学院机械工程学院
机械基础课程组
实验一连杆机构运动分析„„„„„„„„„„„„„2
实验二凸轮轮廓设计„„„„„„„„„„„„„„„7
实验三齿轮机构设计„„„„„„„„„„„„„„10
实验四齿轮范成原理计算机模拟„„„„„„„„„13
附:
上机操作及程序编写指导„„„„„„„„„„„15
1
实验一连杆机构运动分析一、实验目的
1、掌握用解析法对连杆机构进行运动分析的原理和方法;
2、培养分析问题、解决问题的能力;
3、培养计算机应用能力。
二、实验原理
用解析法对平面连杆机构进行运动分析，采用矢量方程法进行分析。
1、铰链四杆机构
C
y2
2B
3
1
1,3,D1
A4x
如图1所示的四杆机构，取坐标系原点与曲柄回转中心重合。
经过位移分析得
图1平面铰链四杆机构运动分析
222，，,AABC,,2（）arctg3BC,
lsin,,lsin,3311,arcsin,2l2
其中:
A,2llsin,131
2
B,2llcos,l，，3114
2222C,l,l,L,L，2llcos,2134141
经过速度分析得
lsin（）,,,112,,,31lsin（）,,,332
lsin（）,,,113,,,,21lsin（）,,,223
经过加速度分析得
222lll,,,,,,,，,,,cos（）cos（）2211123332,,3lsin（）,,,332
222lll,,,,,,,,,,,cos（）cos（）3311132223,,2lsin（）,,,223
2、曲柄滑块机构
如图2所示的滑块机构，取坐标系原点与曲柄回转中心重合。
经过位移
分析得
2
B
21
C,13,14A
xCs
图2曲柄滑块机构运动分析
x,lcos,，lcos,C1122
3
lsin,11,arcsin,2l2
经速度分析展开后得
l,cos,111,,,2
lcos,22
,sin（）l,112,,,Ccos,2
经加速度分析得
22,,,,lsin，lsin111222,,2lcos,22
22,,,,cos（）l,，l111222a,,Ccos,2
3、导杆机构
如图3所示的导杆机构，取坐标系原点与曲柄回转中心重合。
经过位移
分析得
lsin，l114,tan,3lcos,11
cos1S,l1cos,3
经速度分析得
v,,l,sin（,,,）B2B31113
lcos（）,,,,1113,,3S
4
21By
1
A,1
3
S
l4
3C
x
4
图3导杆机构运动分析
经加速度分析得
22a,S,,l,cos（,,,）B2B331113
2vl2,，,sin（,,,）B2B331113,,,3S
三、实验方法和步骤
1、实验准备
取几何尺寸为下面三组数据中任一组数据，实验前编写好计算机机构运动分析程序（利用VB、VC或MATLAB语言编程）。
l,0.35l,0.2l,0.4l,0.5
（1）铰链四杆机构:
m,m，m,m,3124,,10rad/s;1
l,0.2l,0.4,,10
（2）曲柄滑块机构:
m,m，rad/s;121
5
（3）导杆机构:
m,m,rad/s;l,0.2l,0.5,,10141
2、上机实验
（1）打开计算机，输入编写好的程序;
（2）调试程序，输入已知数据;
（3）按曲柄转角从0?
到360?
之间每间隔30?
输出一组分析数据。
四、填写实验报告
五、思考题
1（在曲柄滑块机构中，位移、速度、加速度的变化分别对哪个几何参数最敏感,
2（在导杆机构中，位移、速度、加速度的变化分别对哪个几何参数最敏感,
3（机构几何参数的变化过程中，位移、速度、加速度曲线的基本形状有无发生根本性的改变,为什么,
6
实验二凸轮轮廓设计
一、实验目的
1、掌握用解析法设计凸轮机构的原理和方法;2、培养分析问题、解决问题的能力;
3、培养计算机应用能力。
二、实验原理
1、从动件推程运动规律方程
（1）等速运动规律
推程运动方程:
回程运动方程:
h,S,h（1,）S,,,',
hh,,v,v,,
,'
a,0a,0
（2）等加速等减速运动规律
推程等加速段运动方程:
等减速段运动方程:
2h2h22,,s,h,,,（）s,22,,
,4h4h,,v,（,,）v,22,,
4h4h22,a,,,a,22,,
回程等加速段运动方程:
等减速段运动方程:
7
2h2h22,,s,（,',）s,h,22,','
,4h4h,,v,,（,',）v,,22,','
4h4h22,a,,,a,,22,','
（3）余弦加速度规律
推程运动方程:
回程运动方程:
h，，,,hs,1,cos（），，,,,s,，1cos（）,2，，,,2,'，，,,,h,,,,hv,sin（）,v,,sin（）2,,,,2''22,,,h22,,,hcos（,）a,2a,,cos（,）,,22,',2'
（4）正弦加速度规律
推程运动方程:
回程运动方程:
,,,1212，，，，,,s,h,sin（）s,h1,，sin（）,,,,,,,2,,'2,'，，，，
,,,h2h2，，，，,,v,1,cos（）v,,1,cos（）,,,,,,,','，，，，
22,,,,,,2h22h2sin（,）sin（,）a,a,,22',,,,'
2、凸轮轮廓设计
如图4所示的直动从动件盘形凸轮机构，凸轮轮廓的方程为
理论轮廓方程:
式中，e为偏距;。
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实际轮廓方程:
图4凸轮轮廓设计
三、实验方法和步骤
1、实验准备
h,30r,40r,10取设计数据:
mm，mm,mm,mm,e,10br
',',，，，实验前编写好凸轮轮廓设计的计算机程,,150,,120,,300
序。
（利用VB、VC或MATLAB语言编程）
2、上机实验
（1）打开计算机，输入编写好的程序;
（2）调试程序，输入已知数据;
（3）按凸轮转角从0?
到360?
之间每间隔30?
输出一组轮廓曲线坐标。
四、填写实验报告
9
五、思考题
1.在凸轮理论廓线一定的条件下，从动件上的滚子半径与凸轮机构的压力角有何关系,
2.在推程过程中，对凸轮机构的压力角加以限制的原因是什么,
3（在直动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的理论廓线与实际廓线间的关系是什么,
实验三齿轮机构设计
一、实验目的
1、掌握齿轮机构设计的基本原理;
2、培养分析问题、解决问题的能力;
3、培养计算机应用能力。
二、实验原理
渐开线圆柱齿轮机构设计步骤:
（给定中心距的情况）
'1、按给定的实际中心距计算啮合角a
a',cos,cos,'a
2、计算两轮变位系数和，并作适当分配
z，z'12x，x,（inv,,inv,）122tan,
变位系数按传动要求分配，保证不发生根切且小齿轮的变位系数大于大齿轮的变位系数。
齿轮不发生根切的最小变位系数为
*h（z,z）minax,minzmin
3、按表1的公式计算两轮的几何尺寸。
4、校验重合度和正变位齿轮的齿顶圆厚度。
一般要求,
,1.2,s,（0.25~0.4）m,a
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i若给定传动比，则首先确定两轮的齿数，由公式计算
'2az,1m（i，1）
z,iz21
i将z、z圆整。
圆整时应取齿数比u,z/z与给定传动比误差较小的一1212
对齿数方案。
然后按上述步骤设计。
表1齿轮设计计算公式
名称符号标准齿轮传动高度变位齿轮传动正传动和负传动分度圆直径
啮合角
中心距
节圆直径
中心距变动系数
齿高变动系数
齿顶高
齿根高
齿全高齿顶圆直径
11
齿根圆直径
重合度
分度圆齿厚
齿顶厚
三、实验方法和步骤
1、实验准备
，齿取设计数据:
一对渐开线直齿圆柱齿轮机构，传动比轮的中心距，，，，，a',64mm
设计这对齿轮机构。
实验前编写好齿轮机构设计的计算机程序。
（利用VB、VC或MATLAB语言编程）
2、上机实验
（1）打开计算机，输入编写好的程序;
（2）调试程序，输入已知数据;
（3）输出齿轮几何尺寸计算结果。
四、填写实验报告
五、思考题
1（渐开线齿轮的齿数、模数、齿顶高系数和两轮的中心距、啮合角，对渐开线齿轮传动的重合度各有何影响,
2（齿轮机构设计应满足哪些基本要求,
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实验四齿轮范成原理计算机模拟一、实验目的
1（掌握用范成法加工渐开线齿轮的基本原理，观察渐开线齿轮齿廓曲线的形成过程。
2（了解渐开线齿轮齿廓的根切现象和用径向变位避免根切的方法。
3（分析比较标准齿轮与变位齿轮齿形的异同。
二、实验原理
由齿轮啮合原理知:
一对渐开线齿轮啮合传动时，两轮的齿廓曲线互为包络线。
范成法就是利用这一原理来加工齿轮的。
用范成法加工齿轮时，其中一轮为齿条型刀具，另一轮为待加工齿轮的轮坯。
刀具与轮坯按齿数比作定传动比的回转运动，与一对齿轮的啮合传动完全相同。
在传动中刀具齿廓曲线的包络线就是待加工齿轮的齿廓曲线。
由于在实际加工时看不到刀刃包络出齿轮的过程，故通过齿轮范成实验来表现这一过程。
对于在传动中的刀具与轮坯的各个对应位置，依次描绘出刀具的刀刃廓线，每次所描下的刀刃廓线相当于齿坯在该位置被刀刃所切去的部分。
这样我们就能清楚地观察到刀刃廓线逐渐包络出待加工齿轮的渐开线齿廓，形成轮齿切削加工的全过程。
加工标准齿轮时，齿条刀具的中线与被加工齿轮的分
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度圆相切;加工变位齿轮时，齿条刀具的中线与齿轮的分度圆相距的xm距离。
三、实验方法和步骤
1、实验准备
*,*h,1，，，，。
已知被加工齿轮参数:
,20c,0.25m,20z,10a
计算齿轮不发生根切的最小变位系数，并计算出标准齿轮和变位齿轮的分度圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径。
2、上机实验
（1）打开计算机，进入齿轮范成实验模拟系统;
（2）加工标准齿轮，输入被加工齿轮的齿数和模数，观察齿廓形成的过程和齿廓的形状，找出根切的位置;
（3）加工变位齿轮，输入被加工齿轮的参数，观察齿廓形成的过程和齿廓的形状，观察有无根切和齿顶是否变尖;
（4）观察变位系数的变化，齿轮齿形的变化情况。
四、填写实验报告
五、思考题
1（范成法切制z=12，β=30?
的斜齿圆柱齿轮，会不会产生根切,
2（用范成法加工渐开线直齿圆柱齿轮，发生根切的原因是什么,
3（用齿条型刀具切制标准齿轮时，齿条刀具与齿轮轮坯的位置关系如何,
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附:
上机操作及程序编写指导一、C++语言编程指导
1、程序的建立过程
1）启动VC++6.0。
2）点选文件——>新建，选中工程页中的Win32Application,并取名test，选择文件存放位置，最后点确定。
3）确定后出现下面的界面，选择Anemptyproject点击完成。
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4）接着出现下面的界面，单击确定即可。
5）建立了一个Windows应用程序工程后，下面要新建源代码文件。
6）点选文件——>新建，选中文件中的C++SourseFile，并取文件名为test，最后点确定。
17
7）然后就可以在下图中的右边空白区填写代码。
8）代码填写完成后，Ctrl+F7进行编译，如下图。
9）编译通过后，用Ctrl+F5执行。
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2、程序代码的编写
1）程序头文件
graphics.h>#include<
#definepi3.1415926#include#include#include#include
#include#include
2）数据变量的定义
doubled,A,h,Delta,B1,B2,B11,B22;inta,b;
3）数据输入、输出
cin>>A>>B1>>B11;
cout<<”A=”<19
3、程序示例
#include
#include
Voidmain（Void）
{
doublef1.f2,l1,l2,w1,w2,xc,vc,a2,ac;
cin>>l1>>l2>>w1;
cout<<”c1=”<for（f1,0′,360′，,30）
f2,asin（（-l1）*sin（f1）/l2）;
xc=l1*cos（f2）+l2*cos（f2）;
w2=（（-l1）*w1*cos（f1））/（l1*cos（f2））;
vc=（（-l1）*sin（f1-f2））/cos（f2）;
a2=
ac=
cont<<”f1=”<vc<<’\t’<<”ac=”<}
}
二、VB语言编程指导
1、程序的建立过程
1）首先启动VisualBasic6.0。
弹出“新建工程”对话框，选择“标
准EXE”。
单击“打开”。
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2）出现一个称为“Form1”的窗体。
点击工具箱中的那个大“A”，称为Label，然后在Form1中拖动一下。
就绘出一个控件，而且是一个标签控件。
还可以调整它的大小。
4）点击控件，然后找到属性窗口，Caption属性值为Label1。
可以将其值改为“曲柄长度L1”。
5）从工具箱中找到“TextBox”控件。
点击，然后在Form1中拖动一下，就绘出一个文本框控件。
将这个文本框控件放在你刚才创建的标签控件的下面。
再点击一下，找到属性窗口中的text属性，将该属性值改为空。
21
6）重复第三至第五步，只不过要把新的标签控件的Caption属性设为“要输入的参数”。
注意各个控件不要重叠在一起。
）重复第三至第五步，只不过要把新的标签控件的Caption属性设为7
“输出参数”。
注意各个控件不要重叠在一起。
8）从工具箱中找到“CommandButton”控件，用同样的方法绘制到Form1中，并将其Caption属性设为“确定”。
9）双击刚才创建的CommandButton控件，会弹出代码窗口，其中已经有一部分自动生成的代码，如下所示:
PrivateSubCommand1_Click（）
„„„„
EndSub
在其中加入程序代码。
10）运行，点击工具栏上的启动按扭或使用运行菜单中的启动或按F5均可。
运行时会弹出一个窗口（就是Form1）。
在文本框中输入数据，然后点击“确定”按扭，出现了程序运行结果。
11）存盘，会生成两个文件，一个.frm文件，一个.vbp文件，名字任意起。
2、程序代码编写示例
DimAa,pi,z1,z2,m,L1,L2,h,k,c,Ha,aAsDouble
DimjAsDouble
„„„„
PrivateSubCommand1_Click（）
DimpiAsSingle,AaAsInteger
Dims5AsSingle,v5AsSingle,a5AsSingle,w3AsSingle,ε3AsSingle
Form2.Picture1.Cls
pi=3.1415926/180
„„„„
n1=Val（Text1.Text）
z1=Val（Text2.Text）
22
z2=Val（Text3.Text）
„„„„
W1=2*3.1415926*n1/60
W2=2*3.1415926*n2/60
L11=L0203*Sin（j/2）
L22=（h/2）/Sin（j/2）
Form2.Picture1.Print"Ψ";"";"Ψ3","w3:
rad/s";"ε3:
rad/s^2";"
s5:
m";"V5:
m/s";"a5:
m/s^2"
Fori=0To360Step10
Ψ1=pi*i
Ψ3=Atn（（L0203+L11*Sin（Ψ1））/（L11*Cos（Ψ1）））
s3=（L11*Cos（Ψ1））/Cos（Ψ3）
w3=（L11*W2*Cos（Ψ1-Ψ3））/s3
„„„„
PrivateSubCommand6_Click（）
Form2.Picture1.Cls
EndSub
PrivateSubCommand5_Click（）
End
EndSub
23
24
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