机械原理课程设计指导书.docx
《机械原理课程设计指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械原理课程设计指导书.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
机械原理课程设计指导书
河北工程大学机电学院
机械原理课程设计
任务书
设计题目：
指导教师：
班级：
姓名：
学号：
第一节机械原理课程设计的目的和任务
一、机械原理课程设计的目的：
机械原理课程设计是一个重要实践性教学环节。
其目的在于：
1、进一步巩固和加深所学知识；
2、培养学生运用理论知识独立分析问题、解决问题的能力；
3、使学生在机械的运动学和动力分析方面，初步建立一个完整的概念；
4、进一步提高学生计算和制图能力，以及运用电子计算机的运算能力。
二、机械原理课程设计的任务：
1、按给定条件综合连杆机构，确定连杆机构各构件的尺寸，以满足不同的实际工作的要求；
2、对机构进行运动分析；（图解法及解析法两种方法）
3、设计凸轮轮廓曲线，绘制凸轮从动件位移曲线。
三、课程设计采用方法：
对于上面所提任务，要用图解法和解析法两种方法。
图解法形象，直观，应用图解法可进一步提高学生绘图能力，在某些方面，如凸轮设计中，图解法是解析法的出发点和基础；但图解法精度低，而解析法则可应用计算机进行运算，精度高，速度快。
在本次课程设计中，可将两种方法所得的结果加以对照。
四、编写说明书：
1、设计题目（包括设计条件和要求）；
2、机构运动简图及设计方案的确定，原始数据；
3、机构运动学综合；
4、列出必要的计算公式，写出图解法的向量方程，写出解析法的数学模型，计算流程和计算程序，打印结果；
5、分析讨论。
第二节设计示范：
用解析法进行机构的运动综合和运动分析
设计题目：
牛头刨床
机构结构示意图1所示：
原始数据：
曲柄转速：
nAB=90r/min
滑枕行程：
H=0.32m
行程速比系数：
K=1.2
机架长度：
AC=0.65m
连杆DE与导杆CD的长度比DE/CD=0.25
图1机构结构示意图
一、导杆机构的综合
由机构行程速比系K计算极位夹角θ
º
º=16.3636º
由刀架的行程H计算导杆长度，导杆的摆角φ=θ
图2滑枕位置示意
CD=
CD=1.124m
曲柄长度AB
AB=AC×sin（φ/2）
=0.65×sin（φ/2）≈0.0925m
圆整后取AB=0.092m
连杆长度DE
DE=0.25CD=0.25×1.124≈0.281m
圆整后取DE=0.28m
为了使连杆DE和滑枕之间传力良好，保证传动角尽可能最大，保证滑枕的运动轴线位于GF的中点，如图2所示：
yE=
=1.118m
二、导杆机构的运动分析：
图3机构运动分析
如图3所示，令AB为l1，，CD为l3，DE为l4，AC为l6，CG为l6’（即yE）,各杆长AB、CD、DE、AC、CG为已知，已知曲柄转速为ω1，建立如图坐标系。
其中，选定一θ1，则θ3，S3，θ4，SE为未知数，利用两个封闭图形ABCA、CDEGC，建立两个封闭矢量方程求解未知数。
（1）求θ3，ω3，ε3，
由封闭图形ABCA：
l6+l1=S3
向x、y轴投影：
l1cosθ1=S3cosθ3---------（a）
l6+l1sinθ1=S3sinθ3--------（b）
解得：
θ3=arctan
S3=
将（a）式（b）式对时间求导，得到：
VB2B3=-ω1l1sin（θ1-θ3）ω3=
将（a）式（b）式对时间求二次导数，得到：
aB2B3r=ω32s3-ω12l1cos（θ1-θ3）
ε3=
（2）求sE,vE,aE
由封闭图形CDEGC可得：
l3+l4=l6/+SE
向x、y轴投影：
l3cosθ3+l4cosθ4=SE-------（c）
l4sinθ4+l3sinθ3=l6/--------（d）
由（d）式可得：
θ4=arcsin
由（c）式可得：
SE=l3cosθ3+l4cosθ4–
将（c）式（d）式对时间求导，得到：
ω4=—
vE=—
将（c）式（d）式对时间求二次导数，得到：
ε4=
aE=－
三、计算程序框图：
第三节用解析法设计凸轮轮廓
一、设计题目
试设计一凸轮机构。
工作要求当凸轮顺时针转过180º时，从动件上升50mm；当凸轮继续转过90º时，从动件停歇不动；当凸轮再转90º时，从动件返回原处。
已知凸轮以等角速度ω=10rad/s转动，工作要求机构既无刚性冲击又无柔性冲击。
二、设计思路
1、根据使用场合和工作要求，选择凸轮机构的类型。
本例中，要求从动件作往复移动，因此可选择一对心滚子移动从动件盘型凸轮机构。
2、根据工作要求选择从动件的运动规律。
为了保证机构既无刚性冲动又无柔性冲击，可选用正弦加速度运动规律或3-4-5次多项式运动规律。
本例中，从动件推程和回程可选用正弦加速度运动规律。
推程运动角φ=180º，回程运动角φˊ=90º，停歇角φs=90º
3、根据滚子的结构和强度等条件，选择滚子半径rr本例中，滚子半径rr=8mm。
4、根据机构的结构空间，初选基园半径rb本例中，基圆半径rb=25mm。
5、进行计算机辅助设计。
为保证机构有良好的受力状况，推程许用压力角［α］=38º，回程许用压力角［αˊ］=70º，设计过程中要保证α推程≤［α］=38º，α回程≤［αˊ］=70º，为保证机构不产生运动失真和避免凸轮廓线应力集中，取凸轮实际廓线的许用曲率半径［ρa］=3mm，设计过程中要保证凸轮理论廓线外凸部分的曲率半径ρ≥［ρa］+rr=3+8=11mm。
三、凸轮机构解析法设计
凸轮解析法设计及有关尺寸计算参见《机械原理》第七版（西北工业大学机械原理及机械零件教研室编）p162—168页。
四、计算程序框图
转下页
续前页
输入参数：
h（从动件行程），rb（凸轮基圆半径），rr（滚子半径），［α］（推程许用压力角），［α`］（回程许用压力角），ρa（凸轮实际廓线的曲率半径），ω（凸轮旋转角速度），Φ（推程运动角），Φ`（远休止角），Φs（回程运动角），△rb（基圆修正量），e（机构偏心距）；
输出参数：
s（从动件位移），v（从动件运动速度），a（从动件运动加速度），α（机构压力角），ρ（理论廓线曲率半径），（x，y）（理论轮廓坐标），（x’，y’）（实际轮廓坐标）
第四节设计任务书
（设计题目、原始数据及设计要求）
一、牛头刨
（一）原始数据
符号
单位
方案
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
nAB
r/min
90
90
90
90
90
K
1.5
1.5
1.6
1.6
1.8
H
m
0.5
0.43
0.68
0.6
0.7
AC
m
0.43
0.45
0.65
0.5
0.45
DE/CD
0.32
0.35
0.25
0.3
0.3
nAB：
曲柄转速
Ｋ：
行程速比系数，
Ｈ：
滑枕长度
ＡC：
机架长度
DE/CD：
连杆长度／导杆长度
（二）设计步骤及要求
1、根据已知条件，进行机构综合
2、取适当比例尺，绘制机构运动简图
3、用相对运动图解法，做机构运动分析，在Ａ２图纸上做出三个位置（两个极限位置）的速度、加速度的图解
4、用解析法进行机构运动分析，写出数学模型，编制运动分析主程序，上机计算，并打印结果。
5、绘制Ｅ点运动线图，即绘出ｓ、ｖ、ａ随φ变化的曲线
6、编写说明书，并附上打印结果
二、凸轮机构设计
（一）偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构
１、采用图解法设计：
凸轮机构以等角速度逆时针方向旋转，推杆轴线在凸轮回转中心右侧，偏距ｅ＝２０ｍｍ，从动杆运动规律及已知数据如下：
符号
方案
h
δ01
δ02
δ03
δ04
从动杆运动规律
推程
回程
Ⅰ
70
150º
10º
120º
80º
简谐
正弦加速度
Ⅱ
70
160º
10º
120º
70º
正弦加速度
等加等减
Ⅲ
50
140º
20º
100º
100º
等加等减
简谐
Ⅳ
50
160º
20º
100º
80º
正弦加速度
等加等减
Ⅴ
60
150º
15º
120º
75º
简谐
等加等减
2、设计要求：
①升程过程中，限制最大压力角αmax≤30º,确定凸轮基园半径r0
②合理选择滚子半径rr
③选择适当比例尺，用几何作图法绘制从动件位移曲线，并画于图纸上；
④用反转法绘制凸轮理论廓线和实际廓线，并标注全部尺寸（用A2图纸）
⑤将机构简图、原始数据、尺寸综合方法写入说明书
3、用解析法设计凸轮轮廓，原始数据不变，要求写出数学模型，编制主程序并打出结果。
备注：
1、凸轮轮廓曲率半径与曲率中心
理论轮廓方程
，其中
其曲率半径为：
；曲率中心位于：
（二）摆动从动件杆盘型凸轮机构
1、采用图解法设计：
凸轮中心到摆杆中心A的距离为160mm，凸轮以顺时针方向等速回转，摆杆的运动规律如表：
符号
方案
h
δ01
δ02
δ03
δ04
r0
从动杆运动规律
推程
回程
Ⅰ
25º
120º
40º
110º
90º
50
简谐
等加等减
Ⅱ
28º
140º
20º
120º
80º
50
等加等减
简谐
Ⅲ
30º
160º
10º
150º
40º
50
正弦加速度
简谐
Ⅳ
22º
140º
30º
120º
70º
50
等加等减
正弦加速度
Ⅴ
24º
150º
15º
120º
65º
40
等加等减
简谐
2、设计要求：
①确定合适摆杆长度
②合理选择滚子半径rr
③选择适当比例尺，用几何作图法绘制从动件位移曲线，并画于图纸上；
④用反转法绘制凸轮理论廓线和实际廓线，并标注全部尺寸（用A2图纸）
⑤将机构简图、原始数据、尺寸综合方法写入说明书
3、用解析法设计该凸轮轮廓，原始数据条件不变，要写出数学模型，编制程序并打印出结果
备注：
1、尖底（滚子）摆动从动件盘形凸轮机构压力角:
在推程中，当主从动件角速度方向不同时取“-”号，相同时取“+”号。
升级会员 