机械原理课程设计指导书.docx

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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。

河北工程大学机电学院

机械原理课程设计

指导书

设计题目：

指导教师：

班级：

姓名：

学号：

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

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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）