機(jī)原課設(shè)指導(dǎo)書

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書前言機(jī)械原理是機(jī)械專業(yè)學(xué)生一門技術(shù)基礎(chǔ)課。其教學(xué)目的是使學(xué)生掌握關(guān)于機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)、機(jī)器動力學(xué)的基本理論知識，初步具有這些方面的分析和綜合能力，并得到必要的基本技能訓(xùn)練。機(jī)械原理教學(xué)的基本要求中規(guī)定了機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，這些內(nèi)容是：平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析、平面機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力分析、平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、輪系以及飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定等。 機(jī)械設(shè)計(jì)大體可分為三大步驟：一、總體設(shè)計(jì)，包括繪制機(jī)器運(yùn)動系統(tǒng)圖、繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，運(yùn)動及動力分析，速度調(diào)節(jié)及某些重要構(gòu)件的尺寸參數(shù)的確定；二、部件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)，包括根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)機(jī)器零、部件，繪制機(jī)器裝配圖；三、零件工作圖設(shè)

2、計(jì)。機(jī)械原理就是要賦予學(xué)生總體設(shè)計(jì)的基本理論和基本技能的課程。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)就是訓(xùn)練這種基本技能的教學(xué)環(huán)節(jié)。后兩步驟則是機(jī)械零件和其他課程所需要達(dá)到的目的。 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)還將會為學(xué)生提供一個將課堂知識予以鞏固加深的機(jī)會，因此課程設(shè)計(jì)中個別知識可能超出書本知識范圍。為了使學(xué)生順利地進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，特編寫機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書供學(xué)生參考使用。 本書是在編者1989年編寫機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書的基礎(chǔ)上編寫的。根據(jù)幾年來的使用經(jīng)驗(yàn)，對原內(nèi)容做了適當(dāng)?shù)膭h節(jié)和調(diào)整。 在設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中，規(guī)定的工作量較大，需要學(xué)時較多，因此，指導(dǎo)教師可根據(jù)實(shí)際學(xué)時具體安排，對工作量適當(dāng)調(diào)整，作適當(dāng)刪節(jié)，可用圖解法，可用解析

3、法或者二法并用。 課程設(shè)計(jì)的成績作為一門考查課計(jì)分，記入學(xué)生檔案。編 者2007.10目 錄第一章 牛頭刨床總體設(shè)計(jì)任務(wù)書111設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)112牛頭刨床基本機(jī)構(gòu)的組成和工作性能簡介413設(shè)計(jì)題目314設(shè)計(jì)任務(wù)的分配(作圖法)315設(shè)計(jì)的已知數(shù)據(jù)及要求4第二章牛頭刨床總體設(shè)計(jì)(作圖法)指導(dǎo)書621擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析622擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力分析823飛輪轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算924飛輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法1025飛輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（參考2）1126搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)(略)1127螺旋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)(略)11第三章 用解析法進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析及動態(tài)靜力分析1231 數(shù)學(xué)模型的建立1232 程序編制24第四章設(shè)計(jì)計(jì)算說明

4、書與學(xué)時安排要求2641計(jì)算說明書的要求2642作圖法課程設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作和繪圖要求2743 進(jìn)度學(xué)時安排28參考文獻(xiàn)29271 牛頭刨床總體設(shè)計(jì)的任務(wù)1.1 設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)本設(shè)計(jì)的目的在于鞏固和加深機(jī)械原理課程中課堂所講授的基礎(chǔ)理論和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力，力求使所學(xué)知識通過課程設(shè)計(jì)而系統(tǒng)化，為機(jī)械設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。牛頭刨床總體設(shè)計(jì)包括：擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析和動態(tài)靜力分析，以及在此基礎(chǔ)上計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動慣量，并設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)，雙搖桿機(jī)構(gòu)，棘輪螺旋機(jī)構(gòu)，繪圖若干張，計(jì)算說明書一份，具體任務(wù)的大小，所要求完成任務(wù)的時間，視課時安排而定，可刪節(jié)或增減。1.2 牛頭刨床基本機(jī)

5、構(gòu)的組成和工作性能簡介牛頭刨床是一種用刨削方式加工平面的一種機(jī)床。此種機(jī)床分為機(jī)械傳動式和液壓傳動式兩種。圖1所示為常見的機(jī)械傳動式牛頭刨床基本機(jī)構(gòu)組成示意圖。電動機(jī)經(jīng)由三角皮帶輪2、3，齒輪4、5，齒輪6、7，帶動與齒輪7（飛輪）相固聯(lián)的曲柄13和凸輪8而將運(yùn)動分為二路。一路是通過曲柄13，滑塊14，導(dǎo)桿15，連桿16帶動滑枕12作往復(fù)運(yùn)動，從而使刨刀切削工件。另一路運(yùn)動是通過凸輪8帶動雙搖桿機(jī)構(gòu)，從而使棘輪9間歇轉(zhuǎn)動，棘輪的間歇轉(zhuǎn)動使與其固聯(lián)的螺旋副(未畫出)間歇傳動，從而使工件間歇橫向進(jìn)給。 刨刀右行時刨刀切削工件，稱為工作行程。刨刀左行時不切削工件，稱為空回行程。當(dāng)刨刀在工作行程時，為

6、了減小電動機(jī)容量和提高切削質(zhì)量，要求刨削速度較低，且接近勻速切削；在空回行程時，為了節(jié)約時間和提高勞動生產(chǎn)率，要求采用有急回特性的擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。此外，當(dāng)刨刀每切削完一次而進(jìn)行空回行程時，希望工件在此時實(shí)現(xiàn)橫向進(jìn)給以供刨刀下一個工作行程切削。圖1 牛頭刨床機(jī)構(gòu)組圖示意圖在工作行程時，刨刀受到工件相當(dāng)大的工作阻力，為使工作平穩(wěn)，在工作行程的開始和結(jié)束各有一段空刀距離一般空刀距定為工作行程的，即0.05H（如圖2）， 圖2在上圖中假設(shè)工件的工作阻力為常數(shù)，在空回程中切削阻力等于零。顯然在一個工作循環(huán)中，刨刀受力變化是很大的，必然會造成系統(tǒng)的速度波動。為減小主軸的速度波動，需采用飛輪調(diào)速，以利于減少電

7、動機(jī)容量和提高切削質(zhì)量。牛頭刨床總體方案設(shè)計(jì)的機(jī)械傳動方框圖如下圖3。電動機(jī)傳動系統(tǒng)主導(dǎo)軸擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)刨刀切削運(yùn)動凸輪機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)工作臺進(jìn)給運(yùn)動螺旋機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)圖3 機(jī)械傳動方框圖1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)的分配(作圖法) 對于擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析和動態(tài)靜力分析，要求對機(jī)構(gòu)的連續(xù)12個位置和兩個行程極限位置以及兩個切削極限位置共15個位置進(jìn)行分析。 設(shè)計(jì)題目中有三個方案，全班分三組，每組承擔(dān)一個方案。在一個方案組中每個同學(xué)對兩個位置進(jìn)行分析。對分析的結(jié)果，全組將結(jié)果匯總在一起制表，繪制曲線圖。除運(yùn)動分析，動力計(jì)算的其它題目，沒有位置區(qū)分。每個同學(xué)應(yīng)按要求完成。擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在一循環(huán)中，所分連續(xù)間隔位置

8、如圖4，圖中的15個連續(xù)位置是以曲柄在一循環(huán)中的位置表示的。圖4 機(jī)構(gòu)連續(xù)間隔位置劃分1.4 設(shè)計(jì)的已知數(shù)據(jù)及要求1.4.1 擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析1、已知數(shù)據(jù) 項(xiàng)目方案方案方案序號名稱代號計(jì)算式1行程長度H(mm)6006006002機(jī)架高度AC(mm)3503803803行程速比系數(shù)K1.81.61.84連桿長度DE(mm)0.3CD5擺動導(dǎo)桿長度CD(mm)H/2/SIN6曲柄長度AB(mm)AC·SIN7機(jī)床有效高度h(mm)(1+ COS )8曲柄轉(zhuǎn)速n(rpm)2040602、設(shè)計(jì)要求(作圖法)對所要求分析的機(jī)構(gòu)位置，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。用相對運(yùn)動圖解法求刨刀速度和加速度。匯

9、集本組全部位置的運(yùn)動分析結(jié)果，繪制機(jī)構(gòu)位移線圖、速度線圖、加速度線圖。學(xué)生至少要完成二個位置的運(yùn)動分析。有關(guān)圖解與線圖畫在同一張繪圖紙上。整理較詳細(xì)的計(jì)算說明書若千頁。將本組各個位置的運(yùn)動分析數(shù)據(jù)匯總、列表，繪制運(yùn)動曲線圖1.4.2 擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析1、已知數(shù)據(jù)序號項(xiàng)目方案方案1搖擺導(dǎo)桿質(zhì)量（質(zhì)心心在桿中點(diǎn)）M3=21.6 kg2搖擺導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動（對重心）kgJO3=3.5 kg3滑枕質(zhì)量(kg)M5=51 kg4滑枕質(zhì)心坐標(biāo)hq(mm)05刨削阻力Pr(N)Pr=13230N6刨削阻力坐標(biāo)hr(mm)02設(shè)計(jì)要求（作圖法）在不考慮摩擦的情況下，用力多邊形法對二個位置進(jìn)行動態(tài)靜力分析，求

10、各運(yùn)動副反力和需要作用在曲柄上的平衡力矩。力多邊形和隔離體構(gòu)件受力分析均與運(yùn)動分析畫在同一張繪圖紙上，并整理計(jì)算說明書若干頁。將本組各個位置的平衡力矩匯總，繪制M曲線圖。對于分析三個位置的同學(xué)，把運(yùn)動線圖,M曲線圖畫在同一3#圖紙上。對于分析二個位置的同學(xué)，可以把運(yùn)動線圖、M曲線圖與運(yùn)動分析動力分析同畫在1#圖紙上。1.4.3 飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算1、已知條件機(jī)器運(yùn)動的不均勻系數(shù)：=0.15；作用在曲柄上的平衡力矩曲線(相當(dāng)于等效阻力矩曲線)已畫出；馬達(dá)驅(qū)動力矩可簡化為一常數(shù)；除飛輪外其它構(gòu)件轉(zhuǎn)動慣量忽略不計(jì)。2、設(shè)計(jì)要求確定安裝在曲柄軸上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量，在繪圖紙上圖解作圖，并整理計(jì)算說明書。1

11、.4.4 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1、己知數(shù)據(jù)：序號項(xiàng)目方案方案方案1電動機(jī)轉(zhuǎn)速rpm2曲柄轉(zhuǎn)速rpm3第一級齒輪模數(shù)mm3.543.54第二級齒輪模數(shù)mm6665齒頂高系數(shù)1116徑向間隙系數(shù)0.250.250.257壓力角2002002002、設(shè)計(jì)要求(作圖法)確定第二對齒輪數(shù)，選擇第二對齒輪傳動類型和變位系數(shù)。計(jì)算嚙合參數(shù)和尺寸。整理計(jì)算說明書。1.4.5 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)凸輪安裝在曲柄上作勻速轉(zhuǎn)動，凸輪機(jī)構(gòu)的其它參數(shù)如下表：序號項(xiàng)目方案方案方案1擺桿最大擺角2擺桿長3許用壓力角4推程角5遠(yuǎn)休止角6回程角7近休止角2牛頭刨床總體設(shè)計(jì)(作圖法)指導(dǎo)2.1擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析2.1.1 幅面的初步布置取

12、1#標(biāo)準(zhǔn)圖紙，在全幅面上默分出大約面積相等的幾塊小幅面，每塊分別容納：機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖；圖解運(yùn)動分析(速度分析、加速度分析在一起)；圖解動態(tài)靜力分析；機(jī)構(gòu)運(yùn)動線圖；M曲線圖（分析三個位置的在另一張3#圖紙上)；標(biāo)題欄。圖幅及標(biāo)題欄尺寸均按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制。開始應(yīng)用HB鉛筆用細(xì)線條輕輕試畫，待檢查無誤后再用HB鉛筆根據(jù)線條比例加實(shí)。2.1.2 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖根據(jù)默分的幅面大小和構(gòu)件實(shí)際長度，選擇適當(dāng)?shù)谋壤?)，并按任務(wù)書中分配的位置（或由組長指定位置)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。在同一幅面上，可表達(dá)兩個或三個機(jī)構(gòu)位置，一個位置用粗實(shí)線，其它位置用虛線，用雙點(diǎn)劃線畫出機(jī)構(gòu)極限位置時執(zhí)行構(gòu)件的位置，機(jī)架斜線用

13、細(xì)實(shí)線表示。標(biāo)出主要尺寸H、h、 。2.1.3 圖解運(yùn)動分析 123 根據(jù)默分的幅面大小，先在草稿紙上，按比例試畫速度圖和加速度圖。從而確定恰當(dāng)?shù)乃俣缺壤?)和加速度比例尺()以及極點(diǎn)p、的位置，用細(xì)實(shí)線把速度圖和加速度繪制在圖紙上。并用影象法確定導(dǎo)桿重心速度和加速度將結(jié)果列于計(jì)算說明書的下表中： 置位數(shù)據(jù)位置代號方向單位2.1.4 繪制運(yùn)動線圖1、 按圖4所示的曲柄位置，逐個確定相應(yīng)E點(diǎn)的位置，以滑枕在工作行程的起始點(diǎn)為起始位置，逐個量取E點(diǎn)的對應(yīng)位移，換算成真實(shí)長度列于下表。并選取適當(dāng)?shù)谋壤遱 ()(s可與相等，亦可不相等)及時間比例尺(或者曲柄角位移比例尺)t()或（）作出(t)或(

14、)位移曲線。2、 匯集本組圖解運(yùn)動分析結(jié)果列下表位置1234567(m)(m/s)a(m/)位置89101112(m)(m/s)(m/)注：此表列于計(jì)算說明書上。選取適當(dāng)?shù)谋壤呃L制速度線圖和加速度線圖。2.2擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力分析12.2.1 確定切削t阻力根據(jù)機(jī)構(gòu)切削阻力曲線(如圖2所示)確定機(jī)構(gòu)不同位置上相應(yīng)的切削阻力。在切削位置極限點(diǎn),是切削阻力突變位置，應(yīng)用兩種不同的阻力對該點(diǎn)進(jìn)行動態(tài)靜力分析。2.2.2 確定慣性力和慣性力偶矩經(jīng)計(jì)算后將慣性力和慣性力偶矩列表如下 置位數(shù)據(jù)位置代號方向單位此表列于計(jì)算說明書，、分別表示擺動導(dǎo)桿的慣性力和慣性力偶矩，表示簡化后慣性力、到質(zhì)心的距離(亦

15、可不簡化)。表示滑枕的慣性力。2.2.3 求解各運(yùn)動副反力及需作用在曲柄上的平衡力矩將所分的機(jī)構(gòu)位置拆分為若干分離體(組)，并畫出受力圖。然后根據(jù)圖幅取合適的力例尺F（）,用力多形法及力矩平衡方程，求出各運(yùn)動副反力和需作用在曲柄上的平衡力矩。2.2.4 匯集列表，作M曲線把本組所有位置動態(tài)靜力分析的結(jié)果匯集，列入下表：機(jī)構(gòu)位置1234567(N)(N)(N)(N)(N)曲柄平衡力矩M(N-m)89101112(N)(N)(N)(N)(N)曲柄平衡力矩M(N-m)，為切削極限位置，此位置瞬時發(fā)生工作阻力突變，應(yīng)把極限位置看做二個位置對待，即有切削阻力與無切削阻力兩種情況，求出相應(yīng)的平衡力矩及運(yùn)動

16、副反力。繪制M，曲線。2.3飛輪轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算12.3.1繪制等效阻力矩曲線，等效驅(qū)動力矩曲線上節(jié)所繪制的應(yīng)加在曲柄上的力矩曲線M,與此機(jī)構(gòu)當(dāng)以曲柄為轉(zhuǎn)化構(gòu)件時的工作阻力矩曲線M相當(dāng)。此機(jī)床是以電動機(jī)為原動機(jī)，在速度波動很小的情況下，可近似認(rèn)為電動機(jī)所發(fā)出的驅(qū)動力矩是常數(shù)。因此轉(zhuǎn)化到曲柄上的等效驅(qū)動力矩亦可認(rèn)為是一常數(shù)。由于機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時在一個循環(huán)內(nèi)驅(qū)動功等于阻抗功，所有等效驅(qū)動力矩應(yīng)等于等效阻力矩的平均值，即=。參考1P157算出為常數(shù)值的等效驅(qū)動力矩，畫出曲線，計(jì)算出一循環(huán)內(nèi)最大盈虧功W。2.3.2 計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動慣量式中：飛輪等效轉(zhuǎn)動慣量，kg-； 機(jī)器中其它各構(gòu)件等效轉(zhuǎn)動慣量之和,kg-

17、許用不均勻系數(shù); 等效構(gòu)件平均角速度。當(dāng)飛輪安裝在等效構(gòu)件上，而可忽略不計(jì)時，則2.3.3 計(jì)算飛輪矩Q和飛輪園周速度(參考1)Q=4g式中：Q飛輪輪緣重量，N； D飛輪外緣平均直徑，mm ； 外緣平均直徑最大速度，m/s； 飛輪軸最大轉(zhuǎn)速，rpm。2.4齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法1、分配傳動系統(tǒng)的傳動比，確定齒輪機(jī)構(gòu)的傳動類型傳動系統(tǒng)總傳動比，可由電動機(jī)轉(zhuǎn)速與曲柄軸轉(zhuǎn)速確定，然后將總傳動比分配到各級傳動機(jī)構(gòu)。第一級齒輪機(jī)構(gòu)可按閉式傳動，第二級齒輪機(jī)構(gòu)可按開式傳動，傳動比的分配參考5。2、確定齒輪傳動齒數(shù)，傳動類型和變位系數(shù)除不發(fā)生根切外，還應(yīng)考慮到開式傳動的失效條件是磨損。因此要求考慮齒輪傳動等滑比條

18、件來選擇變位系數(shù)，參考6。3、計(jì)算第二對齒輪的嚙合參數(shù)、全部尺寸、檢測項(xiàng)目。參考1試畫出齒輪工作圖。并畫出第二對齒輪嚙合圖，在圖上畫出23個完整齒形，并且是兩對齒同時嚙合，標(biāo)出理論嚙合線段和實(shí)際嚙合線段，工作齒廓及各部尺寸、符號。2.5凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 21、作從動件的角位移曲線首先選擇適當(dāng)?shù)膹膭訑[桿角位移比例尺和凸輪轉(zhuǎn)角比例尺。在圖上繪出從動桿角位移曲線。2、確定凸輪的最小基圓半徑作從動件的類角速度曲線動 (可用圖解微分法)。根據(jù)最大許用壓力角確定凸輪最小基園半徑，凸輪的實(shí)際基園半徑可大于或稍大于最小基園半徑。3、用反轉(zhuǎn)法繪制凸輪輪廓曲線，并確定理論輪廓曲線上最小曲率半徑的近似值(作圖近似找取)

19、。4、選擇滾子半徑，作凸輪實(shí)際廓線。應(yīng)保證實(shí)際輪廓曲線外凸輪廓部分不變尖和出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，如果出現(xiàn)上述情況，要對推桿運(yùn)動規(guī)律作適當(dāng)修改。2.6 搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)(略)2.7 螺旋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)(略)3 用解析法進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析及動態(tài)靜力分析對于高速機(jī)械和精密機(jī)械中的機(jī)構(gòu)，用圖解法作運(yùn)動分析及動態(tài)靜力分析的結(jié)果，往往不能滿足高精確度的要求。而應(yīng)用解析法，就是要通過一定的方法建立起有關(guān)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系式，并借助于先進(jìn)的計(jì)算工具計(jì)算機(jī)，使機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析和動態(tài)靜力分析獲得高精確度的結(jié)果，以便對機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入地研究分析。在這里將以牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)為例，討論一下解析法機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析及動態(tài)靜力分析的數(shù)學(xué)模型建立及

20、其計(jì)算機(jī)程序的編制。3.1 數(shù)學(xué)模型的建立 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析及動態(tài)靜力分析的解析法有多種方法，如矢量分析法、復(fù)數(shù)法、矩陣法和統(tǒng)一坐標(biāo)法等等。這里我們將用其中比較簡單而又比較容易掌握的矢量分析法、統(tǒng)一坐標(biāo)法，分別對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動和動態(tài)靜力分析。一、矢量分析法矢量分析法是把機(jī)構(gòu)看成一個封閉的矢量多邊形，利用矢量合成(或分解)，找出構(gòu)件位置關(guān)系式，進(jìn)而用導(dǎo)數(shù)求出其速度、加速度的一種分析法。1、運(yùn)動分析首先建立如圖所示的直角坐標(biāo)系，并用封閉矢量圖來表示各構(gòu)件之間的位置關(guān)系。為研究問題的方便，所有轉(zhuǎn)角均以x軸的正方向?yàn)橄辔唤?，逆時針方向?yàn)檎?。圖 3.1由上圖可寫出如下的矢量關(guān)系式： （1） （2）將（1

21、）式中的各矢量分別向x、y軸投影，則有下邊兩式成立。 （3） （4）將（4）式除以（3）式并加以整理得： （5）由于的取值范圍是0<<，若上式計(jì)算為負(fù)值，則按算法語言的實(shí)際值應(yīng)表達(dá)為： （5'）將（3）式、（4）式分別對時間求導(dǎo)得： （3'） （4'）將機(jī)構(gòu)整體作一反轉(zhuǎn)，則從（3'）式中即可消去，于是： （6）同樣做法，由（4'）式可得： （7） （8） （9）將（2）式向x、y軸投影 （10） （11） 由式（11）得： （12）由于<<，則與sin、tg同號。于是： （13） （14）對式（14）進(jìn)一步求導(dǎo) （15）由圖可以看

22、出（）就是E點(diǎn)在X軸上的坐標(biāo)。于是由（10）式得： （16）在本題目當(dāng)中，E點(diǎn)處于起始位置時，其中 =（極位夾角）將上兩式代入（16）式可得E點(diǎn)起始位置X的坐標(biāo)則E點(diǎn)在任意瞬時的位移和速度和加速度分別為：滑塊2上B點(diǎn)哥氏加速度為：擺桿重心的切向加速度和法向加速度分別為：2、動力分析取滑枕為隔離體，（如圖3.2）在力、 、，作用下，其力矢量平衡條件為：圖3.2式（24）在X、Y軸上的投影關(guān)系式分別為：于是：取擺桿為隔離體，其受力如圖3.3所示。依平衡條件：則：將向x、y方向分解：即： 即： 以構(gòu)件1（曲柄）為隔離體（如圖3.4），依平衡條件有： 圖3.3圖3.4二、統(tǒng)一坐標(biāo)法統(tǒng)一坐標(biāo)法式把各運(yùn)動

23、參數(shù)均以坐標(biāo)分量形式表達(dá)出來的一種運(yùn)動分析方法。這種方法的特點(diǎn)是便于求解構(gòu)件任意一點(diǎn)的運(yùn)動參數(shù)，而且由于各運(yùn)動參數(shù)是以坐標(biāo)分量形式表達(dá)的。所以更便于對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析研究，尤其便于建立動力分析模型導(dǎo)出各約束力的表達(dá)式。1、 運(yùn)動分析建立如圖所示的坐標(biāo)系。設(shè)曲柄AB的轉(zhuǎn)角順時針為正，X軸的負(fù)方向?yàn)橄辔粸?角，則B點(diǎn)的坐標(biāo)分量、分別為：對(1)的上下兩式分別對時間求導(dǎo)可得B點(diǎn)速度在X、Y軸方向的分量 進(jìn)一步對(2)式求導(dǎo)，即可得B點(diǎn)加速度在X、Y方向的分量。由于為常量，則圖3.5設(shè)角逆時針為正，Y軸正方向?yàn)槠湎辔唤恰Ｓ谑牵阂驗(yàn)?gt;，則。又，則的正負(fù)將取于()的值。對(4)式求導(dǎo)可得構(gòu)件3的角速度：

24、進(jìn)而可得其角加速度/于是可以很容易地導(dǎo)出點(diǎn)的運(yùn)動參數(shù)： （7） （8） （9）設(shè)桿DC的質(zhì)心為，并令=，則 （10）設(shè)角逆時針為正，x軸正方向?yàn)槠湎辔籕角。則 （11） （12）由于，則。那么的正負(fù)將取決于的值。由（11）式得： （13） 進(jìn)而 （14）于是 （15） （16） （17）設(shè)機(jī)構(gòu)行程速比系數(shù)為K，則極位夾角的大小為： （18）于是E點(diǎn)的起始位置橫坐標(biāo)為： （19） 那么E點(diǎn)的位移大小為： （20）進(jìn)而： （21） （22）其他相關(guān)運(yùn)動參數(shù)： 左極限相位角 （23）右極限相位角 （24）左吃刀極限位置 （25）右吃刀極限位置 （26）2、動力分析在進(jìn)行動力分析時，可應(yīng)用理論力學(xué)中的

25、隔離法，先從執(zhí)行構(gòu)件開始，依次進(jìn)行。由于摩擦力比較小，為使問題簡化，在這里將摩擦忽略不計(jì)。 圖3.6為構(gòu)件5受力分析圖。根據(jù)力矩平衡可得：圖3.6圖3.7圖3.8 所以 圖3.7為構(gòu)件2的受力分析圖。由于此件為二力桿，所以： 圖3.8為構(gòu)件2的受力分析圖。為保證其平衡，須有：圖3.9為構(gòu)件3的受力分析圖。其中慣性力（矩） 依平面一般力系平衡條件： 由于：，所以圖3.10為構(gòu)件1的受力分析圖。圖3.9圖3.10圖中 ，由于：則 3.2 程序編制1、 程序流程 開始輸入的起始角DQ終止角DZ和步長S1計(jì)算導(dǎo)出（已知）參數(shù)設(shè)定數(shù)據(jù)輸出原始數(shù)據(jù)及導(dǎo)出參數(shù) 給轉(zhuǎn)角各元素賦值 計(jì)算各運(yùn)動參數(shù)和運(yùn)動分析參數(shù)

26、I<=I1輸出結(jié)果結(jié)果輸入原始數(shù)據(jù)開始輸入原始數(shù)據(jù)結(jié)束調(diào)運(yùn)動分析，動力分析圖形顯示數(shù)據(jù)計(jì)算子程序；并將計(jì)算結(jié)果存入數(shù)據(jù)文件之中。調(diào)數(shù)表子程序輸出數(shù)表調(diào)曲線顯示子程序，輸出參數(shù)變化曲線讀入Z值選擇輸出內(nèi)容Z=1調(diào)機(jī)構(gòu)動畫顯示子程序，屏幕顯示機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程Z=3程序是否要求重新運(yùn)行Z=?是否還要輸出其它內(nèi)容Z=23、說明 (1)程序計(jì)算結(jié)果，有多種不同的輸出方式。而在機(jī)構(gòu)運(yùn)動、動力分析時，大多來用數(shù)表、動畫顯示和曲線顯示三種輸出方式。數(shù)表輸出方式中的參數(shù)項(xiàng)(即內(nèi)容)可以根據(jù)需要任意取舍，通過數(shù)表可以獲得足夠多的信息，有利于對機(jī)構(gòu)進(jìn)行全面分析研究;機(jī)構(gòu)動畫顯示功能，可將機(jī)構(gòu)運(yùn)動情況非常形象地展現(xiàn)

27、在人們的面前，為了解機(jī)構(gòu)的整個動作過程提供了有利條件;曲線顯示方式，可以直觀地反映出某些數(shù)據(jù)或特定參數(shù)在機(jī)構(gòu)工作循環(huán)中的變化情況，有利于掌握特定參數(shù)的變化規(guī)律。 (2)由于程序中包含的內(nèi)容較多，所以在編寫程序時，應(yīng)使程序版塊化，以便于程序的調(diào)整和拼接。 (3)在程序中，凡涉及圖形顯示部分，均須合理設(shè)定比例尺，以便在顯示屏上顯示出完整而正確的圖形。 (4)對輸入結(jié)果的正確性，應(yīng)認(rèn)真地加以分析，其分析方法主要有：用圖解法的分析結(jié)果來驗(yàn)證解析法的計(jì)算結(jié)果。由于圖解法的誤差比較大、不可能與解析法的結(jié)果完全相同，因而用圖解法檢驗(yàn)也只能是定性的檢驗(yàn)。通過屏幕的機(jī)構(gòu)動態(tài)顯示，可以檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)位置分析的正確性。由

28、于機(jī)構(gòu)動畫顯示的數(shù)據(jù)來源于機(jī)構(gòu)的位置分析，因而在機(jī)動動畫顯示過程中，如果機(jī)構(gòu)動作連續(xù)，無意外動作，可以認(rèn)為機(jī)構(gòu)位置分析的計(jì)算結(jié)果是正確，否則，應(yīng)重新檢查調(diào)整程序。通過曲線顯示，可以檢查某些特定參數(shù)的正確性。一個正確的計(jì)算結(jié)果，與參數(shù)對應(yīng)的變化曲線應(yīng)該是連續(xù)的，不應(yīng)有任何的突變和間斷。另外，利用位置、速度、加速度參數(shù)之間的導(dǎo)數(shù)關(guān)系，亦可通過參數(shù)變化曲線來檢驗(yàn)、速度、加速度的正確性。(5)前面給出的程序流程框圖。僅作參考，使用者不必死搬硬套。4 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書與學(xué)時安排要求4.1 計(jì)算說明書的要求設(shè)計(jì)計(jì)算說明書是任何工程設(shè)計(jì)必不可少的技術(shù)文獻(xiàn)之一，它是上級有關(guān)技術(shù)部門對設(shè)計(jì)進(jìn)行審核、批準(zhǔn)的重要依據(jù)

29、。它應(yīng)反映出設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想、方法、步驟及所涉及的工程設(shè)計(jì)理論知識務(wù)必科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精細(xì)、求實(shí)。設(shè)計(jì)計(jì)算說明書應(yīng)包括必要的簡圖、圖解示意圖、表格，列出已知數(shù)據(jù)，所需公式及計(jì)算結(jié)果，以及其它技術(shù)文獻(xiàn)所不能表達(dá)的有關(guān)技術(shù)條款。必須步驟清楚，敘述簡明扼要，文字通順，書寫端正。在工程設(shè)計(jì)中既可用作圖法，也可用解析法，也可作圖和解析法交互使用。下面列出本設(shè)計(jì)課程的計(jì)算說明書對作圖法和解析法的具體要求。一、對運(yùn)用作圖法的設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的要求 1、擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 內(nèi)容包括：已知條件和數(shù)據(jù)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動示意圖，機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算，圖解運(yùn)動分析全過程，結(jié)果數(shù)據(jù)匯總，必要的圖表。 2、擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力分析內(nèi)容包括：已知條件和數(shù)據(jù)，必要的圖表，動力分析全過程，結(jié)果數(shù)據(jù)匯總。 以上兩部分，應(yīng)對由數(shù)據(jù)結(jié)果繪出的曲線進(jìn)行討論，說明機(jī)器執(zhí)行構(gòu)件的工作過程是如何以曲線規(guī)律為依據(jù)的。 3、飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定 內(nèi)容包括：已知條件、數(shù)據(jù)，最大盈虧功的確定全過程(包括必要的圖表)，飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算，飛輪矩的計(jì)算過程及飛輪主要尺寸的確定。 4、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 內(nèi)容包括：已知數(shù)據(jù)，總傳動比的確定，