清華大學(xué)機械設(shè)計原理A2第一次討論課報告

1、機架)和11；且只有一個原動件機械設(shè)計原理A2第一次討論課報告亠、課程目的(1) 明確運動鏈成為機構(gòu)的條件，學(xué)會根據(jù)功能要求構(gòu)思機構(gòu)方案；能對已構(gòu)思出的方案進行分析，找出存在的問題并加以改進；(2)掌握急回特性的真諦，擴展課堂所學(xué)知識，并學(xué)會根據(jù)急回特性的要求，構(gòu)思多種萬案;掌握連桿機構(gòu)的設(shè)計方法，學(xué)會靈活運用設(shè)計原理。二、課程內(nèi)容討論課包含三組題目，分別訓(xùn)練運動鏈成為機構(gòu)的條件、急回特性的本質(zhì)以及連桿機構(gòu)的設(shè)計方法。在討論課上，已經(jīng)討論過1-1、2-3和3-1，總結(jié)中將主要圍繞 1-3、2-3和3-1進行說明討論的成果。三、題目解答1題目1-3下圖所示為一腳踏式推料機設(shè)計方案示意圖。設(shè)計思路

2、是：動力由踏板1輸入，通過連桿2使杠桿3擺動，進而使推板4沿導(dǎo)軌直線運動，完成輸送工件或物料的工作。試按比例繪制出該設(shè)計方案的機構(gòu)運動簡圖，分析該方案能否實現(xiàn)設(shè)計意圖，并說明理由。若不能，請在該方案的基礎(chǔ)上提出 2種以上修改方案，畫出修改后方案的機構(gòu)運動簡圖。正確解答畫出該設(shè)計方案的機構(gòu)運動簡 該運動鏈有4個構(gòu)件(不包括 計算該運動鏈的自由度如下：.F=4X(6-3) -6 X(5-3) =0由于自由度數(shù)為零，與原動件數(shù)不相等，故而該運動鏈不能成為機構(gòu)根據(jù)自由度計算公式，我們得知如果能增加一個構(gòu)件，同時增加一個五級副，就可以將 自由度數(shù)湊成F=1。根據(jù)此思路，可以對運動鏈進行修改。方案：運動鏈

3、的自由度數(shù)等于原動件數(shù)， 且運動且運動過程中不會發(fā)生干涉， 故而該運 動鏈能夠成為機構(gòu)。但是，僅僅滿足原動件數(shù)等于自由度數(shù)是不能夠完全確定運動鏈?zhǔn)欠衲艹蔀闄C構(gòu) 的，如下面這種方案就是錯誤的。錯誤方案：與原動件數(shù)相同，然而在原動件運動過程中，折桿3與上面的機架間會發(fā)生干涉, 導(dǎo)致運動鏈無法正常工作。同理，我們也可以選擇減少一個構(gòu)架和一個運動副（五級副）的方式，如方案 。與原動件數(shù)目相等，又運動鏈在運動過程中沒有干涉現(xiàn)象，故而可以成為機構(gòu)。 此外，我們可以用將五級副降為四級副的方式來湊出滿足運動鏈成為機構(gòu)的條 件。但由于篇幅問題，這里就不展開了。2題目2-3某生產(chǎn)線的動力源為勻速轉(zhuǎn)動的電動機， 執(zhí)

4、行構(gòu)件為往復(fù)移動的滑塊。生產(chǎn)工藝要求滑塊的 運動需具有急回運動特性。 試在圖2-3機構(gòu)運動簡圖的基礎(chǔ)上， 根據(jù)設(shè)計要求完成機構(gòu)系統(tǒng) 簡圖的設(shè)計工作，要求給出 2種以上（含2種）設(shè)計方案。題目分析本題考查對機構(gòu)急回特性的理解與應(yīng)用。機構(gòu)急回特性的產(chǎn)生需要以下條件:（1）從動件存在兩個極限位置；（2 ）主動件在兩個極限位置時的極位夾角B不為0。而要產(chǎn)生急回特性無外乎兩種途徑：設(shè)計機構(gòu)使其運動具有不對稱性設(shè)計機構(gòu)使其位置具有不對稱性其中，運動的不對稱性通過四桿機構(gòu)傳遞運動即可實現(xiàn)，因為主動桿件與從動桿件的不對稱導(dǎo)致了主動桿件的勻速運動傳遞到從動桿件時已經(jīng)不是勻速運動，從動桿件再通過一根桿將這種不對稱

5、的運動輸出即可實現(xiàn)滑塊運動的不對稱。另外，通過凸輪機構(gòu)也可以實現(xiàn)運動的不對稱，且能對滑塊運動實現(xiàn)更精確的控制。位置的不對稱則可以省去四桿機構(gòu)，改變主動件位置即可將對稱的主動件運動輸出為不對稱的從動件運動。這與本題的題目要求不太符合，但也是一種行之有效的方法。雙曲柄滑塊機構(gòu)（1）第一種方案如上圖所示，為在雙曲柄機構(gòu)基礎(chǔ)上進行的改進。主動件1的勻速運動經(jīng)過連桿雙曲柄滑塊機構(gòu)（1）AlB1fiD1雙曲柄滑塊機構(gòu)極位夾角示意圖的傳遞到桿3處變?yōu)榉莿蛩龠\動，再經(jīng)過桿4傳遞給滑塊即實現(xiàn)了非勻速的運動。且由于去程與回程的不對稱性，滑塊在兩個極限位置時原動件有夾角0,滑塊有急回特性。OE雙曲柄滑塊機構(gòu)（2）a

6、2雙曲柄滑塊機構(gòu)（2）第二種方案如上圖所示，同樣為在雙曲柄機構(gòu)基礎(chǔ)上進行的改進。 主動件1的勻速運動經(jīng)過 連桿的傳遞到桿3處變?yōu)榉莿蛩龠\動，再經(jīng)過桿4傳遞給滑塊即實現(xiàn)了非勻速的運動。 且由于去程與回程的不對稱性，滑塊在兩個極限位置時原動件有夾角 曲柄搖桿滑塊機構(gòu)第三種方案如上圖所示，為在曲柄搖桿機構(gòu)基礎(chǔ)上進行的改進。0滑塊有急回特性。主動件1的勻速運動經(jīng)過連B2O CQ13/ Dg_/ / /A*iFE O h4曲柄搖桿滑塊機構(gòu)桿的傳遞到桿3處變?yōu)榉莿蛩龠\動，再經(jīng)過桿4傳遞給滑塊即實現(xiàn)了非勻速的運動。且由于去程與回程的不對稱性，滑塊在兩個極限位置時原動件有夾角0滑塊有急回特性。曲柄擺桿滑塊機構(gòu)

7、第四種方案如上圖所示，為在曲柄擺桿機構(gòu)基礎(chǔ)上進行的改進。主動件1的勻速運動經(jīng)過連桿及滑塊的傳遞到桿 3處變?yōu)榉莿蛩龠\動，再經(jīng)過桿 4傳遞給滑塊即實現(xiàn)了非勻速的運動。曲柄擺桿滑塊機構(gòu)0,如下圖，滑塊有急曲柄擺桿機構(gòu)極位夾角示意圖且由于去程與回程的不對稱性，滑塊在兩個極限位置時原動件有夾角 回特性。偏心曲柄滑塊機構(gòu)第五種方案如上圖所示，為偏心曲柄滑塊機構(gòu)。由于主動件位置的不對稱性，主動件1的勻 速運動經(jīng)過連桿滑塊 3處變?yōu)榉莿蛩龠\動。且由于去程與回程的不對稱性，滑塊在兩個極限位置時原動件有夾角0如下圖，去時走過角度為0 2返回時主動件轉(zhuǎn)過角度為0 1，極位夾角守一。二，回程速比系數(shù)K-山胡， 滑塊

8、有急回特性。圖7偏心曲柄滑塊機構(gòu)偏心曲柄滑塊機構(gòu)急回特性示意圖滑塊的急回特性。且通過對凸輪形狀的設(shè)計，可以實現(xiàn)對滑塊運動的精確控制。3題目3-1已知鉸鏈四桿機構(gòu)如圖 3-1所示，各桿長度為 a = 36mm , b = 70mm , c= 60mm , d = 70mm , 現(xiàn)欲用它驅(qū)動桿件 e,使e能從垂直位置向左作 30角擺動，桿e的擺動中心與鉸鏈中心 D圖3-1min，計算的距離Xde= 70mm , Yde= 60mm，試設(shè)計此鉸鏈四桿機構(gòu)，并校核其最小傳動角 其行程速比系數(shù) K。（比例：=1mm/mm）題目分析首先明確極限位置的意義， 極限位置就是在一個運動周期中只出現(xiàn)一次的位置。若

9、我們設(shè)計的桿組可以組成機構(gòu)， 則必然有當(dāng)e出現(xiàn)在極限位置時， 通過連桿驅(qū)動e的那根桿也處于某 個極限位置，這樣運動才是 對應(yīng)的、確定的，才能成為機構(gòu)。ABCD是一個曲柄搖桿機構(gòu)。a, b , c桿都有各自的極限位置（其中曲柄a的每一個位置都可視為其在自己的運動周期中的極限位置），故他們都有可能用來驅(qū)動e。先考慮c-連桿-e的驅(qū)動。 找到c在一個周期中的極限位置，如圖。由余弦關(guān)系求出1 702 +- 602于是將e從垂直推到左傾30度的去程行程角$ti = 153.42° t （ft = 2C6.5S0行程速比系數(shù)K為1和回程角$ 2分別為如圖假定e上的鉸鏈點為F, EF長度為I，通過

10、剛化反轉(zhuǎn)法將 F2旋轉(zhuǎn)至F'處，其旋轉(zhuǎn)角度$ 3同樣可用余弦定理求解矗=砂作F與Fi的垂直平分線交 CiD于點Gi，則Gi即為所求c上的鉸鏈點。于是 G2也可求。若l=60mm，則可以精確地由幾何關(guān)系解出G點的位置為（已省略計算步驟）GE = S0.7Drnm, GF = 97 98mm此時極限位置1的傳動角為|ti = SL27°t y2 = «237°由此行程的幾何關(guān)系，最小傳動角應(yīng)為極限位置1處的傳動角，即=71 = 1.27°|這個最小傳動角很大，完全滿足傳動條件，其實是由于e上的鉸鏈點F取得很高、EF距離很大的緣故。若 EF減小，則在一定范圍內(nèi)最小傳動角丫min也會減小。鉸鏈點在b ( BC)桿或a (AB)桿上的設(shè)計方法類似，其中以b桿驅(qū)動的行程速比系數(shù) K與以c桿驅(qū)動的K相等，都為.四、總結(jié)本次參與討論課，通過自己分析、設(shè)計并與同學(xué)們進行討論，進一步加深了對急