哈工大機(jī)械原理大作業(yè)22題

1、機(jī) 械 原 理 班級：1001304 姓名：由業(yè)訓(xùn) 學(xué)號：100130414大作業(yè)1 連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析1. 運(yùn)動(dòng)分析題目解析：1、 劃分基本桿組該機(jī)構(gòu)是由I級機(jī)構(gòu)AB、RRRII級基本桿組DCE和RRPII級基本桿組EF組成。二、結(jié)構(gòu)分析（1）在I級機(jī)構(gòu)AB中，即已知構(gòu)件上A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)求同一構(gòu)件上B點(diǎn)（回轉(zhuǎn)副）的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，調(diào)用I級機(jī)構(gòu)子程序即可求解（程序中此時(shí)=0度，A點(diǎn)與機(jī)架固連）。（2）在RRRII級桿組ECD中已知B、D兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)后，調(diào)用RRR基本組子程序求解內(nèi)運(yùn)動(dòng)副C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（c、c,、',"、"）和桿件2、3的角運(yùn)動(dòng)參數(shù)（2、3及其一次二次倒數(shù)）

2、。(3)E點(diǎn)相當(dāng)于CBE桿（同一構(gòu)件）上的點(diǎn)，在已知C點(diǎn)（或B點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的情況下，調(diào)用求同一構(gòu)件上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分析子程序（與I級機(jī)構(gòu)相同，此時(shí)0度），求出E點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(軌跡)。(4)再調(diào)用RRPII級基本組子程序求出內(nèi)EF運(yùn)動(dòng)副F點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（角位移、角速度、角加速度）。三、各基本桿組運(yùn)動(dòng)分析的數(shù)學(xué)模型的建立（1）同一構(gòu)件上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)圖1同一構(gòu)件上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分析，是指已知該構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（位置、速度和加速度）和構(gòu)件的角位置、角速度和角加速度以及所求點(diǎn)到已知點(diǎn)的距離，求該構(gòu)件上任意點(diǎn)的位置、速度和加速度。如上圖所示的構(gòu)件AB，若已知運(yùn)動(dòng)副A的位置，速度、，加速度、和構(gòu)件的角位置、角速度、角加速度及

3、所求B點(diǎn)到A點(diǎn)的距離AB=Li，求B點(diǎn)的位置、速度、和加速度。（這種運(yùn)動(dòng)分析常用于求解原動(dòng)件（I級機(jī)構(gòu)）、連桿和搖桿上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)）?！?】位置分析 由上圖可求得B點(diǎn)的矢量方程 rb=ra+li在x、y軸上的投影坐標(biāo)方程為 = +cos = +sin (11)【2】速度和加速度分析 將式（11）對時(shí)間求導(dǎo)即可得出速度方程 = - 'sin = +'cos （12）再將式（12）對時(shí)間t求導(dǎo)即可得出加速度的方程 = - 'cos - "sin = - 'sin+"cos上式中'=，"= 分別是構(gòu)件的角速度和角加速度若A點(diǎn)為固定回轉(zhuǎn)

4、副（與機(jī)架相固連），即、為常數(shù)則該點(diǎn)的速度、和加速度、均為零，此時(shí)構(gòu)件AB和機(jī)架組成I級機(jī)構(gòu)。若<<，B點(diǎn)相當(dāng)于搖桿上的點(diǎn)；若（AB整周回轉(zhuǎn)），B點(diǎn)相當(dāng)于曲柄上的點(diǎn)。若A點(diǎn)不固定時(shí)，構(gòu)建AB就相當(dāng)于坐平面運(yùn)動(dòng)的連桿。（2）RRRII級桿組的運(yùn)動(dòng)分析 對于II級桿組的運(yùn)動(dòng)分析，與前面運(yùn)動(dòng)方程式的推導(dǎo)類似只要列出位置方程和角位移方程，一次求導(dǎo)后即得出速度和角速度方程。若再次求導(dǎo)，就可以得到加速度和角加速度方程。圖2上圖所示是由三個(gè)回轉(zhuǎn)副（BCD）和兩個(gè)構(gòu)件組成的II級桿組。已知兩桿的桿長、和兩個(gè)外運(yùn)動(dòng)副B、D的位置（、）、速度（、）和加速度（、）。求內(nèi)運(yùn)動(dòng)副C的位置、速度、加速度以及兩

5、桿的角位置、角速度、角加速度。【1】位置方程 內(nèi)運(yùn)動(dòng)副C的矢量方程為 rc = rb + li = rd + lj由其在x、y軸上的投影，可得到內(nèi)運(yùn)動(dòng)副C的位置方程 = + cos = + cos = + sin = + sin （13）為求解式（13）應(yīng)先求出或，將式（13）移項(xiàng)后分別平方相加，消去得 A0cos + B0sin C0 = 0 （13）'式中 A0 =2（x -x） B0 =2（y - y） C0 =+- 其中=。 為保證機(jī)構(gòu)的裝配，必須同時(shí)滿足 < + 和 解三角方程式（13）'可求得 =2arctan （14）式（14）中“+”表示B、C、D三個(gè)運(yùn)動(dòng)

6、副為順時(shí)針排列（圖2中粗線位置），“”表示B、C、D三個(gè)運(yùn)動(dòng)副為逆時(shí)針排列（圖2中細(xì)線位置）。它表示已知兩個(gè)外運(yùn)動(dòng)副B、D的位置和桿長、后，該桿組可有兩種位置。將代入式（1-3）可求得、，而后可求得 =【2】速度方程 將式（1-3）對時(shí)間求導(dǎo)可得兩桿的速度、為 =()+()/ =()+()/ （15）式中： = = ， = = ， = 內(nèi)運(yùn)動(dòng)副C點(diǎn)的速度、為 = =【3】加速度方程 兩桿的角加速度、為 =（+）/ =（+）/式中： = 內(nèi)運(yùn)動(dòng)副C的加速度、為 （3） RRPII級桿組與前面運(yùn)動(dòng)方程式的推導(dǎo)類似只要列出位置方程和角位移方程，一次求導(dǎo)后即得出速度和角速度方程。若再次求導(dǎo)，就可以得到

7、加速度和角加速度方程?！?】位置方程 內(nèi)回轉(zhuǎn)副F的位置方程圖3 （31）消去式（31）中的s，得式中：【2】速度方程 外移動(dòng)副D的速度 （32）【3】加速度方程 滑塊D的加速度（33）4、 程序編制（1） E點(diǎn)的軌跡 t=0:0.001:pi/4;xb=120.*cos(10.*t);yb=120.*sin(10.*t);xd=130;yd=-140;a0=2.*350.*(xd-xb);b0=2.*350.*(yd-yb);c0=1802+(xb-xd).2+(yd-yb).2-3502;wi=2.atan(b0-(a0.2+b0.2-c0.2).0.5)/(a0+b0);w1=wi-3*p

8、i/2;xe=xb+120.*cos(w1);ye=yb+120.*sin(w1);a00=-(ye-100);w11=asin(a00/400);xf=xe+400.*cos(w11);yf=100;plot(xe,ye);xlabel('xe/mm');ylabel('ye/mm');title('E點(diǎn)的軌跡');（2） 構(gòu)件5上點(diǎn)F的位移、速度和加速度的程序：【1】F點(diǎn)的位移 t=0:0.001:pi/4;xb=120.*cos(10.*t);yb=120.*sin(10.*t);xd=130;yd=-140;a0=2.*350.*(xd-

9、xb);b0=2.*350.*(yd-yb);c0=1802+(xb-xd).2+(yd-yb).2-3502;wi=2.atan(b0-(a0.2+b0.2-c0.2).0.5)/(a0+b0);w1=wi-3*pi/2;xe=xb+120.*cos(w1);ye=yb+120.*sin(w1);a00=-(ye-100);w11=asin(a00/400);xf=xe+400.*cos(w11);yf=100;plot(t,xf);xlabel('t/s');ylabel('xf/mm');title('F點(diǎn)的位移');【2】F點(diǎn)的速度 t=

10、0:0.001:pi/4;xb=120.*cos(10.*t);yb=120.*sin(10.*t);xd=130;yd=-140;a0=2.*350.*(xd-xb);b0=2.*350.*(yd-yb);c0=1802+(xb-xd).2+(yd-yb).2-3502;wi=2.atan(b0-(a0.2+b0.2-c0.2).0.5)/(a0+b0);w1=wi-3*pi/2;xe=xb+120.*cos(w1);ye=yb+120.*sin(w1);a00=-(ye-100);w11=asin(a00/400);xf=xe+400.*cos(w11);yf=100;plot(t,xf)

11、;v=diff(xf); t(786)=;plot(t,v);xlabel('t');ylabel('vf');title('F點(diǎn)的速度');【3】F點(diǎn)的加速度t=0:0.001:pi/4;xb=120.*cos(10.*t);yb=120.*sin(10.*t);xd=130;yd=-140;a0=2.*350.*(xd-xb);b0=2.*350.*(yd-yb);c0=1802+(xb-xd).2+(yd-yb).2-3502;wi=2.atan(b0-(a0.2+b0.2-c0.2).0.5)/(a0+b0);w1=wi-3*pi/2;x

12、e=xb+120.*cos(w1);ye=yb+120.*sin(w1);a00=-(ye-100);w11=asin(a00/400);xf=xe+400.*cos(w11);yf=100;plot(t,xf);v=diff(xf); t(786)=;plot(t,v);a=diff(v);t(785)=;plot(t,a);xlabel('t');ylabel('af');title('F點(diǎn)的加速度');5、 運(yùn)動(dòng)軌跡E點(diǎn)的軌跡圖：構(gòu)件5上F點(diǎn)的位移：F點(diǎn)的速度：F點(diǎn)的加速度：大作業(yè)2 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)題目如圖2-1所示直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪

13、機(jī)構(gòu)，其原始參數(shù)見表2-1。從表2-1中選擇一組凸輪機(jī)構(gòu)的原始參數(shù)，據(jù)此設(shè)計(jì)該凸輪機(jī)構(gòu)。（下表即是選用參數(shù)）圖2-1表2-1 凸輪機(jī)構(gòu)原始參數(shù)（14）升程（mm）升程運(yùn)動(dòng)角（）升程運(yùn)動(dòng)規(guī)律升程許用壓力角（）回程運(yùn)動(dòng)角（）回程運(yùn)動(dòng)規(guī)律回程許用壓力角（）遠(yuǎn)休止角（）近休止角（）90120余弦加速度3590等減等加速6575752.凸輪的推桿升程，回程運(yùn)動(dòng)方程及推桿位移，速度，加速度線圖(1)推桿升程，回程運(yùn)動(dòng)方程如下; A:推桿升程方程： 即0 2/3* B.遠(yuǎn)休止段，即2/3* 13/12*，s=h=90mm，v=0，a=0。C.推桿回程運(yùn)動(dòng)方程： 13/12* 4/3* 4/3* 19/12*

14、 D.近休程段，即19/12* 2*，s=0，v=0，a=0.（2）推桿位移，速度，加速度線圖如下： 3.凸輪機(jī)構(gòu)的ds/d -s線圖，并依次確定凸輪的基圓半徑與偏距(1） 輪機(jī)構(gòu)的線圖ds/d-s線圖Matlab程序：(其中ds/d用x1表示)x=(0:0.001*pi:2*pi); x1=(45*1.5*sin(1.5*x).*(x>=0&x<=2/3*pi)+(0).*(x>2/3*pi&x<=13/12*pi)+(-720/pi2*2*(x-13/12*pi).*(x>13/12*pi&x<=4/3*pi)+(2*720/pi

15、2*(x-19/12*pi).*(x>4/3*pi&x<=19/12*pi)+(0).*(x>19/12*pi&x<=2*pi);s=(45*(1-cos(1.5*x).*(x>=0&x<=2/3*pi)+(90).*(x>2/3*pi&x<=13/12*pi)+(90-720/pi2*(x-13/12*pi).2).*(x>13/12*pi & x<=4/3*pi)+(720/pi2*(x-19/12*pi).2).*(x>4/3*pi & x<=19/12*pi)+(0)

16、.*(x>19/12*pi & x<=2*pi);plot(x1,s)（2） 確定凸輪的基圓半徑與偏距由上圖知：可取=40mm，=20mm，即基圓半徑為： mm4.滾子半徑的確定以及凸輪理論輪廓和實(shí)際輪廓的繪制.可取滾子的半徑=20mm，則凸輪的理論輪廓及實(shí)際輪廓如下： 注意：凸輪輪廓繪制時(shí)橫縱坐標(biāo)所取長度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)一致大作業(yè)3 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)題目1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)原始參數(shù)序號電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）輸出軸轉(zhuǎn)速（r/min）帶傳動(dòng)最大傳動(dòng)比滑移齒輪傳動(dòng)定軸齒輪傳動(dòng)最大傳動(dòng)比模數(shù)圓柱齒輪圓錐齒輪一對齒輪最大傳動(dòng)比模數(shù)一對齒輪最大傳動(dòng)比模數(shù)22145033374123

17、32. 傳動(dòng)比分配與計(jì)算由題目得5-6，7-8，9-10為滑移齒輪，11-12，13-14，15-16為定軸齒輪，且15-16為錐型齒輪。3-4為皮帶傳動(dòng)，其傳動(dòng)比取為ipmax=2.5,滑移齒輪最大傳動(dòng)比ivmax=4，取i9-10=4,設(shè)定軸總傳動(dòng)比為if,則if=iipmaxivmax,i為系統(tǒng)總傳動(dòng)比，又因?yàn)?1-12，13-14，15-16為定軸齒輪，傳動(dòng)比不變，傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比為I1=Ni/No1=1450/33=43.9I2=Ni/No2=1450/37=39.2I3=Ni/No3=1450/41=35.4設(shè)帶傳動(dòng)傳動(dòng)比為Ipmax=2.5,滑移齒輪傳動(dòng)比為Iv1,Iv2,Iv3

18、,定軸齒輪傳動(dòng)比為If，則總傳動(dòng)比為I1=Ipmax*Iv1*IfI2=Ipmax*Iv2*IfI1=Ipmax*Iv1*If令I(lǐng)v1=Ivmax=4則可得到定軸齒輪傳動(dòng)部分傳動(dòng)比為If=I1/Ipmax*Ivmax=43.9/2.5*4=4.39也分別可得滑移齒輪傳動(dòng)比Iv2=I2/Ipmax*If=39.2/4.39*2.5=3.5716Iv3=I3/Ipmax*If=35.4/4.39*2.5=3.2255設(shè)定軸齒輪由n=6對齒輪傳動(dòng)組成，則每對齒輪傳動(dòng)比為Id=1.6374選擇Z11=Z13=Z15=14,Z12=Z14=Z16=23,對于滑移齒輪，選擇Z10=40，Z9=10，Z8=

19、39，Z7=11，Z6=38，Z5=12.3. 齒輪尺寸確定除去圓錐齒輪所有齒輪均為正變位齒輪，確定滑移齒輪裝配中心距為51mm,定軸齒輪裝配中心距為38mm,它們的齒頂高系數(shù)=1，徑向間隙系數(shù)=0.25，分度圓壓力角=20°。圓錐齒輪15和16選擇為標(biāo)準(zhǔn)齒輪Z15=14，Z16=23，齒頂高系數(shù)=1，徑向間隙系數(shù)=0.2，分度圓壓力角=20°（等于嚙合角）。4. 齒輪具體參數(shù)表1. 5-6齒輪序號項(xiàng)目代號計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果1齒數(shù)齒輪5Z512齒輪6Z6382模數(shù)m23壓力角 20°4齒頂高系數(shù)ha*15頂隙系數(shù)c*0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距 = (Z5+Z6)/2=5

20、07實(shí)際中心距518嚙合角22.89°9變位系數(shù)齒輪5x50.46齒輪6x60.106齒頂高齒輪5ha52.788mm齒輪6ha62.08mm11齒根高齒輪5hf51.58mm齒輪6hf62.288mm12分度圓直徑齒輪5d524mm齒輪6d676mm13齒頂圓直徑齒輪5da529.576mm齒輪6da680.576mm14齒根圓直徑齒輪5df520.84mm齒輪6df671.424mm15齒頂圓壓力角齒輪5a540.3°齒輪6a627.58°16重合度1.422. 齒輪7-8序號項(xiàng)目代號計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果1齒數(shù)齒輪7z711齒輪8z8392模數(shù)m23壓力角 20

21、°4齒頂高系數(shù)ha*15頂隙系數(shù)c*0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距 = (Z7+Z7)/2=507實(shí)際中心距518嚙合角22.89°9變位系數(shù)齒輪7x70.46齒輪8x80.10610齒頂高齒輪7ha72.788mm齒輪8ha82.08mm11齒根高齒輪7hf71.58mm齒輪8hf82.288mm12分度圓直徑齒輪7d720mm齒輪8d880mm13齒頂圓直徑齒輪7da725.576mm齒輪8da884.16mm14齒根圓直徑齒輪7df718.84mm齒輪8df873.424mm15齒頂圓壓力角齒輪7a741.43°齒輪8a826.85°16重合度1.3283.

22、 齒輪9-10序號項(xiàng)目代號計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果1齒數(shù)齒輪9z910齒輪10z10402模數(shù)m23壓力角 20°4齒頂高系數(shù)ha*15頂隙系數(shù)c*0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距 = (Z5+Z6)/2=50mm7實(shí)際中心距51mm8嚙合角22.89°9變位系數(shù)齒輪9x90.46齒輪10x100.10610齒頂高齒輪9ha92.778mm齒輪10ha102.08mm11齒根高齒輪9hf91.58mm齒輪10hf102.288mm12分度圓直徑齒輪9d920mm齒輪10d1080mm13齒頂圓直徑齒輪9da925.576mm齒輪10da1084.16mm14齒根圓直徑齒輪9df916.84mm齒輪10df1075.424mm15齒頂圓壓力角齒輪9a942.7°齒輪10a1026.72°16重合度1.3144. 齒輪11-12（13-14同此）序號項(xiàng)目代號計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果1齒數(shù)齒輪11z1114齒輪12z12232模數(shù)m33壓力角 20°4齒頂高系數(shù)ha*15頂隙系數(shù)c*0.256標(biāo)準(zhǔn)