【東北林業(yè)大學(xué)】機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、機(jī) 械 原 理 課 程 設(shè) 計(jì)指 導(dǎo) 書 東 北 林 業(yè) 大 學(xué)機(jī)電工程學(xué)院一、概述1 課程設(shè)計(jì)的目的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是機(jī)械原理課程的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的一個(gè)重要手段。通過此設(shè)計(jì)使同學(xué)鞏固和加深所學(xué)理論學(xué)問，培育同學(xué)獨(dú)立解決與本課程相關(guān)的工程實(shí)際問題的力量，使同學(xué)對(duì)現(xiàn)有機(jī)械的分析和設(shè)計(jì)方法有一個(gè)比較完整的概念，并進(jìn)一步提高計(jì)算和制圖力量。2 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介、作業(yè)內(nèi)容及工作量1） 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 圖1所示六桿機(jī)構(gòu)是壓床中的主體機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)經(jīng)過聯(lián)軸器帶動(dòng)減速器，進(jìn)而將轉(zhuǎn)速降低，然后再帶動(dòng)圖1所示六桿機(jī)構(gòu)中的曲柄1轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使滑塊5克服阻力而運(yùn)動(dòng)。在曲柄軸的另一端裝有供潤(rùn)滑連桿機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)副用的油泵

2、機(jī)構(gòu)的凸輪。2）作業(yè)內(nèi)容對(duì)壓床的連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析；設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)。要求同學(xué)在一周內(nèi)完成1號(hào)圖紙一張，2號(hào)圖紙一張，并應(yīng)附有相應(yīng)的計(jì)算說明書。圖1 連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)題目數(shù)據(jù)如表1所示：作業(yè)內(nèi)容連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析符號(hào)X1X2y LABLBCLDELCDLEFn單位mmmmmm 度 度mmmmmmmmmm轉(zhuǎn)/分?jǐn)?shù)據(jù)70200315601207032022515060100二、平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析已知：X1=0.07m，X2=0.2m， y=0.315m，LAB=0.07m，LBC=0.32m ， LDE =0.225m， LCD=0.15m， LEF=0.06m，n=100轉(zhuǎn)/分。要求：做機(jī)構(gòu)運(yùn)

3、動(dòng)簡(jiǎn)圖（至少六個(gè)位置，其中一個(gè)位置用粗實(shí)線繪出）用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法求滑塊在各個(gè)位置的時(shí)的速度VF和加速度a，作滑塊的位移，速度和加速度線圖。并繪制在1號(hào)圖紙上。作圖步驟：1 作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，具體做法：1） 選取長(zhǎng)度比例尺µL，例如取µL= 0.004m/mm，然后由各機(jī)構(gòu)的實(shí)際長(zhǎng)度（單位用m）算出相應(yīng)的圖示長(zhǎng)度（單位用mm）如下：AB=17.5mm, ,BC=80mm ,DE=56.25mm, CD=37.5mm, EF=15 mm, X1= X2=50 mm, y=78.75 mm.2）做出已知固定點(diǎn)A、D和固定導(dǎo)路y-y。3）從含有主動(dòng)件1的第一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)6-1-6-2-

4、3-6開頭，應(yīng)用拆桿組法，確定B1點(diǎn)。這里補(bǔ)充說明一下說明書中曲柄位置的做法為：取滑塊在下極限位置時(shí)（此時(shí)搖桿3與y軸夾角為）所對(duì)應(yīng)的曲柄位置為起始位置1，按曲柄轉(zhuǎn)向，將曲柄圓周八等分，得八個(gè)位置，另外再補(bǔ)充做出當(dāng)滑塊在上極限時(shí)的一個(gè)位置4。而同學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)算的初始位置由老師依據(jù)學(xué)號(hào)來指定，并以此為初始位置確定其余位置。4）第一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)AB1C1D的位置確定后E的位置也隨之確定，對(duì)其次個(gè)四桿機(jī)構(gòu)6-3-4-5-6，可將DE1看作主動(dòng)件，應(yīng)用拆桿組法，定出F1點(diǎn)的位置。5）同理，可作出其余各位置的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，此時(shí)把C處的運(yùn)動(dòng)副拆開，先定出 Ei 的位置較為便利。然后再定出 Fi點(diǎn)的位置。2 速度

5、分析由圖不難看出，該六桿機(jī)構(gòu)可分為兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)來爭(zhēng)辯，即由構(gòu)件6-1-2-3-6組成的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和由構(gòu)件6-3-4-5-6組成的搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。解題時(shí)由原動(dòng)件1開頭，先解II級(jí)桿組2，3。再解II級(jí)桿組4，5。 這里我們?nèi)C(jī)構(gòu)在2位置時(shí)舉例說明其速度分析方法。1）B點(diǎn)速度VB=LAB 1=0.07*（2 /60）*100=0.73m/s如圖，取任一點(diǎn)P做 (=36.5mm) 代表VB大小，其方向垂直于AB而指向與全都。故速度比例尺 µV = VB /Pb=0.73/36.5=0.02m/s/mm。即圖紙上1mm長(zhǎng)度代表0.02m/s的速度。 2） C點(diǎn)速度應(yīng)用相對(duì)速度原理，由構(gòu)件2上

6、B，C 兩點(diǎn)得：VC = VB + VCB方向 CDABBC大?。?.73m/s？由于該向量方程式只包含兩個(gè)未知數(shù)，故可用圖解法求出Vc和VCB的大小。具體做法如下:過b點(diǎn)作VCB的方向線,它垂直于BC。過p點(diǎn)作Vc的方向線, 它垂直于CD。線段 與相交于C點(diǎn)，則線段及即分別代表所求的Vcb及Vc3)E點(diǎn)速度 可由速度影像法求得。因同一構(gòu)件3上C，D， E在同始終線上，故其速度影像pce也應(yīng)在同始終線上，且CD:CE=pc:ce，按比例作圖。如圖所示，則向量即代表速度Ve 4）F點(diǎn)速度應(yīng)用相對(duì)速度原理，由構(gòu)件4上EF兩點(diǎn)得 = + 方向yyEF大小?同理，因該向量方程式只包含三個(gè)未知

7、數(shù)，故可用圖解法求得，具體做法過e點(diǎn)作的方向線，它垂直于EF。過P作的方向線，它平行于yy。和相交于f點(diǎn)，則線段即代表 ，其大小為VF=v（pf）=0.02*59=1.18m/s 機(jī)構(gòu)在其余各位置時(shí)，F(xiàn)點(diǎn)速度大 小和方向，可用上述分析方法用圖解法求得如圖所示。3加速度分析亦取機(jī)構(gòu)在2位置時(shí)舉例說明其加速度分析方法。1） B點(diǎn)加速度主動(dòng)件AB以等速回轉(zhuǎn)，故B點(diǎn)僅有法向加速度，其大小為=2=0.07(2/60*100)2=7.57m/s2其方向從B點(diǎn)指向A點(diǎn)2） C點(diǎn)加速度 應(yīng)用相對(duì)加速度原理，又構(gòu)件2 上的兩點(diǎn)等 + = = + + 方向CDCDB AC BCB大小?式中=2/=（pc）2/=(

8、0.02×37)2/0.15=3.65m/s2，方向由C指向D=2 /=(bc)2=(0.02×7)20.32=0.06 m/s2，方向由C指向B = =7.57m/s2,由于該向量方程式只包含兩個(gè)未知數(shù)，故可用圖解法求得, 具體做法如下：選取適當(dāng)?shù)募铀俣缺壤?#181;a=0.2 m/s2/mm即圖紙上1mm長(zhǎng)度代表0.2m/s2加速度。在圖紙上任選一點(diǎn) 動(dòng)身作向量b，它代表加速度，其方向與BA平行且由B指向A， 大小b=a=7.570.2=37.85mm.過b點(diǎn)作向量bc ,它代表加速度，其方向與CB 平行且由C指向B ,大小bc= =0.06/0.2=0.3mm.過

9、C作向量CC，它代表加速度，其方向應(yīng)垂直于CB，大小則為未知。由點(diǎn)作向量C，它代表加速度，方向與CD平行且由C指向D，大小c= =36.5/0.2=18.25mm.過C點(diǎn)作向量CC，它代表加速度，方向應(yīng)垂直于CD，大小則為未知。線段CC與CC相交于C點(diǎn)，則向量即為欲求的， =µa×C=0.2×23=4.6m/E點(diǎn)加速度與求E點(diǎn)加速度相像，應(yīng)用加速度影象法求，如圖所示作直線ce，且使CD:CE=c:ce，則向量即代表4）F點(diǎn)加速度應(yīng)用相對(duì)加速度原理，由構(gòu)件4上E、F兩點(diǎn)得 = + + 方向yyFEFE大??？?上列向量方程式只包含兩個(gè)未知數(shù)，故可由圖解法求得，具體作法

10、如下過e點(diǎn)作向量ef，它代表加速度=0.24mm，方向由F指向E過f點(diǎn)作向量ff它代表加速度，大小未知方向垂直FE過點(diǎn)作向量f，它代表加速度，大小未知，方向平行于導(dǎo)路yyff與f相交與f點(diǎn)，則向量即為欲求的，= µf=0.2×12.5=2.5m/同理，可求得機(jī)構(gòu)在其余各位置時(shí)的大小和如圖所示。4作滑塊運(yùn)動(dòng)線圖1）滑塊F點(diǎn)位移對(duì)時(shí)間的變化曲線依據(jù)圖紙的大小，取時(shí)間比例尺和位移比例尺各為t=60/nL=0.0095s/mms=0.005m/mm，S=0.002m/mm作兩個(gè)坐標(biāo)軸，在橫軸上取L=64mm(=T/t),并與曲柄位置相應(yīng)將其分為八等分作縱坐標(biāo)以滑塊在位置時(shí)為起點(diǎn),量

11、取曲柄在各位置時(shí)，滑塊上點(diǎn)F在其起始位置F1的相應(yīng)位移F1F2 ，F(xiàn)1F3。將量得的位移經(jīng)過變換得=，然后在相應(yīng)縱坐標(biāo)上截取各點(diǎn)。將所得各點(diǎn)連成一光滑曲線，此即為滑塊上F點(diǎn)位移相對(duì)時(shí)間的變化曲線。2) 滑快上F點(diǎn)的速度和加速度對(duì)時(shí)間的變化曲線依據(jù)圖紙大小選擇適當(dāng)?shù)谋壤撸=0.05a=0.5同上取t=0.0095s/mm ，在橫坐標(biāo)上取L=64mm并與曲柄位置相應(yīng)將其分為八等分作縱坐標(biāo)。在速度多邊形和加速度多邊形上量取機(jī)構(gòu)在各位置時(shí)F點(diǎn)的速度和加速度， F及aF各為Fi=V·pfi， ai=a·fi得V=0.02×0=0 V=0.02×31=62m/

12、s V=0.02×59=1.18m/s V=0.02×42=0.84m/s V=0.02×7=0.14m/sV=0.02×42=0.84m/s V=0.02×54=1.08m/s V=0.02×32=0.64m/sa=0.2×40=8.2m/sa=0.2×43=8.6m/s a=0.2×12.5=2.5m/s a=0.2×47=9.4m/s a=0.2×63=12.6m/s a=0.2×39=7.8m/s a=0.2×2=0.4m/s a=0.4×40=8

13、m/s將所得各位置時(shí)的V和a各除以V和a，然后在相應(yīng)的縱坐標(biāo)上截取各點(diǎn)。將縱坐標(biāo)上所得各點(diǎn)的速度和加速度各連成一條光滑曲線，此即為滑塊上F點(diǎn)的速度和加速度對(duì)時(shí)間的變化曲線。注：由于機(jī)構(gòu)4與位置5格外接近，加速度a分析從略。三、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1.已知：偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪中升程h28mm，偏距e12mm，基圓半徑r30mm，滾子半徑r10mm，30°，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律：凸輪轉(zhuǎn)過60°時(shí)，從動(dòng)件以余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升，其后轉(zhuǎn)過30°從動(dòng)件保持不動(dòng)，再轉(zhuǎn)過60°時(shí)，從動(dòng)件以余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律返回原處，其后又轉(zhuǎn)過230°從動(dòng)件保持不動(dòng)。凸輪與曲柄共

14、軸以逆時(shí)針回轉(zhuǎn)。2.要求：設(shè)計(jì)該凸輪的輪廓曲線，繪在2號(hào)圖紙上；校驗(yàn)最大壓力角是否在允許范圍內(nèi)。假如不滿足要求，請(qǐng)?zhí)岢龈倪M(jìn)措施。3.解題步驟：1） 作S位移線圖取比例尺µ0.001m/mm角位移比例尺4°/mm將橫坐標(biāo)在0°60°范圍內(nèi)等分6份，得分點(diǎn)1、2、 6， 在90°150°的范圍內(nèi)亦等分6份得分點(diǎn)7、813，在60°90°與160°320°范圍內(nèi)不必等分。依據(jù)題意，0°60°與90°150°區(qū)間按余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律用圖解法作S位移曲線，如圖2所示。 圖2 運(yùn)動(dòng)線圖2）繪制凸輪廓線取長(zhǎng)度比例尺µ0.001m/mm；以O(shè)為圓心，以O(shè)Br和OKe為半徑作基圓和偏距圓，從動(dòng)件導(dǎo)路與偏距圓相交于K點(diǎn)，其基圓上交點(diǎn)B。便是從動(dòng)件的起始位置；從K點(diǎn)開頭沿方向?qū)⑵鄨A分成S曲線圖上橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的區(qū)間和相應(yīng)的分點(diǎn)；過這些分點(diǎn)作偏距圓的切線（它們便是反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件在各對(duì)應(yīng)位置時(shí)的導(dǎo)路），并與基圓相交于CCCC各切線上自CCC等點(diǎn)動(dòng)身向基圓以外截取線段，使與S圖中對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)相等，即作CB=1S,CB=2S得點(diǎn)BB.;將點(diǎn)BB.等練成光滑曲線，即得所求凸輪的理論廓線。以理論廓線上任意