機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、 河北工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目： 指導(dǎo)教師： 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 第一節(jié) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù) 一、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的目的： 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是一個(gè)重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的在于：1、 進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)知識(shí)；2、 培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)獨(dú)立分析問題、解決問題的能力；3、 使學(xué)生在機(jī)械的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力分析方面，初步建立一個(gè)完整的概念；4、 進(jìn)一步提高學(xué)生計(jì)算和制圖能力，以及運(yùn)用電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力。二、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的任務(wù)：1、 按給定條件綜合連桿機(jī)構(gòu)，確定連桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的尺寸，以滿足不同的實(shí)際工作的要求；2、 對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析；（圖解法及解析法兩種方法）3

2、、 設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線，繪制凸輪從動(dòng)件位移曲線。三、課程設(shè)計(jì)采用方法：對(duì)于上面所提任務(wù)，要用圖解法和解析法兩種方法。圖解法形象，直觀，應(yīng)用圖解法可進(jìn)一步提高學(xué)生繪圖能力，在某些方面，如凸輪設(shè)計(jì)中，圖解法是解析法的出發(fā)點(diǎn)和基礎(chǔ)；但圖解法精度低，而解析法則可應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，精度高，速度快。在本次課程設(shè)計(jì)中，可將兩種方法所得的結(jié)果加以對(duì)照。四、編寫說明書：1、 設(shè)計(jì)題目（包括設(shè)計(jì)條件和要求）；2、 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及設(shè)計(jì)方案的確定，原始數(shù)據(jù)；3、 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合；4、 列出必要的計(jì)算公式，寫出圖解法的向量方程，寫出解析法的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算流程和計(jì)算程序，打印結(jié)果；5、 分析討論。第二節(jié) 設(shè)計(jì)示范：用解析

3、法進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)綜合和運(yùn)動(dòng)分析設(shè)計(jì)題目：牛頭刨床機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖1所示：原始數(shù)據(jù)：曲柄轉(zhuǎn)速：nAB =90r/min滑枕行程：H=0.32m行程速比系數(shù)：K=1.2機(jī)架長(zhǎng)度：AC=0.65m連桿DE與導(dǎo)桿CD的長(zhǎng)度比DE/CD=0.25圖1 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖一、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的綜合由機(jī)構(gòu)行程速比系K計(jì)算極位夾角 º º= 16.3636º由刀架的行程H計(jì)算導(dǎo)桿長(zhǎng)度，導(dǎo)桿的擺角=圖2 滑枕位置示意CD=CD=1.124m曲柄長(zhǎng)度ABAB=AC×sin（/2）= 0.65×sin（/2）0.0925m圓整后取AB=0.092m連桿長(zhǎng)度DEDE=0.25CD=

4、0.25×1.1240.281m圓整后取DE=0.28m為了使連桿DE和滑枕之間傳力良好，保證傳動(dòng)角盡可能最大，保證滑枕的運(yùn)動(dòng)軸線位于GF的中點(diǎn)，如圖2所示：yE=1.118m二、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析：圖3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析如圖3所示，令A(yù)B為l1，CD為l3，DE為l4，AC為l6，CG為l6（即yE）,各桿長(zhǎng)AB、CD、DE、AC、CG為已知，已知曲柄轉(zhuǎn)速為1，建立如圖坐標(biāo)系。其中，選定一1，則3，S3，4，SE為未知數(shù)，利用兩個(gè)封閉圖形ABCA、CDEGC，建立兩個(gè)封閉矢量方程求解未知數(shù)。（1）求3，3，3，由封閉圖形ABCA：l6+ l1=S3向x、y軸投影： l1cos1 =S3

5、cos3 -(a) l6 +l1sin1 =S3sin3 - (b) 解得：3=arctan S3=將（a）式(b)式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得到：VB2B3=-1l1sin(1-3) 3=將（a）式(b)式對(duì)時(shí)間求二次導(dǎo)數(shù)，得到：aB2B3r=32s3-12l1cos(1-3)3=（2）求sE ,v E ,aE由封閉圖形CDEGC可得：l3+ l4= l6/+SE向x、y軸投影：l3cos3 + l4cos4=SE -(c) l4sin4 +l3sin3 = l6/- (d) 由（d）式可得：4= arcsin由（c）式可得：SE =l3cos3 + l4cos4將（c）式(d)式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得到：4=

6、 vE= 將（c）式(d)式對(duì)時(shí)間求二次導(dǎo)數(shù)，得到： 4=aE=三、計(jì)算程序框圖： 開始求出l1，l3，l4，l6，l6，并輸入，輸入1，11=0°360º？調(diào)用子程序，進(jìn)行：位置分析：s3，3，sE，4，速度分析：VB2B3,VE,3,4加速度分析：aB2B3r,2,3,4輸出結(jié)果結(jié)束1=1+10ºYN第三節(jié) 用解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓一、設(shè)計(jì)題目試設(shè)計(jì)一凸輪機(jī)構(gòu)。工作要求當(dāng)凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)過180º時(shí)，從動(dòng)件上升50mm；當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過90º時(shí)，從動(dòng)件停歇不動(dòng)；當(dāng)凸輪再轉(zhuǎn)90º時(shí)，從動(dòng)件返回原處。已知凸輪以等角速度=10rad/s轉(zhuǎn)動(dòng)，工作

7、要求機(jī)構(gòu)既無剛性沖擊又無柔性沖擊。二、設(shè)計(jì)思路1、根據(jù)使用場(chǎng)合和工作要求，選擇凸輪機(jī)構(gòu)的類型。本例中，要求從動(dòng)件作往復(fù)移動(dòng)，因此可選擇一對(duì)心滾子移動(dòng)從動(dòng)件盤型凸輪機(jī)構(gòu)。2、根據(jù)工作要求選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。為了保證機(jī)構(gòu)既無剛性沖動(dòng)又無柔性沖擊，可選用正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律或3-4-5次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律。本例中，從動(dòng)件推程和回程可選用正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律。推程運(yùn)動(dòng)角=180º，回程運(yùn)動(dòng)角= 90º，停歇角s=90º3、根據(jù)滾子的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度等條件，選擇滾子半徑rr 本例中，滾子半徑rr=8mm。4、根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)空間，初選基園半徑rb 本例中，基圓半徑rb=25mm。5、進(jìn)行

8、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。為保證機(jī)構(gòu)有良好的受力狀況，推程許用壓力角=38º，回程許用壓力角=70º，設(shè)計(jì)過程中要保證推程=38º，回程=70º，為保證機(jī)構(gòu)不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)失真和避免凸輪廓線應(yīng)力集中，取凸輪實(shí)際廓線的許用曲率半徑a=3mm，設(shè)計(jì)過程中要保證凸輪理論廓線外凸部分的曲率半徑a+ rr =3+8=11mm。三、凸輪機(jī)構(gòu)解析法設(shè)計(jì)凸輪解析法設(shè)計(jì)及有關(guān)尺寸計(jì)算參見機(jī)械原理第七版（西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編）p162168頁。四、計(jì)算程序框圖開始讀入數(shù)據(jù)h，rb，rr，a，s，rb，e=0？選擇推程類型，調(diào)用子程序計(jì)算s，v，a，ds/d，d2s/d2?

9、+s?s=0v=0a=0+ss=0v=0a=0選擇回程類型，調(diào)用子程序計(jì)算s，v，a，ds/d，d2s/d2計(jì)算壓力角YNYNYN123修正基圓rb=rb+rb修正基圓rb=rb+rb+s?YNNNYY轉(zhuǎn)下頁續(xù)前頁123求x，y求x/，y/計(jì)算理論廓線曲率半徑<0?NYa+rr?YN打印s，v，a，x，y，x，y360º?=+5º結(jié)束YN輸入?yún)?shù)：h（從動(dòng)件行程），rb（凸輪基圓半徑），rr（滾子半徑），（推程許用壓力角），（回程許用壓力角），a（凸輪實(shí)際廓線的曲率半徑），（凸輪旋轉(zhuǎn)角速度），（推程運(yùn)動(dòng)角），（遠(yuǎn)休止角），s（回程運(yùn)動(dòng)角），rb（基圓修正量），e（機(jī)構(gòu)

10、偏心距）；輸出參數(shù)：s（從動(dòng)件位移），v（從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)速度），a（從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)加速度），（機(jī)構(gòu)壓力角），（理論廓線曲率半徑），（x，y）（理論輪廓坐標(biāo)），（x，y）（實(shí)際輪廓坐標(biāo)）第四節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)書 （設(shè)計(jì)題目、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求）一、牛頭刨（一）原始數(shù)據(jù)符號(hào)單位 方案nABr/min9090909090K1.51.51.61.61.8Hm0.50.430.680.60.7ACm0.430.450.650.50.45DE/CD0.320.350.250.30.3nAB ：曲柄轉(zhuǎn)速：行程速比系數(shù)，：滑枕長(zhǎng)度C：機(jī)架長(zhǎng)度DE/CD：連桿長(zhǎng)度導(dǎo)桿長(zhǎng)度（二）設(shè)計(jì)步驟及要求、 根據(jù)已知條件，進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合、

11、取適當(dāng)比例尺，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖、 用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法，做機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，在圖紙上做出三個(gè)位置（兩個(gè)極限位置）的速度、加速度的圖解、 用解析法進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，寫出數(shù)學(xué)模型，編制運(yùn)動(dòng)分析主程序，上機(jī)計(jì)算，并打印結(jié)果。、 繪制點(diǎn)運(yùn)動(dòng)線圖，即繪出、隨變化的曲線、 編寫說明書，并附上打印結(jié)果二、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)桿盤型凸輪機(jī)構(gòu)、采用圖解法設(shè)計(jì)：凸輪機(jī)構(gòu)以等角速度逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，推桿軸線在凸輪回轉(zhuǎn)中心右側(cè)，偏距，從動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律及已知數(shù)據(jù)如下：符號(hào)方案 h 01020304從動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程回程70150º10º120º80º簡(jiǎn)諧正弦加速度70160&#

12、186;10º120º70º正弦加速度等加等減50140º20º100º100º等加等減簡(jiǎn)諧50160º20º100º80º正弦加速度等加等減60150º15º120º75º簡(jiǎn)諧等加等減2、設(shè)計(jì)要求：升程過程中，限制最大壓力角max30º,確定凸輪基園半徑r0合理選擇滾子半徑rr選擇適當(dāng)比例尺，用幾何作圖法繪制從動(dòng)件位移曲線，并畫于圖紙上；用反轉(zhuǎn)法繪制凸輪理論廓線和實(shí)際廓線，并標(biāo)注全部尺寸（用A2圖紙）將機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖、原始數(shù)據(jù)、尺寸綜合方法

13、寫入說明書3、用解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓，原始數(shù)據(jù)不變，要求寫出數(shù)學(xué)模型，編制主程序并打出結(jié)果。備注：1、凸輪輪廓曲率半徑與曲率中心理論輪廓方程，其中其曲率半徑為：；曲率中心位于： （二）擺動(dòng)從動(dòng)件桿盤型凸輪機(jī)構(gòu)1、采用圖解法設(shè)計(jì)：凸輪中心到擺桿中心A的距離為160mm，凸輪以順時(shí)針方向等速回轉(zhuǎn)，擺桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如表：符號(hào)方案 h 01020304r0從動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程回程25º120º40º110º90º50簡(jiǎn)諧等加等減28º140º20º120º80º50等加等減簡(jiǎn)諧30º160º10º150º40º50正弦加速度簡(jiǎn)諧22º140º30º120º70º50等加等減正弦加速度24º150º15º120º65º40等加等減