机械原理课程设计-翻身床屈腿运动机构的设计与运动分析.doc

机械原理课程设计说明书 设计题目：翻身床屈腿运动机构的设计与运动分析 学院：机电工程级自动化 专业：机械 班级：机械10-1 学号：1010430108 学生姓名： 指导老师： 完成日期：2012 年7月6号 中国矿业大学（北京） 目录 1、 机构简介 1.1 1.2功能简介 2、设计要求 2.1该机构的设计要求 2.2.1机构方案 2.2.2机构运动设计 3、机构运动运动分析。 4、设计小结 1、机构简介 1.1、问题提出 随着生活水平的提高，人们对各方面的要求都提高了，特别是医疗水平。近来，人们的医疗意识逐渐增强，各种高科医疗器械层出不穷，但对病床的改进也在慢慢进行，多功能病床受到病人的青睐。1.2、功能简介 多功能自动翻身床屈腿运动所要实现的是机构运动时支起人大腿所在的床板，使床板绕一定 轴慢慢翻起，同时小腿缩在床板与大腿所在床板保持一定角度，进而使人实现屈腿动作，使病人在进食服药时，腿部能够处于一个舒服的姿势。设计要求 2.1该机构的设计要求：、床板翻起角度范围在040，大腿板做定轴转动，小腿板作平动。、运动速度要平稳缓慢，在翻起的过程中可以在任意位置停留。、床板总长度为2000mm，大腿翻板长度350mm，小腿翻板长度600mm。根据以上要求进行该机构的运动设计与运动分析。.、机构方案图表 1曲腿机构支起床板示意图.2.、机构运动设计 （）曲柄摇杆机构设计我们先对一般单杆机构进行运动分析，如图2所示，已知单杆构件上、两点间的为，点的坐标为（，），加速度，构件的角位置，角速度和角加速度，求构件另一点的坐标、速度和加速度。图 2单杆机构的位置分析位置分析由图可得所求点的位置矢量方程为在、轴上的投影坐标方程为由此可得到点的位置坐标、。速度与加速度分析将式（）对时间求导，可得速度方程为再将式（）对时间求导，得到加速度方程为利用上面对一般单杆构件的运动分析，将设计的图所示的曲腿机构进行分析可知，该机构有一套曲柄摇块机构（ABC）和一套铰链四杆机构(ADEO)组成，下面分别对两套机构进行设计，求出各构件的长度。曲柄摇杆机构设计（见图）图 曲柄摇块机构设计示意图已知三组给定的和，数据如下：为和夹角可在之间任意选取，然后量出的值，即可求出机架长度、摇杆长度和值。由于该机构的已知条件为给定的两连架杆的三个位置，因此应按给定两连架杆的对应位置设计该机构。由图所示，可得矢量方程：将上式向、方向投影得将上式平方和消去得将三组不同的和代入上式，得到三元二次方程组如下：求解得：（）铰链四杆机构的设计先对一般的平面四杆机构进行运动分析。如右图所示的平面四杆机构，设给定连架杆AB和CD的若干组对应位置，试设计该四杆机构（该机构的设计任务是确定各构件的长度l1、l2、l3、l4和两连架杆的起始角。图4按连架杆对应位置设计铰链四杆机构 首先，建立坐标系，如图4所示，使x轴与机架重合，铰链点A为坐标原点，选取图示坐标系Oxy。构件以矢量表示，其转角从x轴正向沿逆时针方向度量。根据构件所构成的矢量封闭图形，可写出下列矢量式。 将上式向x轴、y轴投影得由于实现连架杆对应位置与构件绝对长度无关，故可用构件地相对尺寸表示。若设构件AB长度为1，则有，用相对长度代入上式消去则得为化简上式 令 则得方程给定两连架杆的初始角则上式含有三个待求量的线性方程组，将代入上式得解出C0、C1和C2然后确定m、n和p最后根据实际要求确定l1的大小后就可以求出l2、l3和l4。铰链四杆机构的设计：已知机架长度d=300mm，并给定三组、，数据如下： 求解杆长参数a、b、和c。图 5铰链四杆结构示意图由于已知条件为给定两连架杆的三个位置，因此按给定的两连架杆的对应位置设计该机构如右图所示 如上图所示，可得矢量方程：将上式向x、y方向投影，并取aa=1，ba=l，ca=m，da=n，可得 将上式平方和消去得： 令 则上式可化简为 将三组不同的、代入上式，得到三元一次方程组如下其中： 解出P0、P1、P2后，可得 进而得 代入d=300mm后，最后得到构件的长度为 3、机构的运动分析由机构运动设计求出 各 杆 长 度后，进行该机构的运动分析。试求该机构在一个运动循环中，构件2、3、4的角位移、角速度、角加速度及构件4相对C点的位移Sr、速度Vr、加速度ar。图6 屈腿机构运动分析（1）建立坐标系xOy，如图6所示（2）根据机构组成原理，将机构拆成基本杆组。由图6可以看出，该六杆机构可以分解为主动曲柄构件1（单杆构件）、构件2和构件3 组成的RRR双杆组机构及构件4和滑块5组成的RPR双杆组三部分。（3）根据机构运动设计中求出的各构件长度的数据代入，即可由杆组法求得各构件的位置、速度、和加速度。如下表所示/()Sr/m/(rad/s)Vr(m/s)(m/s2)ar(m/s2)12342342340175.539021.48477.91700.53178.72668.72661.0959-1.1722-386.96121952.2336230.7550-266.668610178.403827.17808.57630.51816.396220.49872.1654-2.8628-281.80131449.902763.8185-223.060420180.557836.54439.39230.49475.052027.80661.8749-4.0666-130.6371793.0679-144.2883-140.033030182.364848.00569.84970.46504.507031.84570.3306-4.7744-41.9259466.8781-315.3644-74.840040184.057260.69999.50420.431940411634.4961-2.3261-5.07609.7024352.5357-483.8590-14.880050185.772174.31487.92280.39824.612036.7889-6.1595-4.943249.9622349.8647-668.132758.340960187.615288.83804.64280.36735.087839.3442-11.2015-4.231394.7291431.3241-834.1074161.561170189.7040104.48270.90390.34365.922642.7859-16.3848-2.6906161.4451626.3052-860.4159308.700480192.2160121.77188.18310.33407.369748.2252-21.6616-0.0057288.84231070.3561-482.3378505.419790195.5030141.945916.75830.347010.204258.7998-22.29514.2361626.72992370.5356363.3890798.138495197.6910154.090520.84220.366012.969669.4407-20.14657.35661105.01404324.3682950.95991118.7404100200.6328169.207324.30290.398018.691992.5307-15.553112.42242729.781211312.06491957.14322187.7975102202.2294176.983025.37740.406823.6071113.2609-12.348914.05715039769521586.24143004.13272761.1510105206.0020194.668126.25110.462553.0438245.18351.275636.772850915.6247233754.808720506.530534194.8095图a各构件的位移位移曲线图b各构件的速度曲线图c各构件的加速度曲线由上表可以看出构件2、3、4杆在摇杆1的极限位置105附近，加速度级急剧加大。因此在实际使用中，只选摇杆的摆动区间为090，并可根据所得的数据做出机构的位置线图、速度线图和加速度线图，通过这些线图可以看出在摇杆为主动件运动过程中，各杆的速度、加速度变化情况如下图所示。 4、设计小结经过