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机械原理课程设计指导书一、设计内容与步骤（以插床为例）1、导杆机构的设计及运动分析已知：行程速度系数K，滑块5的行程H，中心距，比值，各构件质心S的位置，曲柄每分钟转数n1。要求：设计导杆机构，作导杆机构的运动简图；作机构2个位置的速度多边形和加速度多边形，对导杆机构进行运动分析，以上内容与后面动态静力分析一起画在3号图纸上（每个位置各画一张）（参考图例）；做滑块的运动线图，以上内容做在一张4号图纸上。整理说明书。步骤：1）设计导杆机构。按已知条件确定导杆机构的各未知参数。其中滑块5的导路y-y的位置可根据连杆4传力给滑块5的最有利条件来确定，即y-y应位于B点所画圆弧高的平分线上（见图例1）。2）作机构运动简图。选取长度比例尺ml按位置分配表所分配的2个曲柄位置作出机构运动简图，其中1个位置用粗实线画出。 项目位置w1A2A3A2A3CBCS3w3a3大小方向大小方向单 位1/sm/s1/sm/s21/s23）作速度、加速度多边形。选取速度比例尺mv和加速度比例尺ma，用相对运动图解法作该2个位置的速度多边形和加速度多边形，并将其结果列入下表。4）作滑块的位置线图。根据机构的各个位置，找出滑块5上C点的各对应位置，以位置1为起始点，量取滑块的相应位移，取位移比例尺ms，作sC（t）线图。为了能直接从机构运动简图上量取滑块位移，建议取ms=ml。5）绘制滑块的速度线图。列表汇集同组同学用相对运动图解法求得的各个位置的速度vC，绘制速度vC(t)线图。6）绘制滑块的加速度线图。列表汇集同组同学用相对运动图解法求得的各个位置的加速度，绘制加速度线图。7）整理计算说明书。内容包括：已知条件与要求；所选比例尺；导杆机构设计简述；以一个机构位置为例，说明用相对运动图解法求机构的速度和加速度的计算方法和过程，另一位置只需画出速度和加速度线图，列出计算结果。2、导杆机构的动态静力分析已知：各构件的重量G及其对质心轴的转动惯量Js（数据表中未列出的构件重量和转动惯量可略去不计），切削阻力Q的变化规律（见图1-3的阻力线图），已在导杆机构设计和运动分析中得出的机构尺寸、速度和加速度。要求：对导杆机构进行受力分析，确定2个机构位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。以上内容与运动分析做在同一张图纸上（参考图例）。整理说明书。步骤：l）选取阻力比例尺mQ(N/mm)，根据给定的阻力Q和滑块行程H绘制阻力线图。2）根据各构件质心的加速度及角加速度，确定各构件的惯性力FI和惯性力偶矩MI，并将其合成为一力FI，求出该力至质心的距离lh。将结果列入下表。项 目位 置FI3FI5MI3lh3大 小方 向单 位NNmm3）按杆组分解为示力体，将各外力标注在示力体上，列出相应示力体的力平衡方程式，用力多边形法决定各运动副中的反力和加于曲柄上的平衡力矩My。在列杆组示力体的力平衡方程式时，最好先写完一个构件上的所有已知力，然后再写另一构件上的所有已知力。对于开始切削和终止切削的两个特殊位置，其阻力值各有两个（其中一个为零），应分别进行计算。将所求位置的机构阻力、各运动副中的反力（对于力N65还须求出其作用线至C点的距离e）和平衡力矩My的结果列入下表。项 目位 置QN34=N54N65=N56eN32=N12N63=N36My大 小方 向单 位NmNNm4）整理说明书，内容应包括：写明已知条件与要求，选取的比例尺，列出力平衡方程式及进行必要的运算。3、凸轮机构设计 已知：摆动推杆的行程，许用压力角a，基圆半径r0，凸轮回转中心O2至推杆摆动中心O4的距离为lO2O4，摆杆长度lO4D，从动件运动规律为等加速等减速运动，凸轮与曲柄共轴。要求：绘制凸轮的轮廓曲线。以上内容做在3号图纸上。整理说明书。步骤：l）根据从动件运动规律，按公式分别计算推程和回程的(dj/dd)max，然后用几何作图法直接绘出推杆的运动线图或用解析法将从动件位移各对应等分点的数值计算出来，列于表中（该内容与凸轮轮廓曲线画在同一张图上）。2）根据凸轮转向、摆杆长度lO4D、位移线图j=j（d）、基圆半径r0、凸轮回转中心O2至推杆摆动中心O4的距离lO2O4、滚子半径rT，画出凸轮的轮廓曲线。3）整理说明书，内容应包括：己知条件与要求，运动线图各比例尺的选取等。4、齿轮机构设计已知：齿数z1、z2，模数m，分度圆压力角a，齿轮为正常齿制，齿轮与曲柄共轴。要求：根据齿轮不根切选出变位系数x1、x2；计算该对齿轮传动的各部分尺寸及重合度；通过绘图量出实际啮合线B1B2的长度，计算出重合度，并与按公式计算出的重合度进行比较。以上内容做在一张4号图纸上。整理说明书。步骤：1）根据齿轮不根切选出x1、x2（最小变位系数：xmin=h*a(zmin-z)/zmin）。2）计算该对齿轮传动的各部分尺寸，建议列表计算。3）通过绘图量出实际啮合线B1B2的长度，计算出重合度，并与按公式计算出的重合度进行比较。4）整理说明书，内容应包括：已知条件与要求，齿轮传动各部分尺寸的计算等。 注：参考文献1p156，图9-10。参考文献2p296，公式8-31。参考文献1p317，图10-23。 二、注意事项1、准备物品1号图纸（594841）一张，绘图仪器（包括曲线板）一套以及其他用品等。2、设计图纸要求作图准确，布图合理，线条、尺寸标注和图纸大小等均应符合制图标准。图纸标题栏格式见图1。图1 图纸标题栏格式3、整理说明书说明书用16开（或A4）纸书写，并装订成册，封面格式和书写格式见图2。要求步骤清楚，叙述简要明确，语句通顺，书写端正，符合规范。图2 封面格式和书写格式参考文献：1孙桓，陈作模.机械原理（第七版）M.北京：高等教育出版社，20062孙桓，陈作模.机械原理（第五版）M.北京：高等教育出版社，19973黄锡恺，郑文纬.机械原理（第六版）M.北京：高等教育出版社，19894曲继方.机械原理课程设计M.北京：高等教育出版社，19895朱景梓.渐开线齿轮变位系数的选择M.北京：人民教育出版社，19826罗洪田.机械原理课程设计指导书M.北京：高等教育出版社，19864附图：图例7附表：渐开线函数表附件：设计原始数据与设计内容一、插床机构设计数据与设计内容如图1-1所示，插床主要由齿轮机构、导杆机构和凸轮机构等组成。电动机经过减速装置（图中只画出齿轮z1、z2）使曲柄1转动，再通过导杆机构1-2-3-4-5-6，使装有刀具的滑块沿导路y-y作往复运动，以实现刀具切削运动。为了缩短空回行程的时间，提高生产率，要求刀具有急回运动。刀具与工作台之间的进给运动，是由固结于轴O2上的凸轮驱动摆动推杆O4D和其他有关机构（图中未画出）来完成的。图1-1 插床机构简图（一） 设计数据与位置分配表设计数据表（一）：设 计内 容导杆机构的设计及运动分析凸轮机构的设计符 号n1KHabcar0r rd0d 01d0推杆运动规律单 位r/minmmmmmm数 据6021001150505012515401256015140601060等加速等减速设计数据表（二）：设 计内 容齿轮机构的设计导杆机构的动态静力分析及飞轮转动惯量惯量的确定符 号z1z2maG3G5JS3dQd单 位mmNm2mmN数 据13408201603200.4112010001/25机构位置分配表：学生编号1234567881011121314位置编号1123456788910111223456788910111211（二）设计内容1、导杆机构的设计及运动分析已知：行程速比系数K，滑块5的行程H，中心距，比值，各构件质心S的位置，曲柄每分钟转数n1。要求：设计导杆机构，作导杆机构的运动简图；作机构2个位置的速度多边形和加速度多边形，对导杆机构进行运动分析，以上内容与后面动态静力分析一起画在3号图纸上（每个位置各画一张）（参考图例）；做滑块的运动线图，以上内容做在一张4号图纸上。曲柄位置的作法如图1-2所示；取滑块5在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1，按转向将曲柄圆周二十四等分，得24个曲柄位置，显然位置9对应于滑块5处于下极限时的位置。再作出开始切削和终止切削（参看图1-3）所对应的1 和8 两位置。共计有26个机构位置。2、导杆机构的动态静力分析 图1-2 曲柄位置图已知：各构件的重量G及其对质心轴的转动惯量Js（数据表中未列出的构件重量和转动惯量可略去不计）、切削阻力Q的变化规律（见图1-3 阻力曲线图）及已在导杆机构设计和运动分析中得出的机构尺寸、速度和加速度。要求：确定位置分配表中2个位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩My。以上内容与运动分析做在同一张图纸上（参考图例）。 3、凸轮机构设计 图1-3 阻力曲线图已知：摆动推杆的行程，许用压力角a，基圆半径r0，凸轮回转中心O2至推杆摆动中心O4的距离lO2O4，摆杆长度lO4D，推杆运动规律为等加速等减速运动，凸轮与曲柄共轴。要求：绘制推杆的运动线图和凸轮的轮廓曲线。以上内容做在3号图纸上。4、齿轮机构设计已知：齿数z1、z2，模数m，分度圆压力角a，齿轮为正常齿制，齿轮与曲柄共轴。要求：根据齿轮不根切选出变位系数x1、x2；计算该对齿轮传动的各部分尺寸及重合度；通过绘图量出实际啮合线B1B2的长度，计算出重合度，并与按公式计算出的重合度进行比较。以上内容做在一张4号图纸上。18二、牛头刨床设计数据与内容如图2-1所示，牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构 1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约0.05 H的空刀距离，见图2-2），而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。图2-1 牛头刨机构简图图2-2 牛头刨阻力曲线图（一）设计数据及位置分配表设计数据表（一）：设计内容导杆机构的运动分析导杆机构的动态静力分析符 号n2G4G6PypJS4单 位r/mmmmNmmkgm2方案603801105400.250.5240502007007000801.1方案64350905800.30.5200502208009000801.2方案III724301108100.360.51804022062080001001.2设计数据表（二）：设计内容飞轮转动惯量的确定凸轮机构的设计齿轮机构的设计符号dnOz1zOz1JO2JO1JOJOr0r Tad0d 01d0dOdOm12mO1a单位r/mmkgm2mmmm方案0.1514401020400.50.30.20.21512550151404075107510030063.520方案0.1514401316400.50.40.250.2151356015150387010701003006420方案0.1614401519400.50.30.20.21513055151454275106510030063.520机构位置分配表：学生编号1234567881011121314位置编号1234567788910111256789101112112341（二）设计内容1、导杆机构的运动分析已知：曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及质心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上（见图2-3）。要求：设计导杆机构，计算机构的行程速比系数K，作机构的运动简图；作机构2个位置的速度多边形和加速度多边形，对导杆机构进行运动分析，以上内容与后面动态静力分析一起画在3号图纸上（每个位置各画一张）（参考图例）；做滑块的运动线图，以上内容做在一张4号图纸上。曲柄位置图的作法如图2-3所示，取1和8为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1和7为切削起点 和终点所对应的曲柄位置，其余2、312等，是由位 图2-3 曲柄位置图置1起顺w2方向将曲柄圆周作十二等分的位置，并且在每两个等分点中间在插入一个点为1、2、312等，共计有27个机构位置。2、导杆机构的动态静力分析已知：各构件的重量G（曲柄2、滑块3和连杆5的重量都可忽略不计），导杆4绕质心的转动惯量JS4及切削力P的变化规律（图2-2）。要求：确定位置分配表中2个位置的各运动副反力及曲柄上所需的平衡力矩My。以上内容与运动分析做在同一张图纸上（参考图例）。3、凸轮机构设计已知：摆杆9为等加速等减速运动规律，其行程为，许用压力角a，基圆半径r0，凸轮回转中心O2至推杆摆动中心O9的距离为lO2O9，摆杆长度lO9D，凸轮与曲柄共轴。要求：绘制推杆的运动线图和凸轮的轮廓曲线。以上内容做在3号图纸上。4、齿轮机构设计已知：电动机和曲柄的转速nO、n2，皮带轮直径dO、d O，某些齿轮的齿数，模数m，分度圆压力角a（参见设计数据表（二）；齿轮为正常齿制。要求：根据传动比确定齿轮2的齿数z2；根据齿轮不根切选出第2对齿轮的变位系数x1、x2；计算该对齿轮传动的各部分尺寸及重合度；通过绘图量出实际啮合线B1B2的长度，计算出重合度，并与按公式计算出的重合度进行比较。以上内容做在一张4号图纸上。三、压床设计数据与内容图3-1所示为一压床机构简图。其中六杆机构（ABCDEF）为其主体机构，电动机经联轴节带动减速器的三对齿轮z1-z2、z3-z4、z5-z6将转速降低，然后带动曲柄1转动，六杆机构使滑块5克服阻力Q而运动。为了减小主轴的速度波动，在曲柄轴A上装有飞轮，在曲柄轴的另一端装有供润滑连杆机构各运动副用的油泵凸轮。图3-1 压床机构简图（一）设计数据及位置分配表设计数据表（一）：设计内容连杆机构的运动分析凸轮机构的设计符 号x1x2yHn1her0r Tad0d01d0推杆运动规律单 位mmmmr/mmmm方案50140220601201501/21/41/21/21001720501030552585等加速等减速方案60170260601201801/21/41/21/2901825551030603080方案III70200310601202101/21/41/21/2901930601030653575设计数据表（二）：设计内容飞轮转动惯量的确定齿轮机构的设计符号G2G3G5JS2JS3Qmaxdz5z6ma单位Nkgm2Nmm方案6604403000.280.08540001/301138520方案10607205500.640.270001/301035620方案160010408401.350.39110001/301132620位置分配表：学生编号1234567881011121314位置编号123456678910101112234566789101011121（二）设计内容1、连杆机构的设计及运动分析已知：中心距x1、x2、y，构件3的上、下极限