【东北林业大学】机械原理课程设计指导书.doc

机 械 原 理 课 程 设 计指 导 书 东 北 林 业 大 学机电工程学院一、概述1 课程设计的目的机械原理课程设计是机械原理课程的一个重要教学环节，是理论联系实际的一个重要手段。通过此设计使学生巩固和加深所学理论知识，培养学生独立解决与本课程相关的工程实际问题的能力，使学生对现有机械的分析和设计方法有一个比较完整的概念，并进一步提高计算和制图能力。2 机构简介、作业内容及工作量1） 机构简介 图1所示六杆机构是压床中的主体机构，电动机经过联轴器带动减速器，进而将转速降低，然后再带动图1所示六杆机构中的曲柄1转动，从而使滑块5克服阻力而运动。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机构的凸轮。2）作业内容对压床的连杆机构进行运动分析；设计凸轮机构。要求学生在一周内完成1号图纸一张，2号图纸一张，并应附有相应的计算说明书。图1 连杆机构简图设计题目数据如表1所示：作业内容连杆机构的运动分析符号X1X2y LABLBCLDELCDLEFn单位mmmmmm 度 度mmmmmmmmmm转/分数据70200315601207032022515060100二、平面连杆机构的运动分析已知：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转/分。要求：做机构运动简图（至少六个位置，其中一个位置用粗实线绘出）用相对运动图解法求滑块在各个位置的时的速度VF和加速度a，作滑块的位移，速度和加速度线图。并绘制在1号图纸上。作图步骤：1 作机构运动简图，具体做法：1） 选取长度比例尺L，例如取L= 0.004m/mm，然后由各机构的实际长度（单位用m）算出相应的图示长度（单位用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）做出已知固定点A、D和固定导路y-y。3）从含有主动件1的第一个四杆机构6-1-6-2-3-6开始，应用拆杆组法，确定B1点。这里补充说明一下说明书中曲柄位置的做法为：取滑块在下极限位置时（此时摇杆3与y轴夹角为）所对应的曲柄位置为起始位置1，按曲柄转向，将曲柄圆周八等分，得八个位置，另外再补充做出当滑块在上极限时的一个位置4。而学生设计计算的初始位置由教师按照学号来指定，并以此为初始位置确定其余位置。4）第一个四杆机构AB1C1D的位置确定后E的位置也随之确定，对第二个四杆机构6-3-4-5-6，可将DE1看作主动件，应用拆杆组法，定出F1点的位置。5）同理，可作出其余各位置的机构运动简图，此时把C处的运动副拆开，先定出 Ei 的位置较为方便。然后再定出 Fi点的位置。2 速度分析由图不难看出，该六杆机构可分为两个四杆机构来研究，即由构件6-1-2-3-6组成的曲柄摇杆机构和由构件6-3-4-5-6组成的摇杆滑块机构。解题时由原动件1开始，先解II级杆组2，3。再解II级杆组4，5。 这里我们取机构在2位置时举例说明其速度分析方法。1）B点速度VB=LAB 1=0.07*（2 /60）*100=0.73m/s如图，取任一点P做 (=36.5mm) 代表VB大小，其方向垂直于AB而指向与一致。故速度比例尺 V = VB /Pb=0.73/36.5=0.02m/s/mm。即图纸上1mm长度代表0.02m/s的速度。 2） C点速度应用相对速度原理，由构件2上B，C两点得：VC = VB + VCB方向 CDABBC大小？0.73m/s？由于该向量方程式只包含两个未知数，故可用图解法求出Vc和VCB的大小。具体做法如下:过b点作VCB的方向线,它垂直于BC。过p点作Vc的方向线, 它垂直于CD。线段 与相交于C点，则线段及即分别代表所求的Vcb及Vc3)E点速度 可由速度影像法求得。因同一构件3上C，D， E在同一直线上，故其速度影像pce也应在同一直线上，且CD:CE=pc:ce，按比例作图。如图所示，则向量即代表速度Ve 4）F点速度应用相对速度原理，由构件4上EF两点得 = + 方向yyEF大小?同理，因该向量方程式只包含三个未知数，故可用图解法求得，具体做法过e点作的方向线，它垂直于EF。过P作的方向线，它平行于yy。和相交于f点，则线段即代表 ，其大小为VF=v（pf）=0.02*59=1.18m/s 机构在其余各位置时，F点速度大 小和方向，可用上述分析方法用图解法求得如图所示。3加速度分析亦取机构在2位置时举例说明其加速度分析方法。1） B点加速度主动件AB以等速回转，故B点仅有法向加速度，其大小为=2=0.07(2/60*100)2=7.57m/s2其方向从B点指向A点2） C点加速度 应用相对加速度原理，又构件2 上的两点等 + = = + + 方向CDCDB AC BCB大小?式中=2/=（pc）2/=(0.0237)2/0.15=3.65m/s2，方向由C指向D=2 /=(bc)2=(0.027)20.32=0.06 m/s2，方向由C指向B = =7.57m/s2,由于该向量方程式只包含两个未知数，故可用图解法求得, 具体做法如下：选取适当的加速度比例尺a=0.2 m/s2/mm即图纸上1mm长度代表0.2m/s2加速度。在图纸上任选一点 出发作向量b，它代表加速度，其方向与BA平行且由B指向A， 大小b=a=7.570.2=37.85mm.过b点作向量bc ,它代表加速度，其方向与CB 平行且由C指向B ,大小bc= =0.06/0.2=0.3mm.过C作向量CC，它代表加速度，其方向应垂直于CB，大小则为未知。由点作向量C，它代表加速度，方向与CD平行且由C指向D，大小c= =36.5/0.2=18.25mm.过C点作向量CC，它代表加速度，方向应垂直于CD，大小则为未知。线段CC与CC相交于C点，则向量即为欲求的， =aC=0.223=4.6m/E点加速度与求E点加速度相似，应用加速度影象法求，如图所示作直线ce，且使CD:CE=c:ce，则向量即代表4）F点加速度应用相对加速度原理，由构件4上E、F两点得 = + + 方向yyFEFE大小？?上列向量方程式只包含两个未知数，故可由图解法求得，具体作法如下过e点作向量ef，它代表加速度=0.24mm，方向由F指向E过f点作向量ff它代表加速度，大小未知方向垂直FE过点作向量f，它代表加速度，大小未知，方向平行于导路yyff与f相交与f点，则向量即为欲求的，= f=0.212.5=2.5m/同理，可求得机构在其余各位置时的大小和如图所示。4作滑块运动线图1）滑块F点位移对时间的变化曲线根据图纸的大小，取时间比例尺和位移比例尺各为t=60/nL=0.0095s/mms=0.005m/mm，S=0.002m/mm作两个坐标轴，在横轴上取L=64mm(=T/t),并与曲柄位置相应将其分为八等分作纵坐标以滑块在位置时为起点,量取曲柄在各位置时，滑块上点F在其起始位置F1的相应位移F1F2 ，F1F3。将量得的位移经过变换得=，然后在相应纵坐标上截取各点。将所得各点连成一光滑曲线，此即为滑块上F点位移相对时间的变化曲线。2) 滑快上F点的速度和加速度对时间的变化曲线根据图纸大小选择适当的比例尺，取V=0.05a=0.5同上取t=0.0095s/mm ，在横坐标上取L=64mm并与曲柄位置相应将其分为八等分作纵坐标。在速度多边形和加速度多边形上量取机构在各位置时F点的速度和加速度， F及aF各为Fi=Vpfi， ai=afi得V=0.020=0 V=0.0231=62m/s V=0.0259=1.18m/s V=0.0242=0.84m/s V=0.027=0.14m/sV=0.0242=0.84m/s V=0.0254=1.08m/s V=0.0232=0.64m/sa=0.240=8.2m/sa=0.243=8.6m/s a=0.212.5=2.5m/s a=0.247=9.4m/s a=0.263=12.6m/s a=0.239=7.8m/s a=0.22=0.4m/s a=0.440=8m/s将所得各位置时的V和a各除以V和a，然后在相应的纵坐标上截取各点。将纵坐标上所得各点的速度和加速度各连成一条光滑曲线，此即为滑块上F点的速度和加速度对时间的变化曲线。注：由于机构4与位置5非常接近，加速度a分析从略。三、凸轮机构设计1.已知：偏置直动滚子从动件盘形凸轮中升程h28mm，偏距e12mm，基圆半径r30mm，滚子半径r10mm，30，从动件运动规律：凸轮转过60时，从动件以余弦加速度运动规律上升，其后转过30从动件保持不动，再转过60时，从动件以余弦加速度运动规律返回原处，其后又转过230从动件保持不动。凸轮与曲柄共轴以逆时针回转。2.要求：设计该凸轮的轮廓曲线，绘在2号图纸上；校验最大压力角是否在允许范围内。如果不满足要求，请提出改进措施。3.解题步骤：1） 作S位移线图取比例尺0.001m/mm角位移比例尺4/mm将横坐标在060范围内等分6份，得分点1、2、 6， 在90150的范围内亦等分6份得分点7、813，在6090与160320范围内不必等分。根据题意，060与90150区间按余弦加速度运动规律用图解法作S位移曲线，如图2所示。 图2 运动线图2）绘制凸轮廓线取长度比例尺0.001m/mm；以O为圆心，以OBr和OKe为半径作基圆和偏距圆，从动件导路与偏距圆相交于K点，其基圆上交点B。便是从动件的起始位置；从K点开始沿方向将偏距圆分成S曲线图上横坐标对应的区间和相应的分点；过这些分点作偏距圆的切线（它们便是反转后从动件在各对应位置时的导路），并与基圆相交于CCCC各切线上自CCC等点出发向基圆以外截取线段，使与S图中对应的纵坐标相等，即作CB=1S,CB=2S得点BB.;将点BB.等练成光滑曲线，即得所求凸轮的理论廓线。以理论廓线上任意点为圆心，以滚子半径r为