机械原理课程设计说明书

#点击“动态静力分析计算结果”界面下方的“线图及矢量端图”按钮，再出现的界面中的框中输入对应的内容，如图11,输入BLT1到“平衡力（矩）线图力（矩）名”后的框中，点击“确定”按钮，显示出图11所示“作用在构件1上的平衡力矩变化线图”图11（1）作用在构件1上的平衡力矩变化线图（工进半周期F=—500N）钗链受力矢量端国力矢量名|崎移动副法向力线图法向力名I确定I移动副扭矩线图扭矩名I确定|平衡力（矩）线图力（矩）名\blt-i平密力便7噩对值最大值=门由788、在第M4酉计算结果线图及矢量端图图11(2)作用在构件1上的平衡力矩变化线图(空程半周期F=5ON)KK图12一个周期内构件1上的平衡力矩由图算出驱动力矩Md=8.72N.M,则盈亏功为W1=0.0045JW2=-33.7971JW3=16.1615JW4-4.6877JW5=22.5627J则最大盈亏功Wmax=33.7971Jj>900［叼则由公式得飞轮转动惯量为则由公式得飞轮转动惯量为JF=15.41kg.m2第二部分坐躺两用摇动椅设计说明书一、设计题目：坐躺双用椅摇椅设计二、设计目的：该课程设计题目要求不仅要熟悉机械原理知识，并具有较全面的分析能力，进而设计一个坐躺两用摇动椅满足设计要求。三、原始数据设计要求(1)座椅可以实现坐躺角度为90°—150°;(2)摇动角度为25°;(3)操作动力源为手动和重力；(4)安全舒适。四、设计方案分析机械装置都是由机构组成的，常用的机械机构有连杆机构，凸轮机构，齿轮机构，轮系，间歇运动机构等，各种机构可以实现各种不同的功能。本设计任务中不仅要实现椅子靠背的90~150度的活动，还要实现靠背在各个位置上的定位，这就要求该椅子具备调角与锁止功能。调角功能可以用连杆的钱链，齿轮，间歇运动机构等机构实现，而锁止功能则可用间歇运动机构中的棘轮实现，也可用轮系实现。另外，钱链四杆机构的自锁也有锁止功能，但考虑到其只有两个位置的锁止，不能实现该任务中的多角度的定位，所以不考虑银链四杆机构。第二种是采用掀动手柄式调角器，它主要由棘轮结构构成，通过手柄操纵锁止棘爪,使得棘爪与棘轮分开，此时，人调节靠背到所需角度，然后松开手柄，手柄在回位弹簧的作用下回复，从而使棘轮和棘爪结合，棘轮被制动，达到椅子靠背的制动目的。为了实现座椅可以摇动一定角度，我们的设计采用了常规摇椅的摇动原理，既为椅子底部受力横杆为弧形结构，弧度值为所需要的摇动角度值，从而实现了摇椅的可摇动性，并且摇动角度处于一个范围内。五、机构设计步骤(1)工作原理分析为了实现椅子靠背的调角与定位，该椅子必须拥有可以进行调角的调整机构以及可以定位的锁止机构。我们利用棘轮可以进行转动调角和棘爪可以定位锁止来实现上述要求，如图1所示。为了保证棘爪的工作，在棘爪处设置一复位弹簧，用以实现棘爪的正常工作。采用与生活中常见摇椅相同的弧线结构底梁，从而实现摇动要求。

图1椅子原理简图(2)机构设计说明棘轮结构说明：该椅子坐躺两用功能主要是靠椅子靠背的调节来实现的， 而靠背的调节与角度的定位主要是利用了棘轮机构，这里采用齿式棘轮机构，这主要是因为棘轮机构相比其他调位锁止机构来说结构简单，体积小，调角精准，运动可靠，可调范围大。

调解手木21复位弹簧棘轮图2调解手木21复位弹簧棘轮图2棘轮结构及运动原理图如图2所示棘轮固定在座椅上不动，棘爪与调节手柄转轴固定在靠背上。使用时，通过转动调节手柄将棘爪抬离棘轮，在人力作用下使靠背向后转（图中1-2过程）；到达所需角度后，松开手柄，在复位弹簧的作用下，棘爪伸入棘轮齿槽进行啮合，从而可以实现锁止的目的，此时棘轮棘爪都不转动，靠背在此位置固定（图中 2-3过程）。由于靠背的调节角度在90。-150。之间，说明棘轮的有效齿数不是所有的齿数，经过计算与对比分析，我们在90°-150°之间设立了5个档位，每15°一档位，从而的棘轮总齿数z=24,有效可用齿数为5。摇动功能实现说明：该椅摇动功能的实现借鉴了常见传统的圆弧底梁， 弧度为25o如图3所示，当摇椅到达第一极限点与第二极限点时，圆弧底梁两端的平直杆着地，摇椅不能摇动，从而使摇动角度在25内。

图3椅子摇动原理图(3)尺寸数据计算为了保证人坐上去的舒适感，经过查阅资料与比对，经计算的各部分尺寸如下：椅高45CM椅坐长60CM椅坐宽60CM靠背宽60CM靠背高85CM椅子主体骨梁采用截面为圆形的合金，截面直径为 3CM棘轮机构的尺寸设计：我们在上面已经推算出棘轮总齿数z=24,可用齿数为5.经过分析，当选定模数m1齿数z、齿顶厚a、齿高h、齿槽夹角8后，棘轮的齿形即完全确定，构成齿槽的两面应汇交于根圆，且其夹角为9。查阅书籍资料知道棘轮棘爪主要几何尺寸计算公式如下：表一棘轮主要几何尺寸计算公式尺寸名称代表符号计算公式顶圆直径da根圆直径dfdf二册-Zh齿距P打门卬轮宽b川棘瓜长度LL=2p表二棘轮棘爪部分尺寸

棘060811.251.522.53456810i1214...齿高h/mm0,311.21.51.622.533.540.75m轮缶顶弦厚a/radCl9-\Fjmim信槽夹鬲日55e60*击根角半径r/nm0.30.51,5林工作面边长hl/vnmi34 568LO1214■via爪非工作面边长虱/nm2 346口.“期尖圆角半径ri/gm0.40.6152齿形角0190°55°60。考虑到棘轮尺寸不宜过大，可以选用棘轮直径小于 80mm,从而得模数为3,结合棘轮各个尺寸对应的一系列的常用标准值， 可以得到所需要棘轮机构的各各几何尺寸如下：齿高h=3mm,齿距p=9.43mm齿轮顶圆直径da=72mm, 根圆直径df=66mm棘轮受力较大，因此选定a=10°,齿顶弦厚a=3mm齿槽夹角0=60°, 棘爪长度L=18.86mm 工作面边长h1=4mm, 非工作面边长a1=3mm,爪尖圆角半径r1=1.5mmo图4棘轮齿形的计算

另有棘轮a的精确计算公式：设过AB两点且圆周角为的圆的圆心位于F点，E点即为该圆与根圆的交点。建立坐标系，则 E点坐标满足下列关系ExEx(Ex①式中，TfFQiAFEyTf 2 _2 _2FOi)EvAFTa h,Tamz/2,mzsin{/zarcsin[a/(mz)]}/(2sin),mzsin{/zarcsin[a/(mz)]}(2sin)由(1)式可求得Ex (Tf2FQi2AF2)/(2FQi)Ey (Tf2 EX2)1/2由此可确定棘轮齿面长度及倾斜角为_ _ 2 _ _21/2AE[(DOiEx)(EyAD)]1 _2 _2 _2 cos[(AE Ta Tf)/(2AE?Ta)]BE[(DOiEx)2(EyAD)2]1/21 2 _2 _2 cos[(BE TaTf)/(2BE?Ta)]DO1mzsin(sin1—)式中，22mz,mz 1aADsin(—sin)2zmz0已知AE后，AEO1即完全确定，从而可求出AEO1及EO1A为使棘爪在工作时能顺利进入棘轮齿槽并啮紧不脱，a角应满足摩擦条件，一般应有100椅子的平衡椅子如果采用常规摇椅的支撑点位于重心处则椅子的摇动圆弧位置过于靠后。 在靠背没有或者只有一个小角度的旋转时，整体结构很不匀称，因此，我们便将椅子支撑点因为人坐于椅子上时人的重心位于椅子后部， 根据人的平均体重，取60kg,当人坐上去时，若要使椅子保持平衡需要使人和椅子的重心位于圆弧最低点， 根据我们的设计，椅坐长60cm椅子圆弧最低点位于靠椅背端20cm处，因此需要在椅子最前端加上平衡质量30kg,使得人坐于椅子上时椅子使用摇动功能时椅子可以保持平衡。六、心得体会这次的课程设计对我自己进行了全方位的考察， 从理论知识到实际分析操作能力以及团队配合能力。刚开始进行机构运动以及力的分析时，总是出现问题，达不到理想的结果。后来经过老师的指导对这方面问题重新进行了讨论与计算，终于搞懂了之前问题的所在，从而得到了理想的结果。正所谓“实践见真知”，本次课程设计锻炼了自己处理事情的能力，尤其是整体方案的统筹能力。此次课程设计也激发了自己的创新能力与全局思考能力，这对自己以后的学习与生活是有很大的帮助的。另外，还要感谢老师的指导，没有老师的悉心指导，自己在各方面都不会做的很理想，尤其是飞轮转动惯量的计算。开始时自己一头雾水，不知怎么下手。在老师的指点下，终于懂得了原理，最后得出了结果。通过此次课程设计，我觉得自己对一些知识还有所欠缺，对一些基本的技能的掌握还有待提高，比如cad,word等工具软件的运用程度。这对自己以后的学习有了更高的要求。徐海鹏经过四天的奋战我们的课程设计终于完成了。在这次课程设计中我学到的不仅仅是专业的知识，还有如何加强团队合作的能力。这需要每个队员发挥自己的想象力，以他人之长补己之短，把大家思想的精华聚集在一起，共同完成一个完美的作品。刚开始的时候，由于缺乏经验，眼高手低，不知从何入手。后来经过老师及时解答疑惑，再加上大家互相交流和查阅相关书籍资料，同时把理论知识与实际结合起来，才渐入佳境。这让我们认识到自己理论知识的匮乏，操作能力也有待提高。这次课程设计激发了我们的创造性思维，也让我们意识到了团队协作精神的重要性。一个人的思想加上另一个人的思想并不止两种思想，这也就是“ 1+1>2”理论。尤其是在面对双方意见出现分歧的时候，要及时检查各自思想出现的漏洞，及时弥补，以达成意见一致。经过此次课程设计，由衷地感觉到分析问题需要细心、耐心和扎实的理论基础，才能拿到正确的分析结果。在设计过程中出现了很多问题。从发现问题到解决问题，我们从中得到了锻炼，培养具有综合应用相关知识来解决测试问题的基础理论，培养在实践中研究问题，分析问题和解决问题的能力，能够把平时所学付诸于时间。整个过程给我感受最深的就是要细心分析，包括判别方向，记录角度，比例选择，多有的细节有一点的疏忽就会导致后面的一系列错误。而且整个过程的数据都是关联的，前面的数据与后面的数据关联性很强，一定要步步为营，才