哈工大机械原理大作业24题

班级1013102学号101310216机械原理大作业说明书题目1、连杆机构运动分析2、凸轮机构设计3、齿轮传动设计学生姓名1连杆机构运动分析设计题目：先建立如下坐标系：划分杆组如下，进行结构分析：该机构由I级杆组RR〔如图1〕、II级杆组RPR〔如图2、3〕和II级杆组RRP〔如图4〕组成。〔1〕〔2〕〔3〕〔4〕运动分析数学模型：同一构件上点的运动分析：如右图所示的原动件1,杆1的角速度，杆长=170mm,=0，=110mm。可求得下列图中B点的位置、，速度、，加速度、。，，，。RPR=2\*ROMANII级杆组的运动分析：a.如右图所示是由2个回转副和1个移动副组成的=2\*ROMANII级组。两个外运动副C、B的位置〔、、=110mm、=0〕、速度〔，，=0，=0〕和加速度〔〕。可确定下列图中D点的位置、速度和加速度。确定构件3的角位移、角速度、角加速度。根据关系：故可得出：==b.如右图所示是由2个回转副和1个移动副组成的=2\*ROMANII级组。杆5的长度=650mm,E点的坐标〔〕，可确定下列图中F点的位置、速度和加速度。确定构件5的角位移、角速度、角加速度。根据关系：故可得出：RRP=2\*ROMANII级杆组的运动分析;如右图所示是由2个回转副和1个移动副组成的=2\*ROMANII级组。杆6的长度为=500mm，可确定下列图中G点的位置、速度和加速度。确定构件6的角位移、角速度、角加速度。1〕G点的位置方程为求解上式，应先求出。为保证机构能够存在；应满足装配条件，求出后可按上式求出。G点的速度方程杆的角速度和滑块7移动的速度：G点速度可表示为：G点的加速度方程杆的角加速度和滑块7沿导轨的移动加速度a:式中：G点的加速度为结果：〔1〕G点的运动参数计算结果如下：对结果的分析：实线分别表示表示点G的在x方向上的坐标、速度、加速度随AB角位移的变化，虚线表示其在y方向上的坐标、速度、加速度随AB角位移的变化。2凸轮机构设计1、设计题目：如图〔2〕直动从动盘形凸轮机构，其原始数据见表1，据此原始数据设计凸轮机构。图〔2〕表一直动推杆盘形凸轮机构的参数凸轮机构的设计要：〔1〕计算推杆的位移s、速度和加速度a线图；〔2〕绘制凸轮机构的线图；〔3〕确定凸轮的基圆半径和偏距；〔4〕绘制凸轮的理论轮廓线；〔5〕确定滚子半径并绘制凸轮实际轮廓线。首先计算推杆的位移s、速度和加速度a线图推杆位移s的方程：升程运动加速：减速：回程运动其中推杆位移线图：推杆速度的方程：升程运动：加速：〔〕减速：回程运动其中〔〕推杆速度线图：推杆加速度a的方程：升程运动加速：减速：回程运动其中〔〕推杆加速度线图：附MATLB程序：h=100;x=0:pi/100:(pi/4);s1=8*h*x.^2/pi^2;v1=16*h*x./pi^2;a1=16*h/pi^2;k=(pi/4):pi/100:(pi/2);sk=h-8*h*(pi^2/4-k.*pi+k.^2)/pi^2;vk=(8*h*pi-k*16*h)/pi^2;ak=-(16*h/pi^2);y=(pi/2):(pi/100):(pi);s2=h;v2=0;a2=0;q=4*pi/9;z=pi:(pi/100):(13*pi/9);s3=h*(1-(z-pi)/q+sin(2*pi*(z-pi)/q)/(2*pi));v3=-h/q*(1-cos(2*pi*(z-pi)/q));a3=-2*pi*h*sin(2*pi*(z-pi))/q^2;c=(13*pi/9):(pi/100):(2*pi);s4=0;v4=0;a4=0;plot(x,s1,'g.',k,sk,'g.',y,s2,'g.',z,s3,'g.',c,s4,'g.')xlabel('转角/rad')ylabel('位移/(m/s)')title('位移与转角曲线')plot(x,v1,'g.',k,vk,'g.',y,v2,'g.',z,v3,'g.',c,v4,'g.')xlabel('转角/rad')ylabel('速度/(m/s)')title('速度与转角曲线')plot(x,a1,'g.',k,ak,'g.',y,a2,'g.',z,a3,'g.',c,a4,'g.')xlabel('转角/rad')ylabel('加速度/(m/s)')title('加速度与转角曲线')绘制凸轮机构的线图：附MATLAB程序：h=100;x=0:(pi/100):(pi/4);s1=8*h*x.^2/pi^2;news1=16*h*x/pi^2;k=pi/4:pi/100:pi/2;sk=h-8*h*(pi^2/4-k.*pi+k.^2)/pi^2;newsk=16*h*(pi/2-k)/pi^2;y=(pi/2):(pi/100):(pi);s2=h;news2=0;q=4*pi/9;z=(pi):(pi/100):(13*pi/9);s3=h*(1-(z-pi)/q+sin(2*pi*(z-pi)/q)/(2*pi));news3=h*cos(2*pi*(z-pi)/q)/q-h/q;c=(13*pi/9):(pi/100):(2*pi);s4=0;news4=0;plot(news1,s1,'r',newsk,sk,'r',news2,s2,'r',news3,s3,'r',news4,s4,'r')gridonxlabel('ds/dp');ylabel('(位移s/mm)')title('ds/dp与位移s曲线')确定凸轮的基圆半径和偏距：其中压力角分别取。可得凸轮基圆半径为=75.8162mm偏距e=45.4495mm绘制凸轮的理论轮廓线:附MATLAB程序：s0=175;e=45;h=100;q=4*pi/9;x=0:(pi/100):(pi/4);s1=8*h*x.^2/pi^2;x1=(s0+s1).*cos(x)-e*sin(x);y1=(s0+s1).*sin(x)-e*cos(x);k=(pi/4):(pi/100):(pi/2);k1=(s0+(h-8*h*(pi^2/4-k.*pi+k.^2)/pi^2)).*cos(k)-e*sin(k);k2=(s0+(h-8*h*(pi^2/4-k.*pi+k.^2)/pi^2)).*sin(k)-e*cos(k);y=(pi/2):(pi/100):(pi);x2=(h+s0).*cos(y)-e*sin(y);y2=(s0+h).*sin(y)-e*cos(y);z=(pi):(pi/100):(13*pi/9);s2=h*(1-(z-pi)/q+sin(2*pi*(z-pi)/q)/(2*pi));x3=(s2+s0).*cos(z)-e*sin(z);y3=(s0+s2).*sin(z)-e*cos(z);c=(13*pi/9):(pi/100):(2*pi);x4=(0+s0).*cos(c)-e*sin(c);y4=(s0+0).*sin(c)-e*cos(c);plot(x1,y1,'g',k1,k2,'g',x2,y2,'g',x3,y3,'g',x4,y4,'g');xlabel('x/mm')ylabel('y/mm')title('凸轮理论轮廓曲线')确定滚子半径，并绘制凸轮实际轮廓线:求其最小曲率半径，程序如下：v=[];symsx1xkx2x3x4x5s0=175;e=50.54;h=100;q=4*pi/9;s1=8*h*x1^2/pi^2;t1=(s1+s0).*cos(x1)-e*sin(x1);y1=(s0+s1)*sin(x1)-e*cos(x1);tx1=diff(t1,x1);txx1=diff(t1,x1,2);yx1=diff(y1,x1);yxx1=diff(y1,x1,2);forxx1=0:(pi/100):(pi/4);k1=subs(abs((tx1*yxx1-txx1*yx1)/(tx1^2+yx1^2)^1.5),{x1},{xx1});v=[v,1/k1];endsk=h-8*h*(pi^2/4-xk.*pi+xk.^2)/pi^2;tk=(sk+s0).*cos(xk)-e*sin(xk);yk=(s0+sk)*sin(xk)-e*cos(xk);txk=diff(tk,xk);txxk=diff(tk,xk,2);yxk=diff(yk,xk);yxxk=diff(yk,xk,2);forxxk=pi/4:(pi/100):(pi/2);kk=subs(abs((txk*yxxk-txxk*yxk)/(txk^2+yxk^2)^1.5),{xk},{xxk});v=[v,1/kk];ends2=100;t2=(s2+s0)*cos(x2)-e*sin(x2);y2=(s0+s2)*sin(x2)-e*cos(x2);tx2=diff(t2,x2);txx2=diff(t2,x2,2);yx2=diff(y2,x2);yxx2=diff(y2,x2,2);forxx2=(pi/2):(pi/100):(pi);k2=subs(abs((tx2*yxx2-txx2*yx2)/(tx2^2+yx2^2)^1.5),{x2},{xx2});v=[v,1/k2];ends3=h*(1-(x3-pi)/q+sin(2*pi*(x3-pi)/q)/(2*pi));t3=(s3+s0).*cos(x3)-e*sin(x3);y3=(s0+s3).*sin(x3)-e*cos(x3);tx3=diff(t3,x3);txx3=diff(t3,x3,2);yx3=diff(y3,x3);yxx3=diff(y3,x3,2);forxx3=(pi):(pi/100):(13*pi/9);k3=subs(abs((tx3*yxx3-txx3*yx3)/(tx3^2+yx3^2)^1.5),{x3},{xx3});v=[v,1/k3];ends4=0;t4=(s4+s0)*cos(x4)-e*sin(x4);y4=(s0+s4)*sin(x4)-e*cos(x4);tx4=diff(t4,x4);txx4=diff(t4,x4,2);yx4=diff(y4,x4);yxx4=diff(y4,x4,2);forxx4=(13*pi/9):(pi/100):(2*pi);k4=subs(abs((tx4*yxx4-txx4*yx4)/(tx4^2+yx4^2)^1.5),{x4},{xx4});v=[v,1/k4];endmin(v)求得最小曲率半径为=48.7268mm，滚子半径/2,在这里取值为20mm。绘制凸轮轮廓曲线：附MATLAB程序s0=175;e=45;r=10;x=0:(pi/100):(pi/4);s1=8*h*x.^2/pi^2;x1=(s1+s0).*cos(x)-e*sin(x);y1=(s0+s1).*sin(x)-e*cos(x);n1=-(60*1.5*sin(x)+s0).*sin(x)-e*cos(x);m1=(s0+75*1.5*sin(x)).*cos(x)+e*sin(x);xt1=x1+(r*m1)./(sqrt(n1.^2+m1.^2));yt1=y1-(r*n1)./sqrt(m1.^2+n1.^2);xw1=x1-(r*m1)./sqrt(m1.^2+n1.^2);yw1=y1+(r*n1)./sqrt(m1.^2+n1.^2);k=pi/4:(pi/100):(pi/2);sk=h-8*h*(pi^2/4-k.*pi+k.^2)/pi^2;xk=(sk+s0).*cos(k)-e*sin(k);yk=(s0+sk).*sin(k)-e*cos(k);nk=-(60*1.5*sin(k)+s0).*sin(k)-e*cos(k);mk=(s0+75*1.5*sin(k)).*cos(k)+e*sin(k);xtk=xk+(r*mk)./(sqrt(nk.^2+mk.^2));ytk=yk-(r*nk)./sqrt(mk.^2+nk.^2);xwk=xk-(r*mk)./sqrt(mk.^2+nk.^2);ywkk=yk+(r*nk)./sqrt(mk.^2+nk.^2);y=(pi/2):(pi/100):(pi);s2=h;x2=(s2+s0).*cos(y)-e*sin(y);y2=(s0+s2).*sin(y)-e*cos(y);n2=-s0.*sin(y)-e*cos(y);m2=s0.*cos(y)+e*sin(y);xt2=x2+(r*m2)./sqrt(m2.^2+n2.^2);yt2=y2-(r*n2)./sqrt(m2.^2+n2.^2);xw2=x2-(r*m2)./sqrt(m2.^2+n2.^2);yw2=y2+(r*n2)./sqrt(m2.^2+n2.^2);z=(pi):(pi/100):(13*pi/9);s3=h*(1-(z-pi)/q+sin(2*pi*(z-pi)/q)/(2*pi));x3=(s3+s0).*cos(z)-e*sin(z);y3=(s0+s3).*sin(z)-e*cos(z);n3=-(300/pi*cos(4*z-35*pi/9)+s0).*sin(z)-e*cos(z);m3=(s0+300/pi*cos(4*z-35*pi/9)).*cos(z)+e*sin(z);xt3=x3+(r*m3)./sqrt(m3.^2+n3.^2);yt3=y3-(r*n3)./sqrt(m3.^2+n3.^2);xw3=x3-(r*m3)./sqrt(n3.^2+m3.^2);yw3=y3+(r*n3)./sqrt(n3.^2+m3.^2);c=(13*pi/9):(pi/100):(2*pi);s4=0;x4=(s4+s0).*cos(c)-e*sin(c);y4=s0.*sin(c)-e*cos(c);n4=-s0.*sin(c)-e*cos(c);m4=s0.*cos(c)+e*sin(c);xt4=x4+(r*m4)./sqrt(m4.^2+n4.^2);yt4=y4-(r*n4)./sqrt(m4.^2+n4.^2);xw4=x4-(r*m4)./sqrt(n4.^2+m4.^2);yw4=y4+(r*n4)./sqrt(n4.^2+m4.^2);plot(xt1,yt1,'b',xt2,yt2,'b',xt3,yt3,'b',xt4,yt4,'b');xlabel('x/mm')ylabel('y/mm')title('凸轮实际轮廓曲线')Grid3齿轮传动设计1、设计题目：设计题目要求：对齿轮传动比进行分配：设带传动最大传动比为，滑移齿轮传动比为，定轴齿轮传动比。电机转速为n，输出转速为n1,n2,n3。根据传动关系：。每个滑移齿轮传动比表示为，以表示所有定轴齿轮的传动比。可得：人为取定。带入数据可得：3.925.484.77每对定轴齿轮的传动比。由此配凑传动比可得：id==1.57。选定齿轮的齿数和变位系数。齿轮11,12,13,14,15,16是定轴齿轮，在输出不同转速时它们的传动比不变，同时带传动的传动比也是不变的。取带传动的传动比i34=2，定轴传动比i1112=i1314=2，i1516=4。那么变速齿轮的传动比i56=，i78=，。可得：1.67；1.46；1.22。选定Z11=Z13=16，Z12=Z14=32，Z15=20，Z16=80。齿轮5，6和7，8及9，10的实际安装距离为50mm。由于a'=0.5(Z5+Z6)m要小于实际安装距离可取Z5=21，Z6=35，Z7=22，Z8=33，Z9=24，Z10=30。选择齿轮5和6为标准齿轮，9和10、7和8为角度变位齿轮。它们的齿顶高系数=1，径向间隙系数=0.25，分度圆压力角=20°，实际中心距a=56mm。根据定轴齿轮变速传动系统中对齿轮齿数的要求，可大致选择齿轮11、12、13和14为角度变位齿轮，其齿数：Z11=Z13=18，Z12=Z14=36，Z15=20，Z16=80。它们的齿顶高系数=1，径向间隙系数=0.25，分度圆压力角=20°,实际中心距a=81mm。圆锤齿轮15和16选择为标准齿轮Z15=20，Z16=80，齿顶高系数=1，径向间隙系数=0.2，分度圆压力角=20°〔等于啮合角〕。三〔1〕、滑移齿轮变速传动中每对齿轮几何尺寸及重合度的计算：〔1〕滑移齿轮5和齿轮6的计算结果如下。序号工程代号计算公式及计算结果1齿数齿轮5Z521齿轮6Z6352模数m23压力角α20°4齿顶高系数ha*15顶隙系数hf*0.256标准中心距=(Z5+Z6)/2=56mm7实际中心距56mm8啮合角9变位系数齿轮5x50齿轮6x6010齿顶高齿轮5ha52.000mm齿轮6ha62.000mm11齿根高齿轮5hf52.500mm齿轮6hf62.500mm12分度圆直径齿轮5d542.000mm齿轮6d670.000mm13齿顶圆直径齿轮5da546.000mm齿轮6da674.000mm14齿根圆直径齿轮5df537.000mm齿轮6df665.000mm15齿顶圆压力角齿轮5αa530.90°齿轮6αa627.28°16重合度ε1.629〔2〕滑移齿轮7和齿轮8的计算结果如下。序号工程代号计算公式及计算结果1齿数齿轮7z722齿轮8z8332模数m23压力角α20°4齿顶高系数ha*15顶隙系数hf*0.256标准中心距c*=(Z7+Z7)/2=557实际中心距568啮合角24.099°9变位系数齿轮7x70.54齿轮8x80.58510齿顶高齿轮7ha71.83mm齿轮8ha81.92mm11齿根高齿轮7hf71.42mm齿轮8hf81.33mm12分度圆直径齿轮7d744.000mm齿轮8d866.000mm13齿顶圆直径齿轮7da747.66mm齿轮8da869.846mm14齿根圆直径齿轮7df741.16mm齿轮8df863.34mm15齿顶圆压力角齿轮7αa729.83°齿轮8αa827.38°16重合度ε1.5421〔3〕滑移齿轮9和齿轮10的计算结果如下。序号工程代号计算公式及计算结果1齿数齿轮9z924齿轮10z10302模数m23压力角α20°4齿顶高系数ha*15顶隙系数hf*0.256标准中心距c*=(Z5+Z6)/2=547实际中心距568啮合角209变位系数齿轮9x90.61齿轮10x100.76210齿顶高齿轮9ha92.480mm齿轮10ha102.748mm11齿根高齿轮9hf91.280mm齿轮10hf100.976mm12分度圆直径齿轮9d948.000mm齿轮10d1060.000mm13齿顶圆直径齿轮9