东北林业大学机械原理课程设计指导书.docx

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1、东北林业大学机械原理课程设计 指导书机 械 原 理 课 程 设指 导 书 东 北 林 业 大 学 机电工程学院 计 1 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

2、。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。 CEDFAB2 图1 连杆机构简图 设计题目数据如表1所示： 作业内容 符号 单位 数据 X1 mm 70 X2 mm 200 连杆机构的运动分析 y mm 315 度 度 60 120 LAB mm 70 LBC mm 320 LDE mm 225 LCD mm 150 LEF mm 60 n 转/分 100 二、平面连杆机构的运动分析 已知：X1=0.07m，X2=0.2m， y=0.31

3、5m，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算出相应的图示长度如下： 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、

4、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 E

5、i 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*100=0.73m/s 3 如图，取任一点P做 pb (=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

6、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 CD AB BC 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bc,它垂直于BC。 过p点作Vc的方向线pc, 它垂直于CD。 线段bc 与pc相交于C点，则线段bc及pc即分别代表所求的Vcb及Vc 3)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pe即代表速度Ve 4）F点速度 应用相

7、对速度原理，由构件4上EF两点得 vF = vE + vFE 方向 yy EF 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vFE的方向线ef，它垂直于EF。 过P作vF的方向线pf，它平行于yy。 ef和pf相交于f点，则线段pf即代表vF ，其大小为 VF=v=0.02*59=1.18m/s 机构在其余各位置时，F点速度vF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 4 n=LAB2=0.07(2/60*10

8、0)2=7.57m/s2 aB=aB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 ntntac + ac = aC= aB + aCB + aCB 方向 大小 CD CD ? B A C B CB ? n式中aC=VC2/LCD=）2/LCD=(0.0237)2/0.15=3.65m/s2，方向由C指向D 2 naC/LCB=(V(bc)2LCB=(0.027)2 0.32=0.06 m/s2，方向由C指B=VCB向B 2 aB=anB =7.57m/s, 由于该向量方程式只包含两个未知数，故可用图解法求得2aC, 具体做法如下： 2选取适当的加速度比例尺a=

9、0.2 m/s/mm即图纸上1mm长度代表0.2m/s加速度。 n在图纸上任选一点 出发作向量b，它代表加速度aB，其方向与BA平行且n由B指向A， 大小b=aBVa=7.570.2=37.85mm. n过b点作向量bc ,它代表加速度aCB，其方向与CB 平行且由C指向B ,大小nbc=aBa =0.06/0.2=0.3mm. t过C作向量CC，它代表加速度aCB，其方向应垂直于CB， 大小则为未知。 n由点作向量C，它代表加速度aC，方向与CD平行且由C指向D，大小nc=aCa =36.5/0.2=18.25mm. t过C点作向量CC，它代表加速度aC，方向应垂直于CD，大小则为未知。 线

10、段CC与CC相交于C点，则向量c即为欲求的=aC=0.223=4.6m/s E点加速度 2aC，aC与求E点加速度相似，应用加速度影象法求aE，如图所示作直线ce，且使 5 CD:CE=c:ce，则向量e即代表aE 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 taF = aE + anFE + aFE 方向 大小 yy ？ FE FE ? 上列向量方程式只包含两个未知数，故可由图解法求得aF，具体作法如下 过e点作向量ef，它代表加速度aF指向E t过f点作向量ff它代表加速度aFE，大小未知方向垂直FE nFE(V(fe)2(0.026)=0.24mm，方向由0.06LEF2

11、过点作向量f，它代表加速度aF，大小未知，方向平行于导路yy ff与f相交与f点，则向量f即为欲求的aF，aF= af=0.212.5=2.5m/s2 同理，可求得机构在其余各位置时aF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 60t=60/nL=10064=0.0095s/mm s=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。 F

12、1Fi sS将量得的位移经过变换得i= S，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 m/sV=0.05mm 6 m/s2a=0.5mm 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=VF=0.020=0 1Vpfi， aFii=afi得 VF2=0.0231=62m/s VF3=0.0259=1.18m/s VF4=0

13、.0242=0.84m/s VF5=0.027=0.14m/s VF6=0.0242=0.84m/s VF7=0.0254=1.08m/s VF8=0.0232=0.64m/s aF1=0.240=8.2m/s2 aF2=0.243=8.6m/s2 aF3=0.212.5=2.5m/s2 aF4=0.247=9.4m/s2 aF5=0.263=12.6m/s2 aF6=0.239=7.8m/s2 aF7=0.22=0.4m/s2 aF8=0.440=8m/s2 将所得各位置时的VFi和aFi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

14、滑块上F7 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aF4分析从略。 8 E10E5E4C10C5C4F10E6F5F4C6E3C3DF6C7E7F3C2E2C8C9C1E8F7E9E1F2F8F9F1B10B4B5B3B6B2B7B8B9B19 fE10E5E4C10C5C4F10F5F4C6C3F6C7F3C2C8C9C1E8F7E9E1F2F8F9F1B6B710 E6E3E7E2B5 11 C10C5C4DC6C3C7C2B10C8C9C1B4B3B2B3B9B1B5B10B4B6B2B7B8B9B1三、凸轮机构设计 1.已知：偏置直动滚子从动件盘形凸

15、轮中升程h28mm，偏距e12mm，基圆半径ra30mm，滚子半径rr10mm，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1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s0.001m/mm角位移比例尺j4/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6

16、090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。 12 图2 运动线图 2）绘制凸轮廓线 取长度比例尺L0.001m/mm； 以O为圆心，以OBra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2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，并与基圆相交于C1C2C3C13 各切线上自C1C2C3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C1B1=1S1,C2B2=2S2得点B1B2.; 将点B1B

17、2.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rr为半径作一系列圆，并作这些圆的包络线，即得到凸轮的轮廓线。 13 3）计算最大压力角max；校验其是否在允许范围内 最大压力角可以近似假定出现在从动件达到最大值的位置。从动件以余弦加速度规律运动，最大速度在h0 vmax22/2处，可求得 而最大压力角由公式可得 Vmaxe22vvmax maxatg式中：e偏距 ra理论廓线的基圆半径 S最大速度时从动件的位移 参考文献 1 朱理主编. 机械原理. 北京：高等教育出版社 ， 2004 14 2 孙桓主编. 机械原理. 北京：高等教育出版社 ， 1996 XX年5月 15