清華大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)原理A2第一次討論課報(bào)告

1、機(jī)架)和11；且只有一個(gè)原動(dòng)件機(jī)械設(shè)計(jì)原理A2第一次討論課報(bào)告亠、課程目的(1) 明確運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件，學(xué)會(huì)根據(jù)功能要求構(gòu)思機(jī)構(gòu)方案；能對已構(gòu)思出的方案進(jìn)行分析，找出存在的問題并加以改進(jìn)；(2)掌握急回特性的真諦，擴(kuò)展課堂所學(xué)知識(shí)，并學(xué)會(huì)根據(jù)急回特性的要求，構(gòu)思多種萬案;掌握連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用設(shè)計(jì)原理。二、課程內(nèi)容討論課包含三組題目，分別訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件、急回特性的本質(zhì)以及連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。在討論課上，已經(jīng)討論過1-1、2-3和3-1，總結(jié)中將主要圍繞 1-3、2-3和3-1進(jìn)行說明討論的成果。三、題目解答1題目1-3下圖所示為一腳踏式推料機(jī)設(shè)計(jì)方案示意圖。設(shè)計(jì)思路

2、是：動(dòng)力由踏板1輸入，通過連桿2使杠桿3擺動(dòng)，進(jìn)而使推板4沿導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)，完成輸送工件或物料的工作。試按比例繪制出該設(shè)計(jì)方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，分析該方案能否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，并說明理由。若不能，請?jiān)谠摲桨傅幕A(chǔ)上提出 2種以上修改方案，畫出修改后方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。正確解答畫出該設(shè)計(jì)方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡 該運(yùn)動(dòng)鏈有4個(gè)構(gòu)件(不包括 計(jì)算該運(yùn)動(dòng)鏈的自由度如下：.F=4X(6-3) -6 X(5-3) =0由于自由度數(shù)為零，與原動(dòng)件數(shù)不相等，故而該運(yùn)動(dòng)鏈不能成為機(jī)構(gòu)根據(jù)自由度計(jì)算公式，我們得知如果能增加一個(gè)構(gòu)件，同時(shí)增加一個(gè)五級(jí)副，就可以將 自由度數(shù)湊成F=1。根據(jù)此思路，可以對運(yùn)動(dòng)鏈進(jìn)行修改。方案：運(yùn)動(dòng)鏈

3、的自由度數(shù)等于原動(dòng)件數(shù)， 且運(yùn)動(dòng)且運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)發(fā)生干涉， 故而該運(yùn) 動(dòng)鏈能夠成為機(jī)構(gòu)。但是，僅僅滿足原動(dòng)件數(shù)等于自由度數(shù)是不能夠完全確定運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)欠衲艹蔀闄C(jī)構(gòu) 的，如下面這種方案就是錯(cuò)誤的。錯(cuò)誤方案：與原動(dòng)件數(shù)相同，然而在原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)過程中，折桿3與上面的機(jī)架間會(huì)發(fā)生干涉, 導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)鏈無法正常工作。同理，我們也可以選擇減少一個(gè)構(gòu)架和一個(gè)運(yùn)動(dòng)副（五級(jí)副）的方式，如方案 。與原動(dòng)件數(shù)目相等，又運(yùn)動(dòng)鏈在運(yùn)動(dòng)過程中沒有干涉現(xiàn)象，故而可以成為機(jī)構(gòu)。 此外，我們可以用將五級(jí)副降為四級(jí)副的方式來湊出滿足運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條 件。但由于篇幅問題，這里就不展開了。2題目2-3某生產(chǎn)線的動(dòng)力源為勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)， 執(zhí)

4、行構(gòu)件為往復(fù)移動(dòng)的滑塊。生產(chǎn)工藝要求滑塊的 運(yùn)動(dòng)需具有急回運(yùn)動(dòng)特性。 試在圖2-3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的基礎(chǔ)上， 根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成機(jī)構(gòu)系統(tǒng) 簡圖的設(shè)計(jì)工作，要求給出 2種以上（含2種）設(shè)計(jì)方案。題目分析本題考查對機(jī)構(gòu)急回特性的理解與應(yīng)用。機(jī)構(gòu)急回特性的產(chǎn)生需要以下條件:（1）從動(dòng)件存在兩個(gè)極限位置；（2 ）主動(dòng)件在兩個(gè)極限位置時(shí)的極位夾角B不為0。而要產(chǎn)生急回特性無外乎兩種途徑：設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)使其運(yùn)動(dòng)具有不對稱性設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)使其位置具有不對稱性其中，運(yùn)動(dòng)的不對稱性通過四桿機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹鲃?dòng)桿件與從動(dòng)桿件的不對稱導(dǎo)致了主動(dòng)桿件的勻速運(yùn)動(dòng)傳遞到從動(dòng)桿件時(shí)已經(jīng)不是勻速運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)桿件再通過一根桿將這種不對稱

5、的運(yùn)動(dòng)輸出即可實(shí)現(xiàn)滑塊運(yùn)動(dòng)的不對稱。另外，通過凸輪機(jī)構(gòu)也可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的不對稱，且能對滑塊運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)更精確的控制。位置的不對稱則可以省去四桿機(jī)構(gòu)，改變主動(dòng)件位置即可將對稱的主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)輸出為不對稱的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)。這與本題的題目要求不太符合，但也是一種行之有效的方法。雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（1）第一種方案如上圖所示，為在雙曲柄機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)。主動(dòng)件1的勻速運(yùn)動(dòng)經(jīng)過連桿雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（1）AlB1fiD1雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)極位夾角示意圖的傳遞到桿3處變?yōu)榉莿蛩龠\(yùn)動(dòng)，再經(jīng)過桿4傳遞給滑塊即實(shí)現(xiàn)了非勻速的運(yùn)動(dòng)。且由于去程與回程的不對稱性，滑塊在兩個(gè)極限位置時(shí)原動(dòng)件有夾角0,滑塊有急回特性。OE雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（2）a

6、2雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（2）第二種方案如上圖所示，同樣為在雙曲柄機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)。 主動(dòng)件1的勻速運(yùn)動(dòng)經(jīng)過 連桿的傳遞到桿3處變?yōu)榉莿蛩龠\(yùn)動(dòng)，再經(jīng)過桿4傳遞給滑塊即實(shí)現(xiàn)了非勻速的運(yùn)動(dòng)。 且由于去程與回程的不對稱性，滑塊在兩個(gè)極限位置時(shí)原動(dòng)件有夾角 曲柄搖桿滑塊機(jī)構(gòu)第三種方案如上圖所示，為在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)。0滑塊有急回特性。主動(dòng)件1的勻速運(yùn)動(dòng)經(jīng)過連B2O CQ13/ Dg_/ / /A*iFE O h4曲柄搖桿滑塊機(jī)構(gòu)桿的傳遞到桿3處變?yōu)榉莿蛩龠\(yùn)動(dòng)，再經(jīng)過桿4傳遞給滑塊即實(shí)現(xiàn)了非勻速的運(yùn)動(dòng)。且由于去程與回程的不對稱性，滑塊在兩個(gè)極限位置時(shí)原動(dòng)件有夾角0滑塊有急回特性。曲柄擺桿滑塊機(jī)構(gòu)

7、第四種方案如上圖所示，為在曲柄擺桿機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)。主動(dòng)件1的勻速運(yùn)動(dòng)經(jīng)過連桿及滑塊的傳遞到桿 3處變?yōu)榉莿蛩龠\(yùn)動(dòng)，再經(jīng)過桿 4傳遞給滑塊即實(shí)現(xiàn)了非勻速的運(yùn)動(dòng)。曲柄擺桿滑塊機(jī)構(gòu)0,如下圖，滑塊有急曲柄擺桿機(jī)構(gòu)極位夾角示意圖且由于去程與回程的不對稱性，滑塊在兩個(gè)極限位置時(shí)原動(dòng)件有夾角 回特性。偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)第五種方案如上圖所示，為偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。由于主動(dòng)件位置的不對稱性，主動(dòng)件1的勻 速運(yùn)動(dòng)經(jīng)過連桿滑塊 3處變?yōu)榉莿蛩龠\(yùn)動(dòng)。且由于去程與回程的不對稱性，滑塊在兩個(gè)極限位置時(shí)原動(dòng)件有夾角0如下圖，去時(shí)走過角度為0 2返回時(shí)主動(dòng)件轉(zhuǎn)過角度為0 1，極位夾角守一。二，回程速比系數(shù)K-山胡， 滑塊

8、有急回特性。圖7偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)急回特性示意圖滑塊的急回特性。且通過對凸輪形狀的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對滑塊運(yùn)動(dòng)的精確控制。3題目3-1已知鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)如圖 3-1所示，各桿長度為 a = 36mm , b = 70mm , c= 60mm , d = 70mm , 現(xiàn)欲用它驅(qū)動(dòng)桿件 e,使e能從垂直位置向左作 30角擺動(dòng)，桿e的擺動(dòng)中心與鉸鏈中心 D圖3-1min，計(jì)算的距離Xde= 70mm , Yde= 60mm，試設(shè)計(jì)此鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，并校核其最小傳動(dòng)角 其行程速比系數(shù) K。（比例：=1mm/mm）題目分析首先明確極限位置的意義， 極限位置就是在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中只出現(xiàn)一次的位置。若

9、我們設(shè)計(jì)的桿組可以組成機(jī)構(gòu)， 則必然有當(dāng)e出現(xiàn)在極限位置時(shí)， 通過連桿驅(qū)動(dòng)e的那根桿也處于某 個(gè)極限位置，這樣運(yùn)動(dòng)才是 對應(yīng)的、確定的，才能成為機(jī)構(gòu)。ABCD是一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。a, b , c桿都有各自的極限位置（其中曲柄a的每一個(gè)位置都可視為其在自己的運(yùn)動(dòng)周期中的極限位置），故他們都有可能用來驅(qū)動(dòng)e。先考慮c-連桿-e的驅(qū)動(dòng)。 找到c在一個(gè)周期中的極限位置，如圖。由余弦關(guān)系求出1 702 +- 602于是將e從垂直推到左傾30度的去程行程角$ti = 153.42° t （ft = 2C6.5S0行程速比系數(shù)K為1和回程角$ 2分別為如圖假定e上的鉸鏈點(diǎn)為F, EF長度為I，通過

10、剛化反轉(zhuǎn)法將 F2旋轉(zhuǎn)至F'處，其旋轉(zhuǎn)角度$ 3同樣可用余弦定理求解矗=砂作F與Fi的垂直平分線交 CiD于點(diǎn)Gi，則Gi即為所求c上的鉸鏈點(diǎn)。于是 G2也可求。若l=60mm，則可以精確地由幾何關(guān)系解出G點(diǎn)的位置為（已省略計(jì)算步驟）GE = S0.7Drnm, GF = 97 98mm此時(shí)極限位置1的傳動(dòng)角為|ti = SL27°t y2 = «237°由此行程的幾何關(guān)系，最小傳動(dòng)角應(yīng)為極限位置1處的傳動(dòng)角，即=71 = 1.27°|這個(gè)最小傳動(dòng)角很大，完全滿足傳動(dòng)條件，其實(shí)是由于e上的鉸鏈點(diǎn)F取得很高、EF距離很大的緣故。若 EF減小，則在一定范圍內(nèi)最小傳動(dòng)角丫min也會(huì)減小。鉸鏈點(diǎn)在b ( BC)桿或a (AB)桿上的設(shè)計(jì)方法類似，其中以b桿驅(qū)動(dòng)的行程速比系數(shù) K與以c桿驅(qū)動(dòng)的K相等，都為.四、總結(jié)本次參與討論課，通過自己分析、設(shè)計(jì)并與同學(xué)們進(jìn)行討論，進(jìn)一步加深了對急