機(jī)原課設(shè)指導(dǎo)書(shū)

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)前言機(jī)械原理是機(jī)械專業(yè)學(xué)生一門技術(shù)基礎(chǔ)課。其教學(xué)目的是使學(xué)生掌握關(guān)于機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)器動(dòng)力學(xué)的基本理論知識(shí)，初步具有這些方面的分析和綜合能力，并得到必要的基本技能訓(xùn)練。機(jī)械原理教學(xué)的基本要求中規(guī)定了機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，這些內(nèi)容是：平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、平面機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析、平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、輪系以及飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定等。 機(jī)械設(shè)計(jì)大體可分為三大步驟：一、總體設(shè)計(jì)，包括繪制機(jī)器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)圖、繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析，速度調(diào)節(jié)及某些重要構(gòu)件的尺寸參數(shù)的確定；二、部件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)，包括根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)機(jī)器零、部件，繪制機(jī)器裝配圖；三、零件工作圖設(shè)

2、計(jì)。機(jī)械原理就是要賦予學(xué)生總體設(shè)計(jì)的基本理論和基本技能的課程。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)就是訓(xùn)練這種基本技能的教學(xué)環(huán)節(jié)。后兩步驟則是機(jī)械零件和其他課程所需要達(dá)到的目的。 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)還將會(huì)為學(xué)生提供一個(gè)將課堂知識(shí)予以鞏固加深的機(jī)會(huì)，因此課程設(shè)計(jì)中個(gè)別知識(shí)可能超出書(shū)本知識(shí)范圍。為了使學(xué)生順利地進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，特編寫(xiě)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)供學(xué)生參考使用。 本書(shū)是在編者1989年編寫(xiě)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)的基礎(chǔ)上編寫(xiě)的。根據(jù)幾年來(lái)的使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)原內(nèi)容做了適當(dāng)?shù)膭h節(jié)和調(diào)整。 在設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)中，規(guī)定的工作量較大，需要學(xué)時(shí)較多，因此，指導(dǎo)教師可根據(jù)實(shí)際學(xué)時(shí)具體安排，對(duì)工作量適當(dāng)調(diào)整，作適當(dāng)刪節(jié)，可用圖解法，可用解析

3、法或者二法并用。 課程設(shè)計(jì)的成績(jī)作為一門考查課計(jì)分，記入學(xué)生檔案。編 者2007.10目 錄第一章 牛頭刨床總體設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)111設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)112牛頭刨床基本機(jī)構(gòu)的組成和工作性能簡(jiǎn)介413設(shè)計(jì)題目314設(shè)計(jì)任務(wù)的分配(作圖法)315設(shè)計(jì)的已知數(shù)據(jù)及要求4第二章牛頭刨床總體設(shè)計(jì)(作圖法)指導(dǎo)書(shū)621擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析622擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析823飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算924飛輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法1025飛輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（參考2）1126搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)(略)1127螺旋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)(略)11第三章 用解析法進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及動(dòng)態(tài)靜力分析1231 數(shù)學(xué)模型的建立1232 程序編制24第四章設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明

4、書(shū)與學(xué)時(shí)安排要求2641計(jì)算說(shuō)明書(shū)的要求2642作圖法課程設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作和繪圖要求2743 進(jìn)度學(xué)時(shí)安排28參考文獻(xiàn)29271 牛頭刨床總體設(shè)計(jì)的任務(wù)1.1 設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)本設(shè)計(jì)的目的在于鞏固和加深機(jī)械原理課程中課堂所講授的基礎(chǔ)理論和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力，力求使所學(xué)知識(shí)通過(guò)課程設(shè)計(jì)而系統(tǒng)化，為機(jī)械設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。牛頭刨床總體設(shè)計(jì)包括：擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析，以及在此基礎(chǔ)上計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)，雙搖桿機(jī)構(gòu)，棘輪螺旋機(jī)構(gòu)，繪圖若干張，計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份，具體任務(wù)的大小，所要求完成任務(wù)的時(shí)間，視課時(shí)安排而定，可刪節(jié)或增減。1.2 牛頭刨床基本機(jī)

5、構(gòu)的組成和工作性能簡(jiǎn)介牛頭刨床是一種用刨削方式加工平面的一種機(jī)床。此種機(jī)床分為機(jī)械傳動(dòng)式和液壓傳動(dòng)式兩種。圖1所示為常見(jiàn)的機(jī)械傳動(dòng)式牛頭刨床基本機(jī)構(gòu)組成示意圖。電動(dòng)機(jī)經(jīng)由三角皮帶輪2、3，齒輪4、5，齒輪6、7，帶動(dòng)與齒輪7（飛輪）相固聯(lián)的曲柄13和凸輪8而將運(yùn)動(dòng)分為二路。一路是通過(guò)曲柄13，滑塊14，導(dǎo)桿15，連桿16帶動(dòng)滑枕12作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使刨刀切削工件。另一路運(yùn)動(dòng)是通過(guò)凸輪8帶動(dòng)雙搖桿機(jī)構(gòu)，從而使棘輪9間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，棘輪的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)使與其固聯(lián)的螺旋副(未畫(huà)出)間歇傳動(dòng)，從而使工件間歇橫向進(jìn)給。 刨刀右行時(shí)刨刀切削工件，稱為工作行程。刨刀左行時(shí)不切削工件，稱為空回行程。當(dāng)刨刀在工作行程時(shí)，為

6、了減小電動(dòng)機(jī)容量和提高切削質(zhì)量，要求刨削速度較低，且接近勻速切削；在空回行程時(shí)，為了節(jié)約時(shí)間和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，要求采用有急回特性的擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。此外，當(dāng)刨刀每切削完一次而進(jìn)行空回行程時(shí)，希望工件在此時(shí)實(shí)現(xiàn)橫向進(jìn)給以供刨刀下一個(gè)工作行程切削。圖1 牛頭刨床機(jī)構(gòu)組圖示意圖在工作行程時(shí)，刨刀受到工件相當(dāng)大的工作阻力，為使工作平穩(wěn)，在工作行程的開(kāi)始和結(jié)束各有一段空刀距離一般空刀距定為工作行程的，即0.05H（如圖2）， 圖2在上圖中假設(shè)工件的工作阻力為常數(shù)，在空回程中切削阻力等于零。顯然在一個(gè)工作循環(huán)中，刨刀受力變化是很大的，必然會(huì)造成系統(tǒng)的速度波動(dòng)。為減小主軸的速度波動(dòng)，需采用飛輪調(diào)速，以利于減少電

7、動(dòng)機(jī)容量和提高切削質(zhì)量。牛頭刨床總體方案設(shè)計(jì)的機(jī)械傳動(dòng)方框圖如下圖3。電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)主導(dǎo)軸擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)刨刀切削運(yùn)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)工作臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)圖3 機(jī)械傳動(dòng)方框圖1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)的分配(作圖法) 對(duì)于擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析，要求對(duì)機(jī)構(gòu)的連續(xù)12個(gè)位置和兩個(gè)行程極限位置以及兩個(gè)切削極限位置共15個(gè)位置進(jìn)行分析。 設(shè)計(jì)題目中有三個(gè)方案，全班分三組，每組承擔(dān)一個(gè)方案。在一個(gè)方案組中每個(gè)同學(xué)對(duì)兩個(gè)位置進(jìn)行分析。對(duì)分析的結(jié)果，全組將結(jié)果匯總在一起制表，繪制曲線圖。除運(yùn)動(dòng)分析，動(dòng)力計(jì)算的其它題目，沒(méi)有位置區(qū)分。每個(gè)同學(xué)應(yīng)按要求完成。擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在一循環(huán)中，所分連續(xù)間隔位置

8、如圖4，圖中的15個(gè)連續(xù)位置是以曲柄在一循環(huán)中的位置表示的。圖4 機(jī)構(gòu)連續(xù)間隔位置劃分1.4 設(shè)計(jì)的已知數(shù)據(jù)及要求1.4.1 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析1、已知數(shù)據(jù) 項(xiàng)目方案方案方案序號(hào)名稱代號(hào)計(jì)算式1行程長(zhǎng)度H(mm)6006006002機(jī)架高度AC(mm)3503803803行程速比系數(shù)K1.81.61.84連桿長(zhǎng)度DE(mm)0.3CD5擺動(dòng)導(dǎo)桿長(zhǎng)度CD(mm)H/2/SIN6曲柄長(zhǎng)度AB(mm)AC·SIN7機(jī)床有效高度h(mm)(1+ COS )8曲柄轉(zhuǎn)速n(rpm)2040602、設(shè)計(jì)要求(作圖法)對(duì)所要求分析的機(jī)構(gòu)位置，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法求刨刀速度和加速度。匯

9、集本組全部位置的運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果，繪制機(jī)構(gòu)位移線圖、速度線圖、加速度線圖。學(xué)生至少要完成二個(gè)位置的運(yùn)動(dòng)分析。有關(guān)圖解與線圖畫(huà)在同一張繪圖紙上。整理較詳細(xì)的計(jì)算說(shuō)明書(shū)若千頁(yè)。將本組各個(gè)位置的運(yùn)動(dòng)分析數(shù)據(jù)匯總、列表，繪制運(yùn)動(dòng)曲線圖1.4.2 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析1、已知數(shù)據(jù)序號(hào)項(xiàng)目方案方案1搖擺導(dǎo)桿質(zhì)量（質(zhì)心心在桿中點(diǎn)）M3=21.6 kg2搖擺導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動(dòng)（對(duì)重心）kgJO3=3.5 kg3滑枕質(zhì)量(kg)M5=51 kg4滑枕質(zhì)心坐標(biāo)hq(mm)05刨削阻力Pr(N)Pr=13230N6刨削阻力坐標(biāo)hr(mm)02設(shè)計(jì)要求（作圖法）在不考慮摩擦的情況下，用力多邊形法對(duì)二個(gè)位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析，求

10、各運(yùn)動(dòng)副反力和需要作用在曲柄上的平衡力矩。力多邊形和隔離體構(gòu)件受力分析均與運(yùn)動(dòng)分析畫(huà)在同一張繪圖紙上，并整理計(jì)算說(shuō)明書(shū)若干頁(yè)。將本組各個(gè)位置的平衡力矩匯總，繪制M曲線圖。對(duì)于分析三個(gè)位置的同學(xué)，把運(yùn)動(dòng)線圖,M曲線圖畫(huà)在同一3#圖紙上。對(duì)于分析二個(gè)位置的同學(xué)，可以把運(yùn)動(dòng)線圖、M曲線圖與運(yùn)動(dòng)分析動(dòng)力分析同畫(huà)在1#圖紙上。1.4.3 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算1、已知條件機(jī)器運(yùn)動(dòng)的不均勻系數(shù)：=0.15；作用在曲柄上的平衡力矩曲線(相當(dāng)于等效阻力矩曲線)已畫(huà)出；馬達(dá)驅(qū)動(dòng)力矩可簡(jiǎn)化為一常數(shù)；除飛輪外其它構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略不計(jì)。2、設(shè)計(jì)要求確定安裝在曲柄軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，在繪圖紙上圖解作圖，并整理計(jì)算說(shuō)明書(shū)。1

11、.4.4 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1、己知數(shù)據(jù)：序號(hào)項(xiàng)目方案方案方案1電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速rpm2曲柄轉(zhuǎn)速rpm3第一級(jí)齒輪模數(shù)mm3.543.54第二級(jí)齒輪模數(shù)mm6665齒頂高系數(shù)1116徑向間隙系數(shù)0.250.250.257壓力角2002002002、設(shè)計(jì)要求(作圖法)確定第二對(duì)齒輪數(shù)，選擇第二對(duì)齒輪傳動(dòng)類型和變位系數(shù)。計(jì)算嚙合參數(shù)和尺寸。整理計(jì)算說(shuō)明書(shū)。1.4.5 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)凸輪安裝在曲柄上作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪機(jī)構(gòu)的其它參數(shù)如下表：序號(hào)項(xiàng)目方案方案方案1擺桿最大擺角2擺桿長(zhǎng)3許用壓力角4推程角5遠(yuǎn)休止角6回程角7近休止角2牛頭刨床總體設(shè)計(jì)(作圖法)指導(dǎo)2.1擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析2.1.1 幅面的初步布置取

12、1#標(biāo)準(zhǔn)圖紙，在全幅面上默分出大約面積相等的幾塊小幅面，每塊分別容納：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；圖解運(yùn)動(dòng)分析(速度分析、加速度分析在一起)；圖解動(dòng)態(tài)靜力分析；機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖；M曲線圖（分析三個(gè)位置的在另一張3#圖紙上)；標(biāo)題欄。圖幅及標(biāo)題欄尺寸均按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制。開(kāi)始應(yīng)用HB鉛筆用細(xì)線條輕輕試畫(huà)，待檢查無(wú)誤后再用HB鉛筆根據(jù)線條比例加實(shí)。2.1.2 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖根據(jù)默分的幅面大小和構(gòu)件實(shí)際長(zhǎng)度，選擇適當(dāng)?shù)谋壤?)，并按任務(wù)書(shū)中分配的位置（或由組長(zhǎng)指定位置)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。在同一幅面上，可表達(dá)兩個(gè)或三個(gè)機(jī)構(gòu)位置，一個(gè)位置用粗實(shí)線，其它位置用虛線，用雙點(diǎn)劃線畫(huà)出機(jī)構(gòu)極限位置時(shí)執(zhí)行構(gòu)件的位置，機(jī)架斜線用

13、細(xì)實(shí)線表示。標(biāo)出主要尺寸H、h、 。2.1.3 圖解運(yùn)動(dòng)分析 123 根據(jù)默分的幅面大小，先在草稿紙上，按比例試畫(huà)速度圖和加速度圖。從而確定恰當(dāng)?shù)乃俣缺壤?)和加速度比例尺()以及極點(diǎn)p、的位置，用細(xì)實(shí)線把速度圖和加速度繪制在圖紙上。并用影象法確定導(dǎo)桿重心速度和加速度將結(jié)果列于計(jì)算說(shuō)明書(shū)的下表中： 置位數(shù)據(jù)位置代號(hào)方向單位2.1.4 繪制運(yùn)動(dòng)線圖1、 按圖4所示的曲柄位置，逐個(gè)確定相應(yīng)E點(diǎn)的位置，以滑枕在工作行程的起始點(diǎn)為起始位置，逐個(gè)量取E點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位移，換算成真實(shí)長(zhǎng)度列于下表。并選取適當(dāng)?shù)谋壤遱 ()(s可與相等，亦可不相等)及時(shí)間比例尺(或者曲柄角位移比例尺)t()或（）作出(t)或(

14、)位移曲線。2、 匯集本組圖解運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果列下表位置1234567(m)(m/s)a(m/)位置89101112(m)(m/s)(m/)注：此表列于計(jì)算說(shuō)明書(shū)上。選取適當(dāng)?shù)谋壤呃L制速度線圖和加速度線圖。2.2擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析12.2.1 確定切削t阻力根據(jù)機(jī)構(gòu)切削阻力曲線(如圖2所示)確定機(jī)構(gòu)不同位置上相應(yīng)的切削阻力。在切削位置極限點(diǎn),是切削阻力突變位置，應(yīng)用兩種不同的阻力對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析。2.2.2 確定慣性力和慣性力偶矩經(jīng)計(jì)算后將慣性力和慣性力偶矩列表如下 置位數(shù)據(jù)位置代號(hào)方向單位此表列于計(jì)算說(shuō)明書(shū)，、分別表示擺動(dòng)導(dǎo)桿的慣性力和慣性力偶矩，表示簡(jiǎn)化后慣性力、到質(zhì)心的距離(亦

15、可不簡(jiǎn)化)。表示滑枕的慣性力。2.2.3 求解各運(yùn)動(dòng)副反力及需作用在曲柄上的平衡力矩將所分的機(jī)構(gòu)位置拆分為若干分離體(組)，并畫(huà)出受力圖。然后根據(jù)圖幅取合適的力例尺F（）,用力多形法及力矩平衡方程，求出各運(yùn)動(dòng)副反力和需作用在曲柄上的平衡力矩。2.2.4 匯集列表，作M曲線把本組所有位置動(dòng)態(tài)靜力分析的結(jié)果匯集，列入下表：機(jī)構(gòu)位置1234567(N)(N)(N)(N)(N)曲柄平衡力矩M(N-m)89101112(N)(N)(N)(N)(N)曲柄平衡力矩M(N-m)，為切削極限位置，此位置瞬時(shí)發(fā)生工作阻力突變，應(yīng)把極限位置看做二個(gè)位置對(duì)待，即有切削阻力與無(wú)切削阻力兩種情況，求出相應(yīng)的平衡力矩及運(yùn)動(dòng)

16、副反力。繪制M，曲線。2.3飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算12.3.1繪制等效阻力矩曲線，等效驅(qū)動(dòng)力矩曲線上節(jié)所繪制的應(yīng)加在曲柄上的力矩曲線M,與此機(jī)構(gòu)當(dāng)以曲柄為轉(zhuǎn)化構(gòu)件時(shí)的工作阻力矩曲線M相當(dāng)。此機(jī)床是以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，在速度波動(dòng)很小的情況下，可近似認(rèn)為電動(dòng)機(jī)所發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力矩是常數(shù)。因此轉(zhuǎn)化到曲柄上的等效驅(qū)動(dòng)力矩亦可認(rèn)為是一常數(shù)。由于機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在一個(gè)循環(huán)內(nèi)驅(qū)動(dòng)功等于阻抗功，所有等效驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)等于等效阻力矩的平均值，即=。參考1P157算出為常數(shù)值的等效驅(qū)動(dòng)力矩，畫(huà)出曲線，計(jì)算出一循環(huán)內(nèi)最大盈虧功W。2.3.2 計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量式中：飛輪等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg-； 機(jī)器中其它各構(gòu)件等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和,kg-

17、許用不均勻系數(shù); 等效構(gòu)件平均角速度。當(dāng)飛輪安裝在等效構(gòu)件上，而可忽略不計(jì)時(shí)，則2.3.3 計(jì)算飛輪矩Q和飛輪園周速度(參考1)Q=4g式中：Q飛輪輪緣重量，N； D飛輪外緣平均直徑，mm ； 外緣平均直徑最大速度，m/s； 飛輪軸最大轉(zhuǎn)速，rpm。2.4齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法1、分配傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比，確定齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)類型傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比，可由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與曲柄軸轉(zhuǎn)速確定，然后將總傳動(dòng)比分配到各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。第一級(jí)齒輪機(jī)構(gòu)可按閉式傳動(dòng)，第二級(jí)齒輪機(jī)構(gòu)可按開(kāi)式傳動(dòng)，傳動(dòng)比的分配參考5。2、確定齒輪傳動(dòng)齒數(shù)，傳動(dòng)類型和變位系數(shù)除不發(fā)生根切外，還應(yīng)考慮到開(kāi)式傳動(dòng)的失效條件是磨損。因此要求考慮齒輪傳動(dòng)等滑比條

18、件來(lái)選擇變位系數(shù)，參考6。3、計(jì)算第二對(duì)齒輪的嚙合參數(shù)、全部尺寸、檢測(cè)項(xiàng)目。參考1試畫(huà)出齒輪工作圖。并畫(huà)出第二對(duì)齒輪嚙合圖，在圖上畫(huà)出23個(gè)完整齒形，并且是兩對(duì)齒同時(shí)嚙合，標(biāo)出理論嚙合線段和實(shí)際嚙合線段，工作齒廓及各部尺寸、符號(hào)。2.5凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 21、作從動(dòng)件的角位移曲線首先選擇適當(dāng)?shù)膹膭?dòng)擺桿角位移比例尺和凸輪轉(zhuǎn)角比例尺。在圖上繪出從動(dòng)桿角位移曲線。2、確定凸輪的最小基圓半徑作從動(dòng)件的類角速度曲線動(dòng) (可用圖解微分法)。根據(jù)最大許用壓力角確定凸輪最小基園半徑，凸輪的實(shí)際基園半徑可大于或稍大于最小基園半徑。3、用反轉(zhuǎn)法繪制凸輪輪廓曲線，并確定理論輪廓曲線上最小曲率半徑的近似值(作圖近似找取)

19、。4、選擇滾子半徑，作凸輪實(shí)際廓線。應(yīng)保證實(shí)際輪廓曲線外凸輪廓部分不變尖和出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，如果出現(xiàn)上述情況，要對(duì)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律作適當(dāng)修改。2.6 搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)(略)2.7 螺旋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)(略)3 用解析法進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及動(dòng)態(tài)靜力分析對(duì)于高速機(jī)械和精密機(jī)械中的機(jī)構(gòu)，用圖解法作運(yùn)動(dòng)分析及動(dòng)態(tài)靜力分析的結(jié)果，往往不能滿足高精確度的要求。而應(yīng)用解析法，就是要通過(guò)一定的方法建立起有關(guān)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系式，并借助于先進(jìn)的計(jì)算工具計(jì)算機(jī)，使機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析獲得高精確度的結(jié)果，以便對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入地研究分析。在這里將以牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)為例，討論一下解析法機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及動(dòng)態(tài)靜力分析的數(shù)學(xué)模型建立及

20、其計(jì)算機(jī)程序的編制。3.1 數(shù)學(xué)模型的建立 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析及動(dòng)態(tài)靜力分析的解析法有多種方法，如矢量分析法、復(fù)數(shù)法、矩陣法和統(tǒng)一坐標(biāo)法等等。這里我們將用其中比較簡(jiǎn)單而又比較容易掌握的矢量分析法、統(tǒng)一坐標(biāo)法，分別對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)靜力分析。一、矢量分析法矢量分析法是把機(jī)構(gòu)看成一個(gè)封閉的矢量多邊形，利用矢量合成(或分解)，找出構(gòu)件位置關(guān)系式，進(jìn)而用導(dǎo)數(shù)求出其速度、加速度的一種分析法。1、運(yùn)動(dòng)分析首先建立如圖所示的直角坐標(biāo)系，并用封閉矢量圖來(lái)表示各構(gòu)件之間的位置關(guān)系。為研究問(wèn)題的方便，所有轉(zhuǎn)角均以x軸的正方向?yàn)橄辔唤牵鏁r(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?。圖 3.1由上圖可寫(xiě)出如下的矢量關(guān)系式： （1） （2）將（1

21、）式中的各矢量分別向x、y軸投影，則有下邊兩式成立。 （3） （4）將（4）式除以（3）式并加以整理得： （5）由于的取值范圍是0<<，若上式計(jì)算為負(fù)值，則按算法語(yǔ)言的實(shí)際值應(yīng)表達(dá)為： （5'）將（3）式、（4）式分別對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得： （3'） （4'）將機(jī)構(gòu)整體作一反轉(zhuǎn)，則從（3'）式中即可消去，于是： （6）同樣做法，由（4'）式可得： （7） （8） （9）將（2）式向x、y軸投影 （10） （11） 由式（11）得： （12）由于<<，則與sin、tg同號(hào)。于是： （13） （14）對(duì)式（14）進(jìn)一步求導(dǎo) （15）由圖可以看

22、出（）就是E點(diǎn)在X軸上的坐標(biāo)。于是由（10）式得： （16）在本題目當(dāng)中，E點(diǎn)處于起始位置時(shí)，其中 =（極位夾角）將上兩式代入（16）式可得E點(diǎn)起始位置X的坐標(biāo)則E點(diǎn)在任意瞬時(shí)的位移和速度和加速度分別為：滑塊2上B點(diǎn)哥氏加速度為：擺桿重心的切向加速度和法向加速度分別為：2、動(dòng)力分析取滑枕為隔離體，（如圖3.2）在力、 、，作用下，其力矢量平衡條件為：圖3.2式（24）在X、Y軸上的投影關(guān)系式分別為：于是：取擺桿為隔離體，其受力如圖3.3所示。依平衡條件：則：將向x、y方向分解：即： 即： 以構(gòu)件1（曲柄）為隔離體（如圖3.4），依平衡條件有： 圖3.3圖3.4二、統(tǒng)一坐標(biāo)法統(tǒng)一坐標(biāo)法式把各運(yùn)動(dòng)

23、參數(shù)均以坐標(biāo)分量形式表達(dá)出來(lái)的一種運(yùn)動(dòng)分析方法。這種方法的特點(diǎn)是便于求解構(gòu)件任意一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，而且由于各運(yùn)動(dòng)參數(shù)是以坐標(biāo)分量形式表達(dá)的。所以更便于對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析研究，尤其便于建立動(dòng)力分析模型導(dǎo)出各約束力的表達(dá)式。1、 運(yùn)動(dòng)分析建立如圖所示的坐標(biāo)系。設(shè)曲柄AB的轉(zhuǎn)角順時(shí)針為正，X軸的負(fù)方向?yàn)橄辔粸?角，則B點(diǎn)的坐標(biāo)分量、分別為：對(duì)(1)的上下兩式分別對(duì)時(shí)間求導(dǎo)可得B點(diǎn)速度在X、Y軸方向的分量 進(jìn)一步對(duì)(2)式求導(dǎo)，即可得B點(diǎn)加速度在X、Y方向的分量。由于為常量，則圖3.5設(shè)角逆時(shí)針為正，Y軸正方向?yàn)槠湎辔唤?。于是：因?yàn)?gt;，則。又，則的正負(fù)將取于()的值。對(duì)(4)式求導(dǎo)可得構(gòu)件3的角速度：

24、進(jìn)而可得其角加速度/于是可以很容易地導(dǎo)出點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)： （7） （8） （9）設(shè)桿DC的質(zhì)心為，并令=，則 （10）設(shè)角逆時(shí)針為正，x軸正方向?yàn)槠湎辔籕角。則 （11） （12）由于，則。那么的正負(fù)將取決于的值。由（11）式得： （13） 進(jìn)而 （14）于是 （15） （16） （17）設(shè)機(jī)構(gòu)行程速比系數(shù)為K，則極位夾角的大小為： （18）于是E點(diǎn)的起始位置橫坐標(biāo)為： （19） 那么E點(diǎn)的位移大小為： （20）進(jìn)而： （21） （22）其他相關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 左極限相位角 （23）右極限相位角 （24）左吃刀極限位置 （25）右吃刀極限位置 （26）2、動(dòng)力分析在進(jìn)行動(dòng)力分析時(shí)，可應(yīng)用理論力學(xué)中的

25、隔離法，先從執(zhí)行構(gòu)件開(kāi)始，依次進(jìn)行。由于摩擦力比較小，為使問(wèn)題簡(jiǎn)化，在這里將摩擦忽略不計(jì)。 圖3.6為構(gòu)件5受力分析圖。根據(jù)力矩平衡可得：圖3.6圖3.7圖3.8 所以 圖3.7為構(gòu)件2的受力分析圖。由于此件為二力桿，所以： 圖3.8為構(gòu)件2的受力分析圖。為保證其平衡，須有：圖3.9為構(gòu)件3的受力分析圖。其中慣性力（矩） 依平面一般力系平衡條件： 由于：，所以圖3.10為構(gòu)件1的受力分析圖。圖3.9圖3.10圖中 ，由于：則 3.2 程序編制1、 程序流程 開(kāi)始輸入的起始角DQ終止角DZ和步長(zhǎng)S1計(jì)算導(dǎo)出（已知）參數(shù)設(shè)定數(shù)據(jù)輸出原始數(shù)據(jù)及導(dǎo)出參數(shù) 給轉(zhuǎn)角各元素賦值 計(jì)算各運(yùn)動(dòng)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)分析參數(shù)

26、I<=I1輸出結(jié)果結(jié)果輸入原始數(shù)據(jù)開(kāi)始輸入原始數(shù)據(jù)結(jié)束調(diào)運(yùn)動(dòng)分析，動(dòng)力分析圖形顯示數(shù)據(jù)計(jì)算子程序；并將計(jì)算結(jié)果存入數(shù)據(jù)文件之中。調(diào)數(shù)表子程序輸出數(shù)表調(diào)曲線顯示子程序，輸出參數(shù)變化曲線讀入Z值選擇輸出內(nèi)容Z=1調(diào)機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)顯示子程序，屏幕顯示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程Z=3程序是否要求重新運(yùn)行Z=?是否還要輸出其它內(nèi)容Z=23、說(shuō)明 (1)程序計(jì)算結(jié)果，有多種不同的輸出方式。而在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力分析時(shí)，大多來(lái)用數(shù)表、動(dòng)畫(huà)顯示和曲線顯示三種輸出方式。數(shù)表輸出方式中的參數(shù)項(xiàng)(即內(nèi)容)可以根據(jù)需要任意取舍，通過(guò)數(shù)表可以獲得足夠多的信息，有利于對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行全面分析研究;機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)顯示功能，可將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況非常形象地展現(xiàn)

27、在人們的面前，為了解機(jī)構(gòu)的整個(gè)動(dòng)作過(guò)程提供了有利條件;曲線顯示方式，可以直觀地反映出某些數(shù)據(jù)或特定參數(shù)在機(jī)構(gòu)工作循環(huán)中的變化情況，有利于掌握特定參數(shù)的變化規(guī)律。 (2)由于程序中包含的內(nèi)容較多，所以在編寫(xiě)程序時(shí)，應(yīng)使程序版塊化，以便于程序的調(diào)整和拼接。 (3)在程序中，凡涉及圖形顯示部分，均須合理設(shè)定比例尺，以便在顯示屏上顯示出完整而正確的圖形。 (4)對(duì)輸入結(jié)果的正確性，應(yīng)認(rèn)真地加以分析，其分析方法主要有：用圖解法的分析結(jié)果來(lái)驗(yàn)證解析法的計(jì)算結(jié)果。由于圖解法的誤差比較大、不可能與解析法的結(jié)果完全相同，因而用圖解法檢驗(yàn)也只能是定性的檢驗(yàn)。通過(guò)屏幕的機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)顯示，可以檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)位置分析的正確性。由

28、于機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)顯示的數(shù)據(jù)來(lái)源于機(jī)構(gòu)的位置分析，因而在機(jī)動(dòng)動(dòng)畫(huà)顯示過(guò)程中，如果機(jī)構(gòu)動(dòng)作連續(xù)，無(wú)意外動(dòng)作，可以認(rèn)為機(jī)構(gòu)位置分析的計(jì)算結(jié)果是正確，否則，應(yīng)重新檢查調(diào)整程序。通過(guò)曲線顯示，可以檢查某些特定參數(shù)的正確性。一個(gè)正確的計(jì)算結(jié)果，與參數(shù)對(duì)應(yīng)的變化曲線應(yīng)該是連續(xù)的，不應(yīng)有任何的突變和間斷。另外，利用位置、速度、加速度參數(shù)之間的導(dǎo)數(shù)關(guān)系，亦可通過(guò)參數(shù)變化曲線來(lái)檢驗(yàn)、速度、加速度的正確性。(5)前面給出的程序流程框圖。僅作參考，使用者不必死搬硬套。4 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)與學(xué)時(shí)安排要求4.1 計(jì)算說(shuō)明書(shū)的要求設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)是任何工程設(shè)計(jì)必不可少的技術(shù)文獻(xiàn)之一，它是上級(jí)有關(guān)技術(shù)部門對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行審核、批準(zhǔn)的重要依據(jù)

29、。它應(yīng)反映出設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想、方法、步驟及所涉及的工程設(shè)計(jì)理論知識(shí)務(wù)必科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精細(xì)、求實(shí)。設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)應(yīng)包括必要的簡(jiǎn)圖、圖解示意圖、表格，列出已知數(shù)據(jù)，所需公式及計(jì)算結(jié)果，以及其它技術(shù)文獻(xiàn)所不能表達(dá)的有關(guān)技術(shù)條款。必須步驟清楚，敘述簡(jiǎn)明扼要，文字通順，書(shū)寫(xiě)端正。在工程設(shè)計(jì)中既可用作圖法，也可用解析法，也可作圖和解析法交互使用。下面列出本設(shè)計(jì)課程的計(jì)算說(shuō)明書(shū)對(duì)作圖法和解析法的具體要求。一、對(duì)運(yùn)用作圖法的設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的要求 1、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 內(nèi)容包括：已知條件和數(shù)據(jù)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖，機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算，圖解運(yùn)動(dòng)分析全過(guò)程，結(jié)果數(shù)據(jù)匯總，必要的圖表。 2、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析內(nèi)容包括：已知條件和數(shù)據(jù)，必要的圖表，動(dòng)力分析全過(guò)程，結(jié)果數(shù)據(jù)匯總。 以上兩部分，應(yīng)對(duì)由數(shù)據(jù)結(jié)果繪出的曲線進(jìn)行討論，說(shuō)明機(jī)器執(zhí)行構(gòu)件的工作過(guò)程是如何以曲線規(guī)律為依據(jù)的。 3、飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定 內(nèi)容包括：已知條件、數(shù)據(jù)，最大盈虧功的確定全過(guò)程(包括必要的圖表)，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算，飛輪矩的計(jì)算過(guò)程及飛輪主要尺寸的確定。 4、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 內(nèi)容包括：已知數(shù)據(jù)，總傳動(dòng)比的確定，