機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書_2009

1、第一章 概述第一節(jié) 機械原理課程設(shè)計的目的和任務(wù)一、 課程設(shè)計的目的機械原理課程是培養(yǎng)學(xué)生具有進(jìn)行機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計初步能力的技術(shù)基礎(chǔ)課。課程設(shè)計則是機械原理課程重要的實踐環(huán)節(jié)。其基本目的是：（1） 通過課程設(shè)計，綜合運用機械原理課程的理論和實踐知識，分析和解決與本課程有關(guān)的實際問題，并使所學(xué)知識進(jìn)一步鞏固、加深；（2） 使學(xué)生得到擬定運動方案的訓(xùn)練，并具有初步機械選型與組合以及確定傳動方案的能力，培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)和創(chuàng)新機械產(chǎn)品的能力；（3） 使學(xué)生對運動學(xué)和動力學(xué)的分析與設(shè)計有一較完整的概念；（4） 通過課程設(shè)計，進(jìn)一步提高學(xué)生運算、繪圖、表達(dá)、運用計算機和查閱有關(guān)資料的能力。二、 課程設(shè)計的

2、任務(wù)機械原理課程設(shè)計的任務(wù)一般分為以下幾部分：（1） 根據(jù)機械的工作要求，進(jìn)行機構(gòu)的選型和組合；（2） 設(shè)計該機械系統(tǒng)的幾種運動方案，對各種方案進(jìn)行對比和選擇，確定運動方案；（3） 對選定方案中的機構(gòu)（凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、其它常用機構(gòu)、組合機構(gòu)等）進(jìn)行設(shè)計和分析；（4） 擬定、繪制機構(gòu)運動循環(huán)圖；（5） 設(shè)計飛輪；進(jìn)行機械動力分析與設(shè)計。第二節(jié) 機械原理課程設(shè)計的內(nèi)容和方法一、 課程設(shè)計的內(nèi)容為了培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)和創(chuàng)新機械產(chǎn)品的能力，根據(jù)高等學(xué)校工科本科機械原理課程教學(xué)基本要求對課程設(shè)計的基本要求，其內(nèi)容應(yīng)包括以下三個方面：（1） 機械方案的設(shè)計與選擇；（2） 機構(gòu)運動的分析和設(shè)計；（3

3、） 機械動力的分析與設(shè)計。為了保證課程設(shè)計的基本內(nèi)容，以及一定的綜合性和完整性，課程設(shè)計選題的原則為：（1） 一般包括三種基本機構(gòu)凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)和齒輪機構(gòu)的分析和綜合；（2） 應(yīng)具有多個執(zhí)行機構(gòu)的運動配合關(guān)系，包括運動循環(huán)圖的分析和設(shè)計；（3） 運動方案的選擇和比較。二、 課程設(shè)計的方法 機械原理課程設(shè)計的方法一般分為圖解法和解析法。圖解法是運用基本理論中的基本關(guān)系式，用作圖求解的方法求出其結(jié)果。這種方法具有幾何概念清晰、直觀的特點，可定性用來檢查解析計算的正確性。解析法是通過建立數(shù)學(xué)模型，編制框圖和計算機程序并借助于計算機運算求出其結(jié)果。這種方法具有計算精度高、避免大量重復(fù)的人工勞動，可

4、迅速得到結(jié)果、便于確定機構(gòu)在整個運動循環(huán)內(nèi)各位置的未知量的特點。此外，該方法利用計算機的繪圖功能，繪制機構(gòu)運動線圖，為機構(gòu)的選型和尺寸綜合提供了重要的資料。圖解法和解析法各有優(yōu)點，在課程設(shè)計過程中主要運用圖解法，但鼓勵有能力的同學(xué)采用解析法進(jìn)行設(shè)計和畫圖。三、 課程設(shè)計的教學(xué)進(jìn)度課程設(shè)計的教學(xué)進(jìn)度為一周，具體內(nèi)容和時間安排如表1。 表1 教學(xué)進(jìn)度安排序號內(nèi)容時間/天1布置題目、方案討論12確定方案0.53平面機構(gòu)的運動分析0.54平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析15齒輪機構(gòu)設(shè)計0.56凸輪機構(gòu)設(shè)計0.57飛輪設(shè)計18整理設(shè)計說明書1共計6第三節(jié) 機械原理課程設(shè)計的總結(jié)和要求一、 編寫設(shè)計說明書設(shè)計說明書

5、是技術(shù)說明書的一種，是整個設(shè)計計算的整理和總結(jié)，同時也是審核設(shè)計的技術(shù)文件之一。編寫設(shè)計說明書是科技工作者必須掌握的基本技能之一。因此，機械原理課程設(shè)計成為機械類學(xué)生第一次在校接受的該方面訓(xùn)練。1設(shè)計說明書的主要內(nèi)容包括：（1） 目錄（標(biāo)題、頁次）；（2） 設(shè)計題目（包括設(shè)計條件、要求等）；（3） 機構(gòu)運動簡圖或設(shè)計方案的擬定和比較；（4） 制定機械系統(tǒng)的運動循環(huán)圖；（5） 對選定機構(gòu)的運動、動力分析與設(shè)計；（6） 完成設(shè)計所用方法及原理的簡要說明；（7） 列出必要的計算公式及所調(diào)用的子程序（采用解析法）；（8） 寫出自編的主程序、子程序及編制框圖（針對解析法）；（9） 對結(jié)果進(jìn)行分析討論；（

6、10） 參考資料（資料編號、主要作者、書名、版本、出版社、出版者、出版年份）。2設(shè)計說明書的要求 機械原理課程設(shè)計說明書一律按照華北電力大學(xué)課程設(shè)計（綜合實驗）報告的格式和有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。二、 圖紙整理圖紙是課程設(shè)計的又一組成部分，是設(shè)計的成果之一。對設(shè)計圖紙的質(zhì)量要求：作圖準(zhǔn)確、布圖勻稱、圖面整潔、標(biāo)注齊全。圖紙上的中文用仿宋體、數(shù)字和外文字母用斜體字母書寫，圖紙格式、線條、尺寸標(biāo)注等均應(yīng)符合國家制圖標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。三、 成績的評定機械原理課程設(shè)計的成績單獨記分。其成績的評定應(yīng)以設(shè)計說明書、圖紙為根據(jù)并參考設(shè)計過程中的表現(xiàn)由指導(dǎo)教師按五級記分制（優(yōu)、良、中、及格和不及格）進(jìn)行評定。第二章 機械原理

7、課程設(shè)計實例第一節(jié) 牛頭刨床機構(gòu)選型及設(shè)計機械設(shè)計方案主要包括機構(gòu)的選型和組合、運動形式的變換與傳遞，機構(gòu)運動簡圖傳動示意圖等的繪制?，F(xiàn)以牛頭刨床的刨刀往復(fù)運動機構(gòu)為例，說明如何進(jìn)行方案設(shè)計。一、 主要的運動要求（1） 為了提高工作效率，在空行程時，刨刀快速退回，即要有急回作用，行程速比系數(shù)在1.4左右。（2） 為了提高刨刀的使用壽命和工件的表面加工質(zhì)量，在工作行程時，刨刀速度要平穩(wěn)，且削階段刨刀近似勻速運動。（3） 曲柄轉(zhuǎn)速在60r/min，刨刀的行程H在300 mm左右為好，切削阻力約為7000N，其化規(guī)律如圖21所示。圖2-1二、 機構(gòu)選型1 方案I該方案（如圖22）由兩個四桿機構(gòu)組成。

8、使b>a，構(gòu)件1、2、3、6便構(gòu)成擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，基本參數(shù)為b/a=。構(gòu)件3、4、5、6構(gòu)成搖桿滑塊機構(gòu)。方案的特點：（1） 是一種平面連桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，能承受較大載荷。（2） 具有急回作用，其行程速比系數(shù)k=(180)/ (180)，而arcsin(1/)。只要正確選擇，即可滿足行程速比系數(shù)k的要求。（3） 滑塊的行程H=2LCDsin(/2), 已經(jīng)確定，因此只需選擇搖桿CD的長度，即可滿足行程H的要求。（4） 曲柄主動，構(gòu)件2和3之間的傳動角始終為90°。搖桿滑塊機構(gòu)中，當(dāng)E點的軌跡位于D點所做圓弧高度的平均線上時，構(gòu)件4與5之間有較大的傳動角。當(dāng)a=110 m

9、m、b=380 mm、LCD=540 mm、 LDE=135 mm時，可得構(gòu)件4與5之間有較大的傳動角min=85.09°，k=1.46，H=312 mm。機構(gòu)橫、縱向尺寸為446.5 mm和 540 mm。可見，此方案加工簡單，占用面積較小，傳力性能好。（5） 工作行程中，能使刨刀的速度比較慢，而且變化平緩，符合切削要求。 圖22 圖2-32 方案II該方案如圖2-3所示。將方案I中的連桿4與滑塊5的轉(zhuǎn)動副變?yōu)橐苿痈?，并將連桿4變?yōu)榛瑝K4，即得方案II，故該方案除具備第一方案的特點以外，因構(gòu)件4與5間的傳動角也始終為90°，所以受力更好，結(jié)構(gòu)也更緊湊。3、方案III此方案

10、（圖2-4）為偏置曲柄滑塊機構(gòu)，機構(gòu)的基本尺寸為a、b、e。方案的特點如下：（1） 是四桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)較前方案簡單。（2） 因極位夾角=arccose/(a+b)-arccose/(b-a)，故具有急回作用，但急回作用不明顯。增大a和e或減少b，均能使k增大到所需值，但增大e或減少b會使滑塊速度變化劇烈，最大速度、加速度和動載荷增加，且使最小傳動角min減小，傳動性能變壞。當(dāng)各構(gòu)件的尺寸滿足k=1.46, H=312 mm,工作行程中最小傳動角為36.9°,空回行程中最小傳動角為28.12°。顯然，此方案傳動角不符合要求，同時，橫向尺寸為縱向的2倍，結(jié)構(gòu)欠勻稱。 圖2-4 圖

11、2-54、方案IV該方案如圖2-5，由兩個四桿機構(gòu)串聯(lián)而成（b<a）。其中，轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)的基本參數(shù)為b/a=，對心曲柄滑塊機構(gòu)的曲柄和連桿長分別為c和L。方案特點如下：（1） 因行程速比系數(shù)k=(180)/ (180)，而arcsin(1/)。只要正確選擇，即可滿足行程速比系數(shù)k的要求。若減少，可使k增大，但將使導(dǎo)桿3的角速度變化劇烈，產(chǎn)生沖擊。（2） 滑塊5的行程H=2c，增大L可增大4與5間的傳動角，并使滑塊5的速度變化平緩。（3） 因曲柄1和導(dǎo)桿3都做整周運動，所以機構(gòu)的橫、縱向運動尺寸較大。另外，構(gòu)建4和5間的最小傳動角一般比方案I、II小。在滿足k=1.46, H=312 mm

12、時的各構(gòu)件尺寸下，機構(gòu)的傳力性能、工作行程中滑塊5的速度變化情況和機構(gòu)的橫、縱向尺寸均不工作行程中滑塊5的速度變化情況和機構(gòu)的橫、縱向尺寸均不如方案I、II好。5、方案V該方案如圖2-6所示，由擺動導(dǎo)桿機構(gòu)和齒輪齒條機構(gòu)組成。方案特點為：(1) 加工齒輪齒條比較復(fù)雜，特別是制造精度高的齒條較困難。(2) 齒輪齒條間為高副接觸，易磨損，磨損后傳動不平穩(wěn)，并將產(chǎn)生噪聲和振動。(3) 導(dǎo)桿做變速往返擺動，特別在空回行程中，導(dǎo)桿角速度有較劇烈的變化，使齒輪機構(gòu)受到很多的慣性沖擊和振動。(4) 需解決扇形齒輪的動平衡問題，否則動載荷增大。由于齒條在較大的沖擊載荷下工作，齒輪很容易產(chǎn)生折斷，所以此方案不理

13、想。 圖2-6 圖2-76、方案VI該方案如圖2-7所示，由凸輪機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)組成。方案特點為：（1） 凸輪機構(gòu)雖可使從動件活動任意的運動規(guī)律，但凸輪制造復(fù)雜，表面硬度要求高，因此加工和熱處理的費用較大。（2） 凸輪與從動動件為高副接觸，只能承受較小載荷，表面磨損較快，磨損后凸輪的輪廓形狀將發(fā)生變化。（3） 由于滑塊的急回運動特性，使凸輪機構(gòu)受到較大的沖擊。（4） 滑塊的行程H 比較大，調(diào)節(jié)比較困難，這必然使凸輪機構(gòu)的壓力角較大。為了減少壓力角，必然增大基圓半徑，從而使凸輪和整個機構(gòu)的尺寸十分龐大。（5） 需要用力封閉或幾何封閉的方法，保持凸輪和從動件始終接觸，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此，該方案不適

14、用于載荷和行程較大的刨床。從以上六個方案比較中可知，為了實現(xiàn)給定的刨刀運動要求，方案II 較好，其次為方案I。三、 牛頭刨床的傳動系統(tǒng)圖2-8 表示牛頭刨床的機構(gòu)簡圖，其傳動部分由電動機經(jīng)V 帶和齒輪傳動，帶動曲柄7和固定在其上的凸輪12。刨床工作時，由導(dǎo)桿機構(gòu)7-8-9-10-11帶動刨刀18做往復(fù)運動。刨頭右行時，刨刀進(jìn)行切削，稱為工作行程；刨頭左行時，刨刀不切削，稱為空回行程。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，凸輪12通過四桿機構(gòu)13-14-15與棘輪帶動螺旋機構(gòu)（圖中未畫），使工作臺連同工件做一次進(jìn)給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。因為刨頭在整個運動循環(huán)中，受力變化較大，會影響主軸的勻速運

15、轉(zhuǎn)，故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質(zhì)量和減小電動機容量。 圖2-8 圖2-9四、 導(dǎo)桿機構(gòu)分析和設(shè)計1、 六桿機構(gòu)的尺寸綜合(1) 確定曲柄和導(dǎo)桿的尺寸根據(jù)行程速比系數(shù)k求出極位夾角，然后根據(jù)已知的Lo2o3用作圖法（或解析法）確定曲柄和導(dǎo)桿的尺寸（精確到0.1 mm），如圖2-9。(2) 確定滑枕導(dǎo)路的位置可根據(jù)傳力的最有力條件來確定，如圖2-9。一般將導(dǎo)路位置置于EF的中點處。2、 導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析（1） 畫機構(gòu)位置圖 根據(jù)前面求得的六桿機構(gòu)各桿尺寸選取比例尺L（m/mm），在1號圖紙上畫出機構(gòu)位置圖，每個同學(xué)按所分配的兩個曲柄位置畫出機構(gòu)的兩個對應(yīng)位置。其中一個位置用粗實

16、線畫出，另一個位置用細(xì)實線畫出。機構(gòu)處于上極限位時，曲柄O2A位置為起始位置，如圖2-3。（2） 用相對運動圖解法求出所分配的兩個位置的速度和加速度首先列出速度、加速度矢量方程，在矢量方程中表明已知量和待求量，適當(dāng)選取速度比例尺v（m.s-1/mm）和加速度比例尺a（m.s-2/mm）,在機構(gòu)位置圖旁畫出速度、加速度多邊形，從而求出各運動副處的速度、加速度和各構(gòu)件的角速度和角加速度。（3） 作導(dǎo)桿機構(gòu)運動線圖 將曲柄回轉(zhuǎn)一周分成12等分，求出滑枕在各位置處的位移sc、速度vc和加速度 ac。以曲柄的轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)，分別以sc、vc和 ac為縱坐標(biāo)作出相應(yīng)的運動線圖（該步需匯集其他同學(xué)在其余位置處

17、的運動分析結(jié)果，完成曲柄回轉(zhuǎn)一周時滑枕在各位置處的運動線圖）。3、 六桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析用圖解法作六桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析的求解內(nèi)容和步驟為：（1） 將六桿機構(gòu)分解為兩個II級桿組和一個原動件。取一定的比例尺繪出桿組和原動件圖，將其畫在機構(gòu)位置所在的1號圖紙上，桿組合原動件的位置和機構(gòu)位置應(yīng)一致。（2） 根據(jù)運動分析求得的數(shù)據(jù)，計算各桿件上所作用的慣性力和慣性力矩，加在桿組中相應(yīng)的構(gòu)件上。對于同時存在慣性力和慣性力矩的構(gòu)件，將慣性力和慣性力矩合成，用一合慣性力來表示。（3） 在桿組上加上所有外力，并將桿組兩個外接運動副的作用力分解成兩個分力，其中一個沿桿的方向，另一個力則垂直桿的方向。根據(jù)桿組

18、靜定條件列出力的平衡矢量方程式。選擇適當(dāng)比例尺F（N/mm）畫出力矢量多邊形，求出各運動副中約束反力的大小和方向，對于移動副，還要求出力的作用點。（4） 確定加在原動件上的平衡力矩Mb。4、 齒輪機構(gòu)設(shè)計（1）根據(jù)運動和結(jié)構(gòu)要求確定各輪齒數(shù)及主要參數(shù)（需用后續(xù)機械設(shè)計中知識，這里可先作為已知條件給出），再確定齒輪傳動的類型，而后選擇變位系數(shù)x1、x2。（2）計算該對齒輪的各部分尺寸（長度尺寸精確到小數(shù)點后1位，齒厚方面的尺寸精確到小數(shù)點后三位），并驗算重合度（a>1.2）和齒頂厚（sa>0.25 m）。（3）繪制齒輪機構(gòu)傳動嚙合圖。選擇長度比例尺，用2號圖紙繪出齒輪嚙合圖。為了清晰

19、起見，所選比例尺應(yīng)使圖上齒高達(dá)到3050 mm。繪出在節(jié)點處嚙合的一對齒輪，對于齒根圓小于基圓的齒輪，其非漸開線部分齒廓用徑向線畫出，徑向線與齒根用半徑為0.2m(模數(shù))的圓弧連接。要求每個齒輪畫出三個完整的輪齒，其中一對齒輪在節(jié)點處嚙合。在圖中標(biāo)出理論嚙合線、實際嚙合線、齒廓實際工作段、嚙合角及齒輪的齒頂圓、分度圓、節(jié)圓、齒根圓、基圓和中心距。5、 凸輪機構(gòu)的設(shè)計(1) 根據(jù)運動和工作要求選擇從動推桿的運動規(guī)律，然后再根據(jù)從動推桿的運動規(guī)律和許用壓力角，確定凸輪機構(gòu)的基圓半徑r0、凸輪回轉(zhuǎn)中心與擺動推桿擺動中心之間的距離a及擺動推桿在初始位置時的擺角0。(2) 根據(jù)從動推桿的運動規(guī)律，繪制凸

20、輪輪廓曲線。在圖中用點劃線畫出凸輪理論輪廓曲線，用粗實線畫出其實際輪廓曲線和從動推桿，并在圖上標(biāo)出凸輪的轉(zhuǎn)向、凸輪的升程運動角0和回程運動角0以及從動桿在最遠(yuǎn)位置停留時凸輪轉(zhuǎn)過的角度01、基圓半徑r0、中心距a、擺動推桿尺寸和起始擺角0。6、 對刨床進(jìn)行動力學(xué)分析(1) 分析刨床工作過程中的速度波動情況；(2) 進(jìn)行飛輪設(shè)計。圖解法求飛輪設(shè)計步驟為： (a) 求等效阻力矩。取曲柄為等效構(gòu)件，不考慮各構(gòu)件的重力，根據(jù)導(dǎo)桿機構(gòu)運動分析中求出的數(shù)據(jù)，采用Mrw1=Frvc關(guān)系式求出曲柄在不同位置時的Mr值，然后選取適當(dāng)?shù)牧乇壤進(jìn)（N.m/mm）和角度比例尺（rad/mm），畫出等效阻力矩Mr=M

21、r()線圖。 (b) 求等效驅(qū)動力矩Md并繪制Md（）線圖。根據(jù)在一個運動周期內(nèi)等效驅(qū)動力矩作的功等于等效阻力矩作的功以及Md=常數(shù)，得： 繪出Md（）線圖。(c) 求最大盈虧功。計算出Md（）和Mr()所圍出的諸塊面積并將面積換算成所表示的功。該功即相應(yīng)區(qū)間的盈功或虧功，在數(shù)值上等于機器動能增減量。做能量指示圖，求最大盈虧功。(d) 計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF 第三章 機械原理課程設(shè)計題目及要求第一節(jié) 插床機構(gòu)一、 機構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)1、 機構(gòu)簡介 插床是一種用于工件內(nèi)表面切削加工的機床。插床主要由齒輪機構(gòu)、導(dǎo)桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等組成，如圖3-1（a）。電動機經(jīng)過齒輪Z1、Z2等減速裝置（齒輪Z1、

22、Z2之前的減速裝置圖中未表示出）帶動導(dǎo)桿機構(gòu)1-2-3-4-5-6，使裝有刀具的滑塊5沿導(dǎo)路y-y完成切削運動和快速退回運動。刀具與工作臺之間的進(jìn)給運動，是由固聯(lián)于軸O2上的凸輪推動擺動從動桿O4D和其他有關(guān)機構(gòu)（圖中未畫出）來完成的。為了縮短空回行程時間，提高生產(chǎn)效率，要求刀具具有急回運動。圖3-1（b）為阻力線圖。(a) (b)圖3-12、 設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)見表3-1。 表3-1 插床設(shè)計數(shù)據(jù)內(nèi)容導(dǎo)桿機構(gòu)的設(shè)計及運動分析齒輪機構(gòu)的設(shè)計符號n1KLBC/Lo3BLo2o3abcHZ1Z2m單位r/min mm(°)mm數(shù)據(jù)602115050501251001340208內(nèi)容凸輪機構(gòu)

23、的設(shè)計符號maxmaxLo4DLo2o40t從動機運動規(guī)律余弦加速上升遠(yuǎn)靜止等加速等減速下降近靜止單位 (°) mm相應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角50°20°60°230°數(shù)據(jù)15451251608010設(shè)計內(nèi)容導(dǎo)桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析及飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定符號G3G5Js3dQ單位NNkg.m2mmN數(shù)據(jù)1603200.1412010001/25二、 設(shè)計內(nèi)容、要求及步驟1、 導(dǎo)桿機構(gòu)的設(shè)計和運動分析（1）已知：行程速比系數(shù)K，滑塊5的沖程H，中心距Lo2o3，比值LBC/Lo3B，各構(gòu)件重心S的位置，曲柄每分鐘轉(zhuǎn)速n1。（見表3-1）（2）要求： （a）根據(jù)表中

24、給定的條件設(shè)計導(dǎo)桿機構(gòu)； （b）作機構(gòu)2個位置的速度多邊形和加速度多邊形， （c）繪出滑塊的運動線圖。 以上內(nèi)容和與后面動態(tài)靜力分析一起畫在1號圖紙上。 （d）整理設(shè)計說明書。（3）設(shè)計步驟和設(shè)計方法 （a）連桿機構(gòu)的設(shè)計：按已知條件確定導(dǎo)桿機構(gòu)的各未知參數(shù)，其中滑塊5的導(dǎo)路y-y的位置可根據(jù)連桿4傳力給滑塊5的最有利條件來確定，即傳動角接近90°或壓力角接近0°這一原則確定。 （b）作機構(gòu)運動簡圖：選取長度比例尺L（m/mm）（推薦比例L=1.5mm/mm），作出所分配的兩個位置的機構(gòu)運動簡圖，其中一個用粗實線繪出。繪圖時，以滑塊5在上極限時所對應(yīng)的曲柄位置位置作為曲柄的

25、起始位置1，沿曲柄的轉(zhuǎn)動方向?qū)點的軌跡圓等分為12份得1，2，3，.，12。另外再補充作出滑塊5在下極限時及開始切削和終止切削時所對應(yīng)的三個位置9，1和8。如圖3-2。 （c）定出與12個分點相對應(yīng)的C點位置。將C點到上極限位置的距離作為滑塊的位移Sc。選取位移比例尺s（m/mm）和時間比例尺t（s/mm），繪制滑塊的位移線圖Sc-t。為了能直接從機構(gòu)運動簡圖上量取滑塊位移，建議取s=L。（d）選取速度比例尺v（m.s-1/mm）和加速度比例尺a（m.s-2/mm），（推薦比例尺為v=0.005 m.s-1/mm ，a=0.05 m.s-2/mm）用相對運動圖解法繪制機構(gòu)的兩個給定位置的速度

26、多邊形和加速度多邊形，并將結(jié)果連同本組同學(xué)的結(jié)果一起列入表3-2中，構(gòu)成完整數(shù)組后，繪制Vc-t線圖及ac-t線圖。 （e）整理設(shè)計說明書，其中包括：導(dǎo)桿機構(gòu)的設(shè)計過程及計算結(jié)果；以一個位置為例，說明相對運動圖解法求機構(gòu)速度和加速度的過程，并將機構(gòu)在一個運動循環(huán)中的各運動參數(shù)填入表3-2中。圖3-2表3-2 導(dǎo)桿機構(gòu)各位置速度和加速度位置 項目1VA2VA3A2VA3VCBVCVS33(大小/方向aA2aA3A2KaA3naA3TaCBnaCaS3（大小/方向Sc11234567889101112單位s-1 m.s-1s-1m.s-2s-2mm2、 導(dǎo)桿機構(gòu)動態(tài)靜力分析（1） 已知：各構(gòu)件的重

27、量G及其對重心軸的轉(zhuǎn)動慣量Js（曲柄1、滑塊2、連桿4的重量和轉(zhuǎn)動慣量略去不計），阻力線圖（圖3-1（b），以及已在運動分析中得出的機構(gòu)尺寸、速度和加速度。（2） 要求：（a） 按分配的第一個位置，用力多邊形法求各運動副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。（b） 作圖部分亦畫在運動分析的1號圖紙上。（c） 整理說明書。（3） 設(shè)計步驟和方法（a） 選擇力比例尺F（N/mm）（b） 將六桿機構(gòu)分解為兩個II級桿組和一個原動件。取一定的比例尺繪出桿組和原動件圖，將其畫在機構(gòu)位置所在的1號圖紙上，桿組和原動件的位置與機構(gòu)位置應(yīng)一致。（c） 根據(jù)運動分析求得的數(shù)據(jù)，計算各桿件上所作用的慣性力和慣性力矩，

28、加在桿組中相應(yīng)的構(gòu)件上。對于同時存在慣性力和慣性力矩的構(gòu)件，將慣性力和慣性力矩合成，用一合慣性力來表示。（d） 在桿組上加上所有外力，并將桿組兩個外接運動副的作用力分解成兩個分力，其中一個沿桿的方向，另一個力則垂直桿的方向。根據(jù)桿組靜定條件列出力的平衡矢量方程式。根據(jù)選擇的力比例尺畫出力矢量多邊形，求出各運動副中約束反力的大小和方向。繪制力多邊形時，對于無法作圖表示的微小力可以忽略不計。反力R65除了計其大小外，還應(yīng)確定其作用線到C點的距離e。 （e） 確定加在原動件上的平衡力矩Mb。（f） 整理設(shè)計說明書，包括：已知條件和要求；比例尺的選擇；Pi、Mi的計算過程；說明動態(tài)靜力分析過程，寫出所

29、有計算式和矢量平衡方程式。3、 凸輪機構(gòu)設(shè)計（1） 已知：從動桿最大擺角max，需用壓力角max，從動桿長度Lo4D，基圓半徑0，滾子半徑t，凸輪與從動桿回轉(zhuǎn)中心距離Lo2o4，從動桿運動規(guī)律與相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角（見表3-1），凸輪與曲柄共軸。（2） 要求：（a） 按給定條件在2號圖紙上繪制從動件運動線圖及凸輪的實際廓線。（b） 從動桿運動規(guī)律及凸輪每轉(zhuǎn)5°對應(yīng)從動桿擺動角度均以表格形式在圖上表示出來。（c） 整理設(shè)計說明書。（3） 設(shè)計步驟和方法（a） 選取從動桿擺角比例尺及凸輪轉(zhuǎn)角比例尺，繪制從動桿運動線圖-曲線；（b） 用反轉(zhuǎn)法求出凸輪理論輪廓；（c） 按給定的滾子半徑t繪制實際廓

30、線。（d） 檢驗實際壓力角是否超過許用值。（e） 整理設(shè)計說明書，包括：已知條件和設(shè)計要求；運動線圖比例尺的選擇。4、 齒輪機構(gòu)設(shè)計（1）已知：齒輪Z1 、Z2，模數(shù)m，分度圓壓力角，正常齒制，工作情況為開式傳動，齒輪Z2與曲柄共軸。數(shù)據(jù)見表3-1（2）要求： （a）選擇變位系數(shù)(b) 計算該對齒輪傳動的各部分尺寸，(c) 以3號圖紙繪制齒輪嚙合圖,整理設(shè)計說明書。（3）設(shè)計步驟和方法（a）選擇變位系數(shù)；（b）計算該對齒輪的各部分尺寸（長度尺寸精確到小數(shù)點后1位，齒厚方面的尺寸精確到小數(shù)點后三位），并驗算重合度（a>1.2）和齒頂厚（sa>0.25 m）。（c）繪制齒輪機構(gòu)傳動嚙合

31、圖。選擇長度比例尺，用3號圖紙繪出齒輪嚙合圖。為了清晰起見，所選比例尺應(yīng)使圖上齒高達(dá)到3050 mm。繪出在節(jié)點處嚙合的一對齒輪，對于齒根圓小于基圓的齒輪，其非漸開線部分齒廓用徑向線畫出，徑向線與齒根用半徑為0.2m(模數(shù))的圓弧連接。要求每個齒輪畫出三個完整的輪齒，其中一對齒輪在節(jié)點處嚙合。（d）在圖中標(biāo)出理論嚙合線、實際嚙合線、齒廓實際工作段、嚙合角及齒輪的齒頂圓、分度圓、節(jié)圓、齒根圓、基圓和中心距。（e）整理設(shè)計說明書，包括：已知條件和設(shè)計要求，變位系數(shù)的選擇，齒輪的各部分尺寸（列表示出），驗算重合度（a>1.2）和齒頂厚（sa>0.25 m）是否在允許范圍內(nèi)。第二節(jié) 牛頭刨

32、床刨刀的往復(fù)運動機構(gòu)一、 機構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)(1) 機構(gòu)簡介牛頭刨床是一種常用于進(jìn)行平面切削加工的機床，如圖3-3（a）所示。其傳動部分由電動機經(jīng)V 帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固定在其上的凸輪8。刨床工作時，由導(dǎo)桿機構(gòu)2-3-4-5-6帶動刨頭6和刨刀7做往復(fù)運動。刨頭6右行時，刨刀進(jìn)行切削，稱為工作行程；刨頭左行時，刨刀不切削，稱為空回行程，此時要求速度較高，以節(jié)省時間提高生產(chǎn)率。為此刨床采用有急回作用的導(dǎo)桿機構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機構(gòu)1-9-10-11與棘輪帶動螺旋機構(gòu)（圖中未畫），使工作臺連同工件做一次進(jìn)給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作行程中，受到很

33、大切削阻力（在切削前后有一段約0.05H的空刀距離），如圖3-3（b），而在空回行程時，則沒有切削阻力。因此，刨頭在整個運動循環(huán)中，受力變化較大，會影響主軸的勻速運轉(zhuǎn)，故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質(zhì)量和減小電動機容量(a)圖3-3(2) 設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)見表3-3表3-3 牛頭刨床刨刀的往復(fù)運動機構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)內(nèi)容導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析符號n2Lo2o4Lo2ALo4BLBCLo4S4xs6ys6單位r/min mm方案603801105400.25 Lo4B0.5 Lo4B24050內(nèi)容導(dǎo)桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析齒輪機構(gòu)的設(shè)計符號G4G6PyPJs4mi12Lo1o2單位Nmmkg.m2

34、mmmm方案2007007000801.162.5150內(nèi)容凸輪機構(gòu)設(shè)計符號maxmaxLo9DLo2o90t從動件運動規(guī)律余弦加速上升遠(yuǎn)休止等加速等減速下降近靜止單位 （°） mm（°）方案15401251608010相應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角751075200二、設(shè)計內(nèi)容、要求及步驟1、 導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析（1） 已知：曲柄的每分鐘轉(zhuǎn)速n2，各構(gòu)件尺寸，重心位置，刨頭移動導(dǎo)路x-x位于導(dǎo)桿端點B所作圓弧高度的平均線上。（如圖3-4） 圖3-4（2） 要求：（a） 根據(jù)給定的已知條件設(shè)計導(dǎo)桿機構(gòu)；（b） 作機構(gòu)2個位置的速度多邊形和加速度多邊形，（c） 作滑塊的運動線圖。以上內(nèi)容與后面

35、動態(tài)靜力分析一起畫在1號圖紙上。整理設(shè)計說明書。（3） 設(shè)計計算步驟和方法 （a）作機構(gòu)運動簡圖：選取長度比例尺L（m/mm），作出所分配的兩個位置的機構(gòu)運動簡圖，其中一個用粗實線繪出。繪圖時，曲柄位置圖的作法為：取1和8為行程起點（滑塊的左極限位）和終點（滑塊的右極限位）所對應(yīng)的曲柄位置，其余2、3、12由位置1起順2方向?qū)⑶鷪A周作12等分的位置; 切削開始和終止所對應(yīng)的曲柄位置為1和7,共有15個位置。 （b）作速度和加速度多邊形：選取速度比例尺v（m.s-1/mm）和加速度比例尺a（m.s-2/mm），用相對運動圖解法繪制機構(gòu)的兩個給定位置的速度多邊形和加速度多邊形，其中導(dǎo)桿4的重心加

36、速度用影像原理在圖上標(biāo)出，將所得結(jié)果填入表3-4中。（c）作滑塊6的運動線圖：按曲柄各位置定出與之相對應(yīng)的C點位置。將C點的工作行程起點為起始位置，量出其相應(yīng)位移。選取位移比例尺s（m/mm）和時間比例尺t（s/mm），繪制滑塊的位移線圖Sc-t。為了能直接從機構(gòu)運動簡圖上量取滑塊位移，建議取s=L。（d）匯集同組同學(xué)用相對運動圖解法所求得的各位置的滑塊速度Vc和加速度ac列入表3-4中，構(gòu)成完整數(shù)組后，繪制Vc-t線圖及ac-t線圖。（e）整理設(shè)計說明書，其中包括：導(dǎo)桿機構(gòu)的設(shè)計過程及計算結(jié)果；以一個位置為例，說明相對運動圖解法求機構(gòu)速度和加速度的過程。 表3-4 滑塊各位置的速度和加速度位

37、置角度vB(m.s-1)aB(m.s-2)vA3A4(m.s-1)aA3A4k(m.s-2)vC(m.s-1)aC(m.s-2)vs4(m.s-1)aS4(m.s-2)4(s-1)4(s-2)大小方向5rad.s-15s-2大小方向1012.122、 對導(dǎo)桿機構(gòu)進(jìn)行動態(tài)靜力分析（1） 已知：各構(gòu)件的重量G（曲柄2、滑塊3和連桿5的重量都可忽略不計），導(dǎo)桿4繞重心的轉(zhuǎn)動慣量Js4與切削力P的變化規(guī)律。（2） 要求：按所分配的一個位置，用力多邊形求各運動副反力及應(yīng)加于曲柄上的平衡力矩。作圖部分畫在運動分析圖樣上，整理設(shè)計說明書。（3） 設(shè)計計算步驟和方法：（a） 在機構(gòu)圖上作出切削力曲線；（b） 按指定的位置，計算導(dǎo)桿和刨頭的慣性力和慣性力矩，并將導(dǎo)桿4的慣性力PI4和慣性力矩MI4合為一個力，求出該力至重心的距離Lh.（c） 將機構(gòu)分解為桿組，畫桿組的示力體圖，