東北林業(yè)大學機械原理課程設計指導書

-PAGE.z.機械原理課程設計指導書東北林業(yè)大學機電工程學院一、概述1課程設計的目的機械原理課程設計是《機械原理》課程的一個重要教學環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的一個重要手段。通過此設計使學生鞏固和加深所學理論知識，培養(yǎng)學生獨立解決與本課程相關的工程實際問題的能力，使學生對現(xiàn)有機械的分析和設計方法有一個比較完整的概念，并進一步提高計算和制圖能力。2機構簡介、作業(yè)內容及工作量機構簡介圖1所示六桿機構是壓床中的主體機構，電動機經過聯(lián)軸器帶動減速器，進而將轉速降低，然后再帶動圖1所示六桿機構中的曲柄1轉動，從而使滑塊5克服阻力而運動。在曲柄軸的另一端裝有供潤滑連桿機構各運動副用的油泵機構的凸輪。2）作業(yè)內容=1\*GB3①對壓床的連桿機構進行運動分析；=2\*GB3②設計凸輪機構。要求學生在一周內完成1號圖紙一張，2號圖紙一張，并應附有相應的計算說明書。圖1連桿機構簡圖設計題目數(shù)據(jù)如表1所示：作業(yè)內容連桿機構的運動分析符號*1*2yψ＇ψ″LABLBCLDELCDLEFn單位mmmmmm度度mmmmmmmmmm轉/分數(shù)據(jù)70200315601207032022515060100二、平面連桿機構的運動分析已知：*1=0.07m，*2=0.2m，y=0.315m，LAB=0.07m，LBC=0.32m，LDE=0.225m，LCD=0.15m，LEF=0.06m，n=100轉/分。要求：做機構運動簡圖（至少六個位置，其中一個位置用粗實線繪出）用相對運動圖解法求滑塊在各個位置的時的速度VF和加速度a，作滑塊的位移，速度和加速度線圖。并繪制在1號圖紙上。作圖步驟：作機構運動簡圖，具體做法：選取長度比例尺μL，例如取μL=0.004m/mm，然后由各機構的實際長度（單位用m）算出相應的圖示長度（單位用mm）如下：AB=17.5mm,,BC=80mm,DE=56.25mm,CD=37.5mm,EF=15mm,*1=*2=50mm,,y=2）做出已知固定點A、D和固定導路y-y。3）從含有主動件1的第一個四桿機構6-1-6-2-3-6開始，應用拆桿組法，確定B1點。這里補充說明一下說明書中曲柄位置的做法為：取滑塊在下極限位置時（此時搖桿3與y軸夾角為ψ’）所對應的曲柄位置為起始位置1，按曲柄轉向，將曲柄圓周八等分，得八個位置，另外再補充做出當滑塊在上極限時的一個位置4’而學生設計計算的初始位置由教師按照**來指定，并以此為初始位置確定其余位置。4）第一個四桿機構AB1C1D的位置確定后E的位置也隨之確定，對第二個四桿機構6-3-4-5-6，可將DE1看作主動件，應用拆桿組法，定出F15）同理，可作出其余各位置的機構運動簡圖，此時把C處的運動副拆開，先定出Ei的位置較為方便。然后再定出Fi點的位置。2．速度分析由圖不難看出，該六桿機構可分為兩個四桿機構來研究，即由構件6-1-2-3-6組成的曲柄搖桿機構和由構件6-3-4-5-6組成的搖桿滑塊機構。解題時由原動件1開始，先解=2\*ROMANII級桿組2，3。再解=2\*ROMANII級桿組4，5。這里我們取機構在2位置時舉例說明其速度分析方法。1）B點速度VB=LABω1=0.07*（2π/60）*100=0.73m/s如圖，取任一點P做(=36.5mm)代表VB大小，其方向垂直于AB而指向與ω一致。故速度比例尺μV=VB/Pb=0.73/36.5=0.02m/s/mm。即圖紙上1mm長度代表0.02m/s的速度。C點速度應用相對速度原理，由構件2上B，C兩點得：VC=VB+VCB 方向⊥CD⊥AB⊥BC大??？0.73m/s？由于該向量方程式只包含兩個未知數(shù)，故可用圖解法求出Vc和VCB的大小。具體做法如下:=1\*GB3①過b點作VCB的方向線,它垂直于BC。=2\*GB3②過p點作Vc的方向線,它垂直于CD。=3\*GB3③線段與相交于C點，則線段及即分別代表所求的Vcb及Vc3)E點速度可由速度影像法求得。因同一構件3上C，D，E在同一直線上，故其速度影像pce也應在同一直線上，且CD:CE=pc:ce，按比例作圖。如圖所示，則向量即代表速度Ve4）F點速度應用相對速度原理，由構件4上EF兩點得=+方向∥yy√⊥EF大小"√"同理，因該向量方程式只包含三個未知數(shù)，故可用圖解法求得，具體做法=1\*GB3①過e點作的方向線，它垂直于EF。=2\*GB3②過P作的方向線，它平行于yy。=3\*GB3③和相交于f點，則線段即代表，其大小為VF=μv（pf）=0.02*59=1.18m/s機構在其余各位置時，F(xiàn)點速度大小和方向，可用上述分析方法用圖解法求得如圖所示。3．加速度分析亦取機構在2位置時舉例說明其加速度分析方法。B點加速度主動件AB以等速回轉，故B點僅有法向加速度，其大小為==ω2=0.07(2π/60*100)2=7.57m/s2其方向從B點指向A點C點加速度應用相對加速度原理，又構件2上的兩點等+==++方向C→D⊥CDB→AC→B⊥CB大小√"√√"式中=2/=（（pc））2/=(0.02×37)2/0.15=3.65m/s2，方向由C指向D=2/=((bc))2∕=(0.02×7)2∕0.32=0.06m/s2，方向由C指向B==7.57m/s2,由于該向量方程式只包含兩個未知數(shù)，故可用圖解法求得,具體做法如下：=1\*GB3①選取適當?shù)募铀俣缺壤擀蘟=0.2m/s2/mm即圖紙上1mm長度代表0.2m/s2加速度。=2\*GB3②在圖紙上任選一點π出發(fā)作向量πb，它代表加速度，其方向與BA平行且由B指向A，大小πb=∕a=7.57∕0.2=37.85mm.=3\*GB3③過b點作向量bc,它代表加速度，其方向與CB平行且由C指向B,大小bc’=∕=0.06/0.2=0.3mm.=4\*GB3④過C′作向量C′C，它代表加速度，其方向應垂直于CB， 大小則為未知。=5\*GB3⑤由π點作向量πC′′，它代表加速度，方向與CD平行且由C指向D，大小πc′′=∕=36.5/0.2=18.25mm.=6\*GB3⑥過C′′點作向量C′′C，它代表加速度，方向應垂直于CD，大小則為未知。=7\*GB3⑦線段C′C與C′′C相交于C點，則向量即為欲求的，=μa×πC=0.2×23=4.6m/=8\*GB3⑧E點加速度與求E點加速度相似，應用加速度影象法求，如圖所示作直線πce，且使CD:CE=πc:ce，則向量即代表．4）F點加速度應用相對加速度原理，由構件4上E、F兩點得=++方向∥yy√F→E⊥FE大小？√√"上列向量方程式只包含兩個未知數(shù)，故可由圖解法求得，具體作法如下=1\*GB3①過e點作向量ef′，它代表加速度===0.24mm，方向由F指向E．=2\*GB3②過f′點作向量f′f它代表加速度，大小未知．方向垂直FE．=3\*GB3③過π點作向量πf，它代表加速度，大小未知，方向平行于導路yy．=4\*GB3④f′f與πf相交與f點，則向量即為欲求的，=μπf=0.2×12.5=2.5m/同理，可求得機構在其余各位置時的大小和如圖所示。4．作滑塊運動線圖1）滑塊F點位移對時間的變化曲線=1\*GB3①根據(jù)圖紙的大小，取時間比例尺和位移比例尺各為μt=60/nL==0.0095s/mmμs＇=0.005m/mm，μS=0.002m/mm=2\*GB3②作兩個坐標軸，在橫軸上取L=64mm(=T/μt),并與曲柄位置相應將其分為八等分作縱坐標．=3\*GB3③以滑塊在位置Ｉ時為起點,量取曲柄在各位置時，滑塊上點F在其起始位置F1的相應位移F1F2，F(xiàn)1F3……。=4\*GB3④將量得的位移經過變換得=，然后在相應縱坐標上截取各點。=5\*GB3⑤將所得各點連成一光滑曲線，此即為滑塊上F點位移相對時間的變化曲線。2)滑快上F點的速度和加速度對時間的變化曲線=1\*GB3①根據(jù)圖紙大小選擇適當?shù)谋壤?，取μV＇=0.05μa＇=0.5同上取μt=0.0095s/mm，在橫坐標上取L=64mm并與曲柄位置相應將其分為八等分作縱坐標。=2\*GB3②在速度多邊形和加速度多邊形上量取機構在各位置時F點的速度和加速度，μF及aF各為μFi=μV·pfi，ai=μa·πfi得V=0.02×0=0V=0.02×31=62m/sV=0.02×59=1.18m/sV=0.02×42=0.84m/sV=0.02×7=0.14m/sV=0.02×42=0.84m/sV=0.02×54=1.08m/sV=0.02×32=0.64m/sa=0.2×40=8.2m/sa=0.2×43=8.6m/sa=0.2×12.5=2.5m/sa=0.2×47=9.4m/sa=0.2×63=12.6m/sa=0.2×39=7.8m/sa=0.2×2=0.4m/sa=0.4×40=8m/s=3\*GB3③將所得各位置時的V和a各除以μV＇和μa＇，然后在相應的縱坐標上截取各點。=4\*GB3④將縱坐標上所得各點的速度和加速度各連成一條光滑曲線，此即為滑塊上F點的速度和加速度對時間的變化曲線。注：由于機構4＇與位置5非常接近，加速度a分析從略。三、凸輪機構設計1.已知：偏置直動滾子從動件盤形凸輪中升程h＝28mm，偏距e＝12mm，基圓半徑r＝30mm，滾子半徑r＝10mm，[α]＝30°，從動件運動規(guī)律：凸輪轉過60°時，從動件以余弦加速度運動規(guī)律上升，其后轉過30°從動件保持不動，再轉過60°時，從動件以余弦加速度運動規(guī)律返回原處，其后又轉過230°從動件保持不動。凸輪與曲柄共軸以逆時針回轉。2.要求：設計該凸輪的輪廓曲線，繪在2號圖紙上；校驗最大壓力角是否在允許范圍內。如果不滿足要求，請?zhí)岢龈倪M措施。3.解題步驟：1）作S－ψ位移線圖=1\*GB3①取比例尺μ＝0.001m/mm角位移比例尺＝4°/mm=2\*GB3②將橫坐標在0°－60°范圍內等分6份，得分點1、2、…6，在90°－150°的范圍內亦等分6份得分點7、8…13，在60°－90°與160°－320°范圍內不必等分。=3\*GB3③根據(jù)題意，0°－60°與90°－150°區(qū)間按余弦加速度運動規(guī)律用圖解法作S－ψ位移曲線，如圖2所示。圖2運動線圖