机械原理上机与课设指导书

1、机械原理上机实验与课程设计指导书中国矿业大学机电工程学院机械基础与CAD中心二O O五年三月一、 课程上机实验的目的与要求为了运用计算机开展平面机构的尺寸综合；对平面机构在一个周期之内的位移、速度与加速度进行分析；对平面机构进行受力分析与速度波动调节的计算，巩固对机构设计和分析的方法，加强对所学理论的理解，培养对实际机构问题的运动与受力分析的能力，培养编程能力与程序调试能力，体验计算机在机械设计工作中的重要作用。上机实验的基本要求为：1、分析实验题目所确定的工作，选择适宜的运动与动力分析方法，建立起运动与动力分析的函数关系。2、将机构运动分析的杆组法和结构尺寸设计的函数式转化为计算机程序，注意

2、程序的逻辑性、可读性、完整性。3、认真输入程序、调试程序。4、提交上机实验报告，包括题目、原始数据、分析公式与设计公式、结果数表、曲线或图形，以及源程序。5、每5人做一个题目，每人一组原始数据。二、 实验题目1、教师布置的习题作业；2、型近似恒速比机构；3、型近似恒速比机构；4、型近似恒速比机构；5、一类从动件在两极限位置具有直到三阶停歇机构；6、冲压机机构；7、牛头刨机构。三、 机械原理课程设计的目的与任务机械设计工程学课程设计的目的在于对所学理论知识的理解，即掌握机构位移分析、速度分析、加速度分析、运动副支反力分析、盈亏功计算以及飞轮设计的图解方法。通过以上工作，培养独立解决实际问题的能力

3、，了解机构设计的一般方法。四、 机械原理课程设计基本要求 1、选择长度比例尺1（mm/mm），画出机构在所分析位置的机构运动简图；2、确定从动件的极限位置，工作阻力或工作阻力力矩的作用区间；3、选择速度比例尺v1（m·s-1/mm），用速度矢量方程与作图速度多边形，求出非已知运动机构件的速度或角速度；4、选择加速度比例尺a1（m·s-2/mm），用加速度矢量方程与作图得加速度多边形，求出非已知加速度构件的加速度或角加速度；5、选择力比例尺F（N/mm），列出杆组成或构件的力平衡方程，画出力多边形，求出支反力、平衡力或平衡力矩；6、选择速度比例尺v2、角度比例尺1（°

4、;/mm），汇总其他同学的数据，画出从动件关于主动件位置的速度曲线；7、选择加速度比例尺a2或2，汇总其他同学的加速度数据，画出从动件关于主动件的加速度或角速度曲线；8、选择长度比例尺2或角位移比例尺2，汇总其他同学的位移数据，画出从动件关于主动件的位移或角位移曲线。为了节省图面，位移、速度和加速度曲线可画在同一个坐标系里；9、汇总其他同学的平衡力矩、等效阻力矩数据，选择力矩比例尺M（N·m/mm），画出平衡力矩及其均值、等效阻力矩及其均值关于主动件位移的曲线；10、汇总其他同学的等效转动惯量的数据，选择等效转动惯量比例尺J（Kg·m2/mm），画出等效转动惯量及其均值关于

5、主动件位移的曲线。（110项工作做在图纸上）11、飞轮设计；12、整理、编写计算说明书。（11、12项工作做在说明书上）以上工作中，图纸上要求作图准确，布置匀称，线条、尺寸标注和图纸大小应符合国家标准，标题栏应优选图标的格式与尺寸。说明书中要求步骤清楚，叙述简明，文句顺畅，字迹工整，符号清晰。五、 课程设计题目1、型近似恒速比机构；2、型近似恒速比机构；3、型近似恒速比机构；4、一类从动件在两极限位置具有直到三阶停歇机构；5、冲压机机构；6、牛头刨机构。六、 上机实验设备与课程设计工具1、 P及以上微机（配置打印机）；2、 PVB6.0软件系统；3、 程序清单、参考文献、笔、稿纸等；4、 1号

6、图板、丁字尺及绘图仪器等。七、 上机实验与课程设计原理及设计参数（见后）参 考 文 献1 王洪欣等. 机械设计工程学I. 徐州: 中国矿业大学出版社, 20012 唐大放等. 机械设计工程学II. 徐州: 中国矿业大学出版社, 20013 孙桓等. 机械原理. 北京: 高等教育出版社, 19984 王知行. VB程序设计教程. 苏州: 苏州大学出版社, 20025 邹慧君. 机械原理课程设计手册. 北京: 高等教育出版社, 1998“机械原理”上机及课程设计任务书 一I型近似恒速比机构图11）设计参数： d1 = A0B0 ，a1 = B0B1, d2 = B0C0 , a2 = B0B2 k

7、1 = d1 / a1，k2 = a2 / d2 当从动件半摆角0已知时，k2为 0d1d2J1J3J5m2m4110.1750.0420.0954 d13.2 d14.1 d10.48 d10.62 d1180.0220.2090.0450.1125 d12.9 d14.5 d10.51 d10.64d1240.0230.2620.0540.1286 d13.8 d15.2 d10.53 d10.68 d1300.0240.3140.0580.1656.5 d14.2 d15.5 d10.55 d10.71 d1340.0250.3660.0720.2055.8 d14.5 d15.6 d1

8、0.58 d10.74d1420.02radmKG.m2KGrad/s2）输出项目 求当原动件运动一个周期，其余构件的运动规律二II型近似恒速比机构图21） 设计参数设从动件半摆角为b，输入与输出轴距为已知，则设计参数分别为：机构从动件处于两极限位置时，主动件的两个角位置分别为：bd2SJ1J3J5m2m4110.2790.1550.0550.45 b1.86 b0.85 b74 b85 b220.0220.3140.1950.0650.52 b1.88b0.92 b76 b88 b240.0230.3490.2050.0720.56 b1.92 b0.98 b78 b89 b300.0240

9、.3840.2450.0840.62 b1.98 b1.15 b 80 b92 b320.0250.4190.2850.0960.65 b2.15 b1.25 b84 b94b350.02radmKG.m2KGrad/s2） 输出项目求当原动件运动一个周期，其余构件的运动规律三III型近似恒速比机构 图31） 设计参数 半摆角 aHm2m4m5J1J3110.0850.128100H 135H600H0.55H3.1H220.0220.0920.136125H165H615H0.58H3.2H260.0230.1120.154145H190H635H0.61H3.4H280.0240.1250

10、.185185H225H650H0.62H3.6H350.0250.1450.215205H260H680H0.64H3.8H450.02mKG KG.m2rad/s2） 输出项目求当原动件运动一个周期，其余构件的运动规律四一类从动件在两极限位置具有直到三阶停歇机构 图41） 设计参数 从动件半摆角bO3O5=L2 , O3O1=L1bL1L2J1J3J5m2m4110.3490.0720.0860.2 L10.65 L20.45 L2200 L1300 L2250.0220.4190.0820.0980.2 2L10.75 L20.50 L2205 L1315 L2260.0230.4890

11、.0950.0950.2 4L10.85 L20.55 L2215 L1335 L2300.0240.5590.1050.1150.30 L10.90 L20.58L2230 L1350 L2350.0250.6150.1080.1250.34 L10.92 L20.62 L2240 L1355 L2450.02radmKG.m2KGrad/s2） 输出项目求当原动件运动一个周期，其余构件的运动规律五冲压机机构图51） 设计参数从动件行程为H，连杆4的杆长为C0O3到C点轨迹的垂直距离为b，O1O3=d摆杆3的杆长b0=k.b，其半摆角0为曲柄1的杆长a为bHC0dm2m5J1J31k10.1

12、850.250.1550.61590H800H0.08H0.315H251.150.0220.2850.350.2580.78585H750H0.07H0.3H281.00.0230.380.450.3251.10578H700H0.065H0.28H340.950.0240.420.480.421.3565H650H0.06H0.26H400.850.0250.520.580.511.4550H600H0.055H0.21H450.750.02mKGKG.m2rad/s2） 输出项目求当原动件运动一个周期，其余构件的运动规律六牛头刨床机构图61） 设计参数O1O3=d ，O1A= a，O3B

13、=b，BC=c，O3S3=bS3当从动件5处于左、右极限位置时，原动件对应的角度位置为：dH0abcbS3XS5YS5YFm3m5JS3110.380.5280.1150.540.4b0.45b0.250.050.09281001.251.20.0220.360.5100.1050.520.4b0.5b0.240.050.0825951.211.40.0230.340.4880.1000.500.4b0. 5b0.230.050.0723901.181.60.0240.420.6350.1250.650.5b0.42b0.380.080.18381301.381.80.0250.440.730

14、0.1300.750.5b0.43b0.360.100.20481501.482.00.02mKGKGm21/s2） 输出项目求当原动件运动一个周期，其余构件的运动规律附录：级机构的杆组分析法通用子程序随着电子计算机的普及，用解析法对机构进行运动分析得到越来越广泛的应用。解析法中有矢量方程解析、复数矢量、杆组分析、矩阵运算等方法。本附录采用杆组分析的方法，设计通用的级杆组子程序，可对一般的级机构进行运动分析。 1. 单杆运动分析子程序单杆的运动分析，通常是已知构件三角形P1P2P3的边长l、r夹角以及构件上某基点P1的运动参数x1，y1，x 1，y 1，x1，y1和构件绕基点转动的运动参数，

15、，要求确定构件上点P2和P3的运动参数。显然，由图1可得下列关系式：x2=x1+lcos， y2=y1+lsinx 2=x 1-lsin ， y 2=y 1+lcos x2=x1-lsin-lcos 2, y2=y1+lcos-lsin 2x3=x1+rcos(+)， y3=y1+rsin(+)x 3=x 1-(y3-y1) ， y 3=y 1+(x3-x1) x3=x1-(y3-y1)-(x3-x1) 2, y3=y1+(x3-x1)-(y3-y1) 2由以上各式可设计出单杆运动分析子程序（见程序单）。 图1 2. RRR杆组运动分析子程序图2所示RRR级杆组中，杆长l1，l2及两外接转动副

16、中心P1，P2的坐标、速度、加速度分量为x1，x 1，x1，y1，y 1，y1，x2，x 2，x2，y2，y 2，y2，要求确定两杆的角度、角速度和角加速度1， 1，1，2，2，2。 1) 位置分析 将已知P1P2两点的坐标差表示为： u=x2-x1，v=y2-y1 (1) 杆l1及l2投影方程式为： l1cos1-l2cos2=u l1sin1-l2sin2=v (2) 消去1得：vsin2+ucos2+c=0 (3)其中：c=(u2+v2+l22-l12)/2l2 解式(3)可得：tan(2/2)=(v±)/(u-c) (4) 图2式中+号和-号分别对应图2中m=+1和m=-1两

17、位置。由式(2)可得： tan1=(v+l2sin2)/(u+l2cos2) (5) 2) 速度分析 对式(2)求导一次得：A11+A32=u，A21+A42=v (6)其中：A1=-l1sin1，A2=l1cos1，A3=l3sin2，A4=-l2cos2 解式(6)可得：1=1=(A4u-A3v)/D，2=2=(A1v-A2u)/D (7)其中：D=A1A4-A2A3=l1l2sin(1-2) 3) 加速度分析 对式(6)求导一次得：A11+A32=E，A21+A42=F (8)其中：E=u+A212+A422，F=v-A112-A322 解式(8)可得：1=1=(A4E-A3F)/D，2

18、=2=(A1F-A2E)/D (9)由上述式子可设计出RRR杆组运动分析子程序（见程序单）。 3. RRP杆组运动分析子程序图3所示RRP级杆组中，已知杆长l1及两外接点P1，P2的运动和移动副轴线P2P3的方向角变量（2，2，2）， P2点为以移动副与构件2相连的构件上运动已知的牵连点，要求确定运动变量l2，1，l2，1，l2，1。 1) 位置分析 由于2已知，l2待求，将式(2)消去1可得： l22+2(ucos2+vsin2)l2+(u2+v2-l12)=0 由此解得： l2=-(ucos2+vsin2)± (10)式中+号用于转动副中心P3处在P2H线段之外（图3中m=+1的

19、位置），-号用于P3处在P2H线段之内（图3中m=-1的位置）。1由式(5)而定。 2) 速度分析对式(2)求导一次得： 图3 A11+A5l2=G，A21+A6l2 =H (11)其中：A1，A2同前，A5=-cos2，A6=-sin2，G=u+l2A62，H=v-l2A52解式(11)可得：1=1=(A6G-A5H)/D8，l2=(A1H-A2G)/D8 (12)其中：D8=A1A6-A2A5=l1cos(1-2) 3) 加速度分析 对式(11)求导一次得：A11+A5 l2=E1，A21+A6 l2=F1 (13)其中：E1=u+A212+2A6l22+l2A522+l2A62 F1=v

20、-A112-2A5l22+l2A622-l2A52 解式(13)可得：1=1=(A6E1-A5F1)/D8，l2=(A1F1-A2E1)/D8 (14)由上述式子可设计出RRR杆组运动分析子程序（见程序单）。4. RPR杆组运动分析子程序 图4所示RPR级杆组中，已知杆长l1及两外接点P1，P2的运动，l1为P1点至导路的垂直距离， P2为过P2'与导路垂直延伸点，延伸距离为w（当P2与P1在导路同侧时，w取正，在异侧时，w取负），要求确定运动变量l2，1，2，l2，1，2，l2，1，2。 1) 位置分析 1与2的关系为：2=1±/2 (15)式中+号和-号分别对应图4中m=

21、+1和m=-1两位置。l1与l2有如下关系： (16) 由式(4)和式(16)可得： tan(2/2)=v±(l1-w)/(u-l2) (17) 2) 速度分析 由于1=2，引进符号i（i=1,2），对式(2)求导一次得： A7i+A5l2=u，A8i+A6l2=v (18)其中：A7=-(l1-w)sin1+l2sin2 A8= (l1-w)cos1-l2cos2 图4 解式(18)可得： i=i=(A6u -A5v)/(-l2)，l2=(A7v -A8u)/(-12) (19) 3) 加速度分析 对式(18)求导一次得：A7i+A5l2=E2，A8i+A6l2=F2 (20)其中

22、：E2=u+A8i2+2A6l2i，F2=v-A7i2-2A5l2i 解式(20)可得：i=i=(A6E2-A5F2)/(-l2)，l2=(A7F2-A8E2)/(-l2) (21)由上述式子可设计出 RPR杆组运动分析子程序（见程序单），在子程序中，以+m代替前面各式中出现的±计算符。 m称之为型参数，在设计主程序时，应根据各类级杆组不同的布置型式，确定m的取值（m可取+1，-1和0）。 5PRP杆组运动分析子程序图5所示PRP级杆组中，已知导路1，2两外接点P1，P2的运动，h1，h2分别为未知运动点P3至导路1，2的垂直距离，导路1，2的方位角、角速度、角加速度（1，1，1，2

23、，2，2）均已知，要求确定导路1，2移动的位移、速度及加速度（l1，l2，l1，l2，l1，l2）以及P3点的运动（x3，x3，x3，y3，y3，y3）。1） 位置分析推导l1，及l2的方程式：x1+l1cos1+h1sin1 = x2+l2cos2-h2sin2y1+l1sin1-h1cos1 = y2+l2sin2+h2cos2整理得： l1cos1 - l2cos2 = E1 l1sin1 - l2sin2 = F1 (22) 其中：E1=u- A3h1-A4l2，F1=v+A1h1+A2h2， A1=cos1，A2=cos2，A3=sin1，A4=sin2 。由于1 ，2均已知，由此解得：l1 =（F1 cos2 - E1sin2） / D8 l2 =（F1 cos1 - E1sin1） / D8 (23) 其中：D8 = A2A3