机械原理课程设计指导书

1、 河北工程大学机电学院机械原理课程设计任务书设计题目： 指导教师： 班级： 姓名： 学号： 第一节 机械原理课程设计的目的和任务 一、机械原理课程设计的目的： 机械原理课程设计是一个重要实践性教学环节。其目的在于：1、 进一步巩固和加深所学知识；2、 培养学生运用理论知识独立分析问题、解决问题的能力；3、 使学生在机械的运动学和动力分析方面，初步建立一个完整的概念；4、 进一步提高学生计算和制图能力，以及运用电子计算机的运算能力。二、机械原理课程设计的任务：1、 按给定条件综合连杆机构，确定连杆机构各构件的尺寸，以满足不同的实际工作的要求；2、 对机构进行运动分析；（图解法及解析法两种方法）3

2、、 设计凸轮轮廓曲线，绘制凸轮从动件位移曲线。三、课程设计采用方法：对于上面所提任务，要用图解法和解析法两种方法。图解法形象，直观，应用图解法可进一步提高学生绘图能力，在某些方面，如凸轮设计中，图解法是解析法的出发点和基础；但图解法精度低，而解析法则可应用计算机进行运算，精度高，速度快。在本次课程设计中，可将两种方法所得的结果加以对照。四、编写说明书：1、 设计题目（包括设计条件和要求）；2、 机构运动简图及设计方案的确定，原始数据；3、 机构运动学综合；4、 列出必要的计算公式，写出图解法的向量方程，写出解析法的数学模型，计算流程和计算程序，打印结果；5、 分析讨论。第二节 设计示范：用解析

3、法进行机构的运动综合和运动分析设计题目：牛头刨床机构结构示意图1所示：原始数据：曲柄转速：nAB =90r/min滑枕行程：H=0.32m行程速比系数：K=1.2机架长度：AC=0.65m连杆DE与导杆CD的长度比DE/CD=0.25图1 机构结构示意图一、导杆机构的综合由机构行程速比系K计算极位夹角 º º= 16.3636º由刀架的行程H计算导杆长度，导杆的摆角=图2 滑枕位置示意CD=CD=1.124m曲柄长度ABAB=AC×sin（/2）= 0.65×sin（/2）0.0925m圆整后取AB=0.092m连杆长度DEDE=0.25CD=

4、0.25×1.1240.281m圆整后取DE=0.28m为了使连杆DE和滑枕之间传力良好，保证传动角尽可能最大，保证滑枕的运动轴线位于GF的中点，如图2所示：yE=1.118m二、导杆机构的运动分析：图3 机构运动分析如图3所示，令AB为l1，CD为l3，DE为l4，AC为l6，CG为l6（即yE）,各杆长AB、CD、DE、AC、CG为已知，已知曲柄转速为1，建立如图坐标系。其中，选定一1，则3，S3，4，SE为未知数，利用两个封闭图形ABCA、CDEGC，建立两个封闭矢量方程求解未知数。（1）求3，3，3，由封闭图形ABCA：l6+ l1=S3向x、y轴投影： l1cos1 =S3

5、cos3 -(a) l6 +l1sin1 =S3sin3 - (b) 解得：3=arctan S3=将（a）式(b)式对时间求导，得到：VB2B3=-1l1sin(1-3) 3=将（a）式(b)式对时间求二次导数，得到：aB2B3r=32s3-12l1cos(1-3)3=（2）求sE ,v E ,aE由封闭图形CDEGC可得：l3+ l4= l6/+SE向x、y轴投影：l3cos3 + l4cos4=SE -(c) l4sin4 +l3sin3 = l6/- (d) 由（d）式可得：4= arcsin由（c）式可得：SE =l3cos3 + l4cos4将（c）式(d)式对时间求导，得到：4=

6、 vE= 将（c）式(d)式对时间求二次导数，得到： 4=aE=三、计算程序框图： 开始求出l1，l3，l4，l6，l6，并输入，输入1，11=0°360º？调用子程序，进行：位置分析：s3，3，sE，4，速度分析：VB2B3,VE,3,4加速度分析：aB2B3r,2,3,4输出结果结束1=1+10ºYN第三节 用解析法设计凸轮轮廓一、设计题目试设计一凸轮机构。工作要求当凸轮顺时针转过180º时，从动件上升50mm；当凸轮继续转过90º时，从动件停歇不动；当凸轮再转90º时，从动件返回原处。已知凸轮以等角速度=10rad/s转动，工作

7、要求机构既无刚性冲击又无柔性冲击。二、设计思路1、根据使用场合和工作要求，选择凸轮机构的类型。本例中，要求从动件作往复移动，因此可选择一对心滚子移动从动件盘型凸轮机构。2、根据工作要求选择从动件的运动规律。为了保证机构既无刚性冲动又无柔性冲击，可选用正弦加速度运动规律或3-4-5次多项式运动规律。本例中，从动件推程和回程可选用正弦加速度运动规律。推程运动角=180º，回程运动角= 90º，停歇角s=90º3、根据滚子的结构和强度等条件，选择滚子半径rr 本例中，滚子半径rr=8mm。4、根据机构的结构空间，初选基园半径rb 本例中，基圆半径rb=25mm。5、进行

8、计算机辅助设计。为保证机构有良好的受力状况，推程许用压力角=38º，回程许用压力角=70º，设计过程中要保证推程=38º，回程=70º，为保证机构不产生运动失真和避免凸轮廓线应力集中，取凸轮实际廓线的许用曲率半径a=3mm，设计过程中要保证凸轮理论廓线外凸部分的曲率半径a+ rr =3+8=11mm。三、凸轮机构解析法设计凸轮解析法设计及有关尺寸计算参见机械原理第七版（西北工业大学机械原理及机械零件教研室编）p162168页。四、计算程序框图开始读入数据h，rb，rr，a，s，rb，e=0？选择推程类型，调用子程序计算s，v，a，ds/d，d2s/d2?

9、+s?s=0v=0a=0+ss=0v=0a=0选择回程类型，调用子程序计算s，v，a，ds/d，d2s/d2计算压力角YNYNYN123修正基圆rb=rb+rb修正基圆rb=rb+rb+s?YNNNYY转下页续前页123求x，y求x/，y/计算理论廓线曲率半径<0?NYa+rr?YN打印s，v，a，x，y，x，y360º?=+5º结束YN输入参数：h（从动件行程），rb（凸轮基圆半径），rr（滚子半径），（推程许用压力角），（回程许用压力角），a（凸轮实际廓线的曲率半径），（凸轮旋转角速度），（推程运动角），（远休止角），s（回程运动角），rb（基圆修正量），e（机构

10、偏心距）；输出参数：s（从动件位移），v（从动件运动速度），a（从动件运动加速度），（机构压力角），（理论廓线曲率半径），（x，y）（理论轮廓坐标），（x，y）（实际轮廓坐标）第四节 设计任务书 （设计题目、原始数据及设计要求）一、牛头刨（一）原始数据符号单位 方案nABr/min9090909090K1.51.51.61.61.8Hm0.50.430.680.60.7ACm0.430.450.650.50.45DE/CD0.320.350.250.30.3nAB ：曲柄转速：行程速比系数，：滑枕长度C：机架长度DE/CD：连杆长度导杆长度（二）设计步骤及要求、 根据已知条件，进行机构综合、

11、取适当比例尺，绘制机构运动简图、 用相对运动图解法，做机构运动分析，在图纸上做出三个位置（两个极限位置）的速度、加速度的图解、 用解析法进行机构运动分析，写出数学模型，编制运动分析主程序，上机计算，并打印结果。、 绘制点运动线图，即绘出、随变化的曲线、 编写说明书，并附上打印结果二、凸轮机构设计（一）偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构、采用图解法设计：凸轮机构以等角速度逆时针方向旋转，推杆轴线在凸轮回转中心右侧，偏距，从动杆运动规律及已知数据如下：符号方案 h 01020304从动杆运动规律推程回程70150º10º120º80º简谐正弦加速度70160&#

12、186;10º120º70º正弦加速度等加等减50140º20º100º100º等加等减简谐50160º20º100º80º正弦加速度等加等减60150º15º120º75º简谐等加等减2、设计要求：升程过程中，限制最大压力角max30º,确定凸轮基园半径r0合理选择滚子半径rr选择适当比例尺，用几何作图法绘制从动件位移曲线，并画于图纸上；用反转法绘制凸轮理论廓线和实际廓线，并标注全部尺寸（用A2图纸）将机构简图、原始数据、尺寸综合方法

13、写入说明书3、用解析法设计凸轮轮廓，原始数据不变，要求写出数学模型，编制主程序并打出结果。备注：1、凸轮轮廓曲率半径与曲率中心理论轮廓方程，其中其曲率半径为：；曲率中心位于： （二）摆动从动件杆盘型凸轮机构1、采用图解法设计：凸轮中心到摆杆中心A的距离为160mm，凸轮以顺时针方向等速回转，摆杆的运动规律如表：符号方案 h 01020304r0从动杆运动规律推程回程25º120º40º110º90º50简谐等加等减28º140º20º120º80º50等加等减简谐30º160º10º150º40º50正弦加速度简谐22º140º30º120º70º50等加等减正弦加速度24º150º15º120º65º40等加等减