课程设计指导书(自编)

1、机械原理课程设计指 导 书安培文 杨胜平 韩贤武 羊健编写重庆科技学院2009年5月牛头刨床/插床主传动机构的设计与分析本指导书按照学生将要进行的机械原理课程设计的设计过程编写。学生阅读本指导书，并按要求进行课题的设计，可达到设计的基本要求。有更高要求的学生，可在指导教师的指导下，查阅其它资料，完成更多更复杂的设计工作。机械原理课程设计涉及两个方面的目的：其一是使学生加深对机械原理课程所学内容的理解与掌握；其二是训练学生针对工程实际问题的设计能力。为达到上述目的，任务书中提出的设计要求和指导教师对学生的要求都有可能“脱离工程实际的要求而更接近机械原理课程内容训练的要求”。个别学生可在指导教师认

2、可的条件下，展示其思维的才华，创造性地提出并实施其新颖的设计方案，但对大多数学生来说设计要求是具有强制性的。其一是内容的强制性：课程设计中强制性规定了牛头刨床和插床主传动机构的型式；其二是完成任务所用方法的强制性：设计内容及要求中强制规定了既涉及图解法的内容又涉及编写程序的任务，而图解法甚至解析法编写程序在实际工程设计中都有可能不采用。其三是时间的强制性：学生必须在一周内完成课程设计，而工程实际的设计问题则有可能有更长的时间。一、接受任务接受任务书，仔细阅读任务书和课程设计指导书。二、主传动机构选型 牛头刨床简介牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。为了

3、适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台（执行构件之二）应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。插床简介插床是用于加工中小尺寸垂直方向的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件插刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作垂直方向的往复直线移动，且切削时插刀的移动速度低于空行程速度，即

4、插刀具有急回现象；安装工件的工作台（执行构件之二）应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。本次课程设计只进行牛头刨床和插床主传动机构的设计，并满足刨刀或插刀的切削运动含有速度平稳要求和行程速比系数K值要求。理论上，将转动变为往复移动的机构，都能满足上述运动要求，但金属切削加工设备的工作负载较大，故应排除凸轮机构这种选择。由于时间限制，本次课程设计强制给出牛头刨床和插床主传动机构简图如图所示。但主张学生间广泛讨论、辩论，提出支持选择或反对选择的理由。在辩论中要顾及到设计任务书中规定的工作平稳性要求和K值要求。三、主传动机构尺度综合主传动机构

5、的型确定之后，即可对其进行尺度综合，以满足任务书中规定的设计条件与要求。设计任务书中的设计条件与要求中规定刨刀取最常用行程H为400mm550mm时其行程速比系数K以控制为1.41.5，插刀取最常用行程H为100mm150mm时其行程速比系数K以控制为1.8-2.0这是尺度综合的依据。对上述选定主传动机构，一些设计给定参数需由学生自已确定。具体设计步骤可按如下进行。（1） 确定K值和H值设计条件给出了在一定范围变化K值和H值。这个K与H对应关系并非必须严格遵守不得有误差，它只是说明具有这种关系的机构在理论上及实践中都曾有良好的性能。因此建议按照上述给出的范围选择K值和H值，进行牛头刨床和插床主

6、传动机构的尺度综合。（2） 按选定的行程速比系数求出极位夹角及导杆的摆角。（参考附录3中导杆机构设计举例或其他机械原理教材中关于导杆机构设计）。（3） 按选定的工作行程确定导杆的长度。（4） 确定机架AC长度机架长度取得过小，显然作用于曲柄销处的力将较大，但若取得太大又受到机床空间的限制或构件间产生相互干涉。因此机架长度应按牛头刨床和插床外形参考尺寸和不产生干涉所允许的最大限度来选取，牛头刨床建议值lAC = 450500mm，插床建议值lAC = 120150mm。该值的大小影响曲柄的长度进而影响曲柄销B处的转动副约束反力和移动副约束反力。其最佳值至少是在多种取值中比较而得到的。但时间所限，

7、学生可采用建议值。（5） 确定刨头或插头运动道路的位置刨头和插头导路位置的确定应使刨头和插头在整个行程中有较小的压力角，以保证良好的传力性能。（6） 确定DE杆长lDE 长度在导路位置选定后，连杆DE的长度取得越大，显然可以减小压力角，但又会增加整个机床（特别是刨头和插头的长度）尺寸。因此DE杆的长度在能保证许用的压力角和机构允许的前提下尽可能取小一些。建议牛头刨床取lDE/lCD=0.20.3，插床lDE/lCD=0.81。本阶段的设计完成后应得出的结果：（1） 主传动机构各杆的尺寸及其有关数据，提供给下一阶段设计绘制机构运动简图和计算应用。（2） 本阶段设计完成的时间约需1天。四、曲柄角速

8、度的确定 曲柄角速度速以“刨刀工作行程最大切削速度为Vmax=1.6m/s”， “插刀工作行程最大切削速度为Vmax=0.2m/s”这一设计要求为依据确定。刀具工作行程最大切削速度近似出现在曲柄与机架AC共线的位置。五、主传动机构运动分析 1解析法 要求学生在计算机上计算出对应曲柄转角q = 0°360°范围内（一般以10°为间隔）主传动机构的运动参数，输出滑块（刀具）的运动参数（即位移、速度和加速度）。 2图解法 除上机电算外，学生还必须用相对运动图解法求解出主传动机构某个位置（具体位置由指导教师指定）的运动参数，以校核解析法的输出结果的正确性。相对运动图解法请

9、参阅教材。具体步骤如下：（1）正确划分基本杆组。（2）编写运动分析主程序。主程序格式参照指导书例题。注意正确确定基本杆组的装配模式系数。（3）上机调试程序。输出滑块（刀具）的运动参数（即位移、速度和加速度）。（4）用相对运动图解法在规定的图纸上完成运动分析，作主传动机构的速度图和加速度图，每人只作一个位置供检查、校对和调试程序用，为此最好在上机进行运动分析之前就画出此图。本阶段的设计完成后应得出的结果：运动分析图纸一张，该图纸中应包括有机构运动简图、速度图和加速度图。主传动机构运动分析电算程序及其打印结果。本阶段完成的时间约需3天，其中编写运动分析程序一天，作图一天和上机一天，但作图应在上机计

10、算之前作出（只作出用以检查和对电算结果的速度图、加速度图，其余的可在电算后或其他时间做出）。六、编写设计说明书 设计说明书应反映设计思想，总结和说明设计过程，以作为审核设计的依据。设计说明书必须包括以下内容和要求。 1设计题目、设计任务和要求； 2主传动机构的综合、运动分析(图解法与解析法)，应列出选取的参数、计算公式、代入的数据和计算结果，并对设计结果做出必要的分析与评定； 3设计的心得体会和收获； 4列出所用参考资料并在说明书正文中注明引用处； 5设计说明书统一用A4纸抄写，或按相同格式打印，抄写的字迹不得潦草并注意纸面整洁。在说明书中应画出必要的简图，设计说明书应有封面及标题（题目名称）

11、、年级、专业、班级、姓名和学号。 课程设计全部完成后将说明书、图纸、计算机程序及打印结果等全部设计资料整理成册装在文件袋内交指导教师，以便评定成绩。l 设计任务书设计牛头刨床主传动机构1·1牛头刨床简介 牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。 为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台（执行构件之二）应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应

12、具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。1·2设计条件与要求牛头刨床主传动机构ABCDEFF 1）只进行主传动机构设计； 2）刨刀的行程H=150650mm； 3）为了提高生产效率，要求刨刀的往复切削运动具有急回特性。当刨刀取最常用行程（400550mm）时，其行程速比系数K控制为1.41.5；4）要求刨刀切削运动速度平稳；5）要求机构具有良好的传力特性。1·3设计任务 1）完成主传动机构的设计计算； 2）对主执行机构用解析法进行运动分析，用相对运动图解法对其中的一个位置加以验证，并根据计算机计算结果画出刨刀位移图，速度图和加速度线图；3）根据上述计算结果对设计结果给出分析

13、与评定。l 设计任务书设计插床主传动机构1·1 插床简介插床是用于加工中小尺寸垂直方向的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。 为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件插刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作垂直方向的往复直线移动，且切削时插刀的移动速度低于空行程速度，即插刀具有急回现象；安装工件的工作台（执行构件之二）应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。插床主传动机构ABCDE1·2 设计条件与要求 1）只进行主传动机构设计； 2）插刀的行程H=25220mm； 3）为了提高生

14、产效率，要求插刀的往复切削运动具有急回特性。当插刀取最常用行程（100150）时，其行程速比系数K控制为1.82.0； 4）要求插刀切削运动速度平稳；5）要求机构具有良好的传力特性。1·3 设计任务 1）完成主传动机构的设计计算； 2）对主执行机构用解析法进行运动分析，用相对运动图解法对其中的一个位置加以验证，并根据计算机计算结果画出插刀位移图，速度图和加速度线图；3）根据上述计算结果对设计结果给出分析与评定。附录1平面连杆机构运动分析解析法简介基本杆组分析法机构运动分析是不考虑引起机构运动的外力的影响，而仅从几何角度出发，根据已知的原动件的运动规律（通常假设为作匀速运动），确定机构

15、其他构件上各点的位移（轨迹）、速度和加速度，或构件的角位移、角速度和角加速度等运动参数。无论是分析现有机械的工作性能，还是优化综合新机械，机构运动分析都是十分重要的。平面机构运动分析的方法主要有图解法和解析法两种。图解法主要有速度瞬心法、矢量方程图解法等，解析法主要有基本杆组分析法、复数向量法、矩阵法等。随着计算机技术和数值方法的发展，不仅解析法运算冗繁的困难得以解决，而且采用电算解析法体现出运算快、计算精度高的显著优势，因此解析法目前已得到广泛的应用。l 机构运动分析解析法的步骤利用计算机对机构进行解析法运动分析时，大致步骤如下：1）建立数学模型2）根据数学模型设计、编制和调试程序3）上机计

16、算，输出计算结果4）分析和校验计算机计算结果因为在推导数学模型、程序编制和上机计算输入数据等过程中均有可能出现这样或那样意想不到的疏忽和错误，从而导致错误的结果，所以必须对计算结果进行认真分析和校验，以确保分析结果的正确性。l 机构运动分析的基本杆组法由机构组成原理可知，任何平面机构都可以看作是由若干个基本杆组依次联接于原动件（又可以看作是单杆构件或级杆组）和机架上而构成。如图所示的六杆机构，可以看作是由一个RRR型级杆组（第一类级杆组）和一个RRP型级杆组（第二类级杆组）依次与原动件和机架联结而组成。因此，如果对常见的基本杆组进行运动分析并建立相应的子程序库，那么在进行机构运动分析时，就可以

17、根据机构组成情况，编制一个依次调用组成该机构的各基本杆组子程序的主程序，即可实现对整个机构的运动分析。123456ABCDEFG平面六杆机构平面机构的组成45DFG1A23BCE=u 子程序中主要变量说明：1. Ni参考点（一般为铰链）的标号2. P、VP、AP二维数组，P（30,2）、VP（30,2）、AP（30,2），分别储存Ni参考点的位置（移）、速度、加速度在x和y方向的分量，即P(Ni,1)和P(Ni,2)、VP(Ni,1)和VP(Ni,2)、AP(Ni,1)和AP(Ni,2)。3. THETA（有时简作THx）杆矢量与x坐标轴的夹角4. W构件的角速度5. A构件的角加速度6. R

18、x 杆构件的长度特别注意：角位移、角速度和角加速度的正负。规定逆时针方向为正，顺时针方向为负。u 主要子程序介绍N1N2R曲柄组CRANK1. 计算曲柄上任意一点的运动参数子程序“CRANK”SUBROUTINE CRANK(N1,N2,R,THETA,W,A,P,VP,AP)功能：N1N2RN3S刚体组MOTION2. 计算刚体上任意一点的运动参数子程序“MOTION”SUBROUTINE MOTION(N1,N2,N3,R,S,PHI,THETA,W,A,PI,P,VP,AP)功能：3. 第一类级杆组运动分析子程序“KA21”SUBROUTINE KA21(M,N1,N2,N3,R1,R2

19、,TH1,TH2,P,W1,W2,VP,A1,A2,AP)R1N3N1N2N3R2第1类级杆组KA21功能：4. 第二类级杆组运动分析子程序“KA22”SUBROUTINE KA22(M,N1,N2,N3,R1,R2,TH1,BETA,P,W1,VBETA,VR2,VP,第2类级杆组KA22N1N3R2R1N2A1,ABETA,AR2,AP)功能：N1N3R1N2N3N1N3R1N2第2类级杆组M的确定5第三类级杆组运动分析子程序“KA23” SUBROUTINE KA23(M,N1,N2,N3,E,R2,R3,THETA,P,W2,VR2,VP,A2,AR2,AP)功能：u 举例已知，机构简

20、图参数，原动件的角速度。求：在原动件一个运动循环中，滑块的速度、加速度和构件DF的角速度、角加速度六杆机构1xy23456ABCDEFG主程序：DIMENSION P(30,2),VP(30,2),AP(30,2),PI(30,2) DATA R12,R23,R45,R34,R35,R56/×,×,×,×,×,×/ DATA W12,A12/×,×/ DATA P(1,1),P(1,2),P(4,1),P(4,2) * P(6,2)/2*0.0,×,0.0,0.0/ DATA VP(1,1),VP(1,2

21、),VP(4,1),VP(4,2),VP(6,2)/5*0.0/ DATA AP(1,1),AP(1,2),AP(4,1),AP(4,2),AP(6,2)/5*0.0/ CON=ATAN(1.0)/45.0 WRITE(*,10)5:CLSS.2:NAME:××× * NUMBER:××××××') DO 200 I=5,355,10 TH12=CON*I CALL CRANK(1,2,R12,TH12,W12,A12,P,VP,AP) CALL KA21(+1,2,4,3,R23,R34,TH2

22、3,TH34,P,W23,W34,VP, * A23,A34,AP) CALL MOTION(4,3,5,R43,R45,PHI,TH34,W34,A34,PI,P,VP,AP) CALL KA22(+1,5,1,6,R56,RF,TH56, 0.0,P,W56,0.0, * VRF,VP,A56,0.0,ARF,AP) TH12=TH12/CON WRITE(*,100) TH12,VP(6,1),AP(6,1)100 FORMAT(1X,3F12.2)200 CONTINUE STOP END附录2牛头刨床机构简图及杆组子程序调用插床机构简图及杆组子程序调用插床主传动机构的某运动分析结果l

23、 插床运动分析参考主程序DIMENSION P(30,2),VP(30,2),AP(30,2),PI(30,2) DATA R12,R34,R45,R37/0.06,0.125,0.1,0.2/ DATA W12,A12/5.0,0.0/ DATA P(1,1),P(1,2),P(3,1),P(3,2),P(6,1), * P(6,2)/2*0.0,-0.12,0.0,-0.234,-0.1/ DATA VP(1,1),VP(1,2),VP(3,1),VP(3,2),VP(6,1)/5*0.0/ DATA AP(1,1),AP(1,2),AP(3,1),AP(3,2),AP(6,1)/5*0.

24、0/ CON=ATAN(1.0)/45.0 DO 200 I=-120,240,10 TH12=CON*I CALL CRANK(1,2,R12,TH12,W12,A12,P,VP,AP) CALL KA23(+1,3,2,7,0.0,R23,R37,TH23,P,W23, * VR23,VP,A23,AR23,AP) CALL MOTION(3,7,4,R37,R34,180.*CON,TH23,W23,A23,PI,P,VP,AP) CALL KA22(+1,4,6,5,R45,R56,TH45,90.*CON,P,W45,0.0,VR56,VP,A45, * 0.0,AR56,AP) T

25、H12=TH12/CON WRITE(*,100)TH12,P(5,2),VP(5,2),AP(5,2) 100 FORMAT(1X,4F15.3) 200 CONTINUE STOP ENDl 牛头刨床运动分析参考主程序DIMENSION P(30,2),VP(30,2),AP(30,2),PI(30,2) DATA R12,R34,R45/0.139,0.702,0.210/ DATA W12,A12/9.63,0.0/ DATA P(3,1),P(1,1),P(1,2),P(3,2), * P(6,1),P(6,2)/3*0.0,-0.45,-0.1,0.234/ DATA VP(1,1

26、),VP(1,2),VP(3,1),VP(3,2),VP(5,2) * /5*0.0/ DATA AP(1,1),AP(1,2),AP(3,1),AP(3,2),AP(5,2) * /5*0.0/ CON=ATAN(1.0)/45.0 WRITE(*,10) 10 FORMAT(1X,'DATE:7.19,2007:CLASSx:NAME:xxx * NUMBER:xxxxxxxxxxx) DO 200 I=-18,342,10 TH12=CON*I CALL CRANK(1,2,R12,TH12,W12,A12,P,VP,AP) CALL KA23(+1,3,2,4,0.0,R23,

27、R34,TH34,P,W34,VR23,VP,A34,AR23,AP) CALL KA22(+1,4,6,5,R45,R56,TH45,0.0,P,W45,0.0,VR56,VP,A45,0.0, * AR56,AP) TH12=TH12/CON WRITE(*,100) TH12,P(5,1),VP(5,1),AP(5,1) 100 FORMAT(1X,4F15.3) 200 CONTINUE STOP END附录3l 根据受力分析合理地选择和设计平面连杆机构机构是传递、变换运动和力的装置。运动和力（力矩）在机构的工作过程，既相互联系、相互影响，而作为机构的工作性能指标又是相对独立的。常常会

28、出现设计出的机构在运动学上是满足的，而其传动角、机械效率可能是不理想的。因此在选择和设计机构时，必须注意分析和校核其力的传递和变换特性。如传动角、压力角；摩擦与效率；承载能力与寿命，以及在后面将要研究的动力学性能等，结合机构的运动、受力和结构等多方面要求对进行综合分析，才有可能获得最有实用价值的设计结果。 例如，在设计牛头刨床的切削运动机构时，根据设计对刨刀提出作急回运动的要求，我们在第二节中曾从有急回特性的机构中选出了三种机构设计方案如图236所示，但哪一种方案更好呢？由图272知：偏置式曲柄滑块机构的最小传动角，显然减小曲柄长a和偏距e，增大连杆长b有利于增大gmin，但减小e，由图2-4

29、0知：机构的极位夹角q将减小，机构的急回特性变差。减小a，滑块的行程将变小；增大a，要保持机构的最小传动角较大，则必须加长b；而增大b，则机构的尺寸将变大，机构质量产生的惯性力和惯性力矩将变得更大，而连杆机构的惯性力和惯性力矩通常是很难实现完全平衡，从而使机构的运动和动力性能变差。因此，偏置式曲柄滑块机构作为牛头刨床切削运动机构不理想。再比较图236所示曲柄摇杆机构、摆动导杆机构与摇杆滑块机构的组合机构方案，通过对两个方案受力分析进行比较可得出结论：由导杆机构组成的方案b比由曲柄摇杆机构组成的方案a更好，其理由是： 1）方案b中机构的传动角g大，并且始终为90°，而方案a的传动角是随

30、机构运动不断变化的。方案b的传动性能更好。 2）方案b机构占用的运动空间更小，其运动构件产生的惯性力和惯性力矩更容易实现完全平衡，有利于机构的平稳运动；有利于改善构件的受力；有利于减轻机构的振动与冲击；从而有利于提高机构的使用寿命，降低生产制造成本。 对方案b作进一步的受力分析还可以确定：滑块的导轨应位于导杆摆动弧线的顶点和两极限点cc连线的中间，并与连线平行（图282），因为这样可以保证滑块在运动中压力角的最大值最小；滑块应采用实线所示的连杆与导杆相联（假设工作阻力如图所示），从而可以避免如虚线所示的连杆在工作时受压造成压杆失稳引起的振动，有利于提高切削质量。 在牛头刨床切削运动机构的方案设

31、计中，设计者将曲柄置于摆动导杆的中部，从而用较小尺寸的曲柄获得了滑块较大的工作行程。如果将此机构设计方案用于工作行程较小的插床时，采用力杠杆的原理将曲柄置于图283所示导杆的另一端，从而可以利用杠杆的增力作用，用较小功率的原动机使机构获得较大的切削力。 在进行机构设计时，通常总是将设计任务中的运动要求（实现运动规律、传动函数、轨迹和刚体导引要求）放在第一位。而同等重要的是：也要求机构运转平稳；传动角大、机构的传力性能好；运动副受力小、机构寿命长；构件受力好、机构重量轻、电机输入力矩波动小、机构的传动质量好；以及机构运动的能耗小、占用空间小和造价低等等。要完全实现上述各项目标需要对机构进行复杂的

32、优化设计，于是设计者在设计时必须面临抉择：是对机构进行全面的优化设计或是部份的；或是主要考虑一个设计要求或是兼顾几个设计要求。抉择的主要依据应该是机构的应用目的以及由此确定的技术要求。例如：选择设计一个曲柄摇杆机构用于图284所示的飞剪机作为剪切连续运动薄钢带的剪切机构时，在满足刀刃运动轨迹水平速度分量近似匀速的条件下，受力分析及动力设计应当主要保证：机构的传力性能好、运行平稳。如果将曲柄摇杆机构用于汽车的雨刮器，这时机构执行构件运动的不均匀性对刮雨的目的并不起重要的作用，而雨刮器的使用寿命是需要主要考虑的，于是设计者应通过对机构的受力分析，找出减小运动副受力的措施，使机构能有较长的使用寿命。

33、如果将曲柄摇杆机构用于图223a所示的颚式碎石机中，这时设计者应当考虑的主要设计内容是：如何提高机构抗冲击和振动的能力，如何改善电动机输出力矩的巨大波动使机构平稳的运行。 从改善机构受力方面考虑，在选择和设计机构时应注意以下一些问题： 1）所选择的机构的结构应尽可能简单。机构构件数量愈少，运动副也愈少，运动累积误差愈少，运动副的摩擦磨损愈少，能耗也愈少，传动效率愈高，制造成本愈低。当选择输出运动作往复直线运动的机构时，可考虑直接采用气、液压缸来实现往复直线运动，从而可以省去运动变换机构，简化系统结构。 2）在能满足运动要求的条件下应尽可能地缩小机构体积和尺寸，缩小构件的运动空间，从而降低生产成

34、本，减少机构的能耗与动负荷。 3）注意机构中运动副类型对机构动力性能的影响。转动副制造容易，容易保证运动精度，效率较高，若采用标准轴承，更容易实现高精度、高效率、高灵敏度，标准化和系列化。移动副实现高精度配合较困难，由于沿导轨方向需有必要的长度，因此，体积重量较大，滑动摩擦的移动副效率相对较低，对润滑要求较高，设计制造不好还容易产生楔紧和爬行等问题。此外，滑块在往复直线运动中产生的惯性力要实现完全平衡比较困难。 在移动副上的转动副移位与导路形成的偏距e（图285）对机构的运动在一般情况下没有影响，但对机构的受力会带来不同程度的影响。例如图285所示曲柄滑块机构，铰链C与导轨形成偏距e以后，滑块

35、上将受到一个力矩的作用，滑移副中的摩擦将增大。4）作平面运动构件也难以实现惯性力和惯性力偶矩的完全平衡，应尽量减小其质量与转动惯量。较大偏心质量的回转构件、较大质量的往复直线运动的构件，在运动时,尤其是在变速、高速运动时，容易使机构产生振动与冲击，实验表明：运动副中的反力迅速改变在达到峰值时，机构将产生强烈振动，在无法避免时应采取降低输入转速，以避开共振范围；安装平衡质量或平衡机构；改变机构尺寸以减小加速速度峰值；减小运动副过大的间隙以避免冲击；安装飞轮以减轻原动机输入转矩的波动；选择其它的机构方案等方法来尽量减轻机构在运动中可能产生的振动与冲击，提高机构运动和工作质量。 在上述分析中，我们谈

36、到机构设计的一些动力学问题，例如：机构惯性力（矩）的平衡；飞轮的安装；原动机输入转矩波动的平衡；机构的振动、冲击等问题，有关这部分的内容将在机械动力学中一章中作进一步详细讨论。l 导杆机构设计举例 已知摆动导杆机构导杆的摆角j=60°；机架d=300mm；求作该机构的机构运动简图，并计算其行程时间比系数K之值。解1）在图纸上选择合适的位置作导杆摆角c¢Dc²=j，得导杆摆动中心铰链位置D（图239）。 2）过D作c¢Dc²的角平分线，选择适当的长度比例尺ml，在角平分线上作得曲柄AB的回转中心铰链位置A，量取A到直线Dc¢（或Dc&#

37、178;）的距离得曲柄长度： AB=AB¢ml =150mm 导杆长应大于300+150=450mm。作出机构运动简图如图239所示。 3）当导杆摆动至两个极限位置Dc¢和Dc²时，曲柄分别位于AB¢和AB²，曲柄两次运动位置间夹的锐角为极位夹角q，容易证明q=j=60°，故摆动导杆机构的行程速时间比系数 。附录4u 平面连杆机构运动分析子程序KINEMATIC ANALYSIS PROGRAMME OF LINKAGES1. 计算刚体上任意一点的运动参数子程序SUBROUTINE POS(N1,N2,N3,R,S,PHI,THETA

38、,P)DIMENSION P(30,2)CT=COS(THETA)ST=SIN(THETA)CP=COS(PHI)SP=SIN(PHI)P(N2,1)=P(N1,1)+R*CTP(N2,2)=P(N1,2)+R*STP(N3,1)=P(N1,1)+S*CP*CT-S*SP*STP(N3,2)=P(N1,2)+S*CP*ST+S*SP*CTRETURNENDSUBROUTINE VEL(N1,N2,W,P,VP)DIMENSION P(30,2),VP(30,2)VP(N2,1)=VP(N1,1)-W*(P(N2,2)-P(N1,2)VP(N2,2)=VP(N1,2)+W*(P(N2,1)-P(

39、N1,1)RETURNENDSUBROUTINE ACC(N1,N2,W,A,P,VP,AP)DIMENSION P(30,2),VP(30,2),AP(30,2)RX=P(N2,1)-P(N1,1)RY=P(N2,2)-P(N1,2)CALL VEL(N1,N2,W,P,VP)AP(N2,1)=AP(N1,1)-W*W*RX-A*RYAP(N2,2)=AP(N1,2)-W*W*RY+A*RXRETURNENDSUBROUTINE GEOM(N1,N2,N3,R,S,PHI,PI)DIMENSION PI(30,2)PI(N1,1)=0.PI(N1,2)=0.PI(N2,2)=0.PI(N2,

40、1)=RPI(N3,1)=S*COS(PHI)PI(N3,2)=S*SIN(PHI)RETURNENDSUBROUTINE DISP(N1,N2,THETA,P,PI)DIMENSION P(30,2),PI(30,2)C=COS(THETA)S=SIN(THETA)RX=PI(N2,1)-PI(N1,1)RY=PI(N2,2)-PI(N1,2)P(N2,1)=P(N1,1)+RX*C-RY*SP(N2,2)=P(N1,2)+RX*S+RY*CRETURNENDSUBROUTINE MOTION(N1,N2,N3,R,S,PHI,THETA, W,A,PI,P,VP,AP)DIMENSION

41、PI(30,2),P(30,2),VP(30,2),AP(30,2)CALL GEOM(N1,N2,N3,R,S,PHI,PI)CALL DISP(N1,N3,THETA,P,PI)CALL ACC(N1,N3,W,A,P,VP,AP)RETURNEND2. 计算曲柄上任意一点的运动参数子程序SUBROUTINE CRANK(N1,N2,R,THETA,W,A,P,VP,AP)DIMENSION P(30,2),VP(30,2),AP(30,2)C=COS(THETA)S=SIN(THETA)VP(N1,1)=0.VP(N1,2)=0.AP(N1,1)=0.AP(N1,2)=0.RX=R*CR

42、Y=R*SP(N2,1)=P(N1,1)+RXP(N2,2)=P(N1,2)+RYVP(N2,1)=-RY*WVP(N2,2)= RX*WAP(N2,1)=-RY*A-RX*W*WAP(N2,2)= RX*A-RY*W*WRETURNENDSUBROUTINE CRANK2(N1,N2,N3,R,S,PHI,THETA,W,A,P,VP,AP)DIMENSION P(30,2),VP(30,2),AP(30,2)VP(N1,1)=0.VP(N1,2)=0.AP(N1,1)=0.AP(N1,2)=0.RX=R*COS(THETA)RY=R*SIN(THETA)SX=S*COS(THETA+PHI

43、)SY=S*SIN(THETA+PHI) P(N2,1)=P(N1,1)+RX P(N2,2)=P(N1,2)+RY P(N3,1)=P(N1,1)+SX P(N3,2)=P(N1,2)+SYVP(N2,1)=-RY*WVP(N2,2)= RX*WVP(N3,1)=-SY*WVP(N3,2)= SX*WAP(N2,1)=-RY*A-RX*W*WAP(N2,2)= RX*A-RY*W*WAP(N3,1)=-SY*A-SX*W*WAP(N3,2)= SX*A-SY*W*WRETURNEND3. 第一类级杆组运动分析子程序SUBROUTINE KP21(M,N1,N2,N3,R1,R2,TH1,TH

44、2,P)DIMENSION P(30,2)DELX=P(N2,1)-P(N1,1)DELY=P(N2,2)-P(N1,2)PHI=ATAN2(DELY,DELX)SSQ=(P(N2,1)-P(N1,1)*2+(P(N2,2)-P(N1,2)*2S=SQRT(SSQ)TEST=S-(R1+R2)IF(TEST) 40,40,50040TEST=ABS(R1-R2)-SIF(TEST) 50,50,50050CONTINUECOSIN=(R1*2+SSQ-R2*2)/(2.*R1*S)ALPHA=ATAN2(SQRT(1.-COSIN*2),COSIN)IF(M)200,100,100100THE

45、TA=PHI+ALPHAGOTO 300200THETA=PHI-ALPHA300CONTINUEP(N3,1)=P(N1,1)+R1*COS(THETA)P(N3,2)=P(N1,2)+R1*SIN(THETA)TH1=ATAN2(P(N3,2)-P(N1,2),(P(N3,1)-P(N1,1)TH2=ATAN2(P(N3,2)-P(N2,2),(P(N3,1)-P(N2,1)RETURN500WRITE(*,600)600FORMAT(5X,24HKP21 CANNOT BE ASSEMBLED)RETURNENDSUBROUTINE KV21(M,N1,N2,N3,R1,R2,TH1,T

46、H2,P,W1,W2,VP)DIMENSION P(30,2),VP(30,2)CALL KP21(M,N1,N2,N3,R1,R2,TH1,TH2,P)R2X=P(N3,1)-P(N2,1)R2Y=P(N3,2)-P(N2,2)A1=(VP(N2,1)-VP(N1,1)*R2XA2=(VP(N2,2)-VP(N1,2)*R2YR1X=P(N3,1)-P(N1,1)R1Y=P(N3,2)-P(N1,2)DET=R1Y*R2X-R1X*R2YB1=(VP(N2,2)-VP(N1,2)*R1YB2=(VP(N2,1)-VP(N1,1)*R1XW1=-(A1+A2)/DETW2=-(B1+B2)/D

47、ETVP(N3,1)=VP(N1,1)-W1*R1YVP(N3,2)=VP(N1,2)+W1*R1XRETURNENDSUBROUTINE KA21(M,N1,N2,N3,R1,R2,TH1,TH2,P,W1,W2, * VP,A1,A2,AP)DIMENSION P(30,2),VP(30,2),AP(30,2)CALL KV21(M,N1,N2,N3,R1,R2,TH1,TH2,P,W1,W2,VP)R1X=P(N3,1)-P(N1,1)R1Y=P(N3,2)-P(N1,2)R2X=P(N3,1)-P(N2,1)R2Y=P(N3,2)-P(N2,2)DET=R1Y*R2X-R2Y*R1XE

48、=AP(N2,1)-AP(N1,1)+W1*W1*R1X-W2*W2*R2XF=AP(N2,2)-AP(N1,2)+W1*W1*R1Y-W2*W2*R2YA1=-(E*R2X+F*R2Y)/DETA2=-(F*R1Y+E*R1X)/DETAP(N3,1)=AP(N1,1)-W1*W1*R1X-A1*R1YAP(N3,2)=AP(N1,2)-W1*W1*R1Y+A1*R1XRETURNEND4. 第二类级杆组运动分析子程序SUBROUTINE KP22(M,N1,N2,N3,R1,R2,TH1,BETA,P)DIMENSION P(30,2)SSQ=(P(N1,1)-P(N2,1)*(P(N1,

49、1)-P(N2,1) * +(P(N1,2)-P(N2,2)*(P(N1,2)-P(N2,2)E=2.*(P(N2,1)-P(N1,1)*COS(BETA)+(P(N2,2)-P(N1,2)*SIN(BETA)F=SSQ-R1*R1TEST=E*E-4.*FIF(TEST)500,50,5050SQROOT=SQRT(TEST)MODE=MRSQ=R1*R1IF(MODE)200,100,100100R2=ABS(-E+SQROOT)/2.GOTO 300200R2=ABS(-E-SQROOT)/2.300CONTINUEP(N3,1)=P(N2,1)+R2*COS(BETA)P(N3,2)=

50、P(N2,2)+R2*SIN(BETA)TH1=ATAN2(P(N3,2)-P(N1,2),(P(N3,1)-P(N1,1)RETURN500WRITE(*,600)600FORMAT(5X,24HKP22 CANNOT BE ASSEMBLED)RETURNENDSUBROUTINE KV22(M,N1,N2,N3,R1,R2,TH1,BETA,P,W1,VBETA,VR2,VP)DIMENSION P(30,2),VP(30,2)CALL KP22(M,N1,N2,N3,R1,R2,TH1,BETA,P)CB=COS(BETA)SB=SIN(BETA)CT=COS(TH1)ST=SIN(TH1)E1=(VP(N2,1)-VP(N1,1)-R2*VBETA*SBF1=(VP(N2,2)-VP(N1,2)+R2*VBETA*CBDET=ST*SB+CT*CBW1=(F1*CB-E1*SB)/(R1*DET)VR2=-(E1*CT+F1*ST)/DETVP(N3,1)=VP(N1,1)-R1*W1*STVP(N3,2)=VP(N1,2)+R1*W1*CTRETURNENDSUBROUTINE KA22(M,N1,N2,N3,R1,R2,TH1,BETA,P,W1,VBETA,VR2, * VP,A1,ABET