机械原理课程设计指导

机械原理课程设计—实践性教学环节

1）区别于《机械原理》课程教学—绝对的以教 师为中心的课堂教学环节。

2）以培养学生“独立解决问题的能力”为最终目的。 随意参考各类书籍 随意借助各类工具、软件 3）鼓励学生独立思考，注重能力的培养。 现学知识永远都不会是科技的前沿 能力的提高才是受用一生的财富课程设计的目的和任务4）通过软件的使用和编程等上机训练，提高学生利用现代手段解决工程实际问题的能力。课程设计的目的和任务教学目的——为什么要做课程设计？ 机械原理课程设计是使学生较全面系统地掌握和深化机械原理课程的基本理论和方法，培养学生初步具有机械运动方案设计和分析能力的重要教学环节，也是培养学生工程设计，特别是机构创新设计能力的重要实践环节。学以致用！教学任务

设计：根据设计题目和指导教师的要求，构思出机构系统的方案。分析：对上述方案(机构)进行运动分析、动态静力分析、飞轮转动惯量计算。总结：编写设计计算说明书一份。课程设计的目的和任务平面机构的运动分析机构的运动分析：对机构的位移、速度、加速度进行分析。

目的：对位移的分析可以知道从动件运动的行程和各构件所需的运动空间。了解从动件的速度变化规律能否满足工作要求，同时速度分析是加速度分析的前提。加速度分析是计算惯性力和确定机构动力性能的前提。方法：图解法和解析法—基本杆组分析法平面机构的运动分析平面机构的组成原理机构=机架+主动件+从动件组F=3×5－2×7=1F=1F=3×4－2×6=0平面机构的运动分析平面机构的组成原理F=3×5－2×7=1F=1F=3×2－2×3=0平面机构的组成原理基本杆组：最后不能再拆的自由度为零的构件组称为机构的基本杆组。基本杆组的条件：F＝3×n－2×pl=0平面机构的结构分析Ⅱ级杆组的形式：n=2,pl=3；RRRRRPRPRPRPPPR外运动副联结主动件、机架或其他杆组。平面机构的结构分析机架+主动件基本杆组机构+机构基本杆组+新机构平面机构的结构分析机构基本杆组+新机构运动学分析—基本杆组分析法机架+主动件基本杆组机构+主动件①的运动参数角位置θ、角速度ω、角加速度ε已知，可求出2点的运动参量位置p、速度v、加速度a；对于②、③杆件组成的RRR杆组，2、4两外运动副的运动参量也已知，可求出3点的运动参数及②、③杆件的运动参数。1234②③①12342①②③Ⅱ级机构的运动分析12θxy3φ已知：构件的长度及运动参数角位置θ、角速度ω、角加速度ε，1点的位置。求：2点的运动参量。解：主动件的运动分析12θxy3φ已知：构件的长度及运动参数角位置θ、角速度ω、角加速度a，1点的运动参量。求：3点的运动参量。解：bark刚体上任意一点的运动分析voidbark(n1,n2,n3,k,r1,r2,game,t,w,e,p,vp,ap)intn1,n2,n3,k;doubler1,r2,gam;doublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2];doublet[10],w[10],e[10];{doublerx2,ry2,rx3,ry3;if(n2!=0){rx2=r1*cos(t[k]);ry2=r1*sin(t[k]);p[n2][1]=p[n1][1]+rx2;p[n2][2]=p[n1][2]+ry2;vp[n2][1]=vp[n1][1]-ry2*w[k];vp[n2][2]=vp[n1][2]+rx2*w[k];ap[n2][1]=ap[n1][1]-ry2*e[k]-rx2*w[k]*w[k];ap[n2][2]=ap[n1][2]+rx2*e[k]-ry2*w[k]*w[k]; }if(n3!=0) {rx3=r2*cos(t[k]+gam);ry3=r2*sin(t[k]+gam);p[n3][1]=p[n1][1]+rx3;p[n3][2]=p[n1][2]+ry3;vp[n3][1]=vp[n1][1]-ry3*w[k];vp[n3][2]=vp[n1][2]+rx3*w[k];ap[n3][1]=ap[n1][1]-ry3*e[k]-rx3*w[k]*w[k];ap[n3][2]=ap[n1][2]+rx3*e[k]-ry3*w[k]*w[k]; }}

bark(n1,n2,n3,k,r1,r2,gam,t,w,e,p,vp,ap)关键点号角位置,角速度,角加速度；位置,速度,加速度要求赋值不赋值∠n2n1n3n1n3间距离n1n2间距离构件号注意：当单杆是主动件时，n3=0；r2=0.0;当单杆不是主动件时，n2=0;r1=0.0;n1n2θn3φ已知：构件的长度及外运动副的参数位置P、速度v、加速度a。求：3点的运动参量及构件①、②的运动参量。解：

βθ1123d3´Ｐ１Ｐ２θ２①②yxRRR杆组的运动分析rrrk(m,n1,n2,n3,k1,k2,r1,r2,t,w,e,p,vp,ap)

n1n2n3k1k2r1r2装配模式运动副点号构件号构件长度角位置角速度角加速度，位置速度加速度要求赋值不赋值N3’M=1——实线(n1,n2,n3逆时针读取)M=-1——虚线(n1,n2,n3顺时针读取)注意：n1,n2是外运动副，n3是内运动副①位置分析已知外运动副N1点、导路上某一参考点N2点的位置及导路的位置角β，求内运动副N3点的位置、构件②相对参考点N2的滑移尺寸r2及构件①的位置角θ1。当∠N1N3N2>90°时，

当∠N1N3N2<90°时RRP杆组的运动分析rrpk(m,n1,n2,n3,k1,k2,k3,r1,r2,vr2,ar2,t,w,e,p,vp,ap)n1n2n3k1k2k3r1r2装配模式n1、n3运动副点号，n2导路上任取的参考点号构件号构件长度要求赋值待求运动参数不赋值M=1——实线（）M=-1——虚线（）∠n1n3n2</2∠n1n3n2>/2

机构运动分析的步骤画出机构简图，建立坐标系，把各构件和有关点编号；拆分杆组；对主动件进行运动分析，求出与其他构件连接点处的运动参数；从与主动件联接的构件开始，找出外运动副已知的基本杆组对其分析；若杆组中还有其他待求点，应用刚体上任一点参数公式，求出各点的运动参数。已知机构中各构件尺寸及相关尺寸，gam1=－30°,gam2=－10°,点1(0.0,0.0),点2(0.26,0.15)，ω1=101/s12xy例：六杆机构运动分析求主动件转动一周过程中滑块的运动参数及各构件质心的运动参数(1)画出机构简图，把各构件和有关点编号；2xy1374596r13=1m,r34=0.7m,r37=0.35m,r24=1.2m,r25=0.5m,r28=0.7m,r56=2m,r59=0.8m,gam1=－30°,gam2=－10°,点1(0.0,0.0),点2(0.26,0.15)ω1=101/s①②③④⑤⑥8(2)

拆分杆组13①2427853②③9652④⑤⑥RRR杆组RRP杆组2xy1374596①②③④⑤⑥8(3)

对主动件进行运动分析，求出与其他构件连接点处的运动参数需调用的子程序1调用bark子程序求3点运动参数13①9652④⑤⑥2427853②③2调用rrrk子程序求构件2、构件3及4点的运动参数(4)从与主动件联接的构件开始，找出外运动副已知的基本杆组对其分析13①9652④⑤⑥2427853②③(5)若杆组中还有其他待求点，应用刚体上任一点参数公式，求出各点的运动参数3调用bark子程序三次，求7、5、8点的运动参数13①9652④⑤⑥2427853②③4调用rrpk子程序求构件4、构件5及6点的运动参数13①9652④⑤⑥2427853②③5调用bark子程序求9点运动参数13①9652④⑤⑥2427853②③虚拟变量n1n2n3kr1r2gam

twepvpap实

值1301r130.00.0twepvpapn1n2θn3φ1)调用BARK函数，求3点运动参数13①(3)按顺序调用子程序包中的函数并对形参赋值虚拟变量mn1n2n3k1k2r1r2

twepvpap实值132423r34r24twepvpapn1n2n3k1k2r1r22)调用rrrk函数，求构件2、3及点4的运动参数2427853②③虚拟变量n1n2n3kr1r2gam

twepvpap实

值实

值实

值30720.0r370.0twepvpap20830.0r28twepvpap20530.0r25twepvpap3)调用bark函数三次，分别求7、8、5点的运动参数2427853②③=gam8=gam512θ3φ虚m

n1

n2

n3

k1

k2

k3

r1

r2

vr2ar2twepvpap实

1526456r56&r2&vr2&ar2twepvpap4)调用rrpk函数，求构件4、5及点6的运动参数9652④⑤⑥n1n2n3k1k2k3r1r2虚拟变量n1n2n3kr1r2gam

twepvpap实

值50940.0r590.0twepvpap5)调用bark函数，求9点运动参数主程序(TRY_1.C)ADAMS分析结果9652④⑤⑥12θ3φ

机构力分析的目的和方法作用在机械上的力驱动力：动力机施于机构主动件上的力是做正功的力（输入功）阻力：做负功的力有效阻力(生产阻力)：机器所完成的工艺动作所要克服的力（输出功）有害阻力：主要是运动副中的摩擦力重力：作用在构件的重心，一个运动循环中重力的功为零惯性力：由于构件的变速运动产生。对于整个机构，运动副反力是内力，对于一个构件，运动副反力是外力。运动副反力:切向反力（即摩擦力)法向反力机构力分析的目的和方法目的确定运动副反力

求平衡力假定在主动件等速回转情况下，作用在主动件上的驱动力或从动件上的生产阻力方法——动态静力分析根据达伦贝尔原理，将惯性力作为假想的外力加在构件上，这样机构及各构件被认为处于平衡状态，于是可用静力学方法进行力分析，称为动态静力分析。每个构件的静力平衡方程有三个n个构件用Pl个低副和Ph个低副连接，杆组的静定条件所有自由度为零的杆组都是静定的机构动态静力分析的基本原理杆组的静定条件：杆组所能列出来的独立的力平衡方程数=杆组中所有力的未知要素的数目。机构动态静力分析的步骤将机构按主动件及杆组进行分解从主动件开始进行运动分析计算各构件的惯性力及惯性力矩从外力已知的杆组开始，依次对各杆组进行动态静力分析，求出各运动副反力对平衡力作用的构件进行分析，求出平衡力Ⅱ级机构的动态静力分析xykiFixFiy约定RRR杆组已知：两构件上作用的外力F4,F5及力矩T1,T2求:1,2,3点的运动副反力1234512F4xF5yF5xR2yR2xR3yR3xR1yR1xF4yT1T21)整个杆组平衡，对1点取矩2)构件2平衡，对3点取矩得到两个关于R2x,R2y的方程3)对整个杆组列力平衡方程，得到R1x，R1y4)对构件2列力平衡方程，得到R3x，R3y整个杆组平衡，对1点取矩：构件2平衡对3点取矩：令解得整个杆组力平衡2构件力平衡(教材P65)barf(n1,ns1,nn1,k1,p,ap,e,fr,tb)运动副点号构件质心点号外力作用点号构件号不赋值运动副反力：fr平衡力矩：tb主动件受力分析

rrrf(n1,n2,n3,ns1,ns2,nn1,nn2,nexf,k1,k2,p,vp,ap,t,w,e,fr)n1n2n3nn1ns1nn2ns2k1k2f(nn1,1)f(nn1,2)fi(ns1,1)fi(ns1,2)ti(k1)f(nn2,1)f(nn2,2)fi(ns2,1)fi(ns2,2)ti(k2)fr(n1,1)fr(n1,2)fr(n2,2)fr(n3,1)fr(n3,2)fr(n2,1)运动副点号构件质心点号外力作用点号工艺阻力作用点号构件号不赋值n1,n2,n3顺序一定与运动分析rrrk子程序中顺序一致！rrpf(n1,n2,n3,ns1,ns2,nn1,nn2,nexf,k1,k2,p,vp,ap,t,w,e,fr)k1k2n1n2n3f(nn1,1)f(nn1,2)f(ns1,1)f(ns2,2)ti(k1)nn1ns1nn2ns2f(nn2,1)fnn2,2)fi(ns2,1)fi(ns2,2)fr(n1,1)fr(n1,2)fr(n2,1)ti(k2)fr(n2,2)fr(n3,1)fr(n3,2)运动副点号构件质心点号外力作用点号工艺阻力作用点号构件号不赋值移动副反力作用点号运动副点号六杆机构动态静力分析例工艺阻力为水平方向，作用于6点，滑块向右移动时其值为－5000N，向左移动时其值为零。2xy137596①②③④⑤⑥8需调用的子程序1调用rrpf子程序求5点，6点和移动副的运动副反力3调用barf子程序求1点的运动副反力及平衡力矩2调用rrrf子程序求2点、3点及4点的运动副反力13①2427853②③9652④⑤⑥从外力已知的杆组开始，依次对各杆组进行动态静力分析，求出各运动副反力对平衡力作用的构件进行分析，求出平衡力实虚n1n2n3ns1ns2nn1nn2nexfk1k2pvpaptefr51069606645pvpaptefr9652④⑤⑥k1k2n1n2n3f(nn1,1)f(nn1,2)f(ns1,1)f(ns2,2)ti(k1)nn1ns1nn2ns2f(nn2,1)fnn2,2)fi(ns2,1)fi(ns2,2)fr(n1,1)fr(n1,2)fr(n2,1)ti(k2)fr(n2,2)fr(n3,1)fr(n3,2)调用rrpf子程序虚n1n2n3ns1ns2nn1nn2nexfk1k2pvpaptefr实3247805023pvpaptefr2427853②③n1n2n3nn1ns1nn2ns2k1k2f(nn1,1)f(nn1,2)fi(ns1,1)fi(ns1,2)ti(k1)f(nn2,1)f(nn2,2)fi(ns2,1)fi(ns2,2)ti(k2)fr(n1,1)fr(n1,2)fr(n2,2)fr(n3,1)fr(n3,2)fr(n2,1)调用rrrf子程序1131papefrtb虚

n1

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主程序及结果(TRY_2.C)13①n1ns1nn1fi(ns1,1)fi(ns1,2)ti(k1)f(n1,1)f(n1,2)fr(n1,1)fr(n1,2)tb调用barf子程序平衡力的简易求法根据虚位移原理课设书P63成绩评定成绩等级：优、良、中、及格、不及格评定方法主要平时表现（60%）注重过程上机缺一次成绩降一等玩一次游戏成绩降一等程序和说明书质量（20%）答辩情况（20%）时间：6-7周地点：机电馆230上机要求：不打游戏、不上网聊天遵守纪律（上课时间，保证清洁…）可以问老师、同学，不能拷贝。重点强调子程序调用是核心，必须拉表格。杆组图形和表格必须一一对应：形m

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