机械原理课程设计指导书及课程设计样例及学生答辩题卡

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1、（二）机械原理课程设计指导书及课程设计样例及学生答辩题 卡 机械原理课程设计指导书六杆插床机构运动分析王贤民 编南京工程学院 机械设计教研室2004 年 6 月机械原理课程设计指导书-六杆插床机构分析一、课程设计的目的一、课程设计的目的 机械原理课程设计是高等工科院校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动 力学分析与设计的训练，其目的在于进一步加深学生所学的理论知识，培养学生独立解决 有关实际问题的能力，使学生对于机械动力学与运动学的分析与设计有一较完整的概念。 二、课程设计的内容与步骤二、课程设计的内容与步骤 1 1、插床机构简介与设计数据、插床机构简介与设计数据 插床机构由齿轮、导杆和

2、凸轮等组成，如图 11 所示(齿轮、凸轮未画出)。电动机经 过减速装置,使曲柄 1 转动，再通过导杆机构使装有刀具的滑块沿导路 yy 作往复运动，以 实现刀具切削运动，并要求刀具有急回运动。刀具与工作台之间的进给运动，是由固结于轴 O2上的凸轮驱动摆动从动杆和其它有关机构（图中未画出）来完成的。插床设计数据如表 11 所示。图 11 插床机构及其运动简图表 1-1 插床设计数据表2 2、插床机构的设计内容与步骤、插床机构的设计内容与步骤（1 1）导杆机构的设计与运动分析）导杆机构的设计与运动分析已知 行程速比系数 K，滑块冲程 H，中心距 LO2O3，比值 lBC/lO3B，各构件重心 S 的

3、位置， 曲柄每分钟转数 n1。要求 设计导杆机构，作机构各个位置的速度和加速度多边形，作滑块的运动线图，以 上内容与后面动态静力分析一起画在 2 号图纸上（见参考图例 1） 。步骤 1）设计导杆机构。按已知数据确定导杆机构的各未知参数，其中滑块 5 导路 y-y 的位 置可根据连杆 4 传力给滑块 5 的最有利条件来确定，即 y-y 应位于 B 点所画圆弧高的平分线 上（见参考图例 1） 。2）作机构运动简图。选取长度比例尺 l(m/mm)，按表 1-2 所分配的加速度位置用粗线画出机构运动简图。曲柄位置的作法如图 1-2；取滑块 5 在下极限时所对应的曲柄位置为起 始位置 1，按转向将曲柄圆

4、周十二等分，得 12 个曲柄位置，位置 5 对应于滑块 5 处于上极限 位置。再作出开始切削和终止切削所对应的 5和 12两位置。共计 14 个机构位置，可以 14 个学生为一组。图 1-2 曲柄位置图表 1-2 机构位置分配表1234567891011121314学生序号15161718192021222324252627282930313233343536373839404142速度图（位置）123456789101112始终加速度图（位置）123456789101112始终力分析图（位置）123456789101112始终3）作滑块的运动线图。为了能直接从机构运动简图上量取滑块位移，取位

5、移比例尺s=l，根据机构及滑块 5 上 C 点的各对应位置，作出滑块的运动线图 sc(t)、然后根据 sc(t)线图用图解微分法（弦线法）作滑块的速度 vc(t)线图（图 1-2） ，并将其结果与 4）相 对运动图解法的结果比较。图 1-2 用图解微分法求滑块的位移与速度线图 4）用相对运动图解法作速度、加速度多边形。选取速度比例尺 v(ms-1)/mm和加 速度比例尺 a(ms-2)/mm，作该位置的速度和加速度多边形（见图 1-3） 。 求Av1rvA其 中 (rad/s)60/211n 列 出 向 量 方 程 ,求 33AAav 和2323AAAAvvvrrrr AAk AAAt An

6、Aaaaaa2323233rrrrr用速度影像法求BBav 和 列 出 向 量 方 程 ,求 CCav 和CBBCvvvrrrt CBn CBBCaaaarrvva）速度图 b）加速度图 图 1-3 位置 7 的速度与加速度图（2 2）导杆机构的动态静力分析）导杆机构的动态静力分析已知 各构件重力 G 及其对重心轴的转动惯量 Js、阻力线图（图 11）及已得出的机构尺寸、速度和加速度。 1）绘制机构的力分析图（图 1-4） 。力分析的方法请参考机械原理教材图 1-4 位置 7 的力分析图已知 各构件重力 G 及其对重心轴的转动惯量 Js、阻力线图（图 11）及已得出的机构尺寸、速度和加速度，求

7、出等效构件 1 的等效阻力矩 Mr。 （注意：在切削始点与切削终 点等效阻力矩应有双值） 2）收集其他 13 位同学在各位置求出的等效阻力矩 Mr 列表于 1-3 中。 表 1-3 等效构件 1 的等效阻力矩 Mr 数据汇总位置123456789101112始终Mr 3）选取力矩比例尺 M(N.mm/mm)，绘制等效阻力矩 Mr 的曲线图（图 1-4）图 1-4 等效阻力矩 Mr 和阻力功 Ar 的曲线图利用图解积分法对 Mr 进行积分求出Ar- 曲线图，假设驱动力矩 Md为恒定，由于插床机构在一个运动循环周期内做功相等，所以驱动力矩在一个周期内的做功曲线为一斜直线 并且与 Ar 曲线的终点相

8、交如图 1-4 中 Ad 所示，根据导数关系可以求出 Md曲线（为一水平 直线） 。4）作动能增量 线。取比例尺 （mm） ，动能变化dr， 其值可直接由图 1-4 上d（）与r（）曲线对应纵坐标线段相减得到，由此可作出 动能变化曲线Ad与 Ar 相减的曲线图（如图 1-5） 。图 1-5 作动能增量 线图5）计算飞轮的转动惯量 JF 已知 机器运转的速度不均匀系数 ，机器在曲柄轴 1 上转速 n1， 在图 1-5 中，E 的最大和最小值，即 max 和 min 位置，对应纵坐标 Emax和Emin之间的距离 gf，则EgfEEA)(minmaxmax所以 JF为：2 12max900 nAJ

9、F三、图解微分法与图解积分法简介三、图解微分法与图解积分法简介 1、图解微分法 下面以图 1-3 为例来说明图解微分法的作图步骤,图 1-3 为某一位移线图, 曲线上任一 点的速度可表示为: tantantanKKKdxdy dtdsvv tStStS图 1-3 位移线图 其中 dy 和 dx 为 s=s(t)线图中代表微小位移 ds 和微小时间 dt 的线段, 为曲线 s=s(t) 在所研究位置处切线的倾角。 上式表明,曲线在每一位置处的速度 v 与曲线在该点处的斜率成正比,即 vtg,为了用线 段来表示速度,引入极距 K(mm),则 式中 v 为速度比例尺,v = s/tK ( m/s/m

10、m )。该式说明当 K 为直角三角形中 角的相邻直角边时,(Ktg)为角 的对边。由此可知,在曲线的各个位置, 其速度 v 与以 K 为底边,斜边平行于 s=s(t)曲线在所研究点处的切线的直角三角形的对边高度(Ktg)成正 比。该式正是图解微分法的理论依据,按此便可由位移线图作得速度线图(v-t 曲线),作图过程 如下: 先建立速度线图的坐标系 v-1-t(图 1-4),其中分别以 v和 t作为 v 轴和 t 轴的比例尺, 然后沿轴向左延长至 o 点,使 o1= K(mm),距离 K 称为极距,点 o 为极点。过 o 点作 s=s( t)曲 线(图 1-3)上各位置切线(图 1-3 中仅画出

11、曲线上 3的切线)的平行线 o2“、o3“.等,在纵坐标 轴上截得线段 12“、13“、14“.等。由前面分析可知,这些线段分别表示曲线在 2、3、4. 等位置时的速度,从而很容易画出位移曲线的速度曲线(图 1-4a)。图 1-4.速度线图a) 切线作图 b) 弦线作图上述图解微分法称为切线法。该法要求在曲线的任意位置处很准确地作出曲线的切线， 这常常是非常困难的，因此实际上常用“弦线”代替“切线” ，即采用所谓弦线法,作图方 便且能满足要求,现叙述如下: 依次连接图 1-3 中 s =s(t)曲线上相邻两点,可得弦线 12、23、34.等(图 3 中仅画出弦 线 23,学生作图时应严格画出每

12、一弦线),它们与相应区间位移曲线上某点(例图 1-3 中 N 点) 的切线平行。当区间足够小时,该点(例 N 点)可近似认为在该区间(例 2,3)中点的垂直线上。 因此我们可以这样来作速度曲线:如图 4b 所示,按上述切线法建立坐标系 v-1- t 并取定极距 K 及极点 o,从 o 点作辐射线 o2、o3、o4.等,使分别平行于弦线 12、23、34.并交纵坐 标轴于 2“、3“.等点。然后将对应坐标点投影相交,得到一个个小矩形(例图 1-4b 中矩形 2cd3),则过各矩形上底中点(例图 1-4b 中 e,f 点等)的光滑曲线,即为所求位移曲线的速度线图 (v-t 曲线)。 2、图解积分法

13、、图解积分法 图解积分法为图解微分法的逆过程 。 取极距（mm），用图解积分法由力矩r 曲线求得力矩所做的功r 曲线 （图 1-4）。由于 tantan/KKKdxdyddAMMA A其中 KA M 故取 r 曲线纵坐标比例 尺 MAK求r 的理论依据如下 ：niiiAniiiMniii MMMrrxxKxKyKdxKyKdxydMA111202020tantan四四、编写计算说明书、编写计算说明书 计算说明书是学生说明自己的设计正确、合理，并供有关人员参考审阅的文件， 它是 课程设计的重要组成部分。其内容大致包括： 设计题目，全部原始数据； 机构运动简图或设计方案的确定； 列出大小标题，简要

14、说明设计中所用的原理和方法， 并写出必要的计算公式或向 量方程式画出向量多边形； 用表格列出计算结果，并画出主要曲线图； 对结果和误差进行分析讨论； 列出主要参考书目。 计算说明书要用开报告纸书写，语句简捷，书写工整， 最后附上“插床导杆机构 的运动分析与动态静力分析图”和“插床飞轮转动惯量设计的过程图” ，并加上封面装订成 册，装订次序为：封面设计任务书计算说明书正文插床导杆机构的运动分析与动态静力分析图插床飞轮转动惯量设计的过程图。送交指导教师批阅。 五五、思考题、思考题 1. 在进行力分析时为什么必须严格按照杆组？ 2. 在等效阻力矩线图中，对切削始点和切削终点，为什么r 应取双值？ 3

15、. 为什么说飞轮在调速的同时还能起到节能的作用？为什么飞轮要尽量装在高速轴上。参 考 资 料 黄锡恺、郑文伟主编。机械原理第六版。高等教育出版社， 刘天一、徐锦康编，机械原理课程设计指导， 罗洪田主编。机械原理课程设计指导书。高等教育出版社。6.南京工程学院机械原理课程设计任务书专业_班级_设计者_学号_设计题目：六杆插床机构分析图 11 插床机构及其运动简图 表 1-2 机构位置分配表12345678910111213141516171819202122232425262728学生序号2930313233343536373839404142 速度图（位置）123456789101112始终加速度图（位置） 123456789101112始终说明：在学生编号的对应位置打绘制速度图与加速度图以及力分析图。 要求：2 号图纸两张，设计计算说明书一份设计