机构创新运动课程设计说明书

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1、课蟹设计霍告学生姓名XXXX学 号：20113190XXX学院:机械工程学院班级：XXX题 目 :机构运动创新设计指导教师：苏天一 职称:2015 年 1 月 8 日目录一、 绪论 _ _ 1二、课程设计目的 一 . 一 一. 一 1三、课程设计要求和内容 . . 1四、原始数据及技术参数一 2五、 设计原理及设备2六、 机构简图及自由度计算 一3七、机构动力分析与计算 4八、机构运动分析与计算 6九、 心得体会8十、参考文献 一 一 8一、概述：机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力 ,利用人类已有的相关科学技 术成果（含理论、方法、技术原理等）,进行创新构思,设计出具有新颖性、创造性 及实

2、用性的机构或机械产品（装置）的一种实践活动。它包含两个部分:一是改进 完善生产或生活中现有机械产品的技术性能、可靠性、经济性、适用性等；二是 创造设计出新机器、新产品，以满足新的生产或生活的需要。而机构运动方案创 新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步，机构的设计选型一般先通过作图和 计算来进行，一般比较复杂的机构都有多个方案，需要制作模型来试验和验证， 多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平 面机构类型，组装调整机构尺寸等功能，能够比较直观、方便的搭接、验证、调 试、改进、确定设计方案，较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般 只停留在理论基础上这一现象

3、。二、课程设计目的：（1）通过此次课程设计，既培养对机械系统的整体方案认识，加强学生的工程 实践背景的训练，拓展学生的知识面，培养学生的创新意识、综合设计及工程实 践动手能力；（2）通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，可以发现一些基本 机构及机械设计中的典型问题，通过解决问题，可以对运动方案设计中的一些基 本知识点融会贯通，对机构系统的运动特性有一个更全面的理解；（3）加深对平面机构的组成原理、组成结构的认识，了解平面机构组成及运动 特性，进一步掌握机构运动方案的各种创新设计方法。三、课程设计要求和内容：（1）设计要求：a. 程中应保证，机构的自由度数等于原动件数；b. 根据拟定的设

4、计方案，选择所需的零件，利用机构运动方案创新设计实验台 将零件按机构运动的传递顺序进行连接；c. 分清机构中各构件所占据的运动平面，避免各运动构件发生运动干涉；d. 实物连接完成后，需检验机构的自由度是否合理，机构是否能满足要求，完 成预定运动，之后才可以连接电机，进行仿真运动。2）设计内容和步骤：a. 掌握本课程设计的基本原理；b. 熟悉 CQJP-D 机构运动创新设计方案拼接及仿真实验台的使用方法；c. 确定本组的机构运动创新设计方案，保证方案的合理性和可行性，并根据所 设计的方案连接实物；d. 画出结构简图，正确计算机构自由度，并对所设计的机构进行运动学和动力 学分析。四、原始数据及技术

5、参数：（1） 原始数据：CQJP-D机构运动创新设计方案拼接及仿真实验台，YY系列电机一台，皮带轮和 皮带各一个，主动轴一个，转动副轴三个，齿轮两个，连杆1一个，连杆2一个， 连杆3 三个，紧联接螺钉若干，松连接螺钉若干，六角扳手和活动扳手。（2）主要技术参数：电机的技术参数为：P=60W，U=220V，I=0.95A，n=1350r/min , i0=50齿轮 1： d=88mm , z=42齿轮 2：d=120mm,z=56连杆1：L=120mm,数量为1连杆2：L=260mm,数量为1连杆3：L=350mm,数量为3五、设计原理及设备：（1）课程设计所需设备：CQJP-D 机构运动创新设

6、计方案拼接及仿真实验台（2）实验原理：本组的设计方案是在基于曲柄摇杆和曲柄滑块的机构特性基础上，将其与齿 轮传动的特点相结合而成的。此机构由电动机输出动能，由皮带带动小齿轮转动，小齿轮与大齿轮啮合， 动能经大齿轮后，能够输出较低的速度；杆1 固定在大齿轮上，相当于曲柄，与 杆 1 相连的杆 2 相当于连杆，与杆 2 相连的杆 3 相当于摇杆，杆 3 随杆 1 的转动 可以实现在一定角度内往复摆动，杆4首端与杆2、杆3末端相连，组成复合铰链，杆4 末端连接滑块，当杆3 摆动时，杆4拖动滑块做直线往复运动，实现将 圆周转动转变为摇杆摆动，进而转化为滑块的往复直线运动的功能。图 1 机构实物样品图六

7、、机构运动简图及其自由度计算自由度的计算公式为：F=3n-2Pl-Ph（ Pl 为低副， Ph 为高副）由图 2 可知：此机构中共有 7 个转动副和一个移动副；还有一个平面高副。 则，可知：n=6 , Pl=8 , Ph=1即，自由度数 F 为：F=3X 6-2 X 8-1=1由机构简图可知，此机构中只有一个原动件，而成机构的自由度也为 1 故，所设计的机构能够稳定运行。七、机构运动分析与计算(1) 由电机铭牌可知：P2=60w , n 0 =1350r/min ,i0=50由减速器传动比为：i0=50，可知：n1=n0/i0=1350/50=27r/min由公式 =込和nl=27r/min,

8、可知：n2z1n1 x z1n2= - =27X42/56=20r/minz 2则 n2=20r/min由 W2=2n n=2n X n2 和 V二WR，可知：大齿轮的线速度为：V2=2n nXR2=2X3.14X20X60=0.126m/s因为杆 1 与大齿轮固定在一起，故杆 1 的速度与大齿轮线速度相同(2) 杆 1 与杆 2 的运动速度分析利用速度合成法，由图 3 可知：Va=WXR=0.126m/stan0 =,即0 二arctan0.2=12.6250则 a =60 +12.6 =72.6由正弦定理，可知：AO120可得 sin ZOBA =x sin a =x sin72.6。=0

9、.42AB260AB = AO sinasinZOBA则 ZOBA = arcsin 0.42 = 27.6。图 3 杆 1 、 2 速度分析图由正弦定理，可知：v v vabbasin Osin Z OBA sin a则，可得：vV = x sin 27.6 = 0.078m / sb sina由 ZOBA + Za + ZO = 180，可知：ZO = 180- 27.6 - 72.6 = 79.8vv由 a = ab，可知: sin asin O0.95v = 0.126 x = 0.131 ab0.91由 v = wl ，可知：ab abvW = lab = 0.5rad / saba

10、b（3）对杆 2 与杆 4 进行分析 如图4所示，利用速度瞬心法，图中C速度瞬心, 则，可知：V = BCx Wbbcv即 W =十，则有be BC滑块速度为：V = CCx WebeV即 V = CCx -eBC杆4与滑块运行轨迹的夹角为O，则有v = sin( + 30。)X v =0.078 X sin( + 30。) c sin(9O-0)bsin(9O-0)当0 =0 时，v =0.078X0.5=0.039m/sc当0=15时， v =0.078X0.702=0.055m/sc当0=30时， v =0.078m/sc八、机构动力分析与计算(1)由P=UI,可知：P1=U1XI1=2

11、20VX0.95A=209w由 Tn=9550XP1/n0 ，可知：Tn=9550X209/1350=1.5N m由减速器的传动比为i0=50,可知：n1=n0/i0=1350/50=27r/min由公式=和nl=27r/min,可知:n2 z1n1X z1n2= - =27X42/56=20r/minz 2则大齿轮的转速： n2=20r/min由 P2=60w ，可知：p大齿轮的转矩T=9.55亓28.7N.m2(2) 对杆 1 进行受力分析，p由 T=9.55 28.7N.m2* 、rri由 T=FL，可知：F =110.4Nab LAB(3) 对复合铰链 B 点进行受力分析 由图 6 可

12、知：F - F cos0 110.4 x cos0bd ab即负载 F 为F F sin0 =110.4 sin 0 ab图 6 B 点受力分析图则，可知负载随夹角的变化而变化，即：当夹角变大时，F变小。(4) 由机构运动分析可知杆3 的角速度为:W3=0.5rad/s则杆3的转动角度0=20，如图7所示九、心得体会：通过这一周的机械创新设计课程设计，使我们进一步巩固、加深和拓宽所学 的知识；并且通过设计实践，树立了正确的设计思想，增强自己的创新意识，熟 悉掌握机构设计的一般规律，也培养了自己分析和解决问题的能力。使自己进行 了一个全面的机构设计基本技能的训练，并从开始的结构总体设计及传动方案

13、的 拟定中，让我清楚的了解了自己所学的理论知识在实践中的应用，也很好的锻炼 了自己自主学习和创新能力。在机构所需零件的选择及机构运动分析过程中，不 但考验了自己计算过程中的细心程度，还提高了自己快速查阅资料的一种能力； 在最后的结构简图绘制过程中，再次锻炼并提高了自己手工绘图的能力。当然，在这个过程中我们也遇到了一些问题，在面对这些问题的时候自己曾 焦虑、烦恼，但是最后在大家的一起努力之下还是解决了。才发现当我们面对很 多问题的时候所采取的具体行动也是不同的 ,这当然也会影响我们的结果 .很多 时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态,而不是看我们学习理论知 识的能力到底有多强,那是一种

14、态度的端正和目的的明确 ,只有这样把自己身置 于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题。总的来说，此次课程设计能亲自动手操作，见识了各种齿轮，连杆等机械机 构，并且能够有机会按照自己的设计方案，进行实物组装及仿真运动；另外，在 此次课程设计中我们也会遇到各种各样的问题，比如在实物连接过程中，连杆不 能顺利运动，齿轮啮合不成功等，不过，最终我们还是克服困难，按照自己的设 计方案连接出实物模型，并且仿真成功。此次课程设计培养了我们的创新思维和 动手能力，让我们在机械的道路上更好的成长。十、参考文献：1 孙桓，陈作模机械原理M.北京：高等教育出版社，2001.2 孟宪源.现代机构手册M.北京：机械工业出版社，1994.3 郁明山现代机械传动手册M.北京：机械工业出版社，1996.4 邹慧君.机械运动方案设计手册M.上海：上海交通大学出版社，1994.5 张春林.机械创新设计M.北京：机械工业出版社，1999.