2009机械原理课程设计

机械原理课程设计

1 课程设计目的

通过课程设计，培养学生对新机械运动方案构思和设计的能力以及对机构系统中各机构分析和设计的能力；培养学生初步具备综合运用机械原理课程的理论和实践知识，分析和解决与本课程有关的实际问题的能力。通过课程设计，进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算机和查阅有关资料的能力，使学生逐步树立工程设计的观点，培养创新设计能力和实用机构设计能力。

2 课程设计任务

2.1 连杆机构的优化设计

机械原理课程设计的任务是根据机构的工作要求，对机构的机械运动简图进行尺度综合，并根据机构的工作要求进行运动分析，确定最佳设计参数。

要求根据设计任务，绘制必要的机构运动简图，编制计算设计计算的程序框图，并编写设计计算说明书。

2.2机械运动方案的创新设计

要求根据给定的具体设计题目，按照给定的工作原理（一般包括多个工艺动作），按照工艺动作顺序和协调要求，通过运动循环图的拟定、运动方案的评定、原动机、执行机构的选择，最终完成机械运动方案简图。

题目见下表：

3 设计内容及数据分配

3.1 设计内容

1、用解析法设计四杆机构

设计的铰链四杆机构两连架杆对应角位移关系近似实现函数：

)21()

lg(≤≤=x x y

要求：设计计算对应三个结点（三对角位移i ϕ、i ψ）的铰链四杆机构。

绘表、统计同组同学的计算结果，并计算对应每个主动角i ϕ时的从动角

i ψ的实际角位移i ψ'，计算拟合误差SUM 。

分析如何利用拟合误差法确定同一组同学中的最佳设计方案。 编制用计算机设计计算和优化时的程序框图。

2、按最佳方案的

210,,p p p 值绘出机构一个位置(按位置号第3行的结点号)时

的机构运动简图，作该位置时的速度多边形和加速度多边形。

3、用解析法计算机构一个位置(按位置号第3行的结点号)时摇杆的角位移、角速度和角加速度。

3.2 设计数据分配

每个班级的设计数据分配：

每位同学的机构位置分配表：

注：位置号即结点i 取值（i=0时，为初位角，即0ϕ或0ψ），每班分4组。

分组情况表：

4 设计计算过程

4.1 求ϕ、ψ对应关系

设计铰链四杆机构来实现给定函数时，首要的问题是要按一定的比例关系，把给定函数)(x f y =转化成两连架杆对应的角位移关系函数)(ϕψψ=，其中ϕ—主动杆角位移；ψ—从动杆角位移。

设给定函数)(x f y =的自变量变化范围为m x x x ≤≤0

，对应函数)

(x f y =

的变化范围为m y y y ≤≤0

。并假定对应自变量x 的指定区间[

]m

x x ,0，主动构

件和从动构件的转角区间分别为

[][]m m ψψϕϕ,,,00。

得

00

y y y y x x x x m m m m --=

--=

--=--=

ψψψψμϕϕϕϕμψϕ

ϕμ—自变量x 与主动角ϕ比例因子；

ψμ—函数值y 与从动角ψ的比例因子。

当m x x ,0已知，可求得m y y ,0。因此只要选定ϕμ和ψμ，就能由上式求得

m m ψϕ,；反之若选定m m ψϕ,则可由上式求得ϕμ和ψμ。

因而对应()i i y x ,，可求得

[]

n

i x f x f x x i i i i ⋅⋅⋅=-+=-+=,3,2,1)()()

(0000ψϕμψψμϕϕ （这里取: 8n =）

自变量x 值可按下式选取：

n i n

i x x x x x m m i ⋅⋅⋅=⨯--++=3,2,118021

2cos 2200）

（

n 为要求精确实现的结点数目。（因为X 0已知，这里取: 8n =,求解X 1---X 8）

这样就可以将相应的()i i y x ,换算为对应的i i ψϕ,值。至此问题就转化为按两连架杆对应角位移设计四杆机构的问题。

4.2 根据两连架杆的对应角位移设计四杆机构

建立直角坐标系Axy ，如上图所示：

则，⎭

⎬⎫

=++=+i i i i i i c b a c d b a ψ

δϕψδϕsin sin sin cos cos cos 设，a d

p a c n a b m ===,,

代入上式得，

⎭

⎬⎫

-=-+=i i i i i i n m n p m ϕψδϕψδsin sin sin cos cos cos

上式两边平方后相加得

()210cos cos cos p p p i i i i +-+=ϕψψϕ

式中，

p

m n p p p

n

p n p 21,

,

222210-++=-== 在第0个位置，00,ψψϕϕ==i i

在第i 个位置，i i i i ψψϕϕ==,

()()()()⎭

⎬⎫

+-+=+-+=2102001000cos cos cos cos cos cos p p p p p p i i i i ϕψψϕϕψψϕ

未知量：

00210,,,,ϕψp p p ， n 个方程，其有解条件为5≤n

（1）已知两联架杆的5组对应的角位置，有精确解； （2）已知两联架杆的对应的角位置n>5，无精确解； （3）已知两联架杆的5组对应的角位置n<5，无穷多解；

所以，如果00,ψϕ给定，则铰链四杆机构最多能精确实现两连架杆三组对应角位置，得

()()()()⎪⎭

⎪

⎬

⎫+-+=+-+=+-+=222120*********

001000)cos()cos()cos(cos cos cos cos cos cos p p p p p p p p p ϕψψϕϕψψϕϕψψϕ 由以上三个线性方程组可解出210,,p p p 。由210,,p p p 即可得各构

件的相对长度p n m ,

,。

再根据实际需要选定构件AB 的长度

a 后，其他构件的长度便可确定。

4.3 计算实际角位移

i ψ'

根据计算所得

210,,p p p ，将主动角位移i

ϕ

代入下式

()210cos cos cos p p p i i i i +-'+'=ϕψψϕ

即可求得实际角位移i ψ'。