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[]mx x ,0，主动构件和从动构件的转角区间分别为[][]m m ψψϕϕ,,,00。

得00y y y y x x x x m m m m --=--=--=--=ψψψψμϕϕϕϕμψϕϕμ—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[]ni 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 ni x x x x x m m i ⋅⋅⋅=⨯--++=3,2,1180212cos 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 ψδϕψδϕsin sin sin cos cos cos 设，a dp 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，pm n p p pnp 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iϕ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'。

令()210cos cos cos )(p p p f i i i i i +-'+'+-='ϕψψϕψ求i ψ'，使得0)(='i f ψ（参考牛顿切线法）。

牛顿切线法简介：设k x 是方程0)(=x f 的精确解*x 附近的猜测解，过点))(,(k k k x f x p 作切线，则切线方程))(()(k k k x x x f x f y -'+=，令y=0,则)()(1k k k k x f x f x x '-=+这样经过有限次的迭代即可求得符合误差要求的近似解。

要求计算误差：001.01≤-+kk x x （X 单位为弧度）4.4 求拟和误差20)(∑=-'=n i i i sum ψψ这里，n=8，表示共有9对对应角位移。

9对角位移，任取其中3对角位移，就能得到一个对应的机构尺寸方案，这样按照排列组合理论，设计方案有N=84种，sum 最小者为最优方案。

4.5 机构运动分析（解析法、图解法）参考教材。

5 编写课程设计说明书1、设计题目（包括设计条件、要求等）题目：连杆机构优化设计2、目录（标题、页次）3、连杆机构的优化设计3.1 ϕ、ψ对应关系的求解3.2 根据两连架杆的对应角位移设计四杆机构3.3 实际角位移i ψ'的计算3.4 拟和误差的求解3.5 机构运动分析（解析法、图解法）注：解析法要说明数学模型的建立方法、原理、详细步骤和计算过程，以及计算结果和分析。

图解法要有矢量方程的建立步骤和作图步骤及计算结果。

3.6 分析讨论注：分析说明解析法设计时确定最优方案的原理方法；分析解析法和图解法的优缺点。

4、机械运动方案的创新设计4.1 运动循环图的拟定4.2 运动方案的评定4.3 原动机、执行机构的选择4.4 机械运动方案简图5、总结6、参考资料6 课程设计期间考勤、卫生6.1 考勤上午8：30--11：30下午2：00—5：00不准做与课程设计、学习无关的事情。

平时成绩占总成绩的30%。

6.2 设计室卫生以班为单位，班长负责制，确保环境卫生。

一．糕点切片机1．工作原理及工艺动作过程糕点先成型（如长方体、圆柱体等）经切片后再烘干。

糕点切片机要求实现两个执行动作；糕点的直线间歇移动和切刀的往复运动。

通过两者的动作配合进行切片。

改变直线间歇移动速度或每次间隔的输送距离，以满足糕点不同切片厚度的需要。

2．原始数据及设计要求1）.糕点厚度：10～20mm2）糕点切片长度（亦即切片的高）范围：5～80mm3）切刀切片时最大作用距离（亦即切片的宽度方向）300mm4）切刀工作节拍：40次/min5）生产阻力很小。

要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。

6）电动机可选用0.55kw(或0.75kw)、1390r/min。

3．设计方案提示1）切削速度较大时，切片刀口会整齐平滑，因此切刀运动方案的选择很关键，切口机构应力求简单适用，运动灵活和运动空间尺寸紧凑等。

2）直线间歇运动机构如何满足切片长度尺寸的变化要求，是需要认真考虑的。

调整机构必须简单可靠，操作方便。

是采用调速方案，还是采用其它调整方案，均应对方案进行定性的分析比较。

3）间歇运动机构必须与切刀运动机构工作协调，即全部送进运动应在返回过程中完成。

需要注意的是，切口有一定的长度（即高度）输送运动必须在切刀完全脱离切口后方能开始进行，但输送机构的返回运动则可与切刀的工作行程运动在时间上有一段重叠，以利提高生产率，在设计机器工作循环图时，就应按上述要求来选择间歇运动机构的设计参数。

二．医用棉签卷棉机1．工作原理及工艺动作过程医院用棉签日耗量很大，为了提高工效采用卷棉机代替手工制棉签。

棉签卷制过程可以仿照手工方式进行动作分解，亦可另行构想动作过程。

按手工方式进行动作分解后得到：1）送棉。

将条状棉通过机构作定时适量送入。

2）揪棉。

将条状棉压（卷）紧并揪棉，使之揪下定长得条棉。

3）送棉。

将签杆送至导棉槽上方与定长条棉接触。

4）卷棉。

签杆自转并沿导棉槽移动完成卷棉动作。

2．原始数据及设计要求1）棉花。

条状脱脂棉，宽25-30mm，自然厚4~5mm。

2）签杆。

医院通用签杆，直径约3mm，杆长约70mm，卷棉部分约20~25mm。

3）生产率。

每分钟卷60支，每支卷取棉块长约20~25mm。

4）卷棉签机体积要小，重量轻，工作可靠，外形美观，成本低，卷出的棉签松紧适度。

3．设计方案提示1）送棉可采用两滚轮压紧棉条，对滚送进，送进方式可采用间歇运动，以实现定时定量送棉。

2）揪棉时应采用压棉和揪棉两个动作，压棉可采用凸轮机构推动推杆压紧棉条，为使自动调整压紧力中间可加一弹簧，揪棉可采用对滚爪轮在转动中揪断棉条。

3）送签可采用漏斗口均匀送出签杆，为避免签杆卡在漏斗口，可将漏斗作一定振动。

4）卷棉可将签杆送至导棉槽，并使签杆产生自转并移动而产生卷棉，如采用带槽的塑料带通过绕性传动来实现。