机械原理课程设计指导书-201307

2
已知：各构件的重量G及其对质心轴的转动惯量Js（数据表中未列出的构件重量和转动惯量可略去不计），切削阻力Q的变化规律（见图1-3的阻力线图），已在导杆机构设计和运动分析中得出的机构尺寸、速度和加速度。
要求：对导杆机构进行受力分析，确定2个机构位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。以上内容与运动分析做在同一张图纸上（参考图例）。整理说明书。
mO''1'
单位
r/mm
kg·m2
°
mm
°
mm
°
方案Ⅰ
0.15
1440
10
20
40
0.5
0.3
0.2
0.2
15
125
50
15
140
40
75
10
75
100
300
6
3.5
20
方案Ⅱ
0.15
1440
13
16
40
0.5
0.4
0.25
0.2
15
135
60
15
150
38
70
10
70
100
300
6
4
20
方案Ⅲ
0.16
步骤：
1）设计导杆机构。按已知条件确定导杆机构的各未知参数。其中滑块5的导路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（见图例1）。
2）作机构运动简图。选取长度比例尺l 按位置分配表所分配的2个曲柄位置作出机构运动简图，其中1个位置用粗实线画出。
项目
附表：渐开线函数表
附件：设计原始数据与设计内容
一、插床机构设计
如图1-1所示，插床主要由齿轮机构、导杆机构和凸轮机构等组成。电动机经过减速装置（图中只画出齿轮z1、z2）使曲柄1转动，再通过导杆机构1-2-3-4-5-6，使装有刀具的滑块沿导路y-y作往复运动，以实现刀具切削运动。为了缩短空回行程的时间，提高生产率，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上的凸轮驱动摆动推杆O4D和其他有关机构（图中未画出）来完成的。
1
已知：行程速比系数K，滑块5的行程H，中心距 ，比值 ，各构件质心S的位置，曲柄每分钟转数n1。
要求：设计导杆机构，作导杆机构的运动简图；作机构2个位置的速度多边形和加速度多边形，对导杆机构进行运动分析，以上内容与后面动态静力分析一起画在3
号图纸上（每个位置各画一张）（参考图例）；做滑块的运动线图，
据表中未列出的构件重量和转动惯量可略去不计）、切削阻力
Q的变化规律（见图1-3阻力曲线图）及已在导杆机构设计
和运动分析中得出的机构尺寸、速度和加速度。
要求：确定位置分配表中2个位置的各运动副反力及应
加于曲柄上的平衡力矩My。以上内容与运动分析做在同一张
图纸上（参考图例）。
3
已知：摆动推杆的行程Φ，许用压力角[]，基圆半径r0，凸轮回转中心O2至推杆摆动中心O4的距离lO2O4，摆杆长度lO4D，推杆运动规律为等加速等减速运动，凸轮与曲柄共轴。
一张4号图纸上。
曲柄位置图的作法如图2-3所示，取1和8"为工作
行程起点和终点所对应的曲柄位置，1"和7"为切削起点
1440
15
19
40
0.5
0.3
0.2
0.2
15
130
55
15
145
42
75
10
65
100
300
6
3.5
20
机构位置分配表：
学生编号
1
2
3
4
5
6
7
8
8
10
11
12
13
14
位置编号
1
2
3
4
5
6
7
7″
8
8″
9
10
11
12
5′
6′
7′
8′
9′
10′
11′
12′
1″
1′
2′
3′
4′
1″
（二）设计内容
1
已知：曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及质心位置，
图1-1插床机构简图
（一）
设计数据表（一）：
设计
内容
导杆机构的设计及运动分析
凸轮机构的设计
符号
n1
a
b
c
[]
r0
rr
01
′
推杆运动规律
单位
r/min
mm
mm
°
mm
°
数据
60
2
100
1
150
50
50
125
15
40
125
60
15
140
60
10
60
等加速
等减速
设计数据表（二）：
设计
内容
齿轮机构的设计
导杆机构的动态静力分析及飞轮转动惯量惯量的确定
580
0.3
0.5
200
50
220
800
9000
80
1.2
方案III
72
430
110
810
0.36
0.5
180
40
220
620
8000
100
1.2
设计数据表（二）：
设计内容
飞轮转动惯量的确定
凸轮机构的设计
齿轮机构的设计
符号
nO'
z1
zO"
z1'
JO2
JO1
JO"
JO'
r0
rT
[]
01
'
dO'
dO"
m12
图2-1牛头刨机构简图
图2-2牛头刨阻力曲线图
（一）设计数据及位置分配表
设计数据表（一）：
设计内容
导杆机构的运动分析
导杆机构的动态静力分析
符号
n2
G4
G6
P
yp
JS4
单位
r/mm
mm
N
mm
kg·m2
方案Ⅰ
60
380
110
540
0.25
0.5
240
50
200
700
7000
80
1.1
方案Ⅱ
64
350
90
图1图纸标题栏格式
3、整理说明书
说明书用16开（或A4）纸书写，并装订成册，封面格式和书写格式见图2。要求步骤清楚，叙述简要明确，语句通顺，书写端正，符合规范。
图2封面格式和书写格式
参考文献：
［1］孙桓，陈作模.机械原理（第七版）［M］.北京：高等教育出版社，2006
［2］孙桓，陈作模.机械原理（第五版）［M］.北京：高等教育出版社，1997
步骤：
l）选取阻力比例尺Q(N/mm)，根据给定的阻力Q和滑块行程H绘制阻力线图。
2）根据各构件质心的加速度及角加速度，确定各构件的惯性力FI和惯性力偶矩MI，并将其合成为一力FI'，求出该力至质心的距离lh。将结果列入下表。
项目
位置
FI3
FI5
MI3
lh3
大小
方向
单位
N
N·m
m
3）按杆组分解为示力体，将各外力标注在示力体上，列出相应示力体的力平衡方程式，用力多边形法决定各运动副中的反力和加于曲柄上的平衡力矩My。在列杆组示力体的力平衡方程式时，最好先写完一个构件上的所有已知力，然后再写另一构件上的所有已知力。对于开始切削和终止切削的两个特殊位置，其阻力值各有两个（其中一个为零），应分别进行计算。
步骤：
1）根据齿轮不根切选出x1、x2（最小变位系数：xmin=h*a(zmin-z)/zmin ）。
2）计算该对齿轮传动的各部分尺寸，建议列表计算。
3）通过绘图量出实际啮合线B1B2 的长度，计算出重合度，并与按公式计算出的重合度进行比较。
4）整理说明书，内容应包括：已知条件与要求，齿轮传动各部分尺寸的计算等。
位置
1
υA2
υA3A2
υA3
υCB
υC
υS3
大小
方向
大小
方向
单位
1/s
m/s
1/s
m/s2
1/s2
3）作速度、加速度多边形。选取速度比例尺v 和加速度比例尺a ，用相对运动图解法作该2个位置的速度多边形和加速度多边形，并将其结果列入下表。
4）作滑块的位置线图。根据机构的各个位置，找出滑块5上C点的各对应位置，以位置1为起始点，量取滑块的相应位移，取位移比例尺s ，作sC（t）线图。为了能直接从机构运动简图上量取滑块位移，建议取s=l。
3
已知：摆动推杆的行程Φ，许用压力角[]，基圆半径r0，凸轮回转中心O2至推杆摆动中心O4的距离为lO2O4，摆杆长度lO4D，从动件运动规律为等加速等减速运动，凸轮与曲柄共轴。
要求：绘制凸轮的轮廓曲线。以上内容做在3号图纸上。整理说明书。
步骤：
l）根据从动件运动规律，按公式分别计算推程和回程的(ddmax，然后用几何作图法直接绘出推杆的运动线图 或用解析法将从动件位移各对应等分点的数值计算出来，列于表中（该内容与凸轮轮廓曲线画在同一张图上）。
2）根据凸轮转向、摆杆长度lO4D、位移线图（）、基圆半径r0、凸轮回转中心O2至推杆摆动中心O4的距离lO2O4、滚子半径rT，画出凸轮的轮廓曲线。
3）整理说明书，内容应包括：己知条件与要求，运动线图各比例尺的选取等。
4
已知：齿数z1、z2，模数m，分度圆压力角，齿轮为正常齿制，齿轮与曲柄共轴。
要求：根据齿轮不根切选出变位系数x1、x2；计算该对齿轮传动的各部分尺寸及重合度；通过绘图量出实际啮合线B1B2的长度，计算出重合度，并与按公式计算出的重合度进行比较。以上内容做在一张4号图纸上。整理说明书。
二、牛头刨床设计数据与内容
如图2-1所示，牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约0.05 H的空刀距离，见图2-2），而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。
机械原理课程设计指导书
一、设计内容与步骤（以插床为例）
1
已知：行程速度系数K，滑块5的行程H，中心距 ，比值 ，各构件质心S的位置，曲柄每分钟转数n1。
要求：设计导杆机构，作导杆机构的运动简图；作机构2个位置的速度多边形和加速度多边形，对导杆机构进行运动分析，以上内容与后面动态静力分析一起画在3号图纸上（每个位置各画一张）（参考图例）；做滑块的运动线图，以上内容做在一张4号图纸上。整理说明书。
将所求位置的机构阻力、各运动副中的反力（对于力N65还须求出其作用线至C点的距离e）和平衡力矩My的结果列入下表。
项目
位置
N34=N54
N65=N56
e
N32=N12
N63=N36
My
大小
方向
单位
N
m
N
N·m
4）整理说明书，内容应包括：写明已知条件与要求，选取的比例尺，列出力平衡方程式及进行必要的运算。
［3］黄锡恺，郑文纬.机械原理（第六版）［M］.北京：高等教育出版社，1989
［4］曲继方.机械原理课程设计［M］.北京：高等教育出版社，1989
［5］朱景梓.渐开线齿轮变位系数的选择［M］.北京：人民教育出版社，1982
［6］罗洪田.机械原理课程设计指导书［M］.北京：高等教育出版社，1986
附图：图例
以上内容做在一张4号图纸上。
曲柄位置的作法如图1-2所示；取滑块5在上极限时所对应的曲
柄位置为起始位置1，按转向将曲柄圆周二十四等分，得24个曲柄位
置，显然位置9对应于滑块5处于下极限时的位置。再作出开始切削
和终止切削（参看图1-3）所对应的1"和8"两位置。共计有26个机
构位置。
2
已知：各构件的重量G及其对质心轴的转动惯量Js（数
5）绘制滑块的速度线图。列表汇集同组同学用相对运动图解法求得的各个位置的速度vC，绘制速度vC(t)线图。
6）绘制滑块的加速度线图。列表汇集同组同学用相对运动图解法求得的各个位置的加速度 ，绘制加速度 线图。
7）整理计算说明书。内容包括：已知条件与要求；所选比例尺；导杆机构设计简述；以一个机构位置为例，说明用相对运动图解法求机构的速度和加速度的计算方法和过程，另一位置只需画出速度和加速度线图，列出计算结果。
且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上
（见图2-3）。
要求：设计导杆机构，计算机构的行程速比系数K，
作机构的运动简图；作机构2个位置的速度多边形和加
速度多边形，对导杆机构进行运动分析，以上内容与后
面动态静力分析一起画在3号图纸上（每个位置各画一
张）（参考图例）；做滑块的运动线图，以上内容做在
注： 参考文献［1］p156，图9-10。
参考文献［2］p296，公式8-31。
参考文献［1］p317，图10-23。
二、
1、准备物品
1号图纸（594×841）一张，绘图仪器（包括曲线板）一套以及其他用品等。
2、设计图纸
要求作图准确，布图合理，线条、尺寸标注和图纸大小等均应符合制图标准。图纸标题栏格式见图1。
要求：绘制推杆的运动线图和凸轮的轮廓曲线。以上内容做在3号图纸上。
4
已知：齿数z1、z2，模数m，分度圆压力角，齿轮为正常齿制，齿轮与曲柄共轴。
要求：根据齿轮不根切选出变位系数x1、x2；计算该对齿轮传动的各部分尺寸及重合度；通过绘图量出实际啮合线B1B2的长度，计算出重合度，并与按公式计算出的重合度进行比较。以上内容做在一张4号图纸上。
符号
z1
z2
m
G3
G5
JS3
d
Q
单位
mm
°
N
㎏m2
mm
N
数据
13
40
8
20
160
320
0.41
120
1000
1/25
机构位置分配表：
学生编号
1
2
3
4
5
6
7
8
8
10
11
12
13
14
位置编号
1
1″
2
3
4
5
6
7
8
8″
9
10
11
12
2′
3′
4′
5′
6′
7′
8′
8″
wenku.baidu.com9′
10′
11′
12′
1′
1″
（二）设计内容