機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)解答

1、解圖1-1一、金相加熱爐爐門啟閉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)解答金相加熱爐爐門啟閉機(jī)構(gòu)以題號(hào)1數(shù)據(jù)為依據(jù)跡行解答。一、設(shè)計(jì)分析（爐門處于關(guān)閉位置）1.干涉分析t涉分析吋，可先判斷爐門上最容易與爐壁發(fā)生干涉的若干點(diǎn)，分析這些 點(diǎn)在爐門啟閉過程中的運(yùn)動(dòng)情況，據(jù)此判斷爐門是否與爐壁發(fā)生干涉。爐門上最容易與爐壁發(fā)生干涉的點(diǎn)為a、b、c、d、e和f等。在爐門開啟的瞬時(shí)，為保證爐門與爐壁不發(fā)生干涉現(xiàn)象，則要求爐門上與 爐醸接觸的各點(diǎn)其速度分量均不能指向爐壁以內(nèi)。否則經(jīng)時(shí)間后，該點(diǎn)會(huì) 與爐舉發(fā)生干涉。這樣就將干涉分析轉(zhuǎn)化為速度分析，爐門上各點(diǎn)的速度取決于爐門的絕對(duì) 速度瞬心，其位置在兩連架桿位置線的交點(diǎn)上。在解圖1t屮，過b點(diǎn)

2、作cc'丄be,過c點(diǎn)作dd'丄cf,過質(zhì)心w點(diǎn)作 鉛垂線hh當(dāng)爐門的絕對(duì)速度瞬心位于aaf a/' bbf線z間時(shí)，無論爐門的角 速度方向如何，均會(huì)發(fā)生爐門與爐準(zhǔn)干涉現(xiàn)象。例如爐門以順時(shí)針方向方向運(yùn) 動(dòng)時(shí)，爐門上d點(diǎn)會(huì)與爐壁發(fā)生干涉現(xiàn)象，逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，爐門上a點(diǎn) 會(huì)與爐壁發(fā)牛干涉現(xiàn)彖。當(dāng)爐門的絕對(duì)速度瞬心位于購(gòu)'線以上 開啟爐門時(shí)其角速度方向應(yīng)為逆 時(shí)針方向。絕對(duì)速度瞬心位j*aec x域時(shí)，b點(diǎn)與爐壁發(fā)生干涉；絕對(duì)速度瞬心位于如'區(qū)域時(shí)，c點(diǎn)與爐壁發(fā)生干涉。所以，只有當(dāng)爐門的絕對(duì)速度瞬心位于區(qū)域時(shí)，爐門才不 會(huì)與爐舉發(fā)生干涉。同理，當(dāng)爐門的絕對(duì)速

3、度瞬心位于dfrc'區(qū)域時(shí)，爐門不會(huì)與爐壁發(fā)牛干涉。以上分析僅為爐門不發(fā)牛干涉的必耍條件，所以還需作出上述若干點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中的軌跡曲線，判斷這些曲線是否與爐推和交，用以確定爐門與爐壁是否發(fā)生干涉。2.穩(wěn)定性分析質(zhì)心位置確定為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)爐門的質(zhì)心位置與爐門截面的形心位置重 合，如解圖1-2所示。其中g(shù)是梯形截面形心，c?是矩形截面形 心，c為爐門截而總形心，貝ij：力(2° +b)=20(2x75 + 90)3(a + b) 3(75 + 90)*b 40=2 220a2 =6?/? = 150x40 = 6000人(/+2)_ 1650(9.697 + 20)a+a2

4、-1650 + 6000=6.405解圖1-2爐門受力分析爐門在關(guān)閉位置穩(wěn)定是指爐門在這一位置的受力平衡。若不平 衡，則爐門將受到一個(gè)合力或合力矩的作用，從而產(chǎn)牛運(yùn)動(dòng)。爐門在關(guān)閉位置時(shí)受到4個(gè)力的作用：兩連架桿作用于爐門上的力尺、f2,其方向沿連架桿位置線;重力w,作用在質(zhì)心ii方向鉛錘向下；爐璉作用于爐門上的支撐力用，方向向右且水平。將這些力對(duì)爐門 的絕對(duì)速度瞬心取矩，考慮到干涉分析結(jié)果，則爐門的絕對(duì)速度瞬心只能位于c、創(chuàng)和dfnc'區(qū)域內(nèi)。參 考解圖1-1,假設(shè)爐門絕對(duì)速度瞬心位cefd區(qū)域內(nèi)線左邊，則戸、e對(duì)絕對(duì)速度瞬心的力矩為零， 重力w對(duì)絕対速度瞬心的力矩為順吋針方向，支撐力

5、尺對(duì)絕對(duì)速度瞬心的力矩為逆時(shí)針方向，力矩可以 平衡，即爐門是穩(wěn)定的。反z,若爐門絕對(duì)速度瞬心位于企衍區(qū)域內(nèi)肋'線右邊，則車力w和支撐力尺 對(duì)絕對(duì)速度瞬心的力矩均為逆時(shí)針方向，故無法平衡，即爐門處于不穩(wěn)定狀態(tài)。同理可分析爐門絕対速度瞬心位于d,f,e,c,區(qū)域內(nèi)爐門的穩(wěn)定狀態(tài)。3.分析結(jié)論通過上述分析可知，爐門在啟閉兩位置時(shí)絕対速度瞬心的位置，如解圖1-3所示。不發(fā)生干涉 的瞬心區(qū)域保證穩(wěn)定且不 發(fā)生干涉區(qū)域解圖1-3二、設(shè)計(jì)示例解圖1-4pi = 0.001 m/mmmmmmbmmmmida(41,87) 5(40,145)c(50,80) £>(25,-145)w(3

6、3595,125)l8c = 65.765lad =232.551ab = 58.009% = 226.385it解圖1-5以題號(hào)1數(shù)據(jù)為依據(jù)的設(shè)訃結(jié)果見解圖1-5,危險(xiǎn)點(diǎn)和質(zhì)心軌跡曲線見解圖1-40二、汽車轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)解答1.汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)理論上兩連架桿轉(zhuǎn)介a與0之間的關(guān)系如下（參見解圖2-1）：解圖2-1解圖2-2cot a =xlcot 0 =_ x-m"lc mcot a-cot /?=l2.汽車外倫故大轉(zhuǎn)角的計(jì)算：i=sinld-m23錢鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程（參見解圖2-2）：a+b-c-d=0向兀、y坐標(biāo)軸投影：dcos(0()+ i) + b cos 5 -c cos(&

7、#171;() +a)-d = 0asin(0o + /?) + /? sin -csin(a0 +&) = 0消去5得：arcaa -b +l + 右 +2cdcos(a()a)-2ad cos(y30 + 0) = 2accos(0o + p -a-a)4汽車轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向臂長(zhǎng)a和橫拉桿長(zhǎng)度b的計(jì)算:為保證汽車左或右轉(zhuǎn)彎時(shí)具有相同的特性，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)為等腰梯形機(jī)構(gòu)，即滿足:a = c0o = 180° 一 aqd=m將以上各式代入錢鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程中，整理后得：b2 = m2 4-2amcos（cz0 + a） + cos（a0 -/?）j + 2tz21 + c

8、os（2a0 + a-0）1（ 1）此方程共有三個(gè)未知數(shù)：轉(zhuǎn)向臂長(zhǎng)a、橫拉桿長(zhǎng)度b和初始角a（）,所以叮以精確滿足連架桿三對(duì)對(duì)應(yīng) 角位移。當(dāng)給定連架桿三対對(duì)應(yīng)角位移時(shí)，需要求解-個(gè)非線性方程組，以確定未知量。實(shí)際求解此方程時(shí)，一燉先給定連架桿的初始角a。，再給定連架桿的兩對(duì)對(duì)應(yīng)角位移，將非線性方 程紐轉(zhuǎn)化為線性方程紐求解。山于汽車大部分時(shí)間是冇線行駛，所以一定要精確實(shí)現(xiàn)& = 0、0 = 0這一對(duì)對(duì)應(yīng)角位移要求，代入上式后得:b2 = m2 + 2am (cos+ cos cr0) +2 (1 + cos 2cr0)=m2 + 4am cosa()+ 2/(1 + cos2 aq -

9、sin2 %)=(m + 2a cosa0)2即橫拉桿長(zhǎng)度b為:b = m + 2a cos a(2)將（2）式和另一対対應(yīng)角位移的精確值（a. 0）代入（1）式可求出轉(zhuǎn)向臂長(zhǎng)a：(3)_ cos(cr0 + a) + cos(«0 - 0) - 2 cos aq 耐 cos 2a。一 cos(2a()+ a 0)5.誤差分析：由于設(shè)計(jì)時(shí)僅給定了兩對(duì)對(duì)應(yīng)角位移，故所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)也只能梢確地實(shí)現(xiàn)這兩對(duì)對(duì)應(yīng)角位 移，所以實(shí)際機(jī)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角有一定的偏差，因此需要做謀差分析。實(shí)際機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角關(guān)系可利用（3）式求得，變換原式為：dcos2a（）-cos（2g（）+«-

10、/）= cos（tz0 + tz） + cos（cr0 一 0）-2cosq（）m令:a cos 2ag 一 m cos(a0 + a) + 2m cos aqa sin(2qf0 + a) + m sin cr0a cos(2a()+ a) + m cos q() a sin(2tz0 + a) + m sin a。則原式化簡(jiǎn)為： k、一 k2 cos i = sin 0兩邊平方：(k； +1)cos2 0-2k|k2cos0 + k： -1=0解出0:(i = cos_1-3土 j/ 4ac、2a注意：上式可解出兩個(gè)0值，舍去不合理的一個(gè)值。6設(shè)計(jì)示例以題號(hào)1數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)：已知：&#

11、163;） = 1160 mm, m = 957 mm, l = 1900 mm, r = 3550 mm汽車外輪最大轉(zhuǎn)角仏ax = sin_-1 =sin19003500丄60 二 9572=33.4332°有關(guān)資料推薦初始角a。和可對(duì)應(yīng)角位移a按下式選取:957« tan “= tan “ 出&燈皿)=72。61。ma = (0.8 0.95)amax = 26.7465° 31.7615°取：= 72° , a = 2s°則:(m、1(“c 957 )cot (7=cotcot 28°1l )11900j0 =

12、 cot35.9869°=-183.885 mmcos(72° + 28°) + cos(72° - 35.9869°) - 2cos72°cos(2 x 72°) - cos(2 x 72° + 28° - 35.9869°)b = m + 2acosaq = 957-2x183.885cos72° = 843.353 mm說明：gv 0表示與解圖2-2所示向量方向相反，即為后置式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及安裝等要求，一般應(yīng)控制0.11< <0.15«以上計(jì)算中

13、 = 0.192偏人，故mm應(yīng)在附近重新選點(diǎn)計(jì)算。當(dāng)上偏大時(shí)，應(yīng)減小的值；反z,應(yīng)增加的值。女口：a（）=71。時(shí)，=-117.5905, = 023。m 當(dāng)6z0 < 69°時(shí)，可設(shè)計(jì)出前置式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)。誤差分析：詳見“轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu).xls”文件。最大誤差0 = 4.23094。，顯然誤差較大，一般應(yīng)控制在12。范圍內(nèi)。若需要改變瑕大誤差a0, 可在excel中打開“轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu).xls”文件，修改精確點(diǎn)（c5單元）q的值。如取4 = 31。，則最大誤 差a/? = 1.49571°o修改（e5單元）芻）的值，可改變*的比值。轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖見解圖2-3,機(jī)構(gòu)

14、的設(shè)計(jì)計(jì)算見解圖2-4,誤差分析曲線見解圖2-5。28°屮=0005m mmiab=1dc= 183.885mmlbc=843353mmlad=957mm精確對(duì)應(yīng)角位移: ai=o° pi=o° g 二 28°£=35.987。解圖2-3abcdefghi11轉(zhuǎn)囪梆形機(jī)構(gòu)計(jì)聲和獲爰分折2do. 13已陽(yáng)條件：m=957d=1160l=1900r=35504計(jì)莓33.43319e 二72.106060.8ez26. "6550.95ed：31.761535a=28a>=721086計(jì)莓p=55.98693£2 =-183

15、.88453b 二843.553117plk0.192155158aphal=<1.230949ak112abc女際移血p世論ftp桜血濮爰人卩1000.550180.554181.30712-0.61423-0.692880.000000.000000.000001110.572180.554701.30769-0.63<177-0.672611.006481.00887-0.002391220.590140.555151.50817-0.65521-0.651742.026102.03578-0.009681330.608060.555481.30856-0.67553-0.6

16、30263.059153.08118-0.0220314a0.625930.555761.30886-0.69573-0.60821d.106004.1455$-0.039531550.643750.555951.30908-0.71578-0.585595.167025.22924-0.062221660.661500.556061.30920-0.735677.562426.242666.33274-0.090081770.679190.556091.30924-0.75538-0.538717.33300z56化-0.125021880.696800.556051.50919-0.770

17、907.5km8849808.60065-0.160851990.710320.555921.30905-0.79422-o.d89m9.562499.76578；-0.2032920100.731760.555731.30883-0.81332-0.4645210.7021610.95214-0.2499721110.749110.555451.30853-0.83219-0.4388311.8596112.15999-0.3003822120.766360.555101.308k1-0.85082-0. <1127013.0357213.38959-0.3538723130.7835

18、00.554681.30767-0.86918-0.3861314.23 10.6<lll3-0.<10%324id0.800530.550191.30712-0.88729-0.3591515. <1<1810-0.4666725150.81m50.553621.30649-0.90511-0.3317816.6867917.21058-0.5238026160.834240.552981.30579-09226417.9490518.52862-0.5795727170.850910.552271.30501-0.93987-0.275%19.2365919.868

19、85-0.6322728180.86m50.551501.30015-0.95679-0.2475420.5513021.23117-0.6798429190.883850.550651.30322-0.97339-0.2188121.8955622.6153-0.7198530200.900110.549m1.30222-0.98966-0.1898023.2718824.02128-o.m9do31210.916230.508771.50110-1.00559-0.1605324.685325.44347-0.7650732220.932200.547721.30000-1.02118-0

20、.1310126.1338026.89654-0.t62m33250.948020.546621.29879-1.03641-0.1012727.6274828.36496-0.73747342d0.965680.545451.29752-1.05128-0.0713329.1698029.85509-0.6832935250.979180.544221.29618-1.06578-0.0012130.7673751.36023-0.5928736260.994520.542931.29478-1.079910.0109432. <1280532.88555-0.4571037271.0

21、09690.541581.29531-1.093660.019463<1.1636&$4.42815-0.2638281.024690.540181.29179-1.107020.0499835.9869535.986930.0000039291.039510.538711.29021-1.120000.0805937.9171957.560850.5563<l40301.050160.537191.28858-1.132580.1112639.9811739. m8660.8325141311.068630.535621.286890.14198<12.218864

22、0.749071.4697942321.082920.533991.28514-1.156500.17272g. 6948002.360682.3341243331.097030.532511.28335-1.167910.205"47.52615<13.982023.5<4<1114433.433191.103080.531561.28256-1.172710.2167848.91795“.687010.23094解圖2-4實(shí)際轉(zhuǎn)角b 理論轉(zhuǎn)角b 轉(zhuǎn)角誤差db解圖2-5三、牛頭刨床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)解答1設(shè)計(jì):己知條件：n2 = 30 r/min, h 400 mm,

23、 k=l5解：取:oio2 = 400 mm65b21解圖3-1o1山解圖3-2中封閉向量多邊形得:【2 +/1 = la將上式各向量投彩到兀、y軸上得:/2 cos 02 = c0s 04/2 sin(p2 +/, = la sin 久k15-10 =xl80° = x 180° = 36°k + i1.5 + 1noz:olo2a lo()-y sin = 400 x sin= 123.607 mm2 2。卄上亠=400/2"47.214 叭° “sin(0/2)sin(36°/2)l + cos(&/2) l + cos

24、(36°/2)dloir =x 647.214 = 631.375 mm取:bc= x647.214 « 215 mm所設(shè)計(jì)的牛頭刨床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如解圖3-1所示。屮=0.005 m/mm /oio2=400 mm /o2a=123.607 mm 7oib=647.214 mm /bc=2 15 mm /e=63 1.375 mm2 運(yùn)動(dòng)分析：曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(1-2-3-4)運(yùn)動(dòng)分析(參考解圖3-2)：解圖3-2由.(2)式可得:l sin (p, + l tan © =亠1 /2 cos(p2j _ l2 sin + 厶m =:sm©sc =

25、la 一 4 _<2)(1)、(2)式對(duì)吋間求一階導(dǎo)得:-692/2 sin(p2 =少 cos 久 _“11 久co2l2 cos02 = j sin 久 + a)ja cos©sin © _ (v2l2 cos(p2 - co4la cos(p4 cos 久 一 3j2 sin % + ®ja sin 久化簡(jiǎn)得:co2l2 cos(0 0|)co.=ia° = -2z2 sin(2 一 04)由(3)、消去®可求5：、(2)式對(duì)時(shí)間求二階導(dǎo)得:一 <y；/2 cos 冷=5 cos 04 一sin(pa 一 eala sin(pa 一 cola cos(p4(5)一 co；12 sin © = aa si