機械原理課程設(shè)計(傳動系統(tǒng)設(shè)計-授課-簡略)

機械原理課程設(shè)計一、機械原理課程設(shè)計的目的

1)以機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計與擬定為結(jié)合點，把機械原理課程中分散于各章的理論和方法融會貫通起來，進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的理論知識。2)使學(xué)生具有初步的機構(gòu)分析和綜合的能力，對機械的運動學(xué)和動力學(xué)的分析和設(shè)計有一較完整的概念。5)通過編寫說明書，培養(yǎng)學(xué)生表達(dá)、歸納、總結(jié)和獨立思考與分析的能力。3)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力。4)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神。機械原理課程設(shè)計機械設(shè)計的一般過程機械設(shè)計概念設(shè)計產(chǎn)品規(guī)劃總體方案設(shè)計技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計生產(chǎn)施工設(shè)計改進(jìn)設(shè)計確定方案(原理圖)確定機構(gòu)運動簡圖運動循環(huán)圖裝配圖、零件圖、技術(shù)文檔工藝卡、工序卡等原理二、機械原理課程設(shè)計的內(nèi)容機械原理課程設(shè)計機構(gòu)綜合：機構(gòu)分析：運動、力分析原理設(shè)計階段的機構(gòu)設(shè)計也叫機構(gòu)綜合圖解法解析法解析法的一般步驟按要求繪出機構(gòu)運動簡圖或示意圖建立合適的坐標(biāo)系根據(jù)幾何關(guān)系列方程，即構(gòu)件位移與幾何尺寸間關(guān)系方程。求解方程，手動求出解析解表達(dá)式或計算機求解。二、機械原理課程設(shè)計的內(nèi)容三、機械原理課程設(shè)計的步驟機械原理課程設(shè)計

1、按選定的設(shè)計任務(wù)進(jìn)行工作原理分析與確定。2、選擇機器的主運動機構(gòu)（執(zhí)行機構(gòu)）—

機構(gòu)選型。3、（圖解法）主運動機構(gòu)的尺度綜合、運動分析、動力分析。4、（解析法）主運動機構(gòu)的尺度綜合、運動分析、動力分析。——建模、編程、求解5、編寫設(shè)計說明書。四、機械運動方案設(shè)計

原動機運動一般有勻速轉(zhuǎn)動、直線往復(fù)兩種主要形式。機構(gòu)設(shè)計一般常將原動件運動轉(zhuǎn)變成如下的各種運動要求1.傳動機構(gòu)的類型及功用

傳動機構(gòu)主要用于將原動機的運動和動力傳動給執(zhí)行機構(gòu)（構(gòu)件），使其完成特定的作業(yè)要求。常用的機構(gòu)有：齒輪機構(gòu)、螺旋機構(gòu)、帶傳動與鏈傳動、連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等。幾種常用傳動機構(gòu)的基本特性齒輪機構(gòu)蝸桿—蝸輪機構(gòu)帶傳動鏈傳動連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)螺旋機構(gòu)優(yōu)點傳動比準(zhǔn)確，外廓尺寸小，交率高，壽命長，功率及速度范圍廣，適宜于短距離傳動傳動比大,可實現(xiàn)反向自鎖,用于空間交錯軸傳動,傳動平穩(wěn)中心距變化范圍廣,可用于長距離傳動,可吸振,能起到緩沖及過載保護(hù)作用中心距變化范圍廣,可用于長距離傳動,平均傳動比準(zhǔn)確,特殊鏈可用于傳送物料適用于寬廣的載菏范圍,可實現(xiàn)不同的運動軌跡,可用于急回,增力,加大或縮小行程等能實現(xiàn)各種運動規(guī)律,機構(gòu)緊湊可改變運動形式:轉(zhuǎn)動變移動,傳力比較大缺點制造精度要求高效率較低有打滑現(xiàn)象,軸上受力較大有振動沖擊,有多邊形效應(yīng)設(shè)計復(fù)雜,不宜高速運動易磨損,主要用于運動傳遞滑動螺旋剛度較差,效率不高效率開式0.92~0.96閉式0.96~0.99開式0.5~0.7閉式0.7~0.9自鎖0.4~0.45平皮帶0.92~0.98三角帶0.92~0.94同步齒形帶0.96~0.98開式0.9~0.93閉式0.95~0.97在運動過程中效率隨時發(fā)生變化隨運動位置和壓力角不同,效率亦不同滑動0.3~0.6滾動0.85~0.98速度6級精度直齒v≤18m/s6級精度非直齒v≤36m/s5級精度直齒v≤200m/s圓弧齒輪v≤100m/s滑動速度v≤15~35m/s三角帶≤25kW同步齒形帶≤50m/s滾子鏈≤15m/s齒形鏈≤30m/s功率漸開線齒輪≤50000kW圓弧齒輪≤6000kW錐齒輪≤1000kW小于750kW常用為50kW以下三角帶≤40kW同步齒形帶≤200~750kW最大可達(dá)3500kW通常為100kW以下傳動比一對圓柱齒輪i≤10通常i≤5一對圓錐齒輪i≤8通常i≤3開式i≤100常用i≤15~60閉式i≤60常用i≤10~40平皮帶i≤5三角帶i≤7同步齒形帶i≤10滾子鏈i≤7~10齒形鏈i≤15其他主要用于傳動主要用于傳動常用于傳動鏈的高速端常用于傳動鏈中速度較低處既可做為傳動機構(gòu)又可做為執(zhí)行機構(gòu)主要用于執(zhí)行機構(gòu)主要用于轉(zhuǎn)變運動形式,可做為調(diào)整機構(gòu)2.基本機構(gòu)的組合

基本機構(gòu)的組合大致可分為三種形式。

（1）串接式

主動件1的運動

(t)依次通過基本機構(gòu)I和II，使從動件2獲得某一運動規(guī)律

(t)，在這種組合機構(gòu)中前一機構(gòu)的從動件往往又是后一機構(gòu)的主動件。

（2）并聯(lián)式主動件1的運動

(t)同時傳給基本機構(gòu)I和II，使它們具有相同的運動規(guī)律

1(t)或不相同的運動規(guī)律

1(t)和

2(t)，并通過具有兩個自由度的差動機構(gòu)III使從動件2獲得合成的運動規(guī)律

(t)。III使運動疊加后，傳給從動件2，其運動規(guī)律為

(t)。（3）組合式

組成復(fù)合式組合機構(gòu)時，基本機構(gòu)有機聯(lián)結(jié)，互相依存?；緳C構(gòu)I或II中主動件的運動

(t)，通過機構(gòu)I、II中部分構(gòu)件組成的差動機構(gòu)III使運動疊加后，傳給從動件2，其運動規(guī)律為

(t)。

該機器主要用于單件小批量生產(chǎn)場合，希望造價較低，工作可靠，使用和維修較簡單；1)設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個利用插刀的豎直往復(fù)運動插削鍵槽和型孔的直線運動機床的機械傳動系統(tǒng)。

機器具有一般的工作精度：加工表面的平面度：8～9級精度加工表面的垂直度：8～9級精度五、機械傳動系統(tǒng)設(shè)計實例機械原理課程設(shè)計插床主要由齒輪機構(gòu)、導(dǎo)桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等組成，如圖所示。電動機經(jīng)過減速裝置(圖中只畫出齒輪)，使曲柄1轉(zhuǎn)動，再通過導(dǎo)桿機構(gòu)1-2-3-4-5-6，使裝有刀具的滑塊沿導(dǎo)路作往復(fù)運動，以實現(xiàn)刀具切削運動。為了縮短空程時間，提高生產(chǎn)率，要求刀具具有急回運動。刀具與工作臺之間的進(jìn)給運動，是由固結(jié)于軸上的凸輪驅(qū)動擺動從動桿和其他有關(guān)機構(gòu)(圖中未畫出)來完成的。機械原理課程設(shè)計2）機器工作原理的確定3）機器傳動系統(tǒng)方案的擬定與主運動機構(gòu)的選型（1）機器傳動系統(tǒng)方案的擬定機械原理課程設(shè)計插床傳動系統(tǒng)機構(gòu)組合情況的初步方案圖Ⅰ——減速傳動機構(gòu)（帶傳動+齒輪傳動）Ⅱ——插刀往復(fù)直線急回運動機構(gòu)Ⅲ——工作臺間歇直線運動機構(gòu)w1原動機ⅠV2V3w1′w1″ⅡⅢ（2）主運動機構(gòu)（執(zhí)行機構(gòu)）的選型及分析機械原理課程設(shè)計

該方案由兩個四桿機構(gòu)組成。其特點如下：

1）是一種平面連桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，能承受較大載荷；

2）具有急回作用，只要正確選擇參數(shù)，即可滿足行程速比系數(shù)K和滑塊行程H的要求；

3）當(dāng)以曲柄為主動件時，機構(gòu)傳動角

較大。工作行程中，能使插刀速度較慢，且變化平穩(wěn)，符合切削要求。

由此可見，此方案加工簡單，占用面積比較小，傳力性能好。方案一導(dǎo)桿機構(gòu)搖桿滑塊機構(gòu)機械原理課程設(shè)計方案二

將方案一中的連桿4與滑塊5的轉(zhuǎn)動副變?yōu)橐苿痈?，并將連桿4變?yōu)榛瑝K4，既得方案二。

該方案除具備方案一的特點外，因構(gòu)件4與5間的傳動角始終為900，所以受力更好。機械原理課程設(shè)計方案三1）該方案是四桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)比前述方案簡單。特點如下：

2）具有急回作用，但急回作用不明顯。增大a和e或減小b，均能使K增大到所需值，但會使滑塊速度變化劇烈，速度波動大，并且使最小傳動角減小，傳動性能變壞。顯然，此方案傳動角不符合要求。3）橫向尺寸約為縱向尺寸的2倍，機構(gòu)欠勻稱。機械原理課程設(shè)計方案四

該機構(gòu)由兩個四桿機構(gòu)組成（b<a)，特點如下：

2）滑塊5的行程H=2C，增大L可增大4與5間的傳動角，并使滑塊5的速度變化平緩。

1）只要正確選擇參數(shù)，即可滿足行程速比系數(shù)K要求，若K增大，將使導(dǎo)桿3的角速度變化劇烈，產(chǎn)生沖擊。

3）因曲柄1和導(dǎo)桿3都作整周運動，所以機構(gòu)的橫、縱向尺寸較大。另外，構(gòu)件4與5間的最小傳動角一般比方案一、二的小，并且橫、縱向尺寸均不如方案一和二。轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿對心曲柄滑塊機械原理課程設(shè)計方案五

該機構(gòu)由導(dǎo)桿機構(gòu)和齒輪齒條機構(gòu)組成，特點如下：

1）加工齒輪齒條比較復(fù)雜，特別是制作精度高的齒條較困難。

2）齒輪齒條之間為高副接觸，易磨損，磨損后傳動不平穩(wěn)，并將產(chǎn)生噪聲和振動。

3）導(dǎo)桿作變速往返擺動，特別在空回行程中，導(dǎo)桿角速度有較劇烈的變化，使齒輪機構(gòu)受到很大的慣性沖擊和振動。

4)需解決扇形齒輪的動平衡問題，否則動載荷增大。

由于齒條在較大的沖擊載荷下工作，齒輪很容易產(chǎn)生折斷，所以此方案不理想。機械原理課程設(shè)計方案六

該機構(gòu)由凸輪機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)組成，特點如下：

1）凸輪機構(gòu)雖可使從動件獲得任意的運動規(guī)律，但凸輪制造復(fù)雜，表面硬度較高，因此加工和熱處理的費用較大。

2）凸輪與從動件間為高副接觸，只能承受較小載荷，表面磨損較快，磨損后凸輪的廓線形狀將發(fā)生變化。

3）由于滑塊的急回運動性質(zhì)，使凸輪機構(gòu)受到的沖擊較大。

4）滑塊行程比較大，調(diào)節(jié)較困難，這將使凸輪機構(gòu)壓力角過大。為減少壓力角，必增大基圓半徑，從而使整個機構(gòu)的尺寸十分龐大。

5）需力封閉或幾何封閉的方法，保持高副始終接觸，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此，該方案不適用于載荷和行程較大的機床。（2）主運動機構(gòu)的選型及分析機械原理課程設(shè)計

從以上六個方案的比較中可知，為了實現(xiàn)給定的插刀運動要求，以采用方案一較為合適。機械原理課程設(shè)計3）主運動機構(gòu)的尺度綜合與運動分析例：根據(jù)設(shè)計題目要求，尺度綜合已知參數(shù)和條件擬定如下：方案指標(biāo)123456789101112K

1.92.41.51.51.51.51.51.82.11.91.72.2Hmm100150160140110135120110120130200220lO2O3mm150185200180170140160170160150210230ξ

10.81.00.81.01.11.00.91.10.850.91.0n2rpm120120140150130140130130140130300400FN120010001200140013001200130011001300140020003000m3N160200170160190200190170150180160165m5N320360330400380400410330320340400500amm506545555070507055605045bmm507070605060606055656055cmm120160120110130140100130140150130120dmm125130135120130140110140150150140130Js3kg·m20.140.300.40.300.250.50.450.200.350.250.40.5機械原理課程設(shè)計3）主運動機構(gòu)的尺度綜合與運動分析例：根據(jù)設(shè)計題目要求，尺度綜合已知參數(shù)和條件擬定如下：K——行程速比系數(shù)；H——工作行程(mm)；lO2O3——鉸鏈中心O2和O3之間的距離(mm);ξ——連桿與導(dǎo)桿之比lBC

/lO3B；n2——曲柄1的轉(zhuǎn)速；F——工作阻力；m3——導(dǎo)桿3的重量；m5——滑塊5的重量；Js3——導(dǎo)桿3質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量(kg·m2)；機械原理課程設(shè)計3）主運動機構(gòu)的尺度綜合與運動分析求l1，lBO3，l4，x，

畫出指定位置機構(gòu)運動簡圖，注意選取比例尺機械原理課程設(shè)計3）主運動機構(gòu)的尺度綜合與運動分析機械原理課程設(shè)計3）主運動機構(gòu)的尺度綜合與運動分析表1-2機構(gòu)位置分配表學(xué)生序號1234567速度圖（位置）123456789101112始終加速度圖（位置）123456789101112始終力分析圖（位置）123456789101112始終學(xué)生序號12345678速度圖（位置）123456789101112始終5x5"加速度圖（位置）123456789101112始終5x5"力分析圖（位置）123456789101112始終5x5"例：主運動機構(gòu)進(jìn)行運動分析：

機械原理課程設(shè)計3）主運動機構(gòu)的尺度綜合與運動分析位移線圖作滑塊的運動線圖。為了能直接從機構(gòu)運動簡圖上量取滑塊位移，取位移比例尺μs=μl，根據(jù)機構(gòu)及滑塊5上C點的各對應(yīng)位置，作出滑塊的運動線圖sc(t)。例：主運動機構(gòu)進(jìn)行運動分析：

機械原理課程設(shè)計3）主運動機構(gòu)的尺度綜合與運動分析用相對運動圖解法作速度、加速度多邊形。選取速度比例尺μv[(m·s-1)/mm]和加速度比例尺μa[(m·s-2)/mm]，作該位置的速度和加速度多邊形（見圖）。

①求vA其中

(rad/s)

②列出向量方程,求vA2和vA3用速度影像法求vB和aB例：主運動機構(gòu)進(jìn)行運動分析：

機械原理課程設(shè)計3）主運動機構(gòu)的尺度綜合與運動分析

③列出向量方程,求vc和aca）速度圖b）加速度圖

收集其他6位同學(xué)在各位置求出的速度和加速度，作出滑塊的速度vc(t)線圖和加速度ac(t)線圖。機械原理課程設(shè)計4）主運動機構(gòu)的動態(tài)靜力分析

已知各構(gòu)件重力G及其對重心軸的轉(zhuǎn)動慣量Js3、阻力線圖及已得出的機構(gòu)尺寸、速度和加速度。

求：按位置分配表所分配確定2個位置的各運動副中反作用力及曲柄上所需平衡力矩。繪制機構(gòu)的力分析圖（以上內(nèi)容作在運動分析的同一張圖紙上）。機械原理課程設(shè)計位置7的力分析圖4）主運動機構(gòu)的動態(tài)靜力分析用數(shù)學(xué)工具描述實際問題，就是建立數(shù)學(xué)模型。它有助于我們利用數(shù)學(xué)方法研究事物規(guī)律。+--=0

（1）5）解析法求解——主運動機構(gòu)的運動分析假設(shè)曲柄1等速轉(zhuǎn)動，畫出滑塊C的位移和速度的變化規(guī)律曲線；計算圖如下：建立直角坐標(biāo)系，O3為原心，水平為x軸方向，豎直為y軸方向。各桿矢量θ均由x軸開始，并以沿逆時針方向計量為正。由矢量閉合得出如下方程：對于封閉圖形O3O2AO3

對于封閉圖形O3BCEO3

機械原理課程設(shè)計繪圖步驟：1、列出數(shù)學(xué)模型。2、編寫程序。(matlab)3、上機運算。(使用繪圖函數(shù)繪圖)4、整理計算說明書。5）解析法求解——主運動機構(gòu)的運動分析寫出自編的主程序，子程序。最后的附錄中附上打印出自編的全部程序，對程序中的符號變量作出說明，并列出數(shù)學(xué)模型中的符號與程序中符號的對照表。機械原理課程設(shè)計繪圖步驟：1、應(yīng)用Solidworks三維輔助設(shè)計軟件建立各構(gòu)件三維模型。2、采用聯(lián)接進(jìn)行裝配，注意各運動副的約束。3、設(shè)定初始條件進(jìn)行運動仿真。4、進(jìn)行動力學(xué)分析。5、整理計算說明書。6）解析法求解——主運動機構(gòu)的運動分析

七編寫設(shè)計說明書。要求：嚴(yán)格按說明書規(guī)范書寫；A4紙。機械原理課程設(shè)計內(nèi)容大致包括；目錄

1)設(shè)計題目(包括設(shè)計條件和要求)。2)主運動機構(gòu)的綜合。3)用圖解法對主運動機構(gòu)進(jìn)行運動分析。

4)用解析