机械原理课程设计说明书
设计题目：压床连杆机构地设计及运动分析（方案一）郝志勇指导教师：王春华院系：机械工程学院11-3班级：矿电姓名：李建霖1107250311学号：
日47月2013年
辽宁工程技术大学
机械原理课程设计任务书（三）
姓名李建霖专业矿山机电班级矿电11-3 学号1107250311
一、设计题目：压床连杆机构地设计及运动分析
二、系统简图：
s3E3C4D
三、工作条件?????xx y，构件3地上、下极限角、、、，滑块地冲程已知：中心距H，比值3123CEEF n DECD.
1
五、要求：
1）设计连杆机构，作机构运动简图（选择适当地比例尺作在A2图纸上）、滑块地运动线图（位移、速度和加速度曲线）.编程绘制或用坐标纸描点，并将其粘于运动简图地图纸上.
2) 用C语言编写程序对机构进行运动分析，并打印出程序及计算结果.
3）编写出设计计算说明书.
指导教师：王春华郝志勇
开始日期：2013年6月29日完成日期：2013年7月4日
目录1．设计任务及要求．2数学模型地建立
3．程序框图4．程序清单及运行结果5．参考文献
设计任务及要求1xx =140mm,y=220mm,构件3地上、下极限角φ'=60已知：中心距度，
=50mm,21φ''=120度，滑块地冲程H=150mm，比值CE/CD=1/2，EF/DE=1/4，各构件重心S地位置,n=100r/min.曲柄每分钟转速1要求:
1:设计连杆机构,作机械运动简图(选择适当地比例尺),机构两个位置地速度多边形和加速度多边形,滑块地运动线图(位移,速度和加速度曲线).
.
并打印出程序及计算结果,语言编写程序对机构进行运动分析C用2:
.
3:编写出设计计算说明书数学模型2. 如图，四个向量组成地封闭四边行，于是有
zzzz0???? 1）
（4312按复数式可以写成
????????0?isin?c(cos??isin))a(cos??isin)?b(cosd?isin(cos)42314132 ?0,?上式可化简为由于4??????0)?disin)?c(cos??a(cos?isini)?b(cossin?（2）323121根据（2）式中实部、虚部分别等于零得???0?dacoscos?b??ccos
（3）321???0?asinc?bsinsin?）（4 321?）式联立消去得（3）、（422222?????bdac)?cos?(2acsin?)sin2?(ad??(2accos?2cd)cos11133）
（52222???bdNacML,??2?ad??2accos?2cd,2?acsincos,?令：111111则（5）式可化简为??NML?cossin?（）611133解之得NL?11arcsin??arcsin）（732222MLLM??1111?）式消去可解得同理，根据（3）（43
NL?22arcsin?arcsin?（8）22222LMLM??2222
中其：2222???abNdcML,?,c2oab?bd?ab?2c2,2s????adi?s221211．
??都是时间地函数，为简便，将（3、杆地角位移方程.由于）、（7）（8）式为c、b23（4）式对时间求导，得?????????sina?asin????1321??（9，）????????1213?sinbsinc?2323
将（2）式对时间数得
??????222??????????ccos????aacossinb???3331112312?，（10）??
??2?bsin23??????222????????????c??acosb?asincos???3321212211?，（11）?? ??3?csin32??0.曲柄可近似看成匀角速度转动，即1
程序框图3????t)?(t,已知且为常数，它们关系为取相等时是未知量而程序设计时，一般
1311????)/(t?2N??t???i t?,为整数，设计程序I=1,2,…,N，则间间隔，其中11i1算法（表示N-S 流程图）如下：
程序清单及运行结果4（1）清单程序#include stdio.h
#include math.h
#include stdlib.h
#include conio.h
#include graphics.h
#define pi 3.141592653
#define N 100
void init_graph(void)。
void initview()。
void draw()。
float
sita1[N+1],sita2[N+1],sita3[N+1],
omigar2[N+1],omigar3[N+1],epsl2[N+1],epsl3[N+1]。
float a=50,b=231,c=155,d=255.5,n=100,ipsl1=0。
main()
{ int i,k。
float l1,l2,m1,m2,n1,n2。
float theta1,detat。
float theta2,theta3,omiga2,omiga3,ipsl2,ipsl3,omiga1=2*pi*n/60。
detat=10*pi/(N*omiga1)。
for(i=0。i<=N。i++)
{
theta1=omiga1*detat*i。
/*系数计算*/
l1=2*a*c*cos(theta1)-2*c*d。
m1=2*a*c*sin(theta1)。
n1=a*a+c*c+d*d-b*b-2*a*d*cos(theta1)。
l2=2*a*b*cos(theta1)-b*d*2。
m2=2*a*b*sin(theta1)。
n2=c*c-a*a-b*b-d*d+2*a*d*cos(theta1)。
/*计算转角*/
theta2=asin(n2/sqrt(l2*l2+m2*m2))-asin(l2/sqrt(l2*l2+m2*m2))。
theta3=asin(n1/sqrt(l1*l1+m1*m1))-asin(l1/sqrt(l1*l1+m1*m1))。
/*计算角速度*/
omiga2=omiga1*a*sin(theta3-theta1)/(b*sin(theta2-theta3))。
omiga3=omiga1*a*sin(theta1-theta2)/(c*sin(theta3-theta2))。
/*计算角加速度*/
/*ipsl2*/
ipsl2=a*ipsl1*sin(theta1-theta3)+a*omiga1*omiga1*cos(theta1-theta3)。
ipsl2+=b*omiga2*omiga2*cos(theta3-theta2)-c*omiga3*omiga3。
ipsl2=ipsl2/(b*sin(theta3-theta2))。
/*ispl3*/
ipsl3=-a*ipsl1*sin(theta1-theta2)-a*omiga1*omiga1*cos(theta1-theta2)。
ipsl3-=b*omiga2*omiga2-c*omiga3*omiga3*cos(theta2-theta3)。
ipsl3=ipsl3/(c*sin(theta2-theta3))。
/*计算结果存入数组中*/
sita1[i]=theta1。
sita2[i]=theta2。
sita3[i]=theta3。
omigar2[i]=omiga2。
omigar3[i]=omiga3。
。epsl2[i]=ipsl2
epsl3[i]=ipsl3。
}
/*输出运算结果*/
for(i=0。i<=N。i++)
{
printf(i=%d\n,sita1[i]=%f\t,sita2[i]=%f\t,sita3[i]=%f\t,omigar2[i]=%f\t,omgiar3[i]=%f\t,epsl2[i]=%f\t, epsl3[i]=%f\n\n,i,sita1[i],sita2[i],sita3[i],omigar2[i],omigar3[i],epsl2[i],epsl3[i])。
}
init_graph()。/*初始化图形系统*/
initview()。/*建立坐标系*/
/*画构件2地角位移、角速度、角加速度*/
draw(sita2,180,25)。
setcolor(WHITE)。
setlinestyle(1,1,1)。
draw(omigar2,160,15)。
setcolor(RED)。
setlinestyle(2,1,1)。
draw(epsl2,170,1)。
/*画构件3地角位移、角速度、角加速度*/
setcolor(YELLOW)。
draw(sita3,350,10)。
setcolor(WHITE)。
setlinestyle(1,1,1)。
draw(omigar3,300,10)。
setcolor(RED)。
setlinestyle(2,1,1)。
draw(epsl3,300,1)。
}
void init_graph()
{
int gd=DETECT,gmode。
initgraph(&gd,&gmode,c:\\turboc2)。
第二章平面连杆机构及其设计与分析 §2-1 概述 平面连杆机构（全低副机构）:若干刚性构件由平面低副联结而成的机构。 优点： （1）低副，面接触，压强小，磨损少。 （2）结构简单，易加工制造。 （3）运动多样性，应用广泛。 曲柄滑块机构：转动－移动 曲柄摇杆机构：转动－摆动 双曲柄机构：转动－转动 双摇杆机构：摆动－摆动 （4）杆状构件可延伸到较远的地方工作（机械手） （5）能起增力作用（压力机） 缺点： （1）主动件匀速，从动件速度变化大，加速度大，惯性力大，运动副动反力增加，机械振动，宜于低速。 （2）在某些条件下，设计困难。 §2-2平面连杆机构的基本结构与分类 一、平面连杆机构的基本运动学结构 铰链四杆机构的基本结构 1．铰链四杆机构 所有运动副全为回转副的四杆机构。 AD－机架 BC－连杆 AB、CD－连架杆 连架杆：整周回转－曲柄 往复摆动－摇杆
2．三种基本型式 （1）曲柄摇杆机构 定义：两连架杆一为曲柄，另一为摇杆的铰链四杆机构。 特点：?、β0～360°, δ、ψ＜360° 应用：鳄式破碎机缝纫机踏板机构揉面机 （2）双曲柄机构 定义：两连架杆均作整周转动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中曲柄固定为机架而得。 应用特例：双平行四边形机构（P35），天平 反平行四边形机构（P45） 绘图机构 （3）双摇杆机构 定义：两连架杆均作往复摆动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中摇杆固定为机架而得。 应用：翻台机构，夹具，手动冲床 飞机起落架，鹤式起重机 二．铰链四杆机构具有整转副和曲柄存在的条件 上述机构中，有些机构有曲柄，有些没有曲柄。机构有无曲柄，不是唯一地由取哪个构件为机架决定，机构有曲柄的首要条件是：机构中各构件长度间应满足一定的尺寸关系，该条件是首要条件。 然后，再看以哪个构件作为机架。
课程设计说明书题目：机械原理课程设计 二级学院 年级专业 学号 学生姓名 指导教师 教师职称
目录 一. 设计要求------------------------------------------------------1 1. 压床机构简介---------------------------------------------------1 2. 设计内容-------------------------------------------------------1 (1) 机构的设计及运动分折------------------------------------------2 (2) 机构的动态静力分析--------------------------------------------3 (4) 凸轮机构设计--------------------------------------------------3 二．压床机构的设计: ----------------------------------------------4 1. 连杆机构的设计及运动分析---------------------------------------4 (1) 作机构运动简图------------------------------------------------4 (2) 长度计算------------------------------------------------------4 (3) 机构位运动速度分析---------------------------------------------5 (4) 机构运动加速度分析--------------------------------------------6 (5) 机构动态静力分析----------------------------------------------8 三．凸轮机构设计-------------------------------------------------11 四．飞轮机构设计-------------------------------------------------12 五．齿轮机构设计-------------------------------------------------12 六．心得体会-----------------------------------------------------14 七．参考---------------------------------------------------------15
1．速度瞬心是两刚体上瞬时速度相等的重合点。 2．若瞬心的绝对速度为零，则该瞬心称为绝对瞬心； 若瞬心的绝对速度不为零，则该瞬心称为相对瞬心。 3．当两个构件组成移动副时，其瞬心位于垂直于导路方向的无穷远处。当两构件组成高副时，两个高副元素作纯滚动，则其瞬心就在接触点处；若两个高副元素间有相对滑动时，则其瞬心在过接触点两高副元素的公法线上。 4．当求机构的不互相直接联接各构件间的瞬心时，可应用三心定理来求。 5．3个彼此作平面平行运动的构件间共有 3 个速度瞬心，这几个瞬心必定位于一条直线上。 6．机构瞬心的数目K与机构的构件数N的关系是K＝N(N－1)/2 。 7．铰链四杆机构共有 6 个速度瞬心，其中 3 个是绝对瞬心。 8．速度比例尺μ ν 表示图上每单位长度所代表的速度大小，单位为： (m/s)/mm 。 加速度比例尺μa表示图上每单位长度所代表的加速度大小，单位为 (m/s2)/mm。 9．速度影像的相似原理只能应用于构件，而不能应用于整个机构。 10．在摆动导杆机构中，当导杆和滑块的相对运动为平动，牵连运动为转动时（以上两空格填转动或平动），两构件的重合点之间将有哥氏加速度。哥氏加速度的大小为2×相对速度×牵连角速度；方向为相对速度沿牵连角速度的方向转过90°之后的方向。 二、试求出图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号 ij P直接标注在图上)。 P 24）
12 三、 在图a 所示的四杆机构中， l AB =60mm,l CD =90mm ，l AD =l BC =120mm ，ω2=10rad/s ，试用瞬心法求： 1）当φ＝165°时，点C 的速度v C ； 2）当φ＝165°时，构件3的BC 线上速度最小的一点E 的位置及速度的大小； 3）当v C ＝0时，φ角之值（有两个解）； 解：1）以选定的比例尺μl 作机构运动简图（图b ）。 2）求v C ，定出瞬心P 13的位置（图b ） a ) （P 13） P P 23→∞
目录 一压床机构设计要求 (2) 1.压床机构简介 (2) 2.设计内容 (2) 3.设计数据 (3) 二机械机构简图 (4) 三机构速度运动分析 (6) 四加速度分析 (8) 五机构动态静力分析 (10) 六计算各运动服的反作用力 (11) 1对构件5受力分析 (11) 2对构件2受力分析 (12) 3对构件3受力分析 (13) 4曲柄的力矩 (14) 七凸轮结构设计 (14) 八齿轮结构设计 (16)
一压床机构设计要求 1.压床机构简介 图9—6所示为压床机构简图。其中，六杆机构ABCDEF为其主体机构，电动机经联轴器带动减速器的三对齿轮z1-z2、z3-z4、z5-z6将转速降低，然后带动曲柄1转动，六杆机构使滑块5克服阻力Fr而运动。为了减小主轴的速度波动，在曲轴A上装有飞轮，在曲柄轴的另一端装有供润滑连杆机构各运动副用的油泵凸轮。 2.设计内容 （1）机构的设计及运动分折 已知：中心距x1、x2、y, 构件3的上、下极限角，滑块的冲程H，比值 CE／CD、EF／DE，各构件质心S的位置，曲柄转速n1。 要求：设计连杆机构 , 作机构运动简图、机构1～2个位置的速度多边形和加速度多边形、滑块的运动线图。以上内容与后面的动态静力分析一起画在l号图纸上。 （2）机构的动态静力分析 已知：各构件的重量G及其对质心轴的转动惯量Js(曲柄1和连杆
4的重力和转动惯量（略去不计)，阻力线图(图9—7)以及连杆机构设计和运动分析中所得的结果。 要求：确定机构一个位置的各运动副中的反作用力及加于曲柄上的平衡力矩。作图部分亦画在运动分析的图样上。 （3）凸轮机构构设计 已知：从动件冲程H， 许用压力角[α]．推程 角δ。，远休止角δ?，回 程角δ'，从动件的运动规 律见表9-5，凸轮与曲柄共 轴。 要求：按[α]确定凸 轮机构的基本尺寸．求出 理论廓 线外凸曲线的最小曲率半 径ρ。选取滚子半径r， 绘制凸轮实际廓线。以上 内容作在2号图纸上 3.设计数据
平面四杆机构的运动仿真模型分析 1前言 平面四杆机构是是平面连杆机构的基础，它虽然结构简单，但其承载能力大，而且同样能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，因而在工程实践中得到广泛应用。 平面四杆机构的运动分析, 就是对机构上某点的位移、轨迹、速度、加速度进行分析, 根据原动件的运动规律, 求解出从动件的运动规律。平面四杆机构的运动设计方法有很多，传统的有图解法、解析法和实验法。随着计算机技术的飞速发展，机构设计及运动分析已逐渐脱离传统方法，取而代之的是计算机仿真技术。本文在UG NX5环境下对平面四杆机构进行草图建模，通过草图中的尺寸约束、几何约束及动画尺寸等功能确定各连杆的尺寸，之后建立相应的连杆、运动副及运动驱动，对建立的运动模型进行运动学分析，给出构件上某点的运动轨迹及其速度和加速度变化规律曲线，文章最后简要分析几个应用于工程的平面四杆机构实例。 2平面四杆机构的建模 2.1问题的提出 平面四杆机构因其承载能力大，可以满足或近似满足很多的运动规律，所以其应用非常广泛，本文以基于曲柄摇杆机构的物料传送机构为例，讨论其建模及运动分析。 如图1所示，ABCD为曲柄摇杆机构，曲柄AB为主动件，机构在运动中要求连杆BC的延伸线上E点保持近似直线运动，其中直线轨迹为工作行程，圆弧轨迹为回程或空程，从而实现物料传送的功能。
2.2平面四杆机构的建模 由于物料传送机构为曲柄摇杆机构，所以它符合曲柄存在条件。根据机械原理课程中的应用实例[1]，选取AB=100，BC=CD=CE=250，AD=200，单位均为毫米。 在UG NX5的Sketch环境里，创建如图2所示的草图，并作相应的尺寸约束和几何约束，其中EE＇为通过E点的水平轨迹参考线，用以检验E点的工作行程运动轨迹。现通过草图里的尺寸动画功能，令AB与AD的夹角从0°到360°变化，可看到E点的变化轨迹为直线和圆弧，如图3所示为尺寸动画的四个截图，其中图3（a）中的E点为水平轨迹的起点，图3（b）中的E点为水平轨迹的中点，图3（c）中的E点为水平轨迹的终点，而图3（d）中的E点为圆弧轨迹（图中未画出）即回程的中点。 如E点轨迹不符合设计要求，则可适当调整各杆件的尺寸，再通过尺寸动画功能检验。
湖南科技大学 课程设计 课程设计名称：《机械原理》课程设计 学生姓名： 学院： 专业及班级： 学号： 指导教师： 2013 年 1 月 10 日 课程设计任务书 机电学院机制系系主任： 学生班级：2010材成1、2、3 班日期： 一、设计目的： 在学习和了解机械的通用构件和机械运行基本原理的基础上，要求学生理论与实践相结合，深入了解机械的通用构件和机械运行基本原理在工程常见机械中的应用，提高学生将机械原理的基本概念和原理综合应用能力和实际动手能力。 二、学生提交设计期限： 在本学期2012年12月17日至2012年12月21日完成，设计必须学生本人交指导老
师评阅。 三、本设计参考材料： 《机械原理》《机械原理课程指导书》 四、设计题目的选定： 参考设计题目附后页，任选一题。 五、设计要求： 1、查阅相关资料； 2、提出整体系统设计方案； 3、详细设计所设计机构的原理、组成及参数等； 4、说明设计分析的步骤和计算过程； 5、设计过程绘制相关设计的CAD图纸。 六、设计成果及处理说明书主要章节： 1．设计成果（包括说明书、CAD图纸等）； 2．设计说明书格式及主要章节： a.封面（参照学院规定标准）； b.设计任务书（包括选定设计题目与要求，可复印）； c.目录
d.说明书正文；（主要包括系统总体方案分析及参数确定；） e.设计总结及体会； f.参考文献 七、设计所得学分及成绩评定： 本设计单独算学分及成绩：占1个学分。 考核与评分主要分四个方面： 1．学生平时出勤及工作态度； 2．说明书、设计图纸的规范与正确程度及独立工作能力； 3．答辩成绩（部分学生）。 八、设计进度与答疑： 1、确定设计题目及查阅资料，并确定方案：日； 2、虚拟仪器设计及撰写设计报告：日； 3、运行调试检测与修改，完成课程设计报告：～日； 4、提交设计报告，部分学生答辩：日。 学生签名：指导老师签名： 学号： 日期：日期：
机械原理大作业（一）平面六杆机构的运动分析 班级： 学号： 姓名： 同组者: 完成时间：
一．题目 1．1 说明 如图所示为一片面六杆机构各构件尺寸如表格1所示，又知原动件1以等角速度ω=1rad/s沿逆时针方向回转，试求各从动件的角位移、角加速度以及E点的位移、速度及加速度的变化情况。1．2 数据 组号L1L2L’2L3L4L5L6 x G y G 1-A 26.5 105.6 65.0 67.5 87.5 34.4 25.0 600 153.5 41.7 表格1 条件数据 1．3 要求 三人一组，编程计算出原动件从0~360o时（计算点数N=36）所要求各运动变量的大小，并绘制运动线图及点的轨迹曲线。
二．解题步骤 由封闭图形ABCD可得： 由封闭图形AGFECD可得 于是有： 112233 1122433 sin sin sin1 cos cos sin2 l l l l l l l θθθ θθθ +=-------- +=+----- / 1122225566 / 1122225566 cos cos sin cos cos153.53 sin sin cos sin sin41.74 l l l l l l l l l l θθθθθ θθθθθ +++=+---- +-+=+----- 对以上1到4导可得- 222333111 222333111 / 55566611122222 / 55566611122222 cos cos cos sin sin sin sin sin sin(sin cos) cos cos cos(cos sin) l l l l l l l l l l l l l l l l θωθωθω θωθωθω θωθωθωωθθ θωθωθωωθθ-+= -=- -=--- -=--+
构件上点的运动分析 函数文件（m文件） 格式：function [ 输出参数] = 函数名（输入参数） p_crank.m function [p_Nx,p_Ny]=p_crank(Ax,Ay,theta,phi,l1) v_crank.m function [v_Nx,v_Ny]=v_crank(l1,v_Ax,v_Ay,omiga,theta,phi) a_crank.m function [a_Nx,a_Ny]=a_crank(l1,a_Ax,a_Ay,alpha,omiga,theta,phi) 函数中的符号说明
函数文件（m 文件） 格式： function [ 输出参数 ] = 函数名（ 输入参数 ） p_RRR.m function [cx,cy,theta2,theta3]=p_RRR(bx,by,dx,dy,l2,l3,m) v_RRR.m function [vcx,vcy,omiga2,omiga3]=v_RRR(vbx,vby,vdx,vdy,cx,cy,bx,by,dx,dy) a_RRR.m function [acx,acy,alpha2,alpha3]=a_RRR(abx,aby,adx,ady,cx,cy,bx,by,dx,dy,omiga2,omiga3) 函数中的符号说明 m =1 m = -1 RRR Ⅱ级杆组运动分析
函数文件（m 文件） 格式： function [ 输出参数 ] = 函数名（ 输入参数 ） p_RRP.m function [cx,cy,sr,theta2]=p_RRP(bx,by,px,py,theta3,l2,m) v_RRP.m function [vcx,vcy,vr,omiga2]=v_RRP(bx,by,cx,cy,vbx,vby,vpx,vpy,theta2,theta3,l2,sr,omiga3) a_RRP.m function [acx,acy,ar,alpha2]=a_RRP(bx,by,cx,cy,px,py,abx,aby,apx,apy,theta3,vr,omiga2,omiga3,alpha3) 函数中的符号说明 1 1 ∠BCP < 90?，∠BC 'P > 90?， m =1 RRP Ⅱ级杆组运动分析
四连杆机构运动学分析 使用ADAMS 建立如图1所示的四连杆机构，二杆长150mm ，三杆长500mm ，四杆长450mm ，二杆的转动速度为πrad/s ，二杆初始角度为90度。用Matlab 建立该系统的运动约束方程，计算结果，并与ADAMS 仿真结果进行对比。 图1 四杆机构 一、位置分析 1、由地面约束得到： {R x 1=0 R y 1=0θ1=0 2、由O 点约束得： { R x 2?l 22cos θ2=0R y 2?l 22 sin θ2=0 二杆 三杆 四杆 O 点 A 点 B 点 C 点
3、由A 点约束得： { R x 2+l 22cos θ2?R x 3+l 32cos θ3=0R y 2+l 22sin θ2?R y 3+l 32 sin θ3=0 4、由B 点约束得： { R x 3+l 32cos θ3?R x 4+l 42cos θ4=0R y 3+l 32sin θ3?R y 4+l 42 sin θ4=0 5、由C 点约束得： { R x 4+l 4cos θ4?l 5cos θ1=0R y 4+l 42 sin θ4?l 5sin θ1=0 6、由二杆驱动约束得： θ2?ω2=0 积分得： θ2?θ02?ω2t =0 由上面九个方程组成此机构的运动约束方程，用Matlab 表示为： fx=@(x)([x(1); x(2); x(3); x(4)-l2/2*cos(x(6)); x(5)-l2/2*sin(x(6)); x(4)+l2/2*cos(x(6))-x(7)+l3/2*cos(x(9)); x(5)+l2/2*sin(x(6))-x(8)+l3/2*sin(x(9)); x(7)+l3/2*cos(x(9))-x(10)+l4/2*cos(x(12)); x(8)+l3/2*sin(x(9))-x(11)+l4/2*sin(x(12)); x(10)+l4/2*cos(x(12))-x(1)-l5; x(11)+l4/2*sin(x(12))-x(2); x(6)-w*i-zhj0;]); x(1) x(2) x(3) x(4) x(5) x(6) x(7) x(8) x(9) x(10) x(11) x(12) 分别表示R x 1、R y 1、θ1、R x 2、R y 2、θ2、R x 3、R y 3、θ3、R x 4、R y 4、θ4。
游梁式抽油机是以游梁支点和曲柄轴中心的连线做固定杆，以曲柄，连杆和游梁后臂为三个活动杆所构成的四连结构。 1.1四连杆机构运动分析： 图1 复数矢量法： 为了对机构进行运动分析，先建立坐标系，并将各构件表示为杆矢量。结构封闭矢量方程式的复数矢量形式： 3121234i i i l e l e l e l ???+=+ (1) 应用欧拉公式cos sin i e i θθθ=+将(1)的实部、虚部分离，得 1122433112233cos cos cos sin sin sin l l l l l l l ??????+=+? ?+=? (2) 由此方程组可求得两个未知方位角23,??。 当要求解3?时，应将2?消去可得 2222234134313311412cos 2cos()2cos l l l l l l l l l l ????=++---- (3) 解得 3tan(/2)(/()B A C ?=- (4) 33 233 sin arctan cos B l A l ???+=+ (5) 其中：411 11 2222 32 3 cos sin 2A l l B l A B l l C l ??=-=-++-= (4)式中负号对应的四连杆机构的图形如图2所示，在求得3?之后，可利用(5)求得2?。
图2 由于初始状态1?有个初始角度，定义为01?，因此，我们可以得到关于011t ??ω=+， ω是曲柄的角速度。而通过图形3分析，我们得到OA 的角度0312 π θ??=- -。 因此悬点E 的位移公式为||s OA θ=?，速度||ds d v OA dt dt θ = =，加速度2222||dv d s d a OA dt dt dt θ===。 图3 已知附录4给出四连杆各段尺寸，前臂AO=4315mm ，后臂BO=2495mm ， 连杆BD=3675mm ，曲柄半径O ’D=R=950mm ，根据已知条件我们推出''||||||||OO O D OB BD +>+违背了抽油系统的四连结构基本原则。为了合理解释光杆悬点的运动规律，我们对四连结构进行简化，可采用简谐运动、曲柄滑块结构进行研究。 1.2 简化为简谐运动时的悬点运动规律 一般我们认为曲柄半径|O ’D|比连杆长度|BD|和游梁后臂|OA|小很多，以至于它与|BD|、|OA|的比值可以忽略。此时，游梁和连杆的连接点B 的运动可以看为简谐运动，即认为B 点的运动规律和D 点做圆周运动时在垂直中心线上的投影的运动规律相同。则B 点经过时间t 时的位移B s 为
压床机构设计说明书 院系：机电工程学院 班级:机械XXX班 学号: 姓名: 指导老师: 目录 一、设计题目 压床机构的设计 二、工作原理 压床机械是由六杆机构中的冲头（滑块）向下运动来冲压机械零件的。图1为其参考示意图，其执行机构主要由连杆机构和凸轮机构组成，电动机经过减速传动装置（齿轮传动）带动六杆机构的曲柄转动，曲柄通过连杆、摇杆带动滑块克服阻力F冲压零件。当冲头向下运动时，为工作行程，冲头在0.75H内无阻力；当在工作行程后0.25H行程时，冲头受到的阻力为F；当冲头向上运动时，为空回行程，无阻力。在曲柄轴的另一端，装有供润滑连杆机构各运动副的油泵凸轮机构。 三、设计要求
电动机轴与曲柄轴垂直，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有中等冲击，允许曲柄转速偏差为±5％。要求凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内，从动件运动规律见设计数据，执行构件的传动效率按0.95计算，按小批量生产规模设计。 四、原始数据 见下表
五、内容及工作量
1、 根据压床机械的工作原理，拟定执行机构（连杆机构），并进行 机构分析。 2、 根据给定的数据确定机构的运动尺寸, l CB =0.5l BO4，l CD =(0.25～ 0.35)l CO4。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。 3、 连杆机构的运动分析。分析出滑块6的位移、速度、加速度及摇 杆4的角速度和角加速度。 4、 连杆机构的动态静力分析。求出最大平衡力矩和功率。 5、 凸轮机构设计。根据所给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸（基 圆半径r o 、偏距e 和滚子半径r r ），并将运算结果写在说明书中。画出凸轮机构的实际廓线。 6、 编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过 程等。 六、设计计算过程 1. 压床执行机构（六杆机构）的设计 根据给定的数据，利用autocad 绘制出当摇杆摆到两极限位置时，机构运动简图（图3）。 图3 摇杆摆到两极限位置时，机构运动简图 由图3可知，因为1501 DD （即压头的行程H ）,而三角形41O CC 为等边三角形，可
平面四杆机构的运动仿真模型分析1前言 平面四杆机构是是平面连杆机构的基础，它虽然结构简单，但其承载能力大，而且同样能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，因而在工程实践中得到广泛应用。 平面四杆机构的运动分析, 就是对机构上某点的位移、轨迹、速度、加速度进行分析, 根据原动件的运动规律, 求解出从动件的运动规律。平面四杆机构的运动设计方法有很多，传统的有图解法、解析法和实验法。随着计算机技术的飞速发展，机构设计及运动分析已逐渐脱离传统方法，取而代之的是计算机仿真技术。本文在UG NX5环境下对平面四杆机构进行草图建模，通过草图中的尺寸约束、几何约束及动画尺寸等功能确定各连杆的尺寸，之后建立相应的连杆、运动副及运动驱动，对建立的运动模型进行运动学分析，给出构件上某点的运动轨迹及其速度和加速度变化规律曲线，文章最后简要分析几个应用于工程的平面四杆机构实例。 2平面四杆机构的建模 问题的提出 平面四杆机构因其承载能力大，可以满足或近似满足很多的运动规律，所以其应用非常广泛，本文以基于曲柄摇杆机构的物料传送机构为例，讨论其建模及运动分析。 如图1所示，ABCD为曲柄摇杆机构，曲柄AB为主动件，机构在运动中要求连杆BC的延伸线上E 点保持近似直线运动，其中直线轨迹为工作行程，圆弧轨迹为回程或空程，从而实现物料传送的功能。
平面四杆机构的建模 由于物料传送机构为曲柄摇杆机构，所以它符合曲柄存在条件。根据机械原理课程中的应用实例[1]，选取AB=100，BC=CD=CE=250，AD=200，单位均为毫米。 在UG NX5的Sketch环境里，创建如图2所示的草图，并作相应的尺寸约束和几何约束，其中EE＇为通过E点的水平轨迹参考线，用以检验E点的工作行程运动轨迹。现通过草图里的尺寸动画功能，令AB与AD 的夹角从0°到360°变化，可看到E点的变化轨迹为直线和圆弧，如图3所示为尺寸动画的四个截图，其中图3（a）中的E点为水平轨迹的起点，图3（b）中的E点为水平轨迹的中点，图3（c）中的E点为水平轨迹的终点，而图3（d）中的E点为圆弧轨迹（图中未画出）即回程的中点。
曲柄连杆机构运动分析 四缸发动机曲轴、连杆和活塞的运动是较复杂的机械运动。曲轴做旋转运动，连杆做平动，活塞是直线往复运动。在用Pro/Engineer做曲轴、连杆和活塞的运动分析的步骤如下所示[20]: （1）设置曲轴、连杆和活塞的连接。为使机构能够按照预定的方式运动，须分别在曲轴与机体之间、连杆与曲轴之间、活塞与连杆之间添加销钉。在活塞与机体之间添加滑动杆连接。 （2）定义伺服电动机。利用伺服电动机驱动曲轴转动。 （3）建立运动分析。 （4）干涉检验与视频制作。 （5）获取分析结果。 7.1 活塞及连杆的装配 7.1.1 组件装配的分析与思路 活塞组件主要包括活塞、活塞销和活塞销卡环，连杆由连杆体和连杆盖两部分组成，将活塞组与连杆组分别组装，工作时用螺栓和螺母将连杆体、连杆盖和曲轴装配在一起，用活塞销将连杆小头和活塞装配在一起[21]。 7.1.2 活塞组件装配步骤 1、向组件中添加活塞 新建组件文件，运用【添加元件】，将活塞在缺省位置，完成装配。 2、向组件中添加活塞销卡环 （1）在“约束类型”中选择“对齐”选项，将卡环中心轴与活塞销孔中心轴对齐； （2）选择“匹配”选项，将卡环外圆曲面与卡环槽曲面相匹配，完成两个活塞销卡环的装配。 3、向组件中添加活塞销 （1）选择“对齐”选项，将活塞销中心轴与活塞销座孔的中心轴对齐； （2）选择“匹配”选项，将活塞销端面与卡环端面相匹配，完成活塞销的装配。 装配结果如图7.1所示：
图7-1 活塞组装配结果 Figure7-1Piston assembly results 7.1.3 连杆组件的装配步骤 1、向组件中添加连杆体 新建组件文件，运用【添加元件】，将连杆体添加在“缺省”位置，完成连杆体的装配。 2、向组件中添加连杆衬套 （1）选择“插入”选项，将连杆衬套的外侧圆柱面与连杆小头孔内侧圆柱面以插入的方式相配合。 （2）选择“对齐”选项，将连杆衬套的中心轴和连杆小头孔的中心轴对齐，完成连杆衬套的装配。 3、向组件中添加连杆轴瓦 （1）选择“对齐”选项，“偏移”为“重合”，并选择相重合的平面，然后【反向】。 （2）选择“约束类型”为“插入”，选取轴瓦的外侧圆柱面和连杆体的大端孔内侧圆柱面，使这两个曲面以插入的方式相配合。 （3）选择“匹配”，“偏移”类型为“重合”，使轴瓦凸起和凹槽的两侧面对应重合，完成连杆轴瓦的配合。 （4）同样的方法完成另一块连杆轴瓦的装配。 4、向组件中添加连杆盖 （1）选择“约束类型”为“匹配”，“偏移”类型为“重合”，并选取相应的面。 （2）分别选取连杆盖和连杆体的孔内侧圆柱面，使其以“插入”方式相配合，完成连杆盖的添加。 5、向组件中添加连杆螺栓 （1）选取螺栓的外侧圆柱面和孔的内侧圆柱面，使其以“插入”的方式相配合。 （2）选择“匹配”选项，并选择相应的面，使其“重合”，完成连杆螺栓的装配。 （3）添加螺母和垫片，同样的方法完成另一个连杆螺栓的装配。 连杆组件的装配结果如图7.2所示：
第2章连杆机构分析和设计 2.1内容要求 1.掌握平面四杆机构的基本型式、特点及其演化方法。 2.熟练掌握和推导铰链四杆机构曲柄存在条件，并灵活运用来判断铰链四杆机构的类型； 掌握曲柄滑块机构及导杆机构等其他四杆机构的曲柄存在条件的推导过程。 3.掌握平面四杆机构的压力角、传动角、急回运动、极位夹角、行程速比系数、等基本概 念；掌握连杆机构最小传动角出现的位置及计算方法；掌握极位夹角与行程速比系数的关系式；掌握掌握死点在什么情况下出现及死点位置在机构中的应用。 4.掌握速度瞬心的概念及如何确定机构中速度瞬心的数目；掌握“三心定理”并应用“三 心定理”确定机构中速度瞬心的位置及对机构进行速度分析。 5.了解建立Ⅰ级机构、RRR杆组、RRP杆组、RPR杆组、PRP杆组、RPP杆组的运动分 析数学模型；掌握相对运动图解法及杆组法机构运动分析的方法。 6.掌握移动副、转动副中摩擦力的计算和自锁问题的讨论；掌握计及摩擦时平面连杆机构 受力分析的方法；掌握计算机械效率的几种方法；掌握从机械效率的观点研究机械自锁条件的方法和思想。 7.掌握平面四杆机构的运动特征及其设计的基本问题；了解“函数机构”、“轨迹机构”、 “导引机构”的设计思想、方法；掌握按给定行程速比系数设计四杆机构的方法。 2.2内容提要 一、本章重点 本章重点是铰链四杆机构曲柄存在条件，并灵活运用来判断铰链四杆机构的类型；连杆机构最小传动角出现的位置及计算方法；速度瞬心法对机构进行速度分析；计及摩擦时平面连杆机构受力分析的方法；按给定行程速比系数设计四杆机构的方法。 1．平面四杆机构的基本型式及其演化型式 平面四杆机构的基本型式是平面铰链四杆机构。在此机构中，与机架相联的构件称为连架杆；能作整周回转的连架杆称为曲柄，而不能作整周回转的连架杆称为摇杆；与机架不相连的中间构件称为连杆。能使两构件作整周相对转动的转动副称为周转副；而不能作整周相对转动的转动副称为摆转副。平面铰链四杆机构又根据两连架杆运动形式不同分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构及双摇杆机构。 平面四杆机构的演化型式是在平面铰链四杆机构的基础上，通过一些演化方法演化而成其他型式的四杆机构。平面四杆机构的演化方法有： （1）改变构件的形状及运动尺寸； （2）改变运动副尺寸； （3）取不同构件为机架。
机械原理课程设计压床 机构 Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】
机械原理课程设计 说明书 姓名：李金发 学号： 班级： 指导老师： 成绩： 辽宁石油化工大学 2017年12月8日
目录
一、机构简介与设计数据 .机构简介 图示为压床机构简图，其中六杆机构为主体机构。图中电动机经联轴器带动三对齿轮将转速降低，然后带动曲柄1转动，再经六杆机构使滑块5克服工作阻力r F而运动。为了减少主轴的速度波动，在曲柄轴A 上装有大齿轮6z并起飞轮的作用。在曲柄轴的另一端装有油泵凸轮，驱动油泵向连杆机构的供油。 （a）压床机构及传动系统 机构的动态静力分析 已知：各构件的重量G及其对质心轴的转动惯量Js(曲柄1和连杆4的重力和转动惯量（略去不计)，阻力线图(图9—7)以及连杆机构设计和运动分析中所得的结果。 要求：确定机构一个位置的各运动副中的反作用力及加于曲柄上的平衡力矩。作图部分亦画在运动分析的图样上。 凸轮机构构设计 已知：从动件冲程H，许用压力角[α]．推 程角δ。，远休止角δ，回程角δ'，从动件 的运动规律见表9-5，凸轮与曲柄共轴。 要求：按[α]确定凸轮机构的基本尺寸．求 出理论廓 线外凸曲线的最小曲率半径ρ。选取滚子半径 r，绘制凸轮实际廓线。以上内容作在2号图纸 上
.设计数据 二、压床机构的设计确定传动机构各杆的长度 已知：X1=60, X2=170, y=260, ' 360 ?=?,'' 3120 ?=?， 1 180,, 2 CE H mm CD ==
Z S T U Zhejiang Sci-Tech University 机械原理课程设计 说明书 设计题目: 压床机构设计 专业班级： XXX 姓名学号： XXX 指导教师： XXX 完成日期： 2012年X月X日 目录 一. 设计要求 -------------------------------------------------------3 1. 压床机构简介 ---------------------------------------------------3 2. 设计内容 -------------------------------------------------------- 3 (1) 机构的设计及运动分折 ----------------------------------------3 (2) 机构的动态静力分析 -------------------------------------------3 (4) 凸轮机构设计 ---------------------------------------------------3 二．压床机构的设计: --------------------------------------------4 1. 连杆机构的设计及运动分析 -------------------------------4 (1) 作机构运动简图
---------------------------------------------4 (2) 长度计算-----------------------------------------------------4 (3) 机构运动速度分析-------------------------------------------5 (4) 机构运动加速度分析----------------------------------------6 (5) 机构动态静力分析-------------------------------------------8 三．凸轮机构设计-------------------------------------------------11 四．飞轮机构设计-------------------------------------------------12 五．齿轮机构设计-------------------------------------------------13 六．心得体会-------------------------------------------------------14 七、参考书籍-----------------------------------------------------14 一、压床机构设计要求 1.压床机构简介 图9—6所示为压床机构简图。其中，六杆机构ABCDEF为其主体机构，电动机经联轴器带动减速器的三对齿轮z1-z2、z3-z4、z5-z6将转速降低，然后带动曲柄1转动，六杆机构使滑块5克服阻力Fr而运动。为了减小主轴的速度波动，在曲轴A上装有飞轮，在曲柄轴的另一端装有供润滑连杆机构各运动副用的油泵凸轮。 2.设计内容： （1）机构的设计及运动分折 已知：中心距x1、x2、y, 构件3的上、下极限角，滑块的冲程H，比值 CE／CD、EF／DE，各构件质心S的位置，曲柄转速n1。 要求：设计连杆机构 , 作机构运动简图、机构1～2个位置的速度多边形和加速度多边形、滑块的运动线图。以上内容与后面的动态静力分析一起画在l号图纸上。 （2）机构的动态静力分析 已知：各构件的重量G及其对质心轴的转动惯量Js(曲柄1和连杆4的重力和转动惯量（略去不计)，阻力线图(图9—7)以及连杆机构设计和运动分析中所得的结果。 要求：确定机构一个位置的各运动副中的反作用力及加于曲柄上的平衡力矩。作图部分亦画在运动分析的图样上。 （3）凸轮机构构设计
机械原理 课程设计说明书 题目六杆机构运动分析 学院工程机械学院 专业机械设计制造及其自动化 班级机制三班 设计者秦湖 指导老师陈世斌 2014年1月15日
目录 一、题目说明??????????????????????????????????????????????????? 2 1、题目要求????????????????????????????????????????????? 3 2、原理图????????????????????????????????????????????? 3 3、原始数据????????????????????????????????????????????? 3 二、结构分析??????????????????????????????????????????????????? 4 三、运动分析????????????????????????????????????????????????? 5 1、D点运动分析?????????????????????????????????? 8 2、构件3运动分析??????????????????????????????????9 3、构件4运动分析??????????????????????????????????9 4、点S4运动分析??????????????????????????????????10 四、结论?????????????????????????????????????????????????????10 五、心得体会?????????????????????????????????????????????????????10 六、参考文献?????????????????????????????????????????????????????11
连杆机构运动分析指导 一、实验目的 1. 加强学生对机构组成原理的认识，进一步了解机构组成及其运动特性，为机构创新设计奠定良好的基础。 2. 培养学生连杆机构解析法分析的能力。 二、实验原理 机构一般由两部分组成，一部分为机架和原动件及他们之间的运动副，另一部分由其他构件和运动副组成。其中，前一部分称为基本机构部分，后一部分称为从动件系统。如图1所示的机构可以分成如图2所示两部分。两部分机构自由度之和等于原始机构的自由度，由于基本机构的自由度与原动件数目相等，等于机构的自由度，所以从动件系统部分的自由度为0。 在很多情况下，从动件系统可以进一步划分成更小的杆组。我们把无法再分割的、自由度＝0的从动件连接称为阿苏尔杆组(Assur group). 例如如图2的从动件系统可以进一步划分成如图3所示的两个阿苏尔杆组。 在每一个阿苏尔杆组中，杆组内部各构件间连接的运动副称为内部运动副(inner pair内副)。例如杆组DCB中的转动副C和杆组GFE中的转动副F。每一个阿苏尔杆组中有一部分运动副与运动已知构件相联，这一部分运动副称为外部运动副（outer pairs外副)。例如，阿苏尔杆组DCB中的转动副B和D分别和运动已知构件(原动件和机架)相连接，为外副。阿苏尔杆组DCB通过外副B和D 与运动已知的构件连接后，形成了一个铰链四杆机构ABCD ，杆组DCB中的构件BCE和DC运动确定。阿苏尔杆组GFE 通过外副E和G与运动已知构件（BCE 和机架）连接。注意：转动副E不是阿苏尔杆组DCB的一个外副。从阿苏尔杆组的安装顺序，我们可以看出杆组DCB是第一杆组，杆组GFE 是第二杆组。 我们可以得到机构的组成原理：任何机构都是在基本机构的基础上依次添加杆组扩展而成的。注意只有在前面的阿苏尔杆组安装完之后，后面的杆组才能安装。 依据机构的组成原理就可以预先编写一些常用阿苏尔杆组的子程序。这样，多杆连杆机构的运动分析就可以简化成简单的两步：首先，将机构拆成基本机构
机械原理课程设计说明书 设计题目： 学院： 班级： 设计者： 学号： 指导老师：
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一、机构简介与设计数据 .机构简介 图示为压床机构简图，其中六杆机构为主体机构。图中电动机经联轴器带动三对齿轮将转速降低，然后带动曲柄1转动，再经六杆机构使滑块5克服工作阻力 r F而运动。 为了减少主轴的速度波动，在曲柄轴A 上装有大齿轮 6 z并起飞轮的作用。在曲柄轴的另一端装有油泵凸轮，驱动油泵向连杆机构的供油。 （a）压床机构及传动系统 机构的动态静力分析 已知：各构件的重量G及其对质心轴的转动惯量Js(曲柄1和连杆4的重力和转动惯量（略去不计)，阻力线图(图9—7)以及连杆机构设计和运动分析中所得的结果。 要求：确定机构一个位置的各运动副中的反作用力及加于曲柄上的平衡力矩。作图部分亦画在运动分析的图样上。 凸轮机构构设计 已知：从动件冲程H，许用压力角[α]．推程 角δ。，远休止角δ，回程角δ'，从动件的运动规 律见表9-5，凸轮与曲柄共轴。 要求：按[α]确定凸轮机构的基本尺寸．求 出理论廓 线外凸曲线的最小曲率半径ρ。选取滚子半径r， 绘制凸轮实际廓线。以上内容作在2号图纸上 .设计数据 设计内容连杆机构的设计及运动分析符号 单位mm 度mm r/min 数据 I 50 140 220 60 1201501/2 1/4 100 1/2 1/2 II 60 170 260 60 1201801/2 1/4 90 1/2 1/2 III 70 200 310 60 120 210 1/2 1/4 90 1/2 1/2 连杆机构的动态静力分析及飞轮转动惯量的确定 [δ] G2 G3 G5 N 1/30 660 440 300 4000 1/30 1060 720 550 7000 1/30 1600 1040 840 11000