???????≤≤≤+≤++≤++≤+c d b d a d b a c d a c b d c b a d ,,………………………. (2—5)
由此,我们可以得出铰链四杆机构曲柄存在条件为:
1)连架杆和机架中必有一杆是最短杆;
2)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。(称为杆长条件)
上述两个条件必须同时满足,否则机构不存在曲柄。
根据上述所讲,我们同时可以得到两个推论:
1)若四杆机构中最短杆与最长杆之和大于其余两杆之和,则该机构不可能有曲柄存在,机构成为双摇杆机构;
2)若四杆机构中最短杆与最长杆之和小于其余两杆之和,当最短杆是连架杆时,机构为曲柄摇杆机构;当最短杆是机架上时,成为双曲柄机构。
二、压力角与传动角
在如图2—12所示的曲柄摇杆机构中,若
不考虑运动副的摩擦力及构件的重力和惯性力
的影响,同时连杆上不受其它外力,则原动件
AB 经过连杆BC 传递到CD 上C 点的力P ,将
沿BC 方向。力P 可以分解为沿点C 速度方向
的分力P t 和沿CD 方向的分力P n ,而P n 不能推动从动件CD 运动,只能使C 、D 运动副产生径向压力,P t 才是推动CD 运动的有效分力。由图可知:
γαsin cos P P P t ==
式中α是作用于C 点的力P 与C 点绝对速度方向所夹的锐角,我们称为机构在此位置的压力角。αγ-=0
90是压力角的余角,亦即连杆BC 与摇杆CD 所夹锐角,我们称为机构在此位置的传动角。
显然γ越大,有效分力P t 越大,P n 越小,对机构的传动就越有利。所以,在连杆机构中也常用传动角的大小及变化情况来描述机构传动性能的优劣。
由于在机构运动过程中,传动角γ的大小是变化的,为了保证机构在每一瞬时都有良好的传力性能,设计时通常取γmin ≥400;重载情况下,应取γmin ≥500。对于只传递运动,不受或受很小外力的机构,允许传动角小些(例如在一些仪表中)。
从图2—12中可知,当角∠BCD ≤900时,γ=∠BCD ;当角∠BCD ≥900时,γ=1800-∠BCD 。 从图2—12中可以得到:
?cos 2222ad d a BD
-+= BCD bc c b BD ∠-+=cos 2222
图 2—12
故得:???? ??+--+=∠-bc ad d a c b BCD 2cos 2cos 22221
? (2—6) 十分显然,当φ=1800和φ=00时∠BCD 将取得极值。所以γmin 应出现在下述两个位置之一:
1)主动件AB 与机架AD 拉直共线时(AB 2)位置,这时∠BCD 最大,且:
???? ??---+=∠-bc ad d a c b D C B 22cos 22221
22。 2)当主动件AB 与机架AD 重叠共线时(AB1),这时∠BCD 最小,且:
???? ??+--+=∠-bc ad d a c b D C B 22cos 22221
11。 故最小传动角为:γmin ={∠B 1C 1D ,180o -∠B 2C 2D}………………..(2—8)
在设计四杆机构中,为了保证机构具有良好的传力性能,应考虑满足最小传动角的要求,应使最小传动角γmin 不小于某一许用值[γ]。一般取[γ]=400~500。传递功率较大时,取较大值。而在控制机构和仪表中,可取较小值,甚至可以小于400。
三、死 点
在有些机构中,运动中回出现γ=00
的情况,这时,无论我们在原动件上施加
多大的力都不能使机构运动,这种位置我
们称为死点。
如图2—13所示的曲柄摇杆机构,
设CD 杆为原动件,当摇杆处于两个极限位置(C 1D 和C 2D )
时,连杆与从动件曲柄共线,就出现γ=00的情况,这时CD
通过连杆作用于AB 上的力恰好通过其回转中心A ,所以无
论这时施加多大的力也不能推动从动件曲柄回转。 图2—13
死点是曲柄摇杆机构的固有特性,构件在运动中通过死点时
还可能产生运动位置不确定的现象。可以证明在曲柄滑块机构中,
当滑块为原动件时存在两个死点位置。双曲柄机构无死点
位置,如图2-14所示。
在工程上,为了使机构能够顺利通过死点而正常运
转,必须采用适当的措施,如发动机上安装飞轮加大惯性
力,或利用机构的组合错开死点位置,例如机车车轮的联
动装置。
但是,也应注意到,在工程上也长有利用死点来实现一定工作要求
的,例如飞机起落架、各类夹具中,如图2-15所示。
四、急回运动和行程速比系数 有不少的平面机构,当主动曲柄做等速转动时,做往复运动的从动
件摇杆,在前进行程(即工作行程)运行速度较慢,而回程运动速度要快,
机构的这种性质就是所谓的的机构的“急回运动”特性。
例如生产中使用牛头刨床进行刨削工作时,就是把慢速行程作为机器的工作行程,而将快速行程作为回程以提高机器的生产率。所以急回运动在机构设计中具有十分重要的意义。
下面我们就以曲柄摇杆机构为例来分析机构的急回特性。
在图2—16所示的曲柄摇杆机构中,设曲柄AB 为原动件,曲柄每转一周,有两个位置与连杆共线,这时摇杆CD 分别位于两个极限位置C 1D 和C 2D ,其夹角为ψ。曲柄摇杆机构的这两个位置称为极位。机构处在两个极位时,原动件AB 的两
个位置AB 1和AB 2所夹的锐角θ称为极位夹角。此时摇
杆两位置的夹角ψ称作摇杆最大摆角。
图2-15
夹具 飞机起落架
当曲柄以等加速度ω顺时针转过θα+=ο
1801时,摇杆由位置C 1D 运动到C 2D ,称为工作行程。设所需时间为t 1,C 点平均速度为V 1;当曲柄继续转过θα-=ο
1802时,摇杆又从C 2D 转回到C 1D ,称空回行程,所需时间为t2,C 点的平均速度为V2。摇杆往复摆动的摆角虽然均为ψ,但对应的曲柄转角不同,21αα>,而曲柄是做等角速度回转,所以21t t >,从而12V V >,也就是回程速度要快。
为了表明急回运动的急回程度,通常我们用行程速度变化系数(或称行程速比系数)K 来衡量,即:
θθαα-+=====οο180********
2122
112t t t C C t C C V V K …………….(2—9) 由此我们可以看出,当曲柄摇杆机构有极位夹角θ时,就就有急回运动特性,而且θ角越大,K 值就越大,机构的急回特性就越显著。
在进行机构设计时,若预先给出K 值,则可以求出θ值: ο1801
1?+-=K K θ 要注意:1)传动角:连杆与从动件所夹锐角。
2)γmin 不出现在极位;
3)导杆机构γmin =90o ;
4)滑块可以看作半径为无穷大的摇杆组成;
3.3 用作图法设计平面四杆机构
连杆机构的设计就是根据使用要求选定机构的形式,并确定机构中各构件的尺寸。为了使机构设计的合理、可靠,还通常应满足一些相应的附加条件,如结构条件及最小传动角等。
按照机器的用途和性能要求的不同,对连杆机构的设计可能提出许多种各不相同的设计要
求。但是,所有提出的这些设计要求,我们可以将其归纳为两大类问题。
(1)满足给定的位置要求或者运动规律的要求(位置设计)
例如要求其连杆能够占据某些给定的位置;要求其连架杆的转角能够满足给定的对应关系;或者在原动件规律一定的条件下,其从动件能够准确地或近似地满足给定的运动规律等。
例如在飞机起落架的设计中,就要求在放下或收回时连杆应当战局给定的两个位置;在车门开关机构中,其两个连架杆的转角应满足大小相等、转向相反的要求;在牛头刨床的导杆机构设计中,要求满足给定的行程速比系数K的设计要求,等等。
在四杆机构中,从动件的运动规律是由原动件的运动规律和各构件长度来确定的。而当各构件长度按同一比例增减时,并不改变各构件间的相对转角关系,所以,在设计时,我们可以用相对长度来表示构件的长度。
(2)满足预期的轨迹要求(轨迹设计)
在四杆机构的运动过程中,其连杆上的不同点将沿不同的轨迹运动,而所谓根据轨迹要求设计四杆机构,就是要求其连杆上的某点,在该机构的运动过程中,能够实现给定的轨迹。
如在起重机机构中,要求其连杆上的一点(吊钩),在一定的范围内能够做近似水平的方向运动。而在搅拌机构中,则要求连杆上的一点,能按预期的卵形轨迹运动。
连杆机构的设计方法有:作图法、实验法及解析法。图解法和实验法比较直观易懂,但设计精度要低。解析法精度高,但计算要复杂,有时利用手工几乎无法完成。随着计算机技术的发展,解析法得到日益广泛的使用。但是为了阐明设计的思路和方法,在教学中我们以图解法解决位置设计问题为主。
(1)按连杆预定位置设计四杆机构
条件:给定连杆两位置或三位置及活动铰链B、C
该机构的设计实质上就是确定两固定铰A、D的位置。
当给定连杆两位置B 1C 1、B 2C 2时,如图2-17所示。由于B 、C 两点的轨迹都是圆弧,故知转动副A 、D 分别在21B B 和21C C 的垂直平分线上,也就
是说A 、D 可以在其垂直平分线上任意选取。显然,在这种
情况下,该机构的设计有无数个答案,此时可以根据结构条
件或其它辅助条件来确定A 、D 的位置。
如果给定连杆BC 的三个位置,如图2-18所示,其
答案就是唯一的。
如图所示为铸造车间振实造型机工作台的翻转机构,
就是实现连杆两预定位置的应用实例。当翻台(即连杆
BC )在振实台上振实造型时,处于图示实线B 1C 1位置。
而需要起模时,要求翻台能转过180°到达图示托台上方虚
线B 2C 2位置,以便托台上升接触砂箱起模。若已知连杆BC 的长度,B 1C 1和B 2C 2在坐标系中的坐标,并要求固定铰链中心A 、D 位于x 轴线上,此时可以选定一比例尺,按上述方法设计出AB 、CD 、AD 的长度。
(2)按给定连架杆对应位置设计四杆机构
求解这一类问题,我们是利用机构反转法,即把两连架杆假想地当作连杆和机架,这样两连架杆间的相对运动就化为连杆相对于机架的运动,其图解法与前述相同。
如图2-20所示,
已知连架杆AB 和机架
AD 的长度、位置,AB
的三个位置及连架杆
CD 上一直线的三个位
图2-18
图2-20
图 2-19
置DE 1、DE 2、DE 3,要求出CD 上的活动铰链C 的位置。
将连架杆CD 的第一位置DE 1当作机架,将四边形AB 2E 2D 和AB 3E 3D 分别刚性地绕D 点转到DE 2、DE 3与DE 1重合位置,则点B 2、B 3转到新的位置'2B 、'3B ,点A 到达'A 、''A 位置。分别作'21B B 、'3'2B B 的中垂线,两中垂线的交点即为活动
铰点C 的位置。显然该机构有唯一解。
若给定连架杆的两个位置,则机构有无穷解,如图
2-20所示。
对于曲柄滑块机构,其作图法原理与上述相同,请
同学们下去后自己练习。
(3)按给行程速比系数K 设计四杆机构
对于有急回运动的四杆机构,设计时应满足行程速比系数K 的要求。在这种情况下,可以利用机构的极限位置的几何关系,在结合其它辅助条件进行设计。
下面我们分别介绍曲柄摇杆、曲柄滑块、曲柄导杆三类机构的设计方法。
(a )曲柄摇杆机构
如图2-21所示,已知摇杆CD 长度及摆角ψ,行程速比系
数K 。要求设计曲柄摇杆机构。步骤如下:
1)由1
1180+-?=K K οθ公式,求出极位夹角θ。 2)任选固定铰D 的位置,并作出摇杆两极限位置C 1D 和
C 2
D ,夹角为ψ。
3)连接C 1C 2,作θ-=∠=∠ο901221O C C O C C ,得交点O ,以O 为圆心,OC1为半径作圆(称作θ圆)。
4)在θ圆上任取一点A 为固定铰,则θ=∠=∠21212
1OC C AC C 。 图2-20 图 2-21
5)连接AC 1、AC 2,则AC 1、AC 2分别为曲柄与连杆重迭拉直共线位置,即:
2AC b a =+,1AC a b =-。
6)由上式可以求得212AC AC a -=,2
12AC AC b +=。作图法为: 以C2为圆心,以AC 1为半径划弧交AC 2于F ,再做AF 线段的中分线求得B 2点,以A 为圆心,AB 2为半径画圆,交AC 1延长线于B 1,则B 1、B 2即为活动铰接点的位置。
注意:(1)曲柄固定铰链点A 不能选在GG ’弧段上,否则机构不满足运动连续性要求。
(2)可以看出,机构有无穷解。具体A 的位置可依据工作要求、结构条件进行选择。
(b )曲柄滑块机构
设已知行程速比系数K ,行程H ,偏距e ,要求设计此
偏置曲柄机构。
图解法与前述相类似。
先由K 求出θ;作一直线C 1C 2=H ;
作θ-=∠=∠ο901221O C C O C C ,交于O 点;以O 为圆心,OC 1为半径作出θ圆;作直线21//C C EF ,间距为e ,交θ圆于A 点。重复前述第5、6步骤即可求得机构,如图2-22所示。
(c )导杆机构
设已知摆动导杆机构中,机架的长度为d ,行程速比系数
为K ,要求设计该机构。
如图所示导杆机构,可以看出该机构的极位夹角θ与导杆
摆角ψ相等。这样,设计就简单了。
首先由K 求出θ;然后选择一点D ,作θ=∠mDn ;再作
角平分线,在平分线上取DA=d ,可以求得曲柄回转中心A ,图 2-22
图 2-23
过A 点作导杆任一极限位置垂线AC 1(或AC 2),则AC 1即为曲柄长度。
由于作图法误差比较大,所以工程上也常用实验法。同时随着计算机技术的发展,解析法也日益得到应用。
3.4 构件的结构设计
前面所讲的设计,只是确定了构件上运动副之间的相对尺寸,至于构件的结构(形状和横截面积尺寸)应该由相关的强度理论及其它条件来确定(这些内容在材料力学中都已经介绍过,希望同学下去复习一下有关内容)。
1、杆件类构件的结构设计
杆件类结构有曲柄、连杆、摇杆,
其结构主要根据杆件系统的构造而
定,如图2-24所示。 通常情况下,曲柄可以做成圆盘销轴状(图b 所示)、曲轴状(图c 所示)或杆件状(图d 所示)。
连杆和摇杆的结构相对简单,可以根据具体情况进行设计。
2、运动副的结构设计
为了研究方便,我们常用规定的运动副符号表示低副或高副。但是在实际中,这些运动副都有自己的实际形状和具体结构。运动副结构的设计对机械性能有重大影响。运动副的结构创新对提高机械的性能与寿命有重大帮助。如在螺旋副中,安装一系列的滚珠组成滚珠丝杠传动,将滑动摩擦转换为滚动摩擦,大大提高了机械效率。所以,合理设计运动副的结构是十分重要的。
转动副是机械中最常见的运动副。可
以根据相对运动速度和载荷的大小,选用
滑动轴承或滚动轴承。采用滚动轴承,机
图 2-24
械效率较高。如图2-25所示为滚动轴承和滑动轴承机构的运动副示意图。
移动副的结构比较复杂,可以采用点、线接触的移动副,也可以采用面接触的移动副。设计时,其约束条件可利用重力封闭或形封闭,如图2-26所示。图a所示为常见的移动副,图b为采用重力封闭结构示意图,图c所示为重力封闭与形封闭相结合的结构示意图,图d所示为重力封闭点接触式移动副的结构示意图,图e所示为柱面移动副结构示意图,图f所示为带滑键的柱面移动副结构示意图,图g所示为形封闭点接触式移动副德结构示意图,图h所示为形封闭的结构示意图,图I所示为滚子与轮轨接触形式的移动副结构示意图,图j所示为滚子与滑槽接触形成的移动副结构示意图。
移动副的结构设计多种多样,由于面接触式移动副的摩擦阻力大,在接触面之间设置一些滚子可以提高传动效率,但结构也随之复杂。
通常情况下,高副不存在结构设计的问题。因为其结构在构件结构设计过程中就随之解决了,如齿轮机构和凸轮机构中的高副。但在特定的场合下,仍需考虑高副的结构设计。例如,滚子导轨代替平面摩擦导轨时,滚子的直径与宽度和滚子之间的间距以及定位措施等都需要进行严格的结构设计。用滚珠丝杠代替普通
丝杠时,原有低副转变为高副,也
需要进行结构设计。如图2-27所示。
在进行运动副的结构设计时,因为在运动副处存在相对运动,为此必须考虑润滑和密封等问题。在需要的时候可以查阅相关的书籍。
3、块状类零件的结构设计
块状类零件大都做移动的构件,而作移动构件的结构、形状与运动副的结构有关,可以参照运动副的结构设计进行。
平面连杆机构及其设计答案复习进程
第八章平面连杆机构及其设计 一、填空题: 1.平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副和移动副连接组成的。 2.在铰链四杆机构中,运动副全部是低副。 3.在铰链四杆机构中,能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 4.在铰链四杆机构中,只能摆动的连架杆称为摇杆。 5.在铰链四杆机构中,与连架杆相连的构件称为连杆。 6.某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 7.对心曲柄滑块机构无急回特性。 8.平行四边形机构的极位夹角θ=00,行程速比系数K= 1 。 9.对于原动件作匀速定轴转动,从动件相对机架作往复直线运动的连杆机构,是否有急回 特性,取决于机构的极位夹角是否为零。 10.机构处于死点时,其传动角等于0?。 11.在摆动导杆机构中,若以曲柄为原动件,该机构的压力角α=00。 12.曲柄滑块机构,当以滑块为原动件时,可能存在死点。 13.组成平面连杆机构至少需要 4 个构件。 二、判断题: 14.平面连杆机构中,至少有一个连杆。(√) 15.在曲柄滑块机构中,只要以滑块为原动件,机构必然存在死点。(√) 16.平面连杆机构中,极位夹角θ越大,K值越大,急回运动的性质也越显著。(√) 17.有死点的机构不能产生运动。(×) 18.曲柄摇杆机构中,曲柄为最短杆。(√) 19.双曲柄机构中,曲柄一定是最短杆。(×) 20.平面连杆机构中,可利用飞轮的惯性,使机构通过死点位置。(√) 21.在摆动导杆机构中,若以曲柄为原动件,则机构的极位夹角与导杆的最大摆角相等。 (√) 22.机构运转时,压力角是变化的。(√) 三、选择题:
23.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A ≤ B ≥ C > 24.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和,而 充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边 B 最长杆 C 最短杆的对边。 25.铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和,当以 B 为机架时, 有两个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 26.铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和,当以 A 为机架时, 有一个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 27.铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和,当以 C 为机架时, 无曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 28.铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆长度之和 B 其余两杆长度之和,就一定是双摇杆 机构。 A < B > C = 29.对曲柄摇杆机构,若曲柄与连杆处于共线位置,当 C 为原动件时,此时机构处在死点位 置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 30.对曲柄摇杆机构,若曲柄与连杆处于共线位置,当 A 为原动件时,此时为机构的极限 位置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 31.对曲柄摇杆机构,当以曲柄为原动件且极位夹角θ B 时,机构就具有急回特性。 A <0 B >0 C =0 32.对曲柄摇杆机构,当以曲柄为原动件且行程速度变化系数K B 时,机构就具有急 回特性。 A <1 B >1 C =1 33.在死点位置时,机构的压力角α= C 。 A 0 o B 45o C 90o 34.若以 B 为目的,死点位置是一个缺陷,应设法通过。 A 夹紧和增力B传动 35.若以 A 为目的,则机构的死点位置可以加以利用。 A 夹紧和增力;B传动。
第三章 平面连杆机构及其设计习题解答
1 图11所示铰链四杆机构中,已知各杆长度AB l =42mm ,BC l =78mm ,CD l =75mm ,AD l =108mm 。要求 (1) 试确定该机构为何种机构; (2) 若以构件AB 为原动件,试用作图法求出摇杆CD 的最大摆角?, 此机构的极位夹角θ,并确定行程速比系数K (3) 若以构件AB 为原动件,试用作图法求出该机构的最小传动角 min γ; (4) 试分析此机构有无死点位置。 图11 【分析】(1)是一道根据机构中给定的各杆长度(或尺寸范围)来确定属于何种铰链四杆机构问题;(2)(3)(4)是根据机构中给定的各杆长度判定机构有无急回特性和死点位置,确定行程速比系数K 和最小传动角问题。 解: (1)由已知条件知最短杆为AB 连架杆,最长杆为AD 杆,因 mm l l mm l l CD BC AD AB 153757815010842=+=+<=+=+ 故AB 杆为曲柄,此机构为曲柄摇杆机构。 (2)当原动件曲柄AB 与连杆BC 两次共线时,摇杆CD 处于两极限位置。 适当选取长度比例尺l μ,作出摇杆CD 处于两极限位置时的机构位置图AB 1C 1D 和AB 2C 2D ,由图中量得?=70°,θ=16°,可求得 19.1180180≈+?-?= K θ θ (3) 当原动件曲柄AB 与机架AD 两次共线时,是最小传动角min γ可能出现的位置。用作图法作出机构的这两个位置AB ′C ′ D 和AB ″C ″ D ,由图中量得,50,27?=''?='γγ故 min γ=?='27γ (4) 若以曲柄AB 为原动件,机构不存在连杆BC 与从动件CD 共线的两个位置,即不存在?='0γ的位置,故机构无死点位置;若以摇杆CD 为原动件,机构存在连杆BC 与从动件AB 共线的两个位置,即存在?='0γ的位置,故机构存在两个死点位置。 【评注】 四杆机构基本知识方面的几个概念(如有曲柄条件、急回运动、传动角等)必须清晰。机构急回运动分析的关键是确定极位夹角θ的大小,本题曲柄合理转向的确定依据就是机构存在慢进快退的急回特性;而传动角和死点的分析要特别注意它与机构原动件有关。 2 如图12所示,连杆BC 的长度BC l 及其两个位置11C B 、22C B 为已知,试设计一铰链四杆机构ABCD ,使得AB 杆为原 动件时,机构在此位置时的传动角相等,并满足机架AD 的长度为AD l 。
7.实验七 机构创新组合设计实验
实验七机构创新组合设计实验 一、实验目的 1、加深学生对平面机构的组成原理认识,进一步了解机构组成及运动特性。 2、训练学生的工程实践动手能力。培养学生创新意识及综合设计的能力。 二、实验设备及工具 1、JKZB-Ⅱ机构创新组合设计实验台。附件:齿轮、齿条、槽轮、凸轮、转动轴、连杆、各种连接组合零部件等。 2、装拆工具:十字起子、活动扳手、内六角扳手、钢板尺、卷尺等。 3、学生自备草稿纸、笔、绘图工具等。 三、实验要求 1、每2~3人一组,每一组实验前拟一份机构运动设计方案,实验后提交新设计方案. 2、完成实验后各组将机械零部件“物还原位”,老师验收后方可离去. 3、每人完成一份实验报告。 四、实验原理和方法 根据平面机构的组成原理:任何平面机构都可以由若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上而构成,故可通过选定的机构类型,拼装该机构并进行分析。 1
五、实验内容 1、自行到实验室熟悉本实验中的实验装置,各种零部件、装拆工具的功能;了解机构的拼接方法,拟订自已的机构运动方案的拼接步骤。 2、自拟或课本提供的机构运动方案做为拼接对象。 3.拼接机构,将各基本杆组按运动传递规律顺序拼接到原动件和机架上。 4.绘制运动简图,分析所拼接的平面机构。 5.根据平面机构的组成原理,利用常用的零部件拼接调整,设计一种具有新型的带发明创造性的组合机构。每一组提交一份机构创新设计方案。 6.最后把组合机构安装在实验平台上,进行测试分析、运动分析、实验结果分析、拟定这次实验的步骤,并写出实验报告。 六、实验方法与步骤 1.学生使用“机构创新组合设计实验台”提供的各种零件。按照自己的运动方案简图,先在桌面上进行机构的初步试验组装,这一步的目的是杆件分层。一方面为了使各个杆件在互相平行的平面内运动,一一方面为了避免各个杆件,各个运动副之间发生运动干涉。 2.按照上一步骤试验好的分层方案,从最里层开始,依次将各个杆件组装连接到机架上。选取构件杆,连接转动副或移动副。凸轮。齿轮。齿条与杆件用转动副连接,凸轮。齿轮。齿条与杆件用移动副连接,杆件以转动副的形式与机架相连,杆件以移动副的形式与机架相连,最后组装连接输入转动的原动件或输入移动的原动件。 3.根据输入运动的形式选择原动件。若输入运动为转动(工程实际中以柴油机,电动机等为动力的情况),则选用双轴承式主动定铰链轴或蜗杆为原动件,并使用电机通过软轴联轴器进行驱动。若输入运动为移动(工程实际中以油缸,气缸等为动力的情况),可选用适当行程的气缸驱动,用软管连接好气缸,气控组件和空气压缩机并进行空载形成实验。 4.试用手动的方式摇动或推动原动件,观察整个机构各个杆,副的运动,确定运动没有干涉后,安装电动机,用柔性联轴节将电机与机构相连,或安装气缸,用附件将气缸与机构相连。 5.检查无误后,接通电源试机 6.观察机构系统的运动,对机构系统的工作到位情况,运动学及动力学特性作出定性的分析和评价。一般包括如下几个方面: ①各个杆、副是否发生干涉 ②有无形成运动副的两构件的运动不在一个平面,因而出现摩擦力过大的现象 ③输入转动的原动件是否为曲柄。 2
平面四杆机构教学设计
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目录 CONTENTS教学分析2教学过程4Teaching AnalysisTeaching Process1教学设计Teaching Design3教学反思Teaching Refletion
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 目录 CONTENTS教学分析2教学过程4Teaching AnalysisTeaching Process1教学设计Teaching Design3教学反思Teaching Refletion 3/ 29
教学分析Teaching Analysis教材分析内容分析目标分析学情分析重难点分析7.1平面机构自由度与运动副材料力学工程力学机械设计液压传动第七章平面运动机构第八章齿轮传动机构第九章其他常用机构第十章滚动轴承第十一章轴和轴毂连接7.2平面机构运动简图 7.3机构具有确定运动的条件7.4平面四杆机构机电一体化专业基础课
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 教学分析Teaching Analysis教材分析内容分析目标分析学情分析重难点分析应用广泛日常的生产生活中很多装置及设备都应有平面四杆机构或者其变形形式类型多样拥有多种类型及其变形形式,需注意辨别0102平面四杆机构基础机构最简单的连杆机构,为以后学习多杆机构打下基础。 032学时04实用性强为以后从事机械设计工作打下理论基础 5/ 29
第三章 平面连杆机构
第三章平面连杆机构 平面连杆机构是由若干构件和低副组成的平面机构,又称平面低副机构。这种机构可以实现预期的运动规律及位置、轨迹等要求。平面连杆机构用于各种机械中,常与机器的工作部分相连,起执行和控制的作用,在工程实际中应用十分广泛。平面连杆机构的主要优点有:1、低副为面接触,所以压强小,易润滑,磨损少,可以承受较大的载荷。2、构件结构简单,便于加工,构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的,故工作可靠。3、在原动件等速连续运动的条件下,当各构件的相对长度不同时,可使从动件实现多种形式的运动,满足多种运动规律的要求。其主要的缺点有:1、运动副中存在间隙,当构件数目较多时,从动件的运动累计误差较大。2、不容易精确地实现复杂的运动规律,机构设计相对复杂。3、连杆机构运动时产生的惯性力难以平衡,所以不适用于高速场合。 平面连杆机构是常用的低副机构,其中以由四个构件组成的平面四杆机构应用最广泛,而且是组成多杆机构的基础。因此本章着重讨论平面四杆机构的基本形式及在实际中的应用,理解四杆机构的运动特性及设计平面四杆机构的基本设计方法。 3.1 平面连杆机构及其应用 连杆机构有平面连杆机构和空间连杆机构。其中,若各运动构件均在相互平行的平面内运动,则称为平面连杆机构。若各运动构件不都在相互平行的平面内运动,则称为空间连杆机构。平面连杆机构较空间连杆机构应用更为广泛,在平面连杆机构中,结构最简单的且应用最广泛的是由四个构件所组成的平面四杆机构,其它多杆机构可看成在此基础上依次增加杆件而组成。故本章着重介绍平面四杆连杆机构。 3.1.1铰链四杆机构的类型 所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。它是平面四杆机构的基本形式。如图3-1所示。图中固定不动的构件AD是机架;与机架相连的构件AB、CD称为连架杆;不与机架直接相连的构件BC称为连杆。连架杆中,能作整周回转的构件称为曲柄,只能作往复摆动的构件称为摇杆。 图3-1 铰链四杆机构 根据两连架杆中曲柄(或摇杆)的数目,铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。
机构运动创新设计..
课程设计报告 学生姓名:________________ 学号:_________________ 学院: ______________________________________________ 班级: ______________________________________________ 题目: _______________ 机构运动创新设计______________
2015年1月5日 目录 、概述................................. 1 .....................................................
一、概述: 机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步,机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行,一般比较复杂的机构都有多个方案,需要制作模型来试验和验证,多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型,组装调整机构尺寸等功能,能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案,较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况二、课程设计目的: 1、培养学生对连杆机构的理解掌握与创新设计能力,加强学生的工程实践背景的训练,拓宽学生的知识面,培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2 、通过机构的拼接,在培养工程实践动手能力的同时,要求学生在拼装一个已有模型之外,自己通过对现实生产和生活中的连杆机构机械产品的观察和理解,通过试验台设备进行拼装和仿真。通过解决实际问题,促进学生理论联系实际,学以致用;锻炼学生独立思考能力和动手能力。 3 、加深学生对连杆机构组成原理的认识,进一步掌握连杆机构的创新设计方法。 4、学习机构运动简图的测绘与自由度的计算。 三、课程设计要求和内容: 实验设备和工具 CQJP-D 机构运动创新设计方案拼装及仿真实验台,包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具(扳手、螺丝刀)。其中构件包括机架、连杆、圆柱齿轮、齿条、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等;运动副包括转动副、移动副、齿轮副、槽轮副等。 实验原理 平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零,且原动件数和机构的自由度相等。所拼接的机构必须满足以上两个条件。将主要由连杆构成的连杆机构(可加入一个其他类型构件如齿轮、凸轮、槽轮等)进行拼装,计算分析其自由度后,输入动力源进行 机构运行。实验内容与步骤
平面四杆机构教学设计
教学设计 设计思路: 本次课程的主要内容:首先通过PPT图片引出本次课程的学习内容平面四杆,然后通过介绍平面四杆机构的概念,并进行详细的讲解让学生理解并记住,引出新名词曲柄摇杆概念让学生分组进行讨论研究。教师介绍平面四杆机构的基本类型,并对每个类型讲解,列举生活中的应用实例,最后介绍四杆机构的判别方法,最后教师进行总结。教学内容:平面四杆机构。 教学目标: 知识与能力目标:1、引领学生对平面四杆机构进行学习。2.提升学 生理论知识与实际应用结合的能力。 过程与方法目标:培养学生提出问题、解决问题的能力。 情感态度与价值观目标:1.引导学生学习,调动学生学习积极性。 2.培养学生的自信心。 教学重点:平面四杆机构的组成。 教学难点:平面四杆机构的分类。 教学方法:案例教学法、分组讨论法 教材准备:《机械基础》 学情分析:学生在之前课时中已经学习过高副低副以及构件的概念。教材分析:《机械基础》是中等职业教育规划新教材,本次课《键连接和销连接》选自课本第四章第一节,介绍了键和销连接功能、类型、结构形式及应用是本书重点内容之一。为后面学习第五章构件、机械
的基础知识、工作原理和基本技能等知识打好理论知识基础,在机械专业中具有不容忽视的重要的地位。 教学过程: 1.首先教师通过复习之前课程学习过的高副低副以及构件的基本概 念并介绍平面四杆机构的概念,提问学生生活中有哪些类型的四杆机构?让学生进行思考。 2.教师通过展示平面四杆机构的图片,让学生对于平面四杆机构有 一个大致的了解,然后详细介绍每一构件。 3.教师讲解平面四杆机构的各种类型,并列举生活中的应用实例, 让同学们有进一步的了解。 4.教师通过讲授法给学生讲解平面四杆机构的判别方法。 5.教师最后进行评价总结,知识建构。 教学评价:根据学生在课堂上的表现,课堂学习的氛围,师生之间的互动情况反思教学设计思路是否合理,教学内容的选择和教学过程的安排是否合理,学生是否能跟上教师的节奏,内容的转换是否突兀,讲解的内容是否符合由浅入深的教学原则,并作出相应的修改和调整。案例教学是互动式的教学,学生可以变被动听讲为主动参与,有利于调动其学习积极性和主动性,激励学员独立思考,提高学生理解、运用和驾驭知识的能力,改善教学效果。
连杆机构创新设计在机械工程实际中的应用
连杆机构创新设计在机械工程实际中的应用 发表时间:2017-07-05T11:21:33.760Z 来源:《防护工程》2017年第4期作者:陶海涛 [导读] 本文作者裁判能够连杆机构的定义出发,分析了连杆机构创新设计在机械工程实际中的应用。 浙江红旗机械有限公司浙江 313200 摘要:连杆机构的常用方法连杆机构的运动学分析包括位置分析、速度分析和加速度分析三个方面,其基础是力学中的运动学,现在己形成了较为成熟的连杆机构分析方法。机械产品通过创新设计,利用换代从根本解决产品更新问题。本文作者裁判能够连杆机构的定义出发,分析了连杆机构创新设计在机械工程实际中的应用。 关键词:连杆机构;创新设计;机械工程;应用 1 连杆机构及平面连杆机构 1.1 连杆机构概述 连杆机构又称低副机构,是机械的组成部分中的一类,指由若干有确定相对运动的构件用低副联接组成的机构。 平面连杆机构中最基本也是应用最广泛的一种型式是由四个构件组成的平面四杆机构。由于机构中的多数构件呈杆状,所以常称杆状构件为杆。低副是面接触,耐磨损;加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面,制造简便,易于获得较高的制造精度。连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中。根据构件之间的相对运动为平面运动或空间运动,连杆机构可分为平面连杆机构和空间连杆机构。根据机构中构件数目的多少分为四杆机构、五杆机构、六杆机构等,一般将五杆及五杆以上的连杆机构称为多杆机构。当连杆机构的自由度为1时,称为单自由度连杆机构;当自由度大于1时,称为多自由度连杆机构。 根据形成连杆机构的运动链是开链还是闭链,亦可将相应的连杆机构分为开链连杆机构(机械手通常是运动副为转动副或移动副的空间开链连杆机构)和闭链连杆机构。单闭环的平面连杆机构的构件数至少为4,因而最简单的平面闭链连杆机构是四杆机构,其他多杆闭链机构无非是在其基础上扩充杆组而成;单闭环的空间连杆机构的构件数至少为3,因而可由三个构件组成空间三杆机构。 1.2 平面连杆机构 最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的,称为平面四杆机构。它的应用非常广泛,而且是组成多杆机构的基础。 由若干个刚性构件通过低副(转动副、移动副))联接,且各构件上各点的运动平面均相互平行的机构,又称平面低副机构。低副具有压强小、磨损轻、易于加工和几何形状能保证本身封闭等优点,故平面连杆机构广泛用于各种机械和仪器中。与高副机构相比,它难以准确实现预期运动,设计计算复杂。 平面连杆机构中最常用的是四杆机构,它的构件数目最少,且能转换运动。多于四杆的平面连杆机构称多杆机构,它能实现一些复杂的运动,但杆多且稳定性差。 2 连杆机构运动学分析的常用方法 连杆机构的平面机构的机构,是将平面机构的位置分析问题归纳为求解三角形问题,并利用矢量方法来描述平面连杆机构的运动及动力分析,以机构中的“阿苏尔杆组”为基本单元,根据基本单元编制运动分析子程序,对每一基本杆组进行运动分析,解决了机械杆组的机构分析问题。同时把平面机构看成由一些相互约束的基点构成的系统,建立起数学模型,通过及诶额的运动分析,建立约束非线性方程组,需要引用数值解法各有特点,。针对连杆机构创新设计虚拟仿真的需要,选择基本杆组,调用相应的杆组程序对整个机构进行分析,在分析机构运动时,通过逐次求解各基本杆组来完成。建立不同机械运动分析的数学模型,随后编制成通用子程序,对速度及加速度等运动参数进行求解。快速求解出各点的运动参数。机构运动分析中构件之间应该满足装配条件,否则将不能进行正常的运动,为此建立构件库,形成机构运动简图符号库,由机构三维参数化实体模型库组成,如连杆的厚度。构件之间的拼接通过机构运动简图中构件之间的拼接关系直接生成,显示机械构件的编辑窗口进行参数的编辑。取两个构件上需要拼接的运动副来进行,把构件节点与提供的树映射 TreeMap 类,对所涉及的机构进行干涉检测。 3 连杆机构在机械工程实际工作中的具体应用 3.1 ANSYS软件对于机械工程结构的设计 合理的设计应该确保在各种环境下,使机械精确地保持形状和姿态。采用经验类比设计与简化计算相结合的方法,防止出现机械加工的产品成本高的问题,在当前客户要求越来越多样化的情况下,采用功能强大的ANSYS软件进行设计分析已成为可能,对建立的实体模型自动进行有限元网格的划分,提供了有限元计算的优异分析功能,可获得良好的计算精度。建立设计模型。进行有限元机械划分。建立边界条件,计算节点载荷,组成整体刚阵,求解有限元方程。建立实体模型,并输入需要产品材料特性,减少数量级的偏差。确定坐标系,可以完成计算中所有的前处理过程。 3.2 基于功能分析的创新设计机构系统设计 分析执行构件的运动形式,机械的连续旋转运动,往复摆动,往复移动和特殊功能运动,记录每分钟转位次数,运动系间歇转动数每分钟转角大小,满足机械运动规律的要求,适当设置调整环节。利用基本杆组法以机构中不可再分的运动链作为机构的基本单元,按单元编制通用的运动分析子程序,在分析进行机构运动后,将机构划分成基本杆组后对每一基本杆组进行运动分析,对整个根据工艺受力大小,制造加工难易进行比较,然后择优而取。曲柄摇杆机构的齿条齿轮机构及输出运动能够实现往复摆动,间歇往复摆动的组合机构可以实现间歇往复摆动,通过控制驱动液压缸,实现间歇往复摆动。利用连杆曲线的平面连杆机构,从动件凸轮机构,实现机械间歇往复移动。 3.3 在产品设计系统方面的创新 随着计算机辅助概念设计的研究,一些大型的CAD商品化软件中,生成高精度的曲面几何模型,并直接传送到机械设计和原型制造中,实现从符号描述到几何表示的映射,并对产品的相似实例进行评价与修改,进而获得产品概念设计的优化解。识别机构中的构件是否等于机构的原动件的数目,判定机构的运动确定性,构件中要对局部自由度、虚约束适当处理以便正确计算出机构的自由度。机械主动件做有规律运动,位置确定的运动时,每一个位置机构所有构件都是可行的。程序在计算位置并绘制机构运动过程中,评估机构运动分析中构件之间装配条件,杆
平面机构8个教案.
教案编号 1 课题平面连杆机构授课人曹国伟课型新授 课时8 教具Ppt 电脑 原设计者戴春灿授课时间 3、8 教学目标1.了解平面运动副及分类。 2.掌握铰链四杆机构的基本类型、特点及应用。3.掌握铰链四杆机构类型的判定。 4.了解含有一个移动副的四杆机构的类型和应用。5.理解曲柄摇杆机构的急回运动特性和死点位置。6.了解凸轮机构的组成、类型及应用。 7.了解棘轮机构的组成、类型及运动特点。 教学重点1、掌握铰链四杆机构的基本类型、特点及应用。 2、掌握铰链四杆机构类型的判定。 3、理解曲柄摇杆机构的急回运动特性和死点位置。 教学难点 掌握铰链四杆机构类型的判定。
教学过程(复习提问、精讲设计、课前或中预习内容及要求、设计当堂测试和作业、随堂小结等)
第一课时 一、组织教学:清点人数,端正坐姿 二、复习内容:机器和机构的区分 三、导入新课 人们的生活离不开机械,在日常生活中都随处可见(例如:螺钉、自行车、汽车、挖掘机),它通常有两类:一类是可以使物体运动速度加快的称为加速机械(自行车、飞机);一类是使人们能够对物体施加更大力的称为加力机械(旋具、机床)。 四、讲授新课 运动副的概念及应用特点 1.运动副:两构件之间直接接触并能产生一定形式相对运动的可动联接。根据接触情况 可分为高副和低副。 (1)低副:两构件间作面接触的运动副。根据运动特征分为转动、副移动副和螺旋副。(2)高副:两构件间作点或线接触的运动副。按接触形式不同分为滚轮接触、凸轮接触和齿轮接触。 2.运动副的应用特点 (1)低副特点:单位面积压力小,传力性能好,滑动摩擦,摩擦阻力大,效率低。不能 传递较复杂的运动。 (2)高副特点:单位面积压力大,两构件接触处容易磨损,制造和维修困难,能传递较 复杂的运动。 3.低副机构与高副机构 机构中所有运动副均为低副的机构称为低副机构;机构中至少有一个运动副是高副的机 构称为高副机构。 (a)转动副(b) 移动副(c) 螺旋副
平面连杆机构及其设计(参考答案)
一、填空题: 1.平面连杆机构是由一些刚性构件用低副连接组成的。 2.由四个构件通过低副联接而成的机构成为四杆机构。 3.在铰链四杆机构中,运动副全部是转动副。 4.在铰链四杆机构中,能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 5.在铰链四杆机构中,只能摆动的连架杆称为摇杆。 6.在铰链四杆机构中,与连架杆相连的构件称为连杆。 7.某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 8.对心曲柄滑快机构无急回特性。9.偏置曲柄滑快机构有急回特性。 10.对于原动件作匀速定轴转动,从动件相对机架作往复运动的连杆机构,是否有急回特性,取决于机构的极位夹角是否大于零。 11.机构处于死点时,其传动角等于0。12.机构的压力角越小对传动越有利。 13.曲柄滑快机构,当取滑块为原动件时,可能有死点。 14.机构处在死点时,其压力角等于90o。 15.平面连杆机构,至少需要4个构件。 二、判断题: 1.平面连杆机构中,至少有一个连杆。(√) 2.平面连杆机构中,最少需要三个构件。(×) 3.平面连杆机构可利用急回特性,缩短非生产时间,提高生产率。(√) 4.平面连杆机构中,极位夹角θ越大,K值越大,急回运动的性质也越显著。(√) 5.有死点的机构不能产生运动。(×) 6.机构的压力角越大,传力越费劲,传动效率越低。(√) 7.曲柄摇杆机构中,曲柄为最短杆。(√) 8.双曲柄机构中,曲柄一定是最短杆。(×) 9.平面连杆机构中,可利用飞轮的惯性,使机构通过死点位置。(√) 10.平面连杆机构中,压力角的余角称为传动角。(√) 11.机构运转时,压力角是变化的。(√) 三、选择题: 1.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A <=; B >=; C > 。 2.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和,而充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边; B 最长杆; C 最短杆的对边。3.铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和,当以 B 为机架时,有两
实验五 平面连杆机构创新设计实验
实验五平面连杆机构创新设计实验 一、实验目的 设计平面机构,并对所设计的机构进行拼接,完成机构特有的运动特性。二、实验仪器 8个创新组合实验台 三、实验要求 (1)每组设计两种不同的机构,其中一种机构从选题部分设计题目中进行选择,另一种机构自行命题,可以来源于参考书、网络或者现实生活中的机构,要求至少有两种基本连杆机构。要求在设计过程中利用一种创新设计方法对方案进行分析。 (2)每种机构都能实现其特定的运动特性。例如,牛头刨床要实现急回运动。通过查阅资料确定机构的运动特性。 (3)在报告上绘制初始方案的机构运动简图。 (4)实验报告请自行打印,将设计方案在课前准备好,填写到报告上。 (5)每班分成7-8组,每组3-4人。 (6)实验时自备三角板、圆规和草稿纸等文具。 四、选题部分设计题目:(每组任选一个) 蒸汽机机构、精压机机构、牛头刨床机构、插床机构、筛料机构、行程放大机构。 机构具体要求: (一)蒸汽机机构: 要求:1.实现活塞的往复运动; 2.运动传递由电机→曲柄→……→滑块。 (二)精压机机构 要求:构件平稳下压,物料受载均衡 (三)牛头刨床主切削运动机构 要求:具有急回特性,运动传递由电机→齿轮减速→导杆→……→滑块 (四)插床机构
要求:1.具有急回特性。 2.插刀实现大行程往复运动。 3. 运动传递由电机→齿轮减速→原动件曲柄→……→输出件插刀 (五)筛料机构 要求:1.具有急回特性。 2.加速度变化较大。 (六)行程放大机构: 要求:实现行程放大 五、报告要求 选题报告要求: (一)选题机构名称; (二)选题机构运动要求及特点; (三)利用功能分析法及设计目录对设计方案进行简单分析; (四)设计的机构简图; (五)实验中机构运动状况分析; (六)改进后的机构简图。 自命题报告要求: (一)命题机构名称; (二)命题机构运动要求及特点; (三)对设计方案进行简单分析; (四)所设计的结构简图; (五)实验中机构运动状况分析; (六)改进后的结构简图。
平面四杆机构的基本性质死点的教学设计
“平面四杆机构的基本性质死点”的教学设计 所属一级学科:交通运输大类(代码:) 所属二级学科:水上运输类(代码:) 专业:轮机工程技术(轮机管理)(代码:) 课程名称:《轮机工程基础》 知识点名称:平面四杆机构的基本性质死点 适用对象:高职高专轮机工程技术(轮机管理)专业学生 主讲教师:孔晓丽 教学背景 “轮机工程基础”是轮机工程技术专业的专业基础课程,主要内容涵盖机械制图、轮机工程材料、机构与机械传动、仪表与单位、工程力学。其知识点是海船船员三管轮适任考试课程“船舶主推进动力装置”和“船舶辅机”的组成部分。本课程前导课程是“高等数学”和“力学”,后续课程是“船舶柴油机”、“船舶辅机”、“轮机维护与修理”。“机构与机械传动”作为其中非常重要的一部分内容,目的是使学生具有能够识别船舶机械中常用机构组成、工作特性和通用机械零件结构特点的能力,具有选择常用机构和通用零件的能力。本课题是“机构与机械传动”中很重要的一个知识点,注重理论和实际应用相结合。 《轮机工程基础》课程依据公约马尼拉修正案、国家海事局高级船员最新考纲和现代船舶轮机管理的工作需求设置;同时考虑到“以职业素质为基础,以适岗能力为本位”的教育教学指导思想和航海高职高专学生的认知规律,兼顾满足远洋船舶轮机人才需求、船舶轮机岗位群能力的需求和对于高级船员的适任要求。 课程中的“机构与机械传动”部分又在船舶柴油机和船舶辅机当中得到了广泛的应用。所以,学习本课题不仅为专业课程的学习奠定必要的理论基础,而且培养学生的机械理论素养,提高学生对专业现象的分析能力,为学生步入“轮机管理员”、“轮机维修员”岗位后的持续发展作了准备。 二、“机构与机械传动”教学目标 (一)课程总体目标:本课程的目标是使学生掌握必需的机构与机械传动知识,达到公约和中华人民共和国海事局关于海船船员二三管轮提出的与本课程有关的适任标准,为成为船舶管理级轮机员奠定知识和能力基础。 (二)课程具体目标 、知识目标: 掌握专业必需的机构与机械传动方面的基础知识。 、能力目标 初步具备综合运用机构与机械传动理论知识的能力,能初步分析轮机工程实际中的典型问题,为《船舶柴油机》、《船舶辅机》、《轮机维护与修理》等后续专业课的学习打下良好的基础。具体如下: )识别船舶机械中常用机构组成、工作特性和通用机械零件结构特点的能力,具有选择常用机构和通用零件的能力; )学会运用标准、规范、手册等有关技术资料的能力。 (三)素质目标 )具有一定的机械意识; )具有独立分析问题、解决问题的能力; )具有热爱科学、实事求是、独立思考的素养; )具有创新意识和创新精神; )具有诚实守信、认真负责、积极向上的职业精神和职业道德意识;
机构运动创新设计..
课程设计报告 学生姓名:学号: 学院: 班级: 题目: 机构运动创新设计 指导教师:苏天一 2015 年 1 月5日
目录 一、概述 1 二、课程设计目的 1 三、课程设计要求和内容 1 四、原始数据及技术参数 2 五、设计原理及设备 2 六、机构自由度计算 5 七、机构动力分析与计算 7 八、机构运动分析与计算 9 十、参考文献 12
一、概述: 机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步,机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行,一般比较复杂的机构都有多个方案,需要制作模型来试验和验证,多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型,组装调整机构尺寸等功能,能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案,较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况 二、课程设计目的: 1、培养学生对连杆机构的理解掌握与创新设计能力,加强学生的工程实践背景的训练,拓宽学生的知识面,培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2、通过机构的拼接,在培养工程实践动手能力的同时,要求学生在拼装一个已有模型之外,自己通过对现实生产和生活中的连杆机构机械产品的观察和理解,通过试验台设备进行拼装和仿真。通过解决实际问题,促进学生理论联系实际,学以致用;锻炼学生独立思考能力和动手能力。 3、加深学生对连杆机构组成原理的认识,进一步掌握连杆机构的创新设计方法。 4、学习机构运动简图的测绘与自由度的计算。 三、课程设计要求和内容: 实验设备和工具 CQJP-D机构运动创新设计方案拼装及仿真实验台,包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具(扳手、螺丝刀)。其中构件包括机架、连杆、圆柱齿轮、齿条、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等;运动副包括转动副、移动副、齿轮副、槽轮副等。 实验原理 平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零,且原动件数和机构的自由度相等。所拼接的机构必须满足以上两个条件。将主要由连杆构成的连杆机构(可加入一个其他类型构件如齿轮、凸轮、槽轮等)进行拼装,计算分析其自由度后,输入动力源进行
第二章平面连杆机构和设计与分析报告
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。Array 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。 下面讨论机构中各构件长度间应满足的尺寸关系。铰链四杆机构曲柄存在的条件
第三章 平面连杆机构及其设计习题
1 图11所示铰链四杆机构中,已知各杆长度AB l =42mm ,BC l =78mm ,CD l =75mm ,AD l =108mm 。要求 (1) 试确定该机构为何种机构; (2) 若以构件AB 为原动件,试用作图法求出摇杆CD 的最大摆角?, 此机构的极位夹角θ,并确定行程速比系数K (3) 若以构件AB 为原动件,试用作图法求出该机构的最小传动角 min γ; (4) 试分析此机构有无死点位置。 图11 2 如图12所示,连杆BC 的长度BC l 及其两个位置11C B 、22C B 为已知,试设计一铰链四杆机构ABCD ,使得AB 杆为原动件时,机构在此位置时的传动角相等,并满足机架AD 的长度为AD l 。
图12 3 图13示为一铰链四杆机构ABCD 的固定铰链A 、D ,已知主动件AB 的三个位置和连杆上K 点所对应的三个点。试求: (1) 确定连杆上铰链C 的位置和连架杆CD 的长度; (2) 验算其主动件是否为曲柄; (3) 指出最小传动角min 的位置并确定其数值。 图13 4 图15示为一曲柄滑块机构AC O A ,当滑块从1C 移到2C 时,连架杆B O B 上的一条标线1E O B 转至2E O B ;当C 从2C 移到3C 时,E O B 从2E O B 转至3E O B 。现欲将曲柄A O A 与连架杆B O B 用一连杆AB 连接起来,试求铰链点1B 的位置,并画出机构第一位置的机构简图。(写出简要作图步骤,保留作图线)
图8.15 5设计曲柄摇杆机构ABCD 。已知摇杆CD 的长度l CD =290mm ,摇杆两极限位置间的夹角ψ=32o,行程速比系数K=1.25,连杆BC 的长度l BC =260mm 。试求曲柄AB 的长度l AB 和机架AD 的长度l AD 。(解法不限) 6 在曲柄摇杆机构,曲柄为主动件,转速min 601r n =,且已知曲柄长mm l AB 50=,连杆长mm l BC 70=,摇杆长mm l CD 80=,机架长 mm l AD 90=, (工作行程平均速度<空回行程速度),试问: (1) 行程速度系数K=? (2) 摇杆一个工作行程需要多少时间? (3) 最小传动角min γ=?
平面连杆机构教学设计
平面连杆机构教学设计 赵县职教中心翟伟波 [教材分析] 平面连杆机构能以简单的结构实现复杂的运动规律,而且更以其独特可靠的低副联接形式,倍受广大机械设计人员的瞩目。其在工业、农业、冶金、化工、纺织、食品等机械中的应用实例不胜枚举。如此重要的教学内容,只有探寻一种形式新颖、方法独特的教学方法,才能收到良好的教学效果。 [教学对象分析] 机械制造专业的学生,普遍存在机械常识匮乏与对现实机械现象的有视无睹,该现象严重阻碍了专业课教学的进程和效果。教师在教学过程中,应充分考虑学生的现实情况,采取有效措施,让学生建立机械意识,以思维理念的变化架起理论与实践相结合的桥梁。 [对教师的要求] 教师在熟练掌握教材的基础上,善于运用生活中饶有兴趣的机械现象导入新课,巧妙地制造悬念,激发学生学习新知识的强烈愿望。教师要发挥主导作用,精心设计教学过程,为学生创造一个学习、发现、探索、创造的情境。教师要正确引导学生思维,让学生积极主动地做到理论与实践相结合。 一、教学目标: 知道:铰链四杆机构的组成。 掌握:铰链四杆机构曲柄存在的条件。 熟悉:铰链四杆机构三种基本形式的形成条件。 二、教学重点、难点: 铰链四杆机构曲柄存在的条件。 铰链四杆机构三种基本形式的形成条件。 三、教学方法: 诱趣探求,思维探索。 四、教具: 投影仪和屏幕、软质细杆:6cm(1根)、10cm(1根)、15cm(1根)、18cm(1根)、50cm (8根)、大头针(若干枚)、小刀(8把) 五、教学过程: (一)提出问题、引发思维、诱趣探求
导入语:同学们都观看过现场直播的电视节目,在这样的节目当中,摄影师最不想让观众看到的图像是什么?(稍顿) 学生回答:1、质量不好的画面。2、灯光不好、有阴影的画面。 3、表演出现错误的画面。 (一一否定、加强悬念,诱发求知欲)是电视画面中出现摄影架的镜头。摄影师要想把多角度、多层次的电视画面呈现在观众面前,这要归功于摄影机的驱动架。究竟驱动架采用了什么样的结构设计,能够让摄影师随心所欲,运动自如,诀窍就在四根小小的杆件上,下面我们来做一个模拟设计。 (二)示范操作,发展思维 [策略分析] 对于铰链四杆机构曲柄存在条件这一重要知识点的学习,传统的教学方法是根据三角形二边之和大于第三边的理论进行不等式的数学推导,其过程繁琐而刻板,效果欠佳。如果利用教具演示与思维点拨相结合的教学方法,学生会在宽松的课堂气氛中获得非常直观的感性知识,既突破难点,又发展了学生思维。 取出四根杆件(6cm,10cm,15cm,18cm),用大头针组成平面连杆机构。 分别以四根杆件为机架,演示并引导学生观察两个连架杆的运动情况. 平面连杆机构定义,类型(板书) 测量四根杆件的长度并让学生做记录,计算最短杆与最长杆长度之和与其余两杆长度之和的关系. 引导学生探求曲柄存在条件 曲柄存在条件(板书). 出示投影:铰链四杆机构三种基本形式:曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构的形成条件. (三)动手设计深化思维 [策略分析] 该程序是“思维探索型”教学方法的中心环节,学生感性认识形成以后,要分组进行设计。在设计过程中,充分发挥其主观能动性,边设计,边思考,既巩固了理论知识,又提高了动手能力,从而实现感性知识上升为理性知识,达到理论与实践有效结合。 分组:32人,4人/组,共8组,由动手能力强的学生担任组长,发挥骨干作用。 组长领取设计材料:软质细杆1根,大头针若干,小刀一把。 分配设计任务。 (1,2)组曲柄摇杆机构 (3,4)组双曲柄机构