机械原理课程设计
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机械原理课程设计
济南大学
机械工程学院
一、机械原理课程设计目的
• 进一步巩固和加深机械原理课程的理论知识； • 培养学生运用理论知识独立解决实际工程问题的 能力，使学生对于机械的运动学、动力学的分析 和设计形成系统的概念 ； • 培养学生对新机械运动方案构思和设计的能力以 及对机构系统中各机构分析和综合的能力； • 通过课程设计，进一步提高学生的计算、制图、 查阅技术资料及计算机操作的能力。
cos 0 p0 cos 0 p1 cos 0 0 p2
cos1 p0 cos 1 p1 cos 1 1 p2 cos( 2 ) p0 cos( 2 ) p1 cos( 2 2 ) p2
C1
a cos i b cos i d c cos i a sin i b sin i c sin i
b c d 设，m , n , p a a a
D x
代入上式得，
mcosi p n cos i cosi msini nsini sini
设计地点 西校图书馆8层西侧南厅东侧 西校图书馆8层西侧南厅东侧 西校图书馆8层西侧南厅中间 西校图书馆8层西侧南厅中间 西校图书馆8层西侧南厅中间 西校图书馆8层西侧南厅中间 西校图书馆8层西侧南厅北侧 西校图书馆8层西侧南厅北侧 西校图书馆8层西侧南厅东侧 西校图书馆8层西侧南厅东侧 西校图书馆8层西侧中厅西侧 西校图书馆8层西侧中厅西侧
即可求得实际角位移 i 。 非线性方程求根----牛顿法 令 f ( i) cosi p0 cos i p1 cos i i p2 求
i
，使得
f ( i) 0
牛顿切线法简介：
牛顿法实质上是一种线性化方法，其基本思想是将非线性 方程 逐步归结为某种线性方程来求解。 设已知方程 f ( x ) 0 有近似根 x k（假 定 ），将函数 在点 x k 展开，有
上式两边平方后相加得
m cos i p n cos i cos i m sin i n sin i sin i
cosi p0 cos i p1 cos i i p2
式中，
n p2 n2 1m2 p0 n, p1 , p2 p 2p i 0 在第0个位置， i 0 ,
班级人 数 34 34 36 42 40 42
分组情况（各组人数） 9、9、8、8 9、9、8、8 9、9、9、9 10、10、11、11 10、10、10、10 10、10、11、11
李坤山
分组情况表：
班级名称 指导教师 机自1210 机自1211 机自1212 机自1213 机自1214 机自1215 机自1216 机自1217 机自1218 机自1219 机自1220 机自1221 机自1222 机自1223 张清萍 张清萍 张在美 张在美 高常青 高常青 王文明 王文明 任升峰 任升峰 王桂从 王桂从 王成 王成 设计地点 西校图书馆8层西侧 北厅西侧 西校图书馆8层西侧 北厅西侧 西校图书馆8层西侧 北厅西侧 西校图书馆8层西侧 北厅西侧 西校图书馆8层西侧 北厅中间 西校图书馆8层西侧 北厅中间 西校图书馆8层西侧北厅中间 西校图书馆8层西侧北厅中间 西校图书馆8层西侧 北厅东侧 西校图书馆8层西侧 北厅东侧 西校图书馆8层西侧 中厅东侧 西校图书馆8层西侧中厅东侧 西校图书馆8层西侧 南厅西侧 西校图书馆8层西侧 南厅西侧 班级 人数 42 41 42 41 39 40 39 分组情况（各组
机械产品是以机械运动为特征的技术系统，机械系统方案设计的核心是 机械运动方案设计，它在机械系统设计的总体中，占有十分重要的地位，也 是最具创造性和综合性的内容。 1）工艺动作分解和及其运动循环图 2）执行机构选择与设计 执行系统是机械系统中的重要组成部分，是直接完成机械系统预期工作 任务的部分。执行系统由一个或多个执行机构组成。 执行系统方案设计的内容 功能原理设计：就是根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来 实现这一功能要求。 运动规律设计：是指为实现上述工作原理而决定选择何种运动规律。 执行机构型式设计：是指究竟选择何种机构来实现上述运动规律。
由以上三个线性方程组可解出 p0, p1, p2，从而得各构 件的相对长度 m, n, p 再根据实际需要选定构件AB的长度a后，其他构件 的长度便可确定。
4.3 计算实际角位移 i
, p2 根据计算所得 p0 , p1，将主动角位移
i
代入下式
cosi p0 cos i p1 cos i i p2
i 1,2,3 n
这样就可以将相应的 x i , y i 换算为对应的 ( i , i ) 至此问题就转化为按两连架杆对应角位移设计四杆机构的问 题。
4.2 根据两连架杆的对应角位移设计四杆机构 建立直角坐标系Axy， 如右图所示：则
y B A
1 i
C B1
i
在第i个位置，
i i , i i cos 0 p 0 cos 0 p1 cos 0 0 p 2 cos i p 0 cos i p1 cos i i p 2
未知量：
p0 , p1, p2 , 0 ,0
人数）
10、10、11、11 10、10、10、11 10、10、11、11 10、10、10、11 10、10、10、9 10、10、10、10 10、10、10、9
4 设计计算过程 4.1 求 对应关系
设计铰链四杆机构来实现给定函数时，首要的问题 x) 是要按一定的比例关系，把给定函数 y f ( 转化成 两连架杆对应的角位移关系函数 ( ) ，其中 — —从动杆角位移。 主动杆角位移； 设给定函数 y f ( x) 的自变量变化范围为， 的自变量变化范围为
i 0 (xi x0 ) i 0 f (xi ) f (x0 )
（这里取: n 8 ） 自变量x值可按下式选取：
x0 xm x0 xm 2i 1 xi cos （ 180 ） 2 2 2n
n为要求精确实现的结点数目。 因为X0已知，这里取: n 8，可求得x1---x8）
i i
i
2）计算拟合误差SUM。 分析如何利用拟合误差法确定同一组同学中的最佳设计方案。 2.2 按最佳方案的值绘出机构一个位置(按位置号表中第3 行的结点号)时的机构运动简图，作该位置时的速度多边形和 加速度多边形。 2.3 用解析法计算机构一个位置(按位置号表中第3行的结 点号)时摇杆的角位移、角速度和角加速度。
3 设计数据分配
每个班级的设计数据分配：
班级的设计数据分配：
分组情况表：
班级名称 工业1201 工业1202 机设1201 机设1202 机设1203 机设1204 机自1204 机自1205 机自1206 机自1207 机自1208
机自1209
指导教师 高常青 任升峰 王砚军 王砚军 王玉增 王玉增 王玉增 王砚军 李长春 李长春 李坤山
f ( x) f ( xk ) f ( xk )( x xk )
于是方程 f ( x) 0可近似地表示为
f ( xk ) f ( xk )( x xk ) 0
这是个线性方程，记其根为 xk 1 ，则 xk 1 的计算公式为
压片机 锁梁自动成型机 洗瓶机 破碎机 麦秸打包机机构及传动装置设计 平台印刷机 自动送料冲床 糕点切片机 22、23、24 25、26、27 28、29、30 31、32、33 34、35、36 37、38、39 40、41、42 43、44、45
三、 设计内容及数据分配
1、机械系统运动方案的拟定
3）原动机的选择 4）机械传动系统方案设计（略） 传动系统位于原动机和执行系统之间，将原动机的运动和动力传递给执行 系统。除进行功率传递，使执行机构能克服阻力作功外，它还起着如下重要 作用：实现增速、减速或变速传动；变换运动形式；进行运动的合成和分解 ；实现分路传动和较远距离传动；实现某些操纵控制功能(如启动、离合、 制动、换向……)等。 传动系统方案设计是机械系统方案设计的重要组成部分。当完成了执行 系统的方案设计和原动机的预选型后，即可根据执行机构所需要的运动和动 力条件及原动机的类型和性能参数，进行传动系统的方案设计了。 5）方案评价与决策 方案评价包括定性评价和定量评价。前者是指对结构的繁简、尺寸的大 小、加工的难易等进行评价，后者是指将运动和动力分析后所得的执行系统 的具体性能与使用要求所规定的预期性能进行比较，从而对设计方案作出评 价。 6）机械运动方案简图
二、课程设计基本内容及要求
每个学生应在1周时间内独立完成设计任务，整 理出课程设计说明书一份，列出计算过程和结果， 并进行讨论和分析。要求完成以下工作量： 1、机械运动方案拟定 根据题目要求，拟定1-2种运动方案，包括机 构运动循环图拟定、原动机、传动系统和执行机构 的选择，最终绘制出机械运动方案简图 2、机构的分析与综合 对所选用的常用机构进行运动设计，即进行机构 的尺度综合，求出机构的主要尺寸。并对上述机构 进行运动分析（图解法和解析法）。 3、编写设计计算说明书
的比例因子；
—自变量x与主动角
已知
—函数值y与从动角 的比例因子。
x0 , x m
，可求得
y0 , ym
和
因此只要选定
和
由上式求得
m , m .反之若选定 m , m，则可由上式求得
因而对应
x i , y i ，可求得
i 1,2,3, n
n个方程，பைடு நூலகம்有解条件为，
n5
cos 0 p0 cos 0 p1 cos 0 0 p 2 cos i p0 cos i p1 cos i i p2
济南大学
机械工程学院
一、机械原理课程设计目的
• 进一步巩固和加深机械原理课程的理论知识； • 培养学生运用理论知识独立解决实际工程问题的 能力，使学生对于机械的运动学、动力学的分析 和设计形成系统的概念 ； • 培养学生对新机械运动方案构思和设计的能力以 及对机构系统中各机构分析和综合的能力； • 通过课程设计，进一步提高学生的计算、制图、 查阅技术资料及计算机操作的能力。
cos 0 p0 cos 0 p1 cos 0 0 p2
cos1 p0 cos 1 p1 cos 1 1 p2 cos( 2 ) p0 cos( 2 ) p1 cos( 2 2 ) p2
C1
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b c d 设，m , n , p a a a
D x
代入上式得，
mcosi p n cos i cosi msini nsini sini
设计地点 西校图书馆8层西侧南厅东侧 西校图书馆8层西侧南厅东侧 西校图书馆8层西侧南厅中间 西校图书馆8层西侧南厅中间 西校图书馆8层西侧南厅中间 西校图书馆8层西侧南厅中间 西校图书馆8层西侧南厅北侧 西校图书馆8层西侧南厅北侧 西校图书馆8层西侧南厅东侧 西校图书馆8层西侧南厅东侧 西校图书馆8层西侧中厅西侧 西校图书馆8层西侧中厅西侧
即可求得实际角位移 i 。 非线性方程求根----牛顿法 令 f ( i) cosi p0 cos i p1 cos i i p2 求
i
，使得
f ( i) 0
牛顿切线法简介：
牛顿法实质上是一种线性化方法，其基本思想是将非线性 方程 逐步归结为某种线性方程来求解。 设已知方程 f ( x ) 0 有近似根 x k（假 定 ），将函数 在点 x k 展开，有
上式两边平方后相加得
m cos i p n cos i cos i m sin i n sin i sin i
cosi p0 cos i p1 cos i i p2
式中，
n p2 n2 1m2 p0 n, p1 , p2 p 2p i 0 在第0个位置， i 0 ,
班级人 数 34 34 36 42 40 42
分组情况（各组人数） 9、9、8、8 9、9、8、8 9、9、9、9 10、10、11、11 10、10、10、10 10、10、11、11
李坤山
分组情况表：
班级名称 指导教师 机自1210 机自1211 机自1212 机自1213 机自1214 机自1215 机自1216 机自1217 机自1218 机自1219 机自1220 机自1221 机自1222 机自1223 张清萍 张清萍 张在美 张在美 高常青 高常青 王文明 王文明 任升峰 任升峰 王桂从 王桂从 王成 王成 设计地点 西校图书馆8层西侧 北厅西侧 西校图书馆8层西侧 北厅西侧 西校图书馆8层西侧 北厅西侧 西校图书馆8层西侧 北厅西侧 西校图书馆8层西侧 北厅中间 西校图书馆8层西侧 北厅中间 西校图书馆8层西侧北厅中间 西校图书馆8层西侧北厅中间 西校图书馆8层西侧 北厅东侧 西校图书馆8层西侧 北厅东侧 西校图书馆8层西侧 中厅东侧 西校图书馆8层西侧中厅东侧 西校图书馆8层西侧 南厅西侧 西校图书馆8层西侧 南厅西侧 班级 人数 42 41 42 41 39 40 39 分组情况（各组
机械产品是以机械运动为特征的技术系统，机械系统方案设计的核心是 机械运动方案设计，它在机械系统设计的总体中，占有十分重要的地位，也 是最具创造性和综合性的内容。 1）工艺动作分解和及其运动循环图 2）执行机构选择与设计 执行系统是机械系统中的重要组成部分，是直接完成机械系统预期工作 任务的部分。执行系统由一个或多个执行机构组成。 执行系统方案设计的内容 功能原理设计：就是根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来 实现这一功能要求。 运动规律设计：是指为实现上述工作原理而决定选择何种运动规律。 执行机构型式设计：是指究竟选择何种机构来实现上述运动规律。
由以上三个线性方程组可解出 p0, p1, p2，从而得各构 件的相对长度 m, n, p 再根据实际需要选定构件AB的长度a后，其他构件 的长度便可确定。
4.3 计算实际角位移 i
, p2 根据计算所得 p0 , p1，将主动角位移
i
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cosi p0 cos i p1 cos i i p2
i 1,2,3 n
这样就可以将相应的 x i , y i 换算为对应的 ( i , i ) 至此问题就转化为按两连架杆对应角位移设计四杆机构的问 题。
4.2 根据两连架杆的对应角位移设计四杆机构 建立直角坐标系Axy， 如右图所示：则
y B A
1 i
C B1
i
在第i个位置，
i i , i i cos 0 p 0 cos 0 p1 cos 0 0 p 2 cos i p 0 cos i p1 cos i i p 2
未知量：
p0 , p1, p2 , 0 ,0
人数）
10、10、11、11 10、10、10、11 10、10、11、11 10、10、10、11 10、10、10、9 10、10、10、10 10、10、10、9
4 设计计算过程 4.1 求 对应关系
设计铰链四杆机构来实现给定函数时，首要的问题 x) 是要按一定的比例关系，把给定函数 y f ( 转化成 两连架杆对应的角位移关系函数 ( ) ，其中 — —从动杆角位移。 主动杆角位移； 设给定函数 y f ( x) 的自变量变化范围为， 的自变量变化范围为
i 0 (xi x0 ) i 0 f (xi ) f (x0 )
（这里取: n 8 ） 自变量x值可按下式选取：
x0 xm x0 xm 2i 1 xi cos （ 180 ） 2 2 2n
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i
2）计算拟合误差SUM。 分析如何利用拟合误差法确定同一组同学中的最佳设计方案。 2.2 按最佳方案的值绘出机构一个位置(按位置号表中第3 行的结点号)时的机构运动简图，作该位置时的速度多边形和 加速度多边形。 2.3 用解析法计算机构一个位置(按位置号表中第3行的结 点号)时摇杆的角位移、角速度和角加速度。
3 设计数据分配
每个班级的设计数据分配：
班级的设计数据分配：
分组情况表：
班级名称 工业1201 工业1202 机设1201 机设1202 机设1203 机设1204 机自1204 机自1205 机自1206 机自1207 机自1208
机自1209
指导教师 高常青 任升峰 王砚军 王砚军 王玉增 王玉增 王玉增 王砚军 李长春 李长春 李坤山
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于是方程 f ( x) 0可近似地表示为
f ( xk ) f ( xk )( x xk ) 0
这是个线性方程，记其根为 xk 1 ，则 xk 1 的计算公式为
压片机 锁梁自动成型机 洗瓶机 破碎机 麦秸打包机机构及传动装置设计 平台印刷机 自动送料冲床 糕点切片机 22、23、24 25、26、27 28、29、30 31、32、33 34、35、36 37、38、39 40、41、42 43、44、45
三、 设计内容及数据分配
1、机械系统运动方案的拟定
3）原动机的选择 4）机械传动系统方案设计（略） 传动系统位于原动机和执行系统之间，将原动机的运动和动力传递给执行 系统。除进行功率传递，使执行机构能克服阻力作功外，它还起着如下重要 作用：实现增速、减速或变速传动；变换运动形式；进行运动的合成和分解 ；实现分路传动和较远距离传动；实现某些操纵控制功能(如启动、离合、 制动、换向……)等。 传动系统方案设计是机械系统方案设计的重要组成部分。当完成了执行 系统的方案设计和原动机的预选型后，即可根据执行机构所需要的运动和动 力条件及原动机的类型和性能参数，进行传动系统的方案设计了。 5）方案评价与决策 方案评价包括定性评价和定量评价。前者是指对结构的繁简、尺寸的大 小、加工的难易等进行评价，后者是指将运动和动力分析后所得的执行系统 的具体性能与使用要求所规定的预期性能进行比较，从而对设计方案作出评 价。 6）机械运动方案简图
二、课程设计基本内容及要求
每个学生应在1周时间内独立完成设计任务，整 理出课程设计说明书一份，列出计算过程和结果， 并进行讨论和分析。要求完成以下工作量： 1、机械运动方案拟定 根据题目要求，拟定1-2种运动方案，包括机 构运动循环图拟定、原动机、传动系统和执行机构 的选择，最终绘制出机械运动方案简图 2、机构的分析与综合 对所选用的常用机构进行运动设计，即进行机构 的尺度综合，求出机构的主要尺寸。并对上述机构 进行运动分析（图解法和解析法）。 3、编写设计计算说明书
的比例因子；
—自变量x与主动角
已知
—函数值y与从动角 的比例因子。
x0 , x m
，可求得
y0 , ym
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因此只要选定
和
由上式求得
m , m .反之若选定 m , m，则可由上式求得
因而对应
x i , y i ，可求得
i 1,2,3, n
n个方程，பைடு நூலகம்有解条件为，
n5
cos 0 p0 cos 0 p1 cos 0 0 p 2 cos i p0 cos i p1 cos i i p2
