机械原理教案设计模板

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机械原理 课程设计说明书

设计

题目：牛头刨床的设计

机构位置编号：11 3

方案号：II

班 级：

姓 名：

学 号：

年 月 日

目录

一、前言………………………………………………1

第 1 页 共 42 页

二、概述

§2.1课程设计任务书…………………………2 §2.2原始数据及设计要求……………………2

三、设计说明书

§3.1画机构的运动简图……………………3 §3.2导杆机构的运动分析^p …………………4 §3.3导杆机构的动态静力分析^p 3号点……11 §3.4刨头的运动简图………………………15

§3.5飞轮设计………………………………17

§3.6凸轮机构设计…………………………19 §3.7齿轮机构设计…………………………24

四、课程设计心得体会……………………………26

五、【参考文献】：^p ………………………………………27

一〃前言

机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析^p 与设计的训练，是本课程的一个重要实践环节。是培养学生机械运动方案设计、创新设计以及应用计算机对工程实际中各种机构进行分析^p 和设计能力的一门课程。其基本目的在于：

第 2 页 共 42 页

⑴．进一步加深学生所学的理论知识力。

培养学生解决有关本课程实际问题的能

⑵.使学生对于机械运动学和动力学的分析^p 设计有一较完整的概念。

⑶.使学生得到拟定运动方案的训练的能力。

并具有初步设计选型与组合以及确定传动方案

⑷.通过课程设计，进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算机和查阅技术资料的能力。

⑸.培养学生综合运用所学知识，理论联系实际，思考与分析^p 问题能力和创新能力。

机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构连杆机构、飞轮机构凸轮机构，进行

设计和运动分析^p 、动态静力分析^p ，并根据给定机器的工作要求，在此基础上设计凸轮，或对各机构进行

1 运动分析^p 。

第 3 页 共 42 页

二、概述

§2.1课程设计任务书

工作原理及工艺动作过程 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图(a）所示，由导杆机构1-2-3-4-5带动刨头5和削刀6作往复切削运动。工作行程时，刨刀速度要平稳，空回行程时，刨刀要快速退回，即要有极回作用。切削阶段刨刀应近似匀速运动，以提高刨刀的使用寿命和工件的表面 加工质量。切削如图所示。

§2.2.原始数据及设计要求

三、设计说明书(详情见A1图纸)

§3.1、画机构的运动简图

以O 4为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出O 2点B点，C点。确定机构运动时的左右极限位置。曲柄位置图的作法为，取1和8’为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1’和7’为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余

2、3„12等，是由位置1起，顺ω2方向将曲柄圆作12等分的位置，如下图：

§3.2 导杆机构的运动分析^p

11位置的速度与加速度分析^p 1）速度分析^p

第 4 页 共 42 页

取曲柄位置“11”进行速度分析^p 。因构件2和3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，其大小等于W2lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与ω2一致。

曲柄的角速度 ω2=2πn2/60 rad/s=6.702rad/s υA3=υA2=ω2〃lO2A=6.702×0.09m/s=0.603m/s（⊥O2A）

取构件3和4的重合点A进行速度分析^p 。列速度矢量方程，得

υA4= υA3+ υA4A3 大小 ?

√ ? 方向 ⊥O4B ⊥O2A ∥O4B 取速度极点P，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm 作速度多边形如下图

由图得

υA4=0.567m/s

υA4A3 =0.208m/s

用速度影响法求得

VB5=VB4=VA44B/O4A=1.244m/s 又

ω4=VA4/O4A=2.145rad/s 取5构件为研究对象,列速度矢量方程,得

第 5 页 共 42 页

，

vC = vB+ vCB 大小

√ ? 方向 ∥ ⊥O4B ⊥BC 取速度极点P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm, 作速度多边行如

5 上图。

则图知， vC5= 1.245m/s

Vc5b5=0.111m/s

ω5=0.6350rad/s

2）加速度分析^p

取曲柄位置“11”进行加速度分析^p 。因构件2和3在A点处的转动副相连， 故aA2n=aA3n,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。

ω2=6.702rad/s, aA3n=aA2n=ω22lO2A=6.702×0.09 m/s2=4.0425m/s2 取

3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：

aA4 = aA4n + aA4τ

第 6 页 共 42 页

= aA2n

+ aA4A2k

+

aA4A

2大小:

ω42lO4A

√

2ω4υA4 A2

方向: ? A→O4 ⊥O4B A→O2

⊥O4B

∥O4B 取加速度极点为P＇,加速度比例尺µa=0.1（m/s2）/mm, 作加速度多边形如下图所示.由图可知

aA4=2.593m/s2 用加速度影响法求得

第 7 页 共 42 页

aB4= aB5 = aA4

L04B / L04A =5.690 m /s2 又

ac5B5n =0.0701m/s2 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得

ac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5τ 大小

√

w52 Lbc

方向

∥ √

c→b

⊥BC 作加速度多边形如上图，则

″

aC5B5τ= C5´C5·μa =2.176m/s2

第 8 页 共 42 页

aC5 =4.922m/s2

7

3号位置的速度与加速度分析^p 1) 速度分析^p

取曲柄位置“3”进行速度分析^p ，因构件2和3在A处的转动副相连，故VA3=VA2，，其大小等于w2〃lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与w2一致。

曲柄的角速度 ω2=2πn2/60 rad/s=6.702rad/s υA3=υA2=ω2〃lO2A=6.702×0.09m/s=0.603m/s（⊥O2A） 取构件3和4的重合点A进行速度分析^p ，列速度矢量方程，

得，

VA4

=VA3

+ VA4A3

大小

√

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方向

⊥O4B

⊥O2A

∥O4B 取速度极点P，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm ，作速度多边形如下图VA4=pa4〃µv= 0.487m/s VA4A3=a3a4〃µv= 0.356 w4=VA4⁄lO4A=1.163rad/s VB=w4×lO4B= 0.675m/s

取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得

υC =

υB

+

υCB

大小

√

第 10 页 共 42 页

m/s

方向 ∥(向右)

⊥O4B

⊥BC

取速度极点P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm, 作速度多边形如上， 则

Vc5=0.669m/s

Vcb=0.102m/s

W5=0.5rad/s 2）.加速度分析^p

取曲柄位置“3”进行加速度分析^p 。因构件2和3在A点处的转动副相连， 故aA2n=aA3n,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。ω2=6.702rad/s,

9 aA2n=aA3n=ω22lO2A=6.702×0.09 m/s2=4.0426m/s2 取

3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：

aA4 =aA4n+ aA4τ = aA3n + aA4A3K + aA4A3v 大小: ? ω42lO4A ? √ 2ω4υA4 A3 ? 方向 ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B ∥O4B（沿导路） 取加速度极点为P＇,加速度比例尺µa=0.1（m/s2）/mm, 作加速度多边形下图所示：

第 11 页 共 42 页

则由图知：

aA4 =P´a4´〃μa =3.263m/s2 aB4= aB5 = aA4

L04B / L04A =4.052 m/ s2 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得

ac = aB + acBn+ a cBτ

10 大小 ? √ ω5l2CB ? 方向 ∥轴 √ C→B ⊥BC 其加速度多边形如上图，则 ac =p ´c〃μa =4.58m/s2 §3.3 导杆机构的动态静力分析^p 3号点 取3号位置为研究对象：

① .5-6杆组共受五个力，分别为P、G

6、Fi

6、R

16、R45, 其中R45和R16 方向已知，大小未知，切削力P沿轴方向，指向刀架，重力G6和支座反力R16 均垂直于质心， R45沿杆方向由C指向B，惯性力Fi6大小可由运动分析^p 求得，方向水平向左。选取比例尺μ= (40N)/mm，受力分析^p 和力的多边形如图所示：

已知：

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已知P=9000N，G6=800N， 又ac=ac5=4.58m/s2 那么我们可以计算 FI6=- G6/g×ac =-800/10×4.5795229205 =-366.361N 又ΣF=P + G6 + FI6 + F45 + FRI6=0， 方向 //轴 → ← B→C ↑ 大小 9000 800 √ ？ ？ 又

ΣF=P + G6 + Fi6 + R45 + R16=0， 方向

//轴

→

←

B→C

↑ 大小

8000

620

√

？

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？ 由力多边形可得：F45=8634.495N

N=950.052 N 在上图中，对c点取距，有

ΣMC=-P〃yP-G6S6+ FR16〃-FI6〃yS6=0 代入数据得=1.11907557m

②.以3-4杆组为研究对象（μ=50N/mm）

已知：

F=-F45=8634.495N，G4=220N aB4=aA4〃 lO4S4/lO4A=2.261m/s2 , αS4=α4=7.797ad/s2

可得：

FI4=-G4/g×aS4 =-220/10×2.2610419N=-49.7429218N MS4=-JS4〃aS4=-9.356 对O4点取矩：

MO4= Ms4 + Fi4×4 + F23×23-R× - G4×4 = 0 代入数据，得：

13 MO4=-9.356-49.742×0.29+F23×0.4185+8634.495×0.574+220×0.0440=0 故：

F23=11810.773N F + Fy + G4 + FI4 + F23 + F = 0 方向：

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？ ？ √ M4o4 √ √ 大小：

√ √ → √ ┴O4B √

解得：

F=2991.612N Fy=1414.405N 方向竖直向下

③.对曲柄分析^p ，共受2个力，分别为F32,F12和一个力偶M,由于滑块3为二力杆，所以F32=F34，方向相反，因为曲柄2只受两个力和一个力偶，所以F12与F32等大反力。受力如图：

17 h2=72.65303694mm,则， 对曲柄列平行方程有， ΣMO2=M-F32〃h2=0 即

M=0.072611810.773=0， 即M=858.088N〃M

§3.4刨头的运动简图

§3.5飞轮设计

1.环取取曲柄AB为等效构件，根据机构位置和切削阻力Fr确定一个运动循的等效阻力矩根据个位置时

值，采用数值积分中的梯形法，计算曲柄处于各

第 15 页 共 42 页

的功

。因为驱动力矩可视为 ，确定等效驱动力常数，所以按照

17 矩Md。

2.估算飞轮转动惯量 由

确定等效力矩

。

§3.6凸轮机构设计

1.已知：摆杆为等加速等减速运动规律，其推程运动角o=10o，回程运动角

ma=15o，许用压

0\"=70o，摆杆长度=70远休止角001lo9D=135mm，最大摆角

力角[]=38.2.要求: (1) 计算从动件位移、速度、加速度并绘制线图。

（2）确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，划出凸轮实际轮廓线，并按比例绘出机构运动简图。

3.设计步骤：

第 16 页 共 42 页

1、取任意一点O2为圆心，以作r0=45mm基圆；

2、再以O2为圆心，以lO2O9/μl=150mm为半径作转轴圆；

3、在转轴圆上O2右下方任取一点O9;

4、以O9为圆心，以lOqD/μl=135mm为半径画弧与基圆交于D点。O9D即为摆动从动件推程起始位置，再以逆时针方向旋转并在转轴圆上分别画出推程、远休、回程、近休，这四个阶段。再以11.6°对推程段等分、11.6°对回程段等分（对应的角位移如下表所示），并用A进行标记，于是得到了转轴圆山的一系列的点，这些点即为摆杆再反转过程中依次占据的点，然后以各个位置为起始位置，把摆杆的相应位置

画出来，这样就得到了凸轮理论廓线上的一系列点的位置，再用光滑曲 19 线把各个点连接起来即可得到凸轮的外轮廓。

5、凸轮曲线上最小曲率半径的确定及滚子半径的选择

（1）用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径min：先用目测法估计凸轮理论廓线上的min的大致位置（可记为A点）；以A点位圆心，任选较小的半径r 作圆交于廓线上的B、C点；分别以B、C为圆心，以同样的半径r画圆，三个小圆分别交于D、E、F、G四个点处，如下图9所示；过D、E两点作直线，再过F、G两点作直线，两直线交于O点，则O点近似为凸轮廓线上A点的曲率中心，曲率半径min此次设计中，凸轮理论廓线的最小曲率半径min 26.7651mm。

OA；

第 17 页 共 42 页

凸轮最小曲率半径确定图 （2）凸轮滚子半径的选择（rT）

凸轮滚子半径的确定可从两个方向考虑：

几何因素——应保证凸轮在各个点车的实际轮廓曲率半径不小于1~5mm。对于凸轮的凸曲线处

C

rT，

对于凸轮的凹轮廓线CrT（这种情况可以不用考虑，因为它不会发生

失真现象）；这次设计的轮廓曲线上，最

20 小的理论曲率半径所在之处恰为凸轮

上的凸曲线，则应用公式：minrT5rTmin521.7651mm；滚

子的尺寸还受到其强度、结构的，不能做的太小，通常取rT(0.10.5)r0

及4.5rT22.5mm。综合这两方面的考虑，选择滚子半径可取rT=15mm。

然后，再选取滚子半径rT，画出凸轮的实际廓线。

设计过程 1.凸轮运动规律 推程0≤2φ≤δo /2时：

2ma1

ma2

1

220

204ma120,0024

第 18 页 共 42 页

推程δo /2≤φ≤δo时：

2ma1ma(202,

0

4ma2

20)01

20

4ma1(20)0

回程δo+δs01≤φ≤δo+δs+δ\"o/2时：

21

2ma12

ma2

\"201

\"20

4ma1

\"20

0,0\"

4ma2

回程

2ma1(0\"

δo+δs+δ’o/2≤φ≤δo+δs+δ’o)2

\"20

1

4ma1

\"20

(

时\"20\"

)0

：

0\"2,0\"4ma2

2.依据上述运动方程绘制角位移ψ、角速度ω、及角加速度β的曲线，由公式得出如下数据关系 （1）角位移曲线：

（2）角速度ω曲线:

22

（3）角加速度曲线:

第 19 页 共 42 页

4）、求基圆半径ro及lO9O2

23

3.由所得数据画出从动杆运动线图

§3.7齿轮机构设计 1 、设计要求：

24

计算该对齿轮传动的各部分尺寸，以2号图纸绘制齿轮传动的啮合图，整理说明书。

2.齿轮副Z1-Z2的变位系数的确定

齿轮2的齿数Z2确定：

ｉo＇＇2=40＊Z2／16＊13=n0＇＇／no2=7.5

得Z2=39

取1=-2=0.5

1min=17-13／17=0.236 2min=17-39／17=-1.29

第 20 页 共 42 页

计算两齿轮的几何尺寸：

小齿轮

d1=m＊Z1=6＊13=78mm

ha1=（ha+1）m=（1+0.5）6=9mm

hf1=（ha+c-1）m=（1+0.25-0.5）6=4.5mm

da1=d1+2ha1=78+29=96

df1=d1-2h f1=78-9=69

db1=d1cosɑ=78cos20˚=73.3

25

四 心得体会

机械原理课程设计是机械设计制造及其自动化专业教学活动中不可或缺的一个重要环节。作为一名机械设计制造及其自动化大三的学生，我觉得有这样的实训是十分有意义的。在已经度过的生活里我们大多数接触的不是专业课或几门专业基础课。在课堂上掌握的仅仅是专业基础理论面，如何去面对现实中的各种机械设计？如何把我们所学的专业理

第 21 页 共 42 页

论知识运用到实践当中呢？我想这样的实训为我们提供了良好的实践平台。

一周的机械原理课程设计就这样结束了，在这次实践的过程中学到了很多东西，既巩固了上课时所学的知识，又学到了一些课堂内学不到的东西，还领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质，更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化。

其中在创新设计时感觉到自己的思维有一条线发散出了很多线，想到很多能够达到要求的执行机构，虽然有些设计由于制造工艺要求高等因素难以用于实际，但自己很欣慰能够想到独特之处。这个过程也锻炼了自己运用所学知识对设计的简单评价的技能。

26

五、【参考文献】：^p

1、《机械原理教程》第7版

主编：孙桓

高等教育出版社

2.《机械原理课程设计指导书》主编:戴娟

高等教育出版社

第 22 页 共 42 页

3.《理论力学》主编：尹冠生

27

西北工业大学出版社

机械原理课程设计

培养和提高学生的创新思维能力是高等教育改革的一项重要任务．机械原理是机械类专业必修的一 门重要的技术基础课，它是研究机械的工作原理、构成原理、设计原理与方法的一门学科，特别是机械原理

课程中关于机械运动方案的设计是机械工程设计中最具有创造性的内容，对培养学生的创新设计能力起

着十分重要的作用．机械原理课程设计是机械原理教学的一个重要实践环节，以往我们在机械原理课程设

计中存在着很多不足，主要问题是学生完成课程设计后，在后续课程的学习与实践中，不能正确地选用和

设计机构，特别是创造性设计能力与分析^p 解决实际工作问题的能力、动手能力和适应能力显得不足．高等

第 23 页 共 42 页

学校工科本科《机械原理课程教学基本要求》中，对机械原理课程设计提出的要求是：“结合一个简单的机

械系统，综合运用所学的理论和方法，使学生受到拟定机械运动方案的训练，并能对方案中某些机构进行

分析^p 和设计”．它要求针对某种简单机械进行机械运动简图设计，其中包括机器功能分析^p 、工艺动作过程确

定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合等．依据这一基本精神，要求把培养学生的创新设计、

开拓能力作为一条主线贯穿于课程设计的始终，在深入掌握机械原理基本知识、强化学生运算能力和绘图

基本功的同时，开展创造性教育，培养学生创造性设计能力．如何在机械原理课程设计中体现这种能力培

养，几年来我们不断地对课程设计内容、设计方法和设计手段等进行了一些探索与实践． 1 合理安排课程设计内容，培养学生创新思维能力

对于机械原理课程设计的内容选择，以往教学中存在着两种不同的看法：一种认为选用已有的典型机 械，对其进行比较系统的运动分析^p 与受力分析^p 等，以加深学生对机械原理课程各章节内容的理解和掌握；

第 24 页 共 42 页

另一种认为根据某些功能要求，要求学生地确定机械系统的运动方案，并对其中的某些机构进行设

计．前者侧重于分析^p ，后者则侧重于设计．我们在课程设计内容选择问题上也进行了多年探索，如以培养学

生的运算、绘图的基本技能和巩固基本知识为主要目的，选用对典型机械进行分析^p 设计的

题目，但是在后

续的课程教学中发现学生创造性设计新机械的能力与分析^p 解决实际工作问题的能力和适应能力显得不

足．我们也曾经尝试只给出设计

题目，让学生自己地进行机械运动方案确定和对其中某些机构进行设

计．虽然这种设计内容能够促使学生主动地进行思考，自觉地进行一些相关资料的查询，但是由于学

生没有进行过一次比较系统的设计过程训练，大多数学生不知从哪里下手，较难进入设计状态，设计

第 25 页 共 42 页

过程

中出现多次反复修改使得设计进度非常缓慢．从最后的设计结果来看，只有少数学生比较理想，多数学生

的设计都出现了一些错误，设计结果不能满足

题目要求，而且由于多次修改使得图面质量较差．经过多年

的探索与实践，我们认为在机械原理课程设计中，分析^p 与设计都是很重要的两个环节，对典型机械的分析^p 和学生创新机械的设计对于学生来说都是不能缺少的．那么怎样才能在有限的设计时间内把这些内

容都安排进去而又同时能保证设计质量呢?我们结合现有实际条件，交给学生的课程设计内容是：先进行

典型的机械分析^p ，然后进行创新机械设计．我们选择了牛头刨床传动方案作为课程设计

题目，要求学生不

能照搬现有牛头刨床传动方案，每个学生必须至少提出一种新的传动方案，并且提出的方案越多越好．学

第 26 页 共 42 页

生在方案构思过程中，积极查阅资料，热烈讨论，表现出了极大的主动性，提出了很多方案，最后经过归纳

得出l0种可以实现刨床运动要求的方案，如图I所示．在这一过程中，使学生突破了固有传动方案模式，

拓宽了方案构思思路，得到了一次提高创新思维能力的训练．

课程设计说明书

题目名称：平面六杆机构

学院：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 学生姓名：杨鹏

班级：机英102班 学号：10431042

一、设计

题目及原始数据

二、设计要求

三、机构运动分析^p 与力的分析^p

第 27 页 共 42 页

1、机构的运动分析^p

位置分析^p ：θ=θ。+arctan(1/2) ﹦〉θ。=θ-arctan(1/2) 机构封闭矢量方程式：L1+L2-L3-LAD=0 L1^(iθ1)+L2(iθ2)=LAD+L3^(iθ3)

①

实部与虚部分离得：l1cosθ1+l2cosθ2=lAD+l3cosθ

3 l1sinθ1+l2sinθ2= l3cosθ3 由此方程组可求得未知方位角θ3。

当要求解θ3时，应将θ2消去，为此可先将上面两分式左端含θ1的项移到等式的右端，然后分别将两端平方并相加，可得 l2^2=l3^2+lAD^2+l1^2+2l3lADcosθ3-2l1l3cos(θ3-θ1)-2l1lADcosθ1 经整理并可简化为：Asinθ3+Bcosθ3+C=0

式中：A=2l1l3sinθ1；B=2l3(l1cosθ1-lAD)；

C=l2^2-l1^2-l3^2-lAD^2+2l1l4cosθ1; 解之可得：

tan(θ3/2)=(A-√（A^2+B^2-C^2）)/(B-C) θ3=2arctan((A-√（A^2+B^2-C^2）)/(B-C))-arctan(0.5) 在求得了θ3之后，就可以利用上面

②式求得θ2。

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θ2=arcsin(l3sinθ3-l1sinθ1) 将

①式对时间t求导，可得

②

L1w1e^(iθ1)+L2w2e^(iθ2)=L3w3e^(iθ3)

③

将

③式的实部和虚部分离，得

L1w1cosθ1+L2w2cosθ2=L3w3cosθ3 L1w1sinθ1+L2w2sinθ2=L3w3sinθ3 联解上两式可求得两个未知角速度w

2、w3,即

W2=-w1l1sin(θ1-θ3)/(l2sin(θ2-θ3)) W3=-w1l1sin(θ1-θ2)/(l3sin(θ3-θ2))

且w1=2πn1 将

③对时间t求导，可得

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il1w1^2e^(iθ1)+l2α2e^(iθ2)+il2w2^2e(iθ2)=l3α3e^(iθ3)+il3w3^2e^(iθ3) 将上式的实部和虚部分离，有

l1w1^2cosθ1+l2α2

sinθ2+l2w2^2

cosθ2=l3α3

sin

θ3+l3w3^2

cosθ3 -l1w1^2

sinθ1+l2α2

cosθ2-l2w2^2

sinθ2=l3α3

cosθ3-l3w3^2

sinθ3 联解上两式即可求得两个未知的角加速度α

第 30 页 共 42 页

2、α3，即

α2=(-l1w1^2cos(θ1-θ3)-l2w2^2cos(θ2-θ3)+l3w3^2)/l3sin(θ2-θ3)

α3=(l1w1^2cos(θ1-θ2)-l3w3^2cos(θ3-θ2)+l2w2^2)/l3sin(θ3-θ2) 在封闭矢量多边形

DEF

中，有

LDE+LEF=LDF 改写并表示为复数矢量形式：

lDEe^(iθ3)+lEFe^(iθ4)=lDF

将上式对时间t求导，可得

lDEw3

e^(iθ3)=- lEFw4e^(iθ4)

④

将上式的实部和虚部分离，可得

lDEw3sinθ3=- lEFw4

sinθ4 lDEw3cosθ3=- lEFw4

cosθ4 =＞w4= -lDEw3sinθ3/lEF

sinθ4 将

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④式对时间t求导，可得

ilDEw3^2

e^(iθ3)+lDEα3

e^(iθ3)=-ilEFw4^2

e^(iθ4)-lEFα4

e^(iθ4) 将上式的实部和虚部分离，有

lDEα3

sinθ3+ lDEw3^2

cosθ3=-lEFα4

sinθ4- lEFw4^2

cosθ4 lDEα3

cosθ3- lDEw3^2

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sinθ3=-lEFα4

cosθ4+lEFw4^2

sinθ4 =＞α4= -(lDEα3

sinθ3+ lDEw3^2

cosθ3+ lEFw4^2

cosθ4)/ lEF

sinθ4 在三角形∠DEF中：lAD^2=lDF^2+lDE^2-2lDFlDEcosθ3 ﹦〉

lDF=lDEcosθ3+√(lAD^2-lDE^2sinθ3)

即从动件的位移方程:S= lDF=lDEcosθ3+√(lAD^2-lDE^2sinθ3) 将上式对时间求导t得,从动件的速度方程: V=-lDEsinθ3-lDE^2sin(2θ3)/(2

√(lAD^2-lDE^2sinθ3)) 将上式对时间求导t得,从动件的加速度方程：

a=-lDEcosθ3-(lDE^2cos(2θ3)√(lAD^2-lDE^2sinθ3)+lDE^4sin(2θ3)^2/(4(2

√(lAD^2-lDE^2sinθ3)))/(lAD^2-lDE^2sinθ3^2)

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2、机构的力的分析^p

先对滑块5进行受力分析^p ，由∑F=0可得，

Pr=F45cosθ4+m5a FN=G+F45sinθ4 得F45=(Pr-m5a)/ cosθ4 在三角形∠DEF中，由正弦定理可得

lDE/sinθ4=l4/ sinθ3=＞sinθ4=lDE

sinθ3/l4 =＞θ4=arc(lDE

sinθ3/l4) 再对杆4受力分析^p ，由∑F=0可得， F34+FI4=F且FI4=m4as

4、F=-F45 =＞F34=F-FI4=＞F34=-F45-m4as4 Ls4=LAD+LDE+LEs4 即 Ls4=lAD+lDEe^(iθ3)+lEs4e^(iθ4) 将上式对时间t分别求一次和二次导数，并经变换整理可得Vs4和as4的矢量表达式，即

Vs4=-lDEw3sinθ3-lEs4w4sinθ4

lDEw3^2cosθ3+lEs4α4sinθ4+w4^2lEs4cosθ4 对杆

as4=-

2、3受力分析^p ：有MI3=J3α3 l3^tF23-MI3=l3

e^i(90°+θ3)(F23+iF23y)-MI3

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=-l3F23

sinθ3-l3F23y

cosθ3-MI3+i(l3F23

cosθ3-l3F23y

sinθ3)=0 由上式的实部等于零可得

--l3F23

sinθ3-l3F23y

cosθ3-MI3=0 ⑤ 同理，得

l2^t(-F23)= -l2

e^i(90°+θ2)(F23+iF23y)= l2F23

sinθ2+l2F23y

cosθ2+i(l2F23

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cosθ2+l2F23y

sinθ2)=0 由上式的实部等于零，可得

l2F23

sinθ2+l2F23y

cosθ2=0 ⑥ 联立⑤、⑥式求解，得

F23=MI3

cosθ2/(l3

sinθ2

cosθ3-l3

sinθ3

cosθ2) F23y=MI3

sinθ2/(l3

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sinθ3

cosθ2-l3

sinθ2

cosθ3) 根据构件3上的诸力平衡条件，∑F=0，可得

F32=-F23 根据构件2上的力平衡条件，∑F=0，可得

F32=F12 对于构件1，F21=-F12=＞F21=F23 而

M=l1^tF21=l1e^i(90°+θ1)(F21+iF21y)=l1F21sinθ1+l1F21ycosθ1+i(F21cosθ1-F21ysinθ1) 由上式的等式两端的实部相等可得：

M=l1F21sinθ1+l1F21ycosθ1

=＞M=l1

F23sinθ1+l1

F23ycosθ1

四、附从动件位移、速度、加速度的曲线图、作用在主动件上的平衡力矩的曲线图

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五、机构运动简图

CEθ2Bθ1ADθ4θ3F

六、设计程序

位移程序：

clc;clear l1=0.08; l2=0.3; l3=0.3; l4=0.2; l5=sqrt(0.2); t=0:0.01:2pi; for i=1:length(t); 1=t(i); A=2l1l3sin(1); B=2l1l3cos(1)-2l3l5; C=l2^2-l1^2-l3^2-l5^2+2l1l5cos(1); k=(A-sqrt(A^2+B^2-C^2))/(B-C); 3=2atan(k)-atan(0.5); s=0.5l3cos(3)+sqrt(l4^2-(0.5l3)^2(sin(3)^2)); q(i)=s; end

plot(t,q) title(\"滑块的位移随1的变化曲线\") 速度程序：

clc;clear l1=0.08; l2=0.3; l3=0.3; l4=0.2;l5=sqrt(0.2); t=0:0.01:2pi; for i=1:length(t); 1=t(i); A=2l1l3sin(1); B=2l1l3cos(1)-2l3l5; C=l2^2-l1^2-l3^2-l5^2+2l1l5cos(1); k=(A-sqrt(A^2+B^2-C^2))/(B-C); 3=2atan(k)-atan(0.5);

v=-0.5l3sin(3)-((0.5l3)^2sin(23))/(2sqrt(l4^2-(0.5l3)^2(sin(3)^2)));; q(i)=v; end

plot(t,q) title(\"滑块的速度随1的变化曲线\") 加速度程序：

clc;clear l1=0.08; l2=0.3; l3=0.3; l4=0.2;l5=sqrt(0.2); t=0:0.01:2pi; for

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i=1:length(t); 1=t(i); A=2l1l3sin(1); B=2l1l3cos(1)-2l3l5; C=l2^2-l1^2-l3^2-l5^2+2l1l5cos(1); k=(A-sqrt(A^2+B^2-C^2))/(B-C); 3=2atan(k)-atan(0.5); a =- (3cos(3))/20(9sin(3)^2)/400)^(1/2))(9sin(3)^2)/400)^(3/2)); q(i)=a; end

plot(t,q) title(\"滑块的加速度随1的变化曲线\") 平衡力偶程序：

clc;clear l1=0.08; l2=0.3; l3=0.3; l4=0.2; l5=sqrt(0.2); J3=0.01; n1=400; t=0:0.01:2pi; for i=1:length(t); z1=t(i);

A=2l1l3sin(z1); B=2l1l3cos(z1)-2l3l5;

C=l2^2-l1^2-l3^2-l5^2+2l1l5cos(z1); z3=2atan(k)-atan(0.5);

k=(A-sqrt(A^2+B^2-C^2))/(B-C);

z2=asin(l3sin(z3)-l1sin(z1)); w1=2pin1;

w2=(-w1l1sin(z1-z3))/(l2sin(z2-z3)); w3=(-w1l1sin(z1-z2))/(l3sin(z3-z2));

a3=(l1w1^2cos(z1-z2)-l3w3^2cos(z3-z2)+l2w2^2)/l3sin(z3-z2); MI3=J3a3;

F23=MI3

cos(z2)/(l3

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sin(z2)

cos(z3)-l3

sin(z3)

cos(z2));

F23y=MI3

sin(z2)/(l3

sin(z3)

cos(z2)-l3

sin(z2)

cos(z3)); M=l1

F23sin(z1)+l1

F23ycos(z1); q(i)=M; end plot(t,q)

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title(\"构件1的平衡力偶随z1的变化曲线\")

七、设计心得

这次课程设计让我对机械成品的诞生有了一个初步的认识，没想到一个简单的连杆机构都那么复杂，很多应该提前掌握的原理，知识，我们都是现学现卖，真是汗颜，而matlab也是我们才接触不久的，虽然加强了我自主学习的能力，但也是对我一个很大的挑战。我以前学习过C语言，本以为对编程有点底子，会好很多，可是事实上却并非如此，还是不停的出现各种问题，只好不停的完善，重来。从刚刚接触的matlab，一步步的熟悉它，到最终完成这次的课程设计，这些让我们的假期充实不少。相信这次课程设计，会为我们下学期学机械设计课程，打下一个良好的基础，如此而已。

八、主要参考资料

1.机械原理第七版课本；

2.MATLAB程序编程；

3.理论力学课本等；

CEθ2Bθ1ADθ4θ3F

图表 1

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机械设计 工作总结

机械设计教学视频（共6篇）

阿基米德原理教学设计

物理机械守恒定律教案模板

《草原》教学设计

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