機械原理課程設計--六桿機構運動與動力分析

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一部分：六桿機構運動與動力分析</p><p>　　一．機構分析分析類題目 3</p><p>　　1分析題目 3</p><p>

2、　　2.分析內容 3</p><p>　　二．分析過程 4</p><p>　　1機構的結構分析 4</p><p>　　2.平面連桿機構運動分析和動態(tài)靜力分

3、析 5</p><p>　　3機構的運動分析 8</p><p>　　4機構的動態(tài)靜力分析 18</p><p>　　三．參考文獻 21</p&g

4、t;<p>　　第二部分：齒輪傳動設計</p><p>　　設計題目 22</p><p>　　全部原始數(shù)據(jù) 22</p><p>　　設計方法及原理 22</p>&

5、lt;p>　　1傳動的類型及選擇 22</p><p>　　2變位因數(shù)的選擇 22</p><p>　　設計及計算過程 24</p><p>　　選取兩輪齒數(shù)

6、 24</p><p>　　2傳動比要求 24</p><p>　　3變位因數(shù)選擇 24</p><p>　　4.計算幾何尺寸

7、 25</p><p>　　五．齒輪參數(shù)列表 26</p><p>　　六．計算結果分析說明 28</p><p>　　七．參考文獻 28</p>&

8、lt;p>　　第三部分：體會心得 29</p><p>　　一.機構分析類題目3（方案三）</p><p><b>　　1.分析題目</b></p><p>　　對如圖1所示六桿機構進行運動與動力分析。各構件長度、構件3、4繞質心的轉動慣量如表1所示，構件1的轉動慣量忽略不計。構件1、3、

9、4、5的質量G1、G3、G4、G5，作用在構件5上的阻力P工作、P空程，不均勻系數(shù)δ的已知數(shù)值如表2所示。構件3、4的質心位置在桿長中點處。</p><p><b>　　2.分析內容</b></p><p>　?。?）對機構進行結構分析；</p><p>　?。?）繪制滑塊F的運動線圖（即位移、速度和加速度線圖）；</p><

10、;p>　?。?）繪制構件3角速度和角加速度線圖（即角位移、角速度和角加速度線圖）；</p><p>　　（4）各運動副中的反力；</p><p>　?。?）加在原動件1上的平衡力矩；</p><p>　?。?）確定安裝在軸A上的飛輪轉動慣量。</p><p><b>　　圖1 六桿機構</b></p>

11、<p>　　表1 設計數(shù)據(jù)（一）</p><p>　　表2 設計數(shù)據(jù)（二）</p><p><b>　　二.分析過程：</b></p><p>　　通過CAD制圖軟件制作的六桿機構運動簡圖：</p><p><b>　　圖2 六桿機構</b></p><p>

12、;　　CAD所做的圖是嚴格按照題所給數(shù)據(jù)進行繪制的。并機構運動簡圖中活動構件的序號從1開始標注，機架的構件序號為0。每個運動副處標注一個字母，該字母既表示運動副，也表示運動副所在位置的點，在同一點處有多個運動副，如復合鉸鏈處或某點處既有轉動副又有移動副時，仍只用一個字母標注。見附圖2所示。</p><p><b>　　1.機構的結構分析</b></p><p>　　如

13、附圖1所示，建立直角坐標系。機構中活動構件為1、2、3、4、5，即活動構件數(shù)n=5。A、B、C、D、F處運動副為低副（5個轉動副，2個移動副），共7個，即Pl=7。則機構的自由度為：F=3n-2Pl=3Χ5-2Χ7=1。</p><p>　　拆基本桿組：（1）標出原動件1，其轉角為φ1,，轉速為n1，如附圖3-a所示；（2）試拆出Ⅱ級桿組2—3，為RPR桿組，如附圖3-b所示；（3）拆出Ⅱ級桿組4—5，為RRP桿

14、組，如附圖3-c所示。由此可知，該機構是由機架0、原動件1和2個Ⅱ級桿組組成，故該機構是Ⅱ級機構。</p><p>　　圖3-a 圖3-b 圖3-c</p><p>　　2.平面連桿機構運動分析和動態(tài)靜力分析：</p><p><b>　　JYCAE軟件介紹</b></p&

15、gt;<p>　　應用基本桿組法開發(fā)的計算機輔助平面連桿機構運動分析和動態(tài)靜力分析軟件—JYCAEYL，適用于平面II級機構的分析。JYCAEYL采用界面化輸入，只要按照界面要求正確輸入機構各己知參數(shù)和機構運動簡圖中表示運動副、點和構件序號的字母和數(shù)字，軟件就可給出計算結果和各種根據(jù)計算結果繪出的曲線圖形。</p><p>　　在使用JYCAEYL對某一機構進行分析時，首先要畫出該機構的運動簡圖。選

16、擇合適的平面坐標系，將機構置于選定的平面坐標系中。由于計算分析是使用計算機來進行的，因此畫機構運動簡圖時對尺寸比例的要求并不嚴格。</p><p>　　機構運動簡圖中活動構件的序號應從1開始標注，序號應連續(xù)，不得有重號。機架的構件序號為0。每個運動副處標注一個字母，該字母既表示運動副，也表示運動副所在位置的點（鉸鏈中心點或移動副導路中心線上的點）。若在同一點處有多個運動副，如復合鉸鏈處或某點處既有轉動副又有移動副

17、時，仍然只用一個字母標注。在JYCAEYL界面中輸入時，要將運動副處標注的字母和每個運動副所聯(lián)接的兩個構件的序號按界面要求分別輸入，這樣JYCAE會自動將各個運動副區(qū)分開來。構件上的點（如質心點、力作用點以及其他被關注的點）用字母或字母后加數(shù)字來表示，如S3表示構件3的質心。</p><p>　　JYCAE軟件原始數(shù)據(jù)的輸入</p><p>　　運行JYCAE軟件，輸入原始數(shù)據(jù)。在打開的J

18、YCAE界面中用鼠標左鍵單擊“運行”按鈕，即會出現(xiàn)如附圖4所示的“原始數(shù)據(jù)”輸入頁面。在該頁面左半邊的各輸入空格內可分別輸入機構的活動構件數(shù)、轉動副數(shù)、移動副數(shù)、己知長度值總數(shù)和機構的自由度。除了活動構件數(shù)外，其余四個輸入空格旁都各有一個“確定”按鈕，點擊每一個“確定”按鈕，頁面右半邊就會顯示出對應的輸入框。</p><p>　　輸入了轉動副數(shù)目后，點擊“確定”按鈕，右半邊頁面顯示出轉動副數(shù)據(jù)輸入框（見附圖4）。

19、在該輸入框的“活動鉸鏈數(shù)”輸入空格中輸入活動鉸鏈數(shù)后，點擊“確定”按鈕，“活動鉸鏈數(shù)”輸入欄下相應數(shù)目的空格就會變?yōu)榭捎茫ㄝ斎肟崭癯拾椎咨珵榭捎?，灰底色為不可用），供輸入表示鉸鏈的字母（鉸鏈名）和鉸鏈所聯(lián)接的兩個活動構件的序號。同時，“固定鉸鏈數(shù)”輸入空格中自動顯示出數(shù)值，此數(shù)值等于轉動副總數(shù)減去活動鉸鏈數(shù)</p><p>　　圖4 “原始數(shù)據(jù)”輸入界面</p><p>　　移動副輸入框

20、（見附圖5-a）與轉動副輸入框類似，只是當移動副所聯(lián)接的構件之一為機架時，應在固定導路中心線上確定一給定點（此點為機架上的點），在輸入框中輸入其坐標值。此例中選C點為移動副F在固定導路上的給定點，坐標為（0，0）。</p><p>　　長度值輸入框（見附圖5-b）用來輸入機構中各構件上的不可變長度值，即構件上一點到另一點的距離，如構件上各鉸鏈點間的距離，鉸鏈中心到質心點或力作用點間的距離等。機構在運動時，這些距離

21、（長度）是不會改變的。 </p><p>　　原動件參數(shù)輸入框（見附圖5-c）提供三種類型原動件的運動參數(shù)輸入，分別為：（1）繞定軸轉動的原動件（如附圖1所示機構中若以構件1作為原動件）；（2）沿固定導路移動的原動件（如附圖1所示機構中若以滑塊5作為原動件）；（3）沿運動導桿移動的原動件。</p><p>　　原動件繞定軸轉動時，其轉角為原動件上某一指定線與x軸正方向的夾角。以x軸正方向

22、為始邊向指定線度量，逆時針方向為正值，順時針方向為負值。角速度和角加速度也以逆時針方向為正；反之為負。原動件初始角為起始位置原動件上指定線與x軸正方向間的夾角，其值可正可負。原動件總轉角、轉角增量和角速度這三者的正、負號應相同。</p><p>　　圖5-a 移動副輸入框</p><p>　　圖5-b 已知長度輸入值</p><p>　　圖5-c 原動件參

23、數(shù)輸入框</p><p>　　點擊“原始數(shù)據(jù)”輸入頁面中的“存入數(shù)據(jù)”按鈕，可將當前輸入的數(shù)據(jù)儲存起來。點擊“取出數(shù)據(jù)”按鈕，就可將存入的數(shù)據(jù)取出并重新顯示在原來的輸入空格中。</p><p><b>　　3.機構的運動分析</b></p><p>　　“原始數(shù)據(jù)”輸入頁面中的所有數(shù)據(jù)輸入完畢后，點擊該頁面的“運動分析”按鈕，就會出現(xiàn)如附圖7-

24、a所示的“選取基本單元”頁面。</p><p>　　用JYCAE軟件對機構進行運動分析時，需要將機構在基本桿組的基礎上劃分成由構件或構件組組成的若干個基本單元，如附圖6所示。附圖6（a）所示為角運動已知的構件，可以分析繞定軸轉動構件上點的運動，也可計算任何做平面運動的構件上點的運動；附圖6（b）所示為可變長二桿組（RRR桿組），用于分析鉸鏈二桿組或剛體上不共線的三點間的運動問題，也可用于分析擺動油缸機構或其他具有

25、變桿長的運動問題；附圖6（c）所示為兩點運動已知的構件，用于單個構件上已知兩點的運動，求任一其他點的運動問題；附圖6（d）所示為三點共線的構件（導桿），用于當導桿及滑塊上各有一點的運動已知時，求導桿上另一個位于上述兩點連線上的點的運動，也可用于剛體上有三點共線時，由已知兩點求第三點的運動問題；附圖6（e）所示為輸入導桿，用于導桿的角運動已知時，求滑塊的絕對運動和對導桿的相對運動問題；附圖6（f）所示為擺動導桿，用于計算構件的角運動參數(shù)，

26、也適用于分析角運動為輸出時的無偏置導桿組（圖中，K點可為滑塊上的點，也可固結在JK桿上）；附圖6（g）所示為偏置導桿，用于分析帶有偏置量的導桿、滑塊的運動。</p><p>　　附圖6中各單元G點的運動參數(shù)（所謂點的運動參數(shù)，是指點的x、y方向的坐標分量、速度分量和加速度分量）未知，稱G點為待求點。J、K兩點的運動參數(shù)已知，稱為參考基點。</p><p>　　圖6平面Ⅱ級機構運動分析基本單

27、元</p><p>　　對于每個基本單元，都可根據(jù)其中的已知運動參數(shù)求出其未知的運動參數(shù)。每個基本單元中求解出的未知運動參數(shù)又可成為另一個基本單元中的已知運動參數(shù)。程序依次對機構中每個基本單元進行求解，就可計算出機構中所有需要求解的運動參數(shù)。</p><p>　　點擊“選取基本單元”界面中與機構中某個基本單元相對應的基本單元類型圖標按鈕，在隨后打開的該類型基本單元輸入框的輸入空格中輸入相應

28、的字母和數(shù)值，然后點擊“確定”按鈕，就完成了對機構中該基本單元信息的輸入。程序在運行時，對機構中各基本單元的求解順序按照各類型基本單元輸入框中“調用順序”空格里所填的數(shù)字序號從1開始依次進行，求解順序與對各類型基本單元輸入框進行輸入的先后次序無關。對機構中各單元的求解順序會顯示在“選取基本單元”界面的“求解順序”欄中。具體輸入如下：</p><p>　　“原始數(shù)據(jù)”輸入頁面中的所有數(shù)據(jù)輸入完畢后，點擊該頁面的“運

29、動分析”按鈕，就會出現(xiàn)見附圖7-a所示的“選取基本單元”頁面。按照題所求對基本單元進行調用，調用那個基本單元就點擊該基本單元，對新出來的框圖進行填寫，此題目先后分別調用基本單元1見下圖7-b.基本單元4見下圖7-c.基本單元6見下圖7-d.基本單元5見下圖7-e，而且調用順序會顯示在“選取基本單元”界面的“求解順序”欄中，見附圖7-f。</p><p>　　有些類型的基本單元會被調用多次，因此對其輸入框要進行多次

30、輸入，每次輸入時只需重新改填各輸入空格中的字母或數(shù)字，然后點擊“確定”按鈕關閉輸入框即可。</p><p>　　圖7-a 基本單元選取框</p><p>　　圖7-b 基本單元1參數(shù)輸入框</p><p>　　圖7-c 基本單元4參數(shù)輸入框</p><p>　　圖7-d 基本單元5參數(shù)輸入框</p><

31、p>　　圖7-e 基本單元6參數(shù)輸入框</p><p>　　圖7-f “選取基本單元”界面</p><p>　　“基本單元”選取與信息輸入完成后，本題選取了7個“基本單元”，結果如附圖7-f所示。點擊“運算”按鈕，JYCAEYL就會按指定的調用順序依次對機構中各單元進行運動分析計算并給出計算結果，如附圖8所示。</p><p>　　圖8 “ 運動分析結

32、果”界面</p><p>　　分別點擊“運動分析結果”界面下方“構件角運動參數(shù)”和“長度變化參數(shù)”按鈕，界面中的表格就分別給出各構件角運動參數(shù)值或長度變化參數(shù)值。表格中構件轉角的單位為“度”，角速度和角加速度的單位分別為rad/s和rad/s2，長度單位為m，長度變化速度和長度變化加速度的單位分別為m/s和m/s2。各數(shù)值正、負號的意義同前所述。</p><p>　　整理界面表格中的數(shù)值如

33、表3-1，表3-2所示：</p><p>　　表3-1 點F的x、y方向的運動參數(shù)</p><p>　　表3-2 構件3的運動參數(shù)</p><p>　　點擊“運動分析結果”界面下方的“軌跡及運動線圖”按鈕，界面的右上方將出現(xiàn)圖形輸出區(qū),見圖9. 分別在界面左邊的輸入空格中輸入點名、構件序號或長度名并點擊各自的“確定”按鈕，就可分別顯示出點的運動軌跡曲線、點的運動

34、線圖、構件的角運動線圖和長度變化規(guī)律線圖。輸入的點名和長度名應與“各點運動參數(shù)”和“長度變化參數(shù)”計算結果表格中表示點和長度名的字符相同，字符順序也不能改變，如A到F的距離AF不能輸成FA。如附圖9所示為滑塊5上F點的運動線圖（整理后見附圖10）。如附圖11所示為構件3的運動線圖。</p><p>　　圖9 F點運動線圖</p><p>　　圖10-a F點的位移曲線圖</p&g

35、t;<p>　　圖10-b 點F的速度曲線圖 </p><p>　　圖10-c 點F的加速度曲線圖</p><p>　　圖11 構件3的運動線圖</p><p>　　圖11-a 構件3的轉角曲線圖</p><p>　　圖11-b 構件3的角速度曲線圖</p><p>　　圖11-c

36、 構件3的角加速度曲線圖</p><p>　　4.機構的動態(tài)靜力分析</p><p>　　機構的動態(tài)靜力分析必須在運動分析完成后才能進行。應保證運動分析中對機構中每個運動副所在點的運動參數(shù)，各構件質心點的運動參數(shù)，每一個活動構件的角運動參數(shù)，平衡力作用點的運動參數(shù)都計算無誤后才能進行動態(tài)靜力分析。用JYCAEYL進行動態(tài)靜力分析時，不考慮摩擦力的影響。</p><p&

37、gt;　　點擊入附圖8所示界面底部的“動態(tài)靜力分析”按鈕，屏幕上就會出現(xiàn)“動態(tài)靜力分析參數(shù)輸入”界面，該界面有兩個表格，上方的表格用于輸入各構件的質心點、質量（kg）和各構件對其質心軸的轉動慣量（kg.m2），下方的表格輸入作用在各構件上的已知力（N）和己知力矩（N.m）。“輸入已知力”表格上方有兩個單選按鈕：“己知力為常量”和“己知力為變量”，本題選擇已知力為常量，需要對機構在運動過程中的每一個計算位置進行輸入。表格中輸入的各構件上的

38、力和力矩是構件上所有己知力和力矩向其質心簡化后得到的力和力矩。各構件上的重力和慣性力（矩）由JYCAE根據(jù)所輸入的構件質量和轉動慣量以及運動分析得出的各加速度參數(shù)自動進行計算，在此表格中輸入己知力和力矩值時不應再考慮。簡化后得到的力向兩個坐標軸方向分解，分力與坐標軸方向一致時取正值，反之取負值。力矩逆時針方向取正值，順時針方向取負值。附圖12給出了附圖1所示機構輸入的數(shù)據(jù)，這里機構中只有滑塊5上作用了一個與x軸方向相反的常力（=1400

39、N）。</p><p>　　點擊“動態(tài)靜力分析參數(shù)輸入”界面的右上方“原動件受力狀況”顯示欄的“輸入”按鈕，會打開“平衡力模式選擇”選擇框，該框中有三個按鈕。本題選擇“平衡力矩”按鈕。輸入完參數(shù)之后如附圖12所示。</p><p>　　圖12 “動態(tài)靜力分析參數(shù)輸入”界面</p><p>　　按“存入”按鈕存儲本頁面當前輸入的所有內容。</p>&

40、lt;p>　　本界面輸入完畢后，點擊“運算”按鈕，JYCAEYL進行計算并給出動態(tài)靜力分析的結果。如附圖13所示為本題力分析計算結果，此表格中未知力名的表示方法如下：</p><p>　　轉動副中反力的第一個字母為“R”，第二個字母為轉動副名標記字母；后面的兩個數(shù)字用“—”分開，分別表示該轉動副聯(lián)接的兩個構件的序號，前面的數(shù)字為“出力構件”的序號，后面的數(shù)字為“受力構件”的序號；最右邊的“X”或“Y”表示未

41、知力分力的坐標軸方向。轉動副中的反力作用線通過轉動副中心。</p><p>　　移動副中的反力和反力矩的第一個字母用“S”表示，第二個字母為移動副名標記字母，兩個數(shù)字及“—”的意義同轉動副；最右邊的字母為“R”或“T”，“R”表示反力，“T”表示反力矩。反力以沿導路方向逆時針旋轉90°（即與x軸成φ+90°方向）為正方向，力作用點為導路中心線上移動副字母所標注的點。移動副中的反力矩以逆時針方向

42、為正。</p><p>　　平衡力名和平衡力矩名均以字母“BL”開頭，第三個字母用“P”表示平衡力，用“T”表示平衡力矩；最右邊的數(shù)字表示原動件的構件序號。</p><p>　　圖13 力分析計算結果</p><p>　　點擊“動態(tài)靜力分析結果”界面下方的“線圖及矢量端圖”按鈕，界面右方出現(xiàn)圖形顯示區(qū)域，左方出現(xiàn)四種曲線圖形顯示的選擇輸入欄（見附圖14）。分別在各

43、輸入空格中輸入力或力矩的名稱，然后點擊其“確定”按鈕，就可顯示出相應的曲線圖形。輸入的反力和反力矩名稱應與“動態(tài)靜力分析計算結果”表格中各反力和反力矩的名稱一致，只是轉動副中反力的名稱最右邊的字母“X”和“Y”在輸入時應取掉，因為“鉸鏈受力矢量端圖”顯示的是轉動副中反力的合矢量端點連成的曲線圖形。</p><p>　　附圖14中的曲線顯示了為使原動件1保持勻速轉動應加在該構件上的平衡力矩的變化情況，圖中曲線上的圓

44、圈與各計算等分點相對應，最大圓圈與初始位置對應。</p><p>　　圖14 作用在構件1上的平衡力矩變化線圖</p><p><b>　　三、參考文獻：</b></p><p>　　1.張偉社主編《機械原理教程》，陜西：西北工業(yè)大學出版社，2001。</p><p>　　2.孫恒,陳作模,葛文杰主編《機械原理》, 北