锁梁自动成型机构设计指导书.docx
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锁梁自动成型机构设计指导书
机械原理
课程设计指导书
贵州大学机械工程学院
机械设计基础教研室编
一、机械原理课程设计的目的
机械原理课程设计是机械原理课程的一个重要实践性环节,同时,又是机械类专业人才培养计划中一个相对独立的设计实践,在培养学生的机械综合设计能力(重点在机械系统运动方案的设计)及创新意识与能力方面,起着十分重要的作用。
通过机械原理课程设计应达到以下目的:
1)进一步巩固和加深机械原理课程的理论知识;
2)培养运用理论知识独立解决有关本课程实际问题的能力,使学生对于机械的运动学、动力学的分析和设计有一套完整系统的概念;
3)使学生掌握机械运动、动力分析和设计的图解方法,以及借助于计算机进行运动、动力分析和设计的解析方法;
4)进一步提高学生的计算、制图、查问技术资料及计算机操作的能力。
二、机械原理课程设计的设计任务
机械原理课程设计的主要任务包括:
1.要求学生根据设计任务拟定机械运动方案(要求能将所学的简单机构如:
连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、往复间歇运动机构等有机的结合来进行简单的设计。
设计题目难度适中如:
扳弯机构、切削机构等)
2.要求学生按照机械的几何、运动、动力、轨迹等性能要求进行低副运动机构运动尺寸的设计或高副机构参数廓线设计。
并通过设计了解机械运动连续性、运动先后等方面的合理协调与设计。
3.要求学生对其所设计的方案进行简单的运动分析。
并进行合理性分析。
4.要求学生对初步设计的机械进行运动分析和动态静力分析及利用计算机完成机械运动方案和机构运动简图的绘制
5.要求学生能掌握一般设计说明书的编写。
三、机械原理课程设计要求与时间安排
方案设计阶段:
1周
内容:
1、根据设计任务书绘制机械系统运动方案草图(多个方案)。
2、进行方案可行性和优化比较,选定最终方案。
3、绘制最终的机械系统运动方案简图。
4、对所选定的方案进行结构、尺寸的设计
(二)上机调试阶段:
1周
内容:
1、上机进行所用凸轮的设计(要求体现:
从动件运动规律的选取、凸轮类型的选择、参数的选用、压力角的大小)
2.对所设计的连杆机构进行运动分析(解析法)(VB语言编程)(要求得出输出件的速度、加速度、位移的规律曲线)。
要求学生掌握杆组的拆分。
3.整理出一份设计说明书,列出设计计算过程和结果并进行适当的论证和分析,并附有相关图纸和电算程序编写设计说明书(含磁盘)
附:
具体设计步骤和时间安排
1.根据设计任务进行功能分析,绘出功能逻辑图(半天);
2.进行功能原理设计,确定功能原理解(半天);
3.进行工艺动作分解,确定执行构件的动作要求(半天);
4.进行运动循环图设计,绘出运动循环图(1天);
5.构思、拟定、设计机械系统运动方案,绘出机械系统运动转换功能图和机械系统运动示意图(至少2个方案)(1天半);
6.进行机构尺寸综合(1天);
7.进行机构运动或力分析,绘出指定构件的运动线图(1天半);
8.有凸轮机构的要绘出凸轮轮廓(半天);
9.进行方案评价,选出最优方案(半天);
10.绘制机械系统运动简图(半天);
11.编写设计说明书(1天);
12.答辩(1天);。
四、机械原理设计说明书的要求
1.机械原理课程设计说明书的内容
机械原理课程设计说明书的内容大致包括:
(1)设计任务书(一般由教师发给)。
(2)原动机的选择。
(3)传动机构的选择与比较。
(4)执行机构的选择与比较。
(5)机械系统运动方案的拟定与比较。
(6)设计机械系统的运动循环图。
(7)机构的设计与运动和动力分析。
10.
(8)画出运动方案布置图及机械运动简图。
(9)完成设计所用方法及其原理的简要说明。
(10)列出必要的计算公式及所调用的子程序名。
(11)写出自编的主程序,子程序及编程框图。
打印出自编的全部程序,对程序中的符号,变量作出说明,并列出数学模型中的符号与程序中符号的对照表。
(12)用表格列出计算结果,用计算机或人工画出主要的曲线图。
(13)对结果进行分析讨论。
(14)列出主要参考资料并编号。
2.设计说明书的格式要求
(1)设计说明书一律用A4纸书写;
(2)设计说明书要做封面(已下发);
3.编写设计说明书的注意事项;
(1)预备好草稿本。
每个学生在接到课程设计任务书之后要备一草稿本,把你在课程设计过程中查阅、摘录的资料,初步的运算,编程的草稿,设计构思的草图,心得思路、书写的草稿等都记录在案。
不要轻易散落、丢失。
这些材料是写正式说明书的基本素材。
(2)说明书应该用钢笔写在A4报告纸上,要求字迹端正、文句通顺、层次清楚、叙述简明。
通过课程设计说明书的编写,学生应学会整理设计数据,绘制图表和简图,用工程术语表达设计成果的方法,说明书是每个学生治学态度、独立分析能力、归纳总结表达能力的综合反映、每个学生必须下苦功夫斟字酌句写出自己的水平与风格,也为书写其他课程设计说明书、毕业设计和论文打下基础。
(3)说明书中所用的公式和数据应说明来源,说明书中,每一自成单元的内容都应有大小标题,使参考资料应编号和书写页次。
(4)其醒目突出。
(5)说明书中必须附有相应的图纸和计算程序。
图纸的数量要达到规定的要求;图纸的质量要求作图准确,布图匀称,图面整洁,线条、尺寸标注符合制图标准的规定;画在方格纸上的曲线图要连接光滑。
有条件的提倡用计算机绘图。
电算程序亦要整理好与说明书订在一起。
(6)说明书应加上封面与目录装订成册。
五、课程设计说明书内容:
1.设计任务书及工作要求
2.所设计的机构工作原理
3.功能分解图、执行机构动作分解图
4.运动方案的选择与比较
5.机构运动总体方案图(机构运动简图)
6.工作循环图
7.执行机构设计过程(连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等设计)
8.机构运动分析计算机辅助设计流程框图
9.程序清单(主程序和子程序)
10.运动线图
11.凸轮设计分段图、轮廓图、设计结果
六、杆组法及其应用
由机构组成原理可知,任何平面机构都可以分解为原动件、基本杆组和机架三个部分,每一个原动件为一单杆构件。
因此可得杆组法的基本思路:
分别对单杆构件和常见的基本杆组进行运动分析并编制相应的子程序。
在对机构进行运动分析时,就可以根据机构组成情况的不同,依次调用这些子程序,从而完成对整个机构的运动分析。
该方法的主要特点:
将一个复杂的机构分解成一个个简单的基本杆组,在用计算机对机构进行运动分析时,即可直接调用已编好的子程序,从而使主程序的编写大为简化。
工程实际中所用的大多数机构是Ⅱ级机构,它是由作为原动件的单杆构件和一些双杆组所组成。
双杆组有多种形式,其中最常见的有三种,如图所示。
下面我们只介绍单杆构件运动分析的方法
单杆构件如图所示,已知其上A,B 两点间的距离l,A 点的位置坐标xA,yA,速度vA,加速度aA,构件的角位置,角速度ω 和角加速度ε,求构件上另一点B 的位置坐标xB,yB,速度υB 和加速度αB。
对于下图所示的作定轴转 构件上点A,B的位置分别用矢量rA,rB表示,用矢量l连接运动已知点A和待求点B,可得点B的位置矢量方程rB=rA+l
上式在x轴和y轴上的分量分别为
将上式对时间求导,即得速度方程
对于图所示的作定轴转动的曲柄,因A 点固定不动,其速度υA 和加速度αA 均为零,故其上B 点的位置、速度、加速度方程为
基本思路:
是将一个复杂的机构按照机构组成原理分解为一个个比较简单的单杆构件和基本杆组。
在用计算机对机构进行运动分析时,就可以根据机构组成情况的不同,直接调用已编好的单杆构件和常见杆组运动分析的子程序,从而使主程序的编写大为简化。
至于单杆构件和常见杆组运动分析的子程序已有比较完善、成熟的软件,无需使用者自己编写,读者可根据具体情况调用即可。
在用杆组法对机构进行分析时,位置分析是关键,在位置分析的基础上分别对时间求一阶、二阶导数就可得到速度和加速度分析的结果。
注:
要学会如何把一个复杂的问题转化为可以用计算机解决的问题,这涉及到基本能力的培养,希望引起重视。
附件一、编程注意事项:
1.程序流程框图可参照教材第227页图12.10,注意所设计机构杆组不同而调用不同
的杆组子程序。
2.编制主程序时,所调用子程序的变量名应与教材第209页至217页中的各公式的符号相一致。
(即与图12.1至图12.4中的符号一致)。
并将所设计机构建立在。
一坐标系内
3、子程序变量说明:
1)Sub单杆运动分析子程序(xA,yA,vAx,vAy,aAx,aAy,S,theta,fi,omega,epsilon,xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy)
xA,yA——原动件A点坐标,
vAx,vAy——A点的两方向的速度分量,
aAx,aAy——A点的两方向的加速度分量,
S——曲柄长度,
theta——AM与AB的夹角θ,一般等于零。
fi——曲柄转角变量φ。
omega——原动件的角速度ω1。
epsilon——原动件的角加速度ε1。
xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy——输出点B的坐标、速度和加速度。
2)RRR运动分析子程序(m,xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy,xD,yD,vDx,vDy,aDx,aDy,L2,L3,xC,yC,vCx,vCy,aCx,aCy,fi2,fi3,omega2,omega3,epsilon2,epsilon3)
m——装配模式,m取+1时为一种装配模式,m取-1时为另一种装配模式。
xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy——输入点B的坐标、速度和加速度。
xD,yD——D点坐标,通常为机架上。
vDx,vDy——D点的两方向的速度分量,
aDx,aDy——D点的两方向的加速度分量,
L2,L3——BC和CD杆长,
fi2,fi3——BC和CD杆的位置角φ2、φ3。
xC,yC,vCx,vCy,aCx,aCy——输出点C的坐标、速度和加速度。
omega2,omega3——构件BC和CD的角速度ω2、ω3。
epsilon2,epsilon3——构件BC和CD的角加速度ε2、ε3
3)RRP运动分析子程序(m,xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy,xP,yP,vPx,vPy,aPx,aPy,L2,fi3,omega3,epsilon3,xC,yC,vCx,vCy,aCx,aCy,fi2,omega2,epsilon2,sr,vsr,asr)
m——装配模式,m取+1时为一种装配模式,m取-1时为另一种装配模式。
xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy——输入点B的坐标、速度和加速度。
xP,yP,vPx,vPy,aPx,aPy——滑块导路上参考点P的坐标、速度和加速度。
yP=偏距e。
参考点最好选取在滑块一极限位置上
L2——BC杆长,
fi3——滑块3的位置角φ3。
omega2,omega3——构件2和构件3的角速度ω2、ω3。
epsilon2,epsilon3——构件2和构件3的角加速度ε2、ε3。
xC,yC,vCx,vCy,aCx,aCy——滑块C点的坐标、速度和加速度。
sr,vsr,asr——滑块相对参考点的位移、速度和加速度。
4)RPR运动分析子程序(m,xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy,xC,yC,vCx,vCy,aCx,aCy,e,L3,xD,yD,vDx,vDy,aDx,aDy,fi3,omega3,epsilon3,sr,vsr,asr)
m——装配模式,m取+1时为一种装配模式,m取-1时为另一种装配模式。
xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy——己知点B的坐标、速度和加速度,一般为机架。
xC,yC,vCx,vCy,aCx,aCy,——输入点c的坐标、速度和加速度。
e一一偏距BQ
L3一一导杆3的杆长。
xD,yD,vDx,vDy,aDx,aDy——输出点D的坐标、速度和加速度。
fi3——导杆3的位置角φ3。
omega3——导杆3的角速度ω3。
epsilon3——导杆3的角加速度ε3。
sr,vsr,asr——滑块相对导杆的位移、速度和加速度。
4.运动曲线绘图程序
DrawWidth=1'设置DrawWidth。
ScaleMode=7'设置ScaleMode为像素。
red=RGB(255,0,0)
blue=RGB(0,255,0)
green=RGB(0,0,255)
Scale(-10,15)-(370,-15)Pest(5,15),Print”sva”
Line(0,-15)-(0,15)Pest(360,-2),Print”Φ(t)”
Line(0,0)-(370,0)Pest(-5,-2),Print”0”
PSet(fi,xe*200-12),red
PSet(fi,vex*120),blue
PSet(fi,aex*12),green
附件二、运动分析子程序
Sub单杆运动分析子程序(xA,yA,vAx,vAy,aAx,aAy,S,theta,fi,omega,epsilon,_xm,ym,vmx,vmy,amx,amy)
xm=xA+S*Cos(fi+theta)
ym=yA+S*Sin(fi+theta)
vmx=vAx-S*omega*Sin(fi+theta)
vmy=vAy+S*omega*Cos(fi+theta)
amx=aAx-S*epsilon*Sin(fi+theta)-S*omega^2*Cos(fi+theta)
amy=aAy+S*epsilon*Cos(fi+theta)-S*omega^2*Sin(fi+theta)
EndSub
SubRRR运动分析子程序(m,xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy,xD,yD,vDx,vDy,aDx,aDy,_
L2,L3,xC,yC,vCx,vCy,aCx,aCy,fi2,fi3,omega2,omega3,epsilon2,epsilon3)
'm为装配模式
'xB,vBx,aBx,yB,vBy,aBy,xD,vDx,aDx,yD,vDy,aDy为B点和D点的x方向和y方向的位置、速度和加速度
'L2为BC之间的距离,L3为CD之间的距离
'xC,vCx,aCx待求点C的x方向和y方向的位置、速度和加速度
'fi2和fi3分别为构件2和3的位置角
'omega2和omega3分别为构件2和3的角速度
'epsilon2,epsilon3分别为构件2和3的角加速度
Dimpi,d,ca,sa,yDB,xDB,gam,yCD,xCD,e,F,Q,EA,FA,delta
pi=Atn(1#)*4
d=((xD-xB)^2+(yD-yB)^2)^0.5
Ifd>L2+L3Ord MsgBox"此位置不能装配" GoTon1 Else EndIf ca=(d^2+L2^2-L3^2)/2/L2/d sa=(1-ca^2)^0.5 yDB=yD-yB xDB=xD-xB Callatn1(xB,yB,xD,yD,delta) Ifca>0Then gam=Atn(sa/ca) Else: gam=Atn(sa/ca)+pai EndIf Ifm=1Then fi2=delta+gam Else: fi2=delta-gam EndIf xC=xB+L2*Cos(fi2) yC=yB+L2*Sin(fi2) yCD=yC-yD xCD=xC-xD IfxCD>0Then fi3=Atn(yCD/xCD) ElseIfyCD>=0Then fi3=Atn(yCD/xCD)+pi Else: fi3=Atn(yCD/xCD)-pi EndIf e=(vDx-vBx)*xCD+(vDy-vBy)*yCD F=(vDx-vBx)*(xC-xB)+(vDy-vBy)*(yC-yB) Q=yCD*(xC-xB)-(yC-yB)*xCD omega2=e/Q omega3=F/Q vCx=vBx-omega2*(yC-yB) vCy=vBy+omega2*(xC-xB) EA=aDx-aBx+omega2^2*(xC-xB)-omega3^2*xCD FA=aDy-aBy+omega2^2*(yC-yB)-omega3^2*yCD epsilon2=(EA*xCD+FA*yCD)/Q epsilon3=(EA*(xC-xB)+FA*(yC-yB))/Q aCx=aBx-omega2^2*(xC-xB)-epsilon2*(yC-yB) aCy=aBy-omega2^2*(yC-yB)+epsilon2*(xC-xB) n1: EndSub Subatn1(x1,y1,x2,y2,fi) Dimpi,y21,x21 pi=Atn(1#)*4 y21=y2-y1 x21=x2-x1 Ifx21=0Then'判断BD线段与x轴的夹角 Ify21>0Then fi=pi/2 ElseIfy21=0Then MsgBox"B、D两点重合,不能确定" Else: fi=3*pi/2 EndIf Else Ifx21<0Then fi=Atn(y21/x21)+pi ElseIfy21>=0Then fi=Atn(y21/x21) Else: fi=Atn(y21/x21)+2*pi EndIf EndIf EndSub SubRRP运动分析子程序(m,xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy,xP,yP,vPx,vPy,aPx,aPy,_ L2,fi3,omega3,epsilon3,xC,yC,vCx,vCy,aCx,aCy,fi2,omega2,epsilon2,sr,vsr,asr) 'm为装配模式 'xB,vBx,aBx,yB,vBy,aBy,xP,vPx,aPx,yP,vPy,aPy为B点和P点的x方向和y方向的位置、速度和加速度 'L2为BC之间的距离 'fi3为PC的位置角 'xC,vCx,aCx待求点C的x方向和y方向的位置、速度和加速度 'fi2、omega2、epsilon2分别为待求构件2的位置角、角速度和角加速度 Dimpi,d2,e,F,yCB,xCB,E1,F1,Q,E2,F2 pi=Atn(1#)*4 d2=((xB-xP)^2+(yB-yP)^2) e=2*(xP-xB)*Cos(fi3)+2*(yP-yB)*Sin(fi3) F=d2-L2^2 Ife^2<4*FThen MsgBox"此位置不能装配" GoTon1 Else EndIf Ifm=1Then sr=Abs((-e+(e^2-4*F)^0.5)/2) Else: sr=Abs((-e-(e^2-4*F)^0.5)/2) EndIf xC=xP+sr*Cos(fi3) yC=yP+sr*Sin(fi3) yCB=yC-yB xCB=xC-xB Callatn1(xB,yB,xC,yC,fi2) E1=(vPx-vBx)-sr*omega3*Sin(fi3) F1=(vPy-vBy)+sr*omega3*Cos(fi3) Q=yCB*Sin(fi3)+xCB*Cos(fi3) omega2=(F1*Cos(fi3)-E1*Sin(fi3))/Q vsr=-(F1*yCB+E1*xCB)/Q vCx=vBx-omega2*yCB vCy=vBy+omega2*xCB E2=aPx-aBx+omega2^2*xCB-2*omega3*vsr*Sin(fi3)-epsilon3*(yC-yP)-omega3^2*(xC-xP) F2=aPy-aBy+omega2^2*yCB+2*omega3*vsr*Cos(fi3)+epsilon3*(xC-xP)-omega3^2*(yC-yP) epsilon2=(F2*Cos(fi3)-E2*Sin(fi3))/Q asr=-(F2*yCB+E2*xCB)/Q aCx=aBx-omega2^2*xCB-epsilon2*yCB aCy=aBy-omega2^2*yCB+epsilon2*xCB n1: EndSub SubRPR运动分析子程序(m,xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy,xC,yC,vCx,vCy,aCx,aCy,_ e,L3,xD,yD,vDx,vDy,aDx,aDy,fi3,omega3
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