課程設計報告
指導教師： 蘇天一職稱: 助教
2015 年 1 月8日
目錄一、緒論1
二、課程設計目的1
三、課程設計要求和內容1
四、 原始資料及技術引數2
五、設計原理及裝置2
六、機構簡圖及自由度計算3
七、機構動力分析與計算4
八、機構運動分析與計算6
九、心得體會8
十、參考文獻8
一、概述：
機械創新設計是指充分發揮設計者的創造力,利用人類已有的相關科學技術成果(含理論、方法、技術原理等),進行創新構思,設計出具有新穎性、創造性及實用性的機構或機械產品(裝置)的一種實踐活動。它包含兩個部分:一是改進完善生產或生活中現有機械產品的技術效能、可靠性、經濟性、適用性等；二是創造設計出新機器、新產品，以滿足新的生產或生活的需要。
而機構運動方案創新設計是各類複雜機械設計中決定性的一步，機構的設計選型一般先通過作圖和計算來進行，一般比較複雜的機構都有多個方案，需要製作模型來試驗和驗證，多次改進後才能得到最佳的方案和引數。本實驗所用搭接試驗台能夠任意選擇平面機構型別，組裝調整機構尺寸等功能，能夠比較直觀、方便的搭接、驗證、除錯、改進、確定設計方案，較好地改善了在校學生對平面機構的學習和設計一般只停留在理論基礎上這一現象。
二、課程設計目的：
(1)通過此次課程設計，既培養對機械系統的整體方案認識，加強學生的工程實踐背景的訓練，拓展學生的知識面，培養學生的創新意識、綜合設計及工程實踐動手能力；
（2）通過機構的拼接，在培養工程實踐動手能力的同時，可以發現一些基本機構及機械設計中的典型問題，通過解決問題，可以對運動方案設計中的一些基本知識點融會貫通，對機構系統的運動特性有乙個更全面的理解；
(3)加深對平面機構的組成原理、組成結構的認識，了解平面機構組成及運動特性，進一步掌握機構運動方案的各種創新設計方法。
三、課程設計要求和內容：
（1）設計要求：
a. 程中應保證，機構的自由度數等於原動件數；
b. 根據擬定的設計方案，選擇所需的零件，利用機構運動方案創新設計實驗台將零件按機構運動的傳遞順序進行連線；
c. 分清機構中各構件所佔據的運動平面，避免各運動構件發生運動干涉；
d. 實物連線完成後，需檢驗機構的自由度是否合理，機構是否能滿足要求，完成預定運動，之後才可以連線電機，進行**運動。
（2）設計內容和步驟：
a. 掌握本課程設計的基本原理；
b. 熟悉cqjp-d機構運動創新設計方案拼接及**實驗台的使用方法；
c. 確定本組的機構運動創新設計方案，保證方案的合理性和可行性，並根據所設計的方案連線實物；
d. 畫出結構簡圖，正確計算機構自由度，並對所設計的機構進行運動學和動力學分析。
四、原始資料及技術引數：
（1） 原始資料：
cqjp-d機構運動創新設計方案拼接及**實驗台，yy系列電機一台，皮帶輪和皮帶各乙個，主動軸乙個，轉動副軸三個，齒輪兩個，連桿1乙個，連桿2乙個，連桿3三個，緊聯接螺釘若干，松連線螺釘若干，六角扳手和活動扳手。
（2） 主要技術引數：
電機的技術引數為：p=60w ，u=220v ，i=0.95a ，n=1350r/min , i0=50
齒輪1：d=88mm , z=42
齒輪2：d=120mm , z=56
連桿1：l=120mm , 數量為1
連桿2：l=260mm , 數量為1
連桿3：l=350mm , 數量為3
五、設計原理及裝置：
（1）課程設計所需裝置：
cqjp-d機構運動創新設計方案拼接及**實驗台
（2）實驗原理：
本組的設計方案是在基於曲柄搖桿和曲柄滑塊的機構特性基礎上，將其與齒輪傳動的特點相結合而成的。
此機構由電動機輸出動能，由皮帶帶動小齒輪轉動，小齒輪與大齒輪嚙合，動能經大齒輪後，能夠輸出較低的速度；杆1固定在大齒輪上，相當於曲柄，與杆1相連的杆2相當於連桿，與杆2相連的杆3相當於搖桿，杆3隨杆1的轉動可以實現在一定角度內往復擺動，杆4首端與杆2、杆3末端相連，組成復合鉸鏈，杆4末端連線滑塊，當桿3擺動時，杆4拖動滑塊做直線往復運動，實現將圓周轉動轉變為搖桿擺動，進而轉化為滑塊的往復直線運動的功能。
圖1 機構實物樣品圖
六、機構運動簡圖及其自由度計算
自由度的計算公式為：
f=3n-2pl-ph （pl為低副，ph為高副）
由圖2可知：
此機構中共有7個轉動副和乙個移動副；還有乙個平面高副。
則，可知：
n=6 , pl=8 , ph=1
即，自由度數f為：
f=3×6-2×8-1=1
由機構簡圖可知，此機構中只有乙個原動件，而成機構的自由度也為1，
故，所設計的機構能夠穩定執行。
圖2 機構運動簡圖
七、機構運動分析與計算
(1)由電機銘牌可知：
p2=60w , n0=1350r/min ,i0=50
由減速器傳動比為：i0=50 ，可知：
n1=n0/i0=1350/50=27r/min
由公式和n1=27r/min，可知：
n2==27×42/56=20r/min
則 n2=20r/min
由w2=2πn=2π×n2 和 v=wr ，可知：
大齒輪的線速度為：v2=2πn×r2=2×3.14×20×60=0.126m/s
因為杆1與大齒輪固定在一起，故杆1的速度與大齒輪線速度相同。
（2）杆1與杆2的運動速度分析
利用速度合成法，由圖3可知：
va=w×r=0.126m/s
tan= , 即=arctan0.2=12.6°
則=60°+12.6°=72.6°
由正弦定理，可知：
可得==0.42
則 由正弦定理，可知：
則，可得：
由,可知：
圖3 杆1、2速度分析圖
由，可知：
由，可知：
（3）對杆2與杆4進行分析
利用速度瞬心法，則有
則，可知：
即 ,則有
滑塊速度為：
即杆4與滑塊執行軌跡的夾角為，則有
=0.078×
當=0°時， =0.078×0.5=0.039m/s
當=15°時， =0.078×0.702=0.055m/s
當=30°時， =0.078m/s
可得，滑塊速度隨夾角的變化曲線圖，如圖5所示
圖4 速度變化曲線
八、機構動力分析與計算
（1）由 p=ui,可知：
p1=u1×i1=220v×0.95a=209w
由 tn=9550×p1/n0 ，可知：
tn=9550×209/1350=1.5n·m
由減速器的傳動比為 i0=50，可知：
n1=n0/i0=1350/50=27r/min
由公式和n1=27r/min，可知：
n2==27×42/56=20r/min
則大齒輪的轉速： n2=20r/min
由p2=60w ，可知：
大齒輪的轉矩t=9.5528.7n.m
(2)對杆1進行受力分析，
由t=9.5528.7n.m
由t=fl，可知： =110.4n
(3)對復合鉸鏈b點進行受力分析
可知：即負載f為
=110.4
則，可知負載隨夾角的變化而變化，即：當夾角變大時，f變小。
(4)由機構運動分析可知，
杆3的角速度為:
w3=0.5rad/s
則杆3的轉動角度=20°
九、心得體會：
通過本次課程設計，我深刻體會到理論與實踐之間的不同，理論上可行的設計方案，由於環境因素，生產條件等一系列的限制影響，導致在實際安裝執行過程中出現很多未知問題需要克服。所以我們需要不斷地實踐，尋找所學知識中的不足，加以改正。其次，在與小組成員的交流合作中，我也認識到了團隊合作的重要性，在幾個人的努力鑽研及激烈討論下，方案的制定實施過程十分順利。
最後在使用零件和執行過程中，我也明白了我們現在的生產技術並不先進零件的精度和配合上還存有缺陷，我們必須學習先進技術，完善機械生產工藝。
當然，在這個過程中我們也遇到了一些問題，在面對這些問題的時候自己曾焦慮、煩惱，但是最後在大家的一起努力之下還是解決了。才發現當我們面對很多問題的時候所採取的具體行動也是不同的,這當然也會影響我們的結果.很多時候問題的出現所期待我們的是一種解決問題的心態,而不是看我們學習理論知識的能力到底有多強,那是一種態度的端正和目的的明確,只有這樣把自己身置於具體的問題之中,我們才能更好的解決問題。
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