机械原理课程设计实例详解(包括源程序)(共42页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上机械原理课程设计说明书课题名称：新型窗户启闭装置学 院：机电工程学院专 业：机械电子工程班 级：09级01班小组成员：指导老师：课题工作时间：2011.9.1至2011.9.10前言机械原理课程设计是使学生较全面、系统巩固和加深机械原理课程的基本原理和方法的重要环节，是培养学生“初步具有确定机械运动方案，分析和设计机械的能力”及“开发创新能力”的一种手段。其目的是：1) 以机械系统运动方案设计与拟定为结合点，把机械原理课程中分散于各章的理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理论知识。2) 使学生能受到拟定机械运动方案的训练，具有初步的机构选型与组合和确定运

2、动方案的能力。3) 使学生在了解机械运动的变换与传递及力传递的过程中，对机械的运动、动力分析与设计有一个较完整的概念。4) 进一步提高学生运算、运用流行软件编写应用程序和技术资料的能力。5) 通过编写说明书，培养学生表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力。要达到课程设计的目的，必须配以课程设计的具体任务：按照选定的机械总功能要求，分解成分功能，进行机构的选型与组合；设计该机械系统的几种运动方案，对各运动方案进行对比和选择；对选定方案中的机构连杆机构、凸轮机构、齿轮机构，其他常用机构，组合机构等进行运动分析与参数设计；通过计算机编程，将机构运动循环图在计算机屏幕上动态地显示出来，并给出相应的运动

3、参数值。机械原理课程设计的主要方法，是采用解析法建立求解问题的数学模型，在此基础上应用目前流行的可视化编程语言（如：VB）编写求解程序，显示所设计机构的运动图形、运动参数值及机构仿真。 摘 要：本次课程设计运用解析法建立了所设计的六杆机构的运动特性数学模型，利用Matlab运动仿真求出各铰接点和杆件的运动变化情况。然后基于Visual Basic程序设计运动仿真，绘出相应铰接点运动特性曲线，并将用解析法基于Matlab环境下运行的结果与Visual Basic程序设计仿真运动值进行比较。进而对此次设计的可行性进行了验证。另外，基于Visual Basic在进行三维实体模型设计的局限性，我们还运

4、用Solidworks对机构进行了三维实体模型设计，并进行了仿真运动。由于时间有限，设计中仅运用Cosmosmotion对机构进行了仿真运动及动画制作，而为对机构中各零件进行轨迹跟踪，以及对零件的速度、加速度、作用力、反作用力、力矩以及有限元进行分析。关 键 字：平面六杆机构；解析算法；Visual Basic；Matlab；Solidworks；三维建模；运动仿真Abstract :The curriculum design using established analytical method designed six kinematic characteristics of the ma

5、thematical model, calculated using Matlab simulation exercise and the hinge point of the exercise bar changes. Then based on Visual Basic programming motion simulation, draw the corresponding hinge point motion curve, and the analytic method is based on the results of running under Matlab environmen

6、t with the Visual Basic programming simulation exercise values. And thus the feasibility of the design were verified. In addition, the Visual Basic-based three-dimensional solid model during the design limitations, we use Solidworks for the institutions of the three-dimensional solid model design an

7、d simulation exercise. Due to time constraints, we only use Cosmosmotion simulation exercise for institutions and animation, but not in all parts of the body trajectory tracking, as well as parts of the velocity, acceleration, force, reaction force, torque and finite elementanalysis.Key words:Planar

8、 six-bar linkage; resolution algorithm; Visual Basic; Matlab; Solidworks; three-dimensional modeling; motion simulation 目录第一章 综述1.1设计题目及目的设计题目：实用窗户启闭装置 机械原理课程设计的主要目的是为学生在完成课堂教学基本内容后提供一个较完整的从事机械设计初步实践的机会。1.2设计内容介绍 我们所设计的实用窗户启闭装置所选用的为六杆机构，其功能可以做到使窗户运动时所占空间较小，并且获得有利的传动角，使窗户全开可以从室内擦拭窗户玻璃的两面，全闭时可以完全挡住风雨侵

9、袭。实用窗户启闭装置使用原理为：当用手推动窗户时通过连杆带动固定导杆上的滑块上下运动，从而使得窗户可以从零度开启到九十度，达到全闭和全开。并且窗户开启时稳定性很好，不会在风雨等其它事故发生时窗户瞬间关闭而造成事故。体现出安全、简便、节约空间、方便实用等优点。1.3设计机构原动机的运动形式的选择：多杆机构相对于四杆机构而言，使用多杆机构可以达到以下这些目的：1. 可以获得较小的运动空间2. 取得有利的传动角3. 可以获得较大的机械利益4. 改变从动件的运动特性5. 实现机构从动件带停歇的运动6. 扩大机构从动件的行程7. 使机构从动件的行程可调8. 实现特定要求下的平面引导第二章 机械系统方案的

10、拟定与运用2.1机械系统方案的分析，比较与拟定2.1.1 方案一图2-1自由度的计算：该窗户是由简单的四杆机构组成，设计制造比较简单，但其性能有较大是的局限性。该窗户启闭机构用的是曲柄滑块机构，DOF=1，有一个原动件，采用手动的推拉来实现窗户的关闭，该机构有确定的运动。下面我们来分析该窗户启闭器的具体优缺点。优点： 能满足窗户启闭的要求，当窗户全开，可以从室内擦拭玻璃窗的两面； 窗户全关挡住风雨侵蚀，操作机构占据的空间位置小。缺点： 但存在很严重的缺陷，当窗户在全开的位置，机构的传动角为0度 ，窗户启闭均不方便。综上所述，此方案基本合理但不属于最佳方案，因此不采取此方案。2.1.2方案二图2

11、-2自由度的计算：该窗户是由六杆杆机构组成且D处运用了两齿轮的齿轮啮合传动（特别说明：a处的手柄一段连着齿轮而齿轮是可以绕着固定铆钉转动的。），设计制造较复杂，对精度的要求比较高，对材料的强度也有较高要求。该窗户启闭机构可以拆分成两个基本结构，即曲柄滑块机构和四杆机构，该窗户启闭器机构DOF=1，有一个原动件，采用手上下摇动手柄来实现窗户的关闭，该机构有确定的运动。当杆1（窗框）与杆6（窗槛）重合时窗户关闭，杆1与杆6垂直时窗户全开。下面我们来分析该窗户启闭器的具体优缺点。优点： 能满足窗户启闭的要求，当窗户全开，可以从室内擦拭玻璃窗的两面； 窗户全关挡住风雨侵蚀，操作机构占据的空间位置不大；

12、 而且摇动手柄来实现窗户的开闭，方便而且操作简单； 在窗户的全开位置，可以较好解决此时机构传动角为0度的问题。缺点; D处齿轮啮合传动所受的阻力很大，对材料强度要求很高； 机构较复杂对精度要求较高； 成本比较高，且部分关键部位容易损坏。综上所述，此方案不适应大范围推广，故不采取此方案。2.1.3方案三图2-3自由度的计算：该窗户由简单的六杆机构组成，巧妙的将杆1和杆4通过转动副与滑块5连接在一起，与方案二比较省掉一个滑块使结构相对简单许多，运动形式也变得直观，对材料和精度没特别的要求，只需要满足（AF+AB 45 Then Timer2.Enabled = False P2.DrawWidth

13、 = 3 P2.Line (XF2, YF2)-(XD2, YD2), RGB(255, 255, 0) P2.Line (XD2, YD2)-(XC2, YC2), RGB(255, 255, 0) P2.DrawWidth = 1.5 P2.ForeColor = vbBlack P2.CurrentX = XF2 + 200 P2.CurrentY = YF2 + 350 P2.Print 全开位置 End IfEnd SubPublic Sub DrawLines() Dim R, m%, x1, x2, y2, BIAS R = 140 半圆圈半径 BIAS = 6 * k n =

14、PI - i - a3 P1.DrawWidth = 1.5 y2 = 120 * Tan(PI / 3) P1.Line (0, -60)-(-120, -60 - y2) P1.Line (0, -60)-(120, -60 - y2) P1.Line (-270, -60 - y2)-(270, -60 - y2) x2 = -340 For m = 0 To 4 Step 1 m = m + 1 x2 = x2 + 10 * k P1.Line (x2, -60 - y2)-(x2 - BIAS, -60 - y2 - BIAS) 原点处机架 Next m x1 = OE + AE -

15、 120 * k P1.Line (x1, -6 * k)-(x1 + 170 * k, -6 * k) For m = 0 To 30 Step 1 m = m + 1 x1 = x1 + 10 * k P1.Line (x1, -6 * k)-(x1 - BIAS, -6 * k - BIAS) 滑块处机架 Next m P1.Line (XA + XB) / 2 - 25 * k, 4 * k)-(XA + XB) / 2 + 25 * k, -4 * k), vbGreen, BF 滑块 P1.FillStyle = 0 P1.FillColor = vbWhite P1.Line (

16、0, 0)-(OE - R) * XE / OE, (OE - R) * YE / OE), vbBlue OE P1.Circle (0, 0), 60 O处圆圈 P1.Line (OE + R) * XE / OE, (OE + R) * YE / OE)-(XD, YD), vbBlue ED P1.Line (XE, YE)-(XA, YA), vbBlue EA P1.FillStyle = 1 P1.Circle (XE, YE), R, vbBlue, i, i + PI E处半圆圈 P1.Line (XB, YB)-(XC, YC), vbBlue BC P1.Line (XC

17、, YC)-(XD + R * Cos(n), YD - R * Sin(n), vbBlue CD P1.Line (XD - R * Cos(n), YD + R * Sin(n)-(XF, YF), vbBlue DF P1.Circle (XD, YD), R, vbBlue, 0, PI - n D处半圆圈 If n 0.0001 Then P1.Circle (XD, YD), R, vbBlue, 2 * PI - n, 2 * PI End If P1.FillStyle = 0 P1.Circle (XE, YE), 60 E处圆圈 P1.Circle (XA, YA), 60 A处圆圈 P1.Circle (XB, YB), 60 B处圆圈 P1.Circle (XC, YC), 60 C处圆圈 P1.Circle (XD, YD), 60 P1.FontSize = 15 P1.CurrentX = -300: P1.CurrentY = 200 P1.Print O P1.CurrentX = XA - 70: P1.Current