第一部分：六桿機構(gòu)運動與動力分析一．機構(gòu)分析分析類題目31分析題目32.分析內(nèi)容3二．分析過程41機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析42.平面連桿機構(gòu)運動分析和動態(tài)靜力分析53機構(gòu)的運動分析84機構(gòu)的動態(tài)靜力分析18三．參考文獻21第二部分：齒輪傳動設(shè)計設(shè)計題目22全部原始數(shù)據(jù)22設(shè)計方法及原理221傳動的類型及選擇222變位因數(shù)的選擇22設(shè)計及計算過程24選取兩輪齒數(shù)242傳動比要求243變位因數(shù)選擇244.計算幾何尺寸25五．齒輪參數(shù)列表26六．計算結(jié)果分析說明28七．參考文獻28第三部分：體會心得29一.機構(gòu)分析類題目3（方案三）對如圖1所示六桿機構(gòu)進行運動與動力分析。各構(gòu)件長度、構(gòu)件3、4繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量如表1所示，構(gòu)件1的轉(zhuǎn)動慣量忽略不計。構(gòu)件1、3、4、5的質(zhì)量G1、G3、G4、G5，作用在構(gòu)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(gòu)件3、4的質(zhì)心位置在桿長中點處。（1）對機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)分析；（2）繪制滑塊F的運動線圖（即位移、速度和加速度線圖）；（3）繪制構(gòu)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）；（4）各運動副中的反力；（5）加在原動件1上的平衡力矩；（6）確定安裝在軸A上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量。圖1六桿機構(gòu)表1設(shè)計數(shù)據(jù)（一）方案號LDF(mm)LCE(mm)LCD(mm)LAB(mm)LAC(mm)n1r/minJS32JS42351057517014037580表2設(shè)計數(shù)據(jù)（二）方案號G1(kg)G3(kg)G4(kg)G5(kg)P工作(N)P空程(N)δ31475558014001401/40二.分析過程：通過CAD制圖軟件制作的六桿機構(gòu)運動簡圖：圖2六桿機構(gòu)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(gòu)運動簡圖中活動構(gòu)件的序號從1開始標注，機架的構(gòu)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(fù)合鉸鏈處或某點處既有轉(zhuǎn)動副又有移動副時，仍只用一個字母標注。見附圖2所示。如附圖1所示，建立直角坐標系。機構(gòu)中活動構(gòu)件為1、2、3、4、5，即活動構(gòu)件數(shù)n=5。A、B、C、D、F處運動副為低副（5個轉(zhuǎn)動副，2個移動副），共7個，即Pl=7。則機構(gòu)的自由度為：F=3n-2Pl=3Χ5-2Χ7=1。拆基本桿組：（1）標出原動件1，其轉(zhuǎn)角為φ1,，轉(zhuǎn)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桿組，如附圖3-c所示。由此可知，該機構(gòu)是由機架0、原動件1和2個Ⅱ級桿組組成，故該機構(gòu)是Ⅱ級機構(gòu)。圖3-a圖3-b圖3-c2.平面連桿機構(gòu)運動分析和動態(tài)靜力分析：JYCAE軟件介紹應(yīng)用基本桿組法開發(fā)的計算機輔助平面連桿機構(gòu)運動分析和動態(tài)靜力分析軟件—JYCAEYL，適用于平面II級機構(gòu)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(gòu)各己知參數(shù)和機構(gòu)運動簡圖中表示運動副、點和構(gòu)件序號的字母和數(shù)字，軟件就可給出計算結(jié)果和各種根據(jù)計算結(jié)果繪出的曲線圖形。在使用JYCAEYL對某一機構(gòu)進行分析時，首先要畫出該機構(gòu)的運動簡圖。選擇合適的平面坐標系，將機構(gòu)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(gòu)運動簡圖時對尺寸比例的要求并不嚴格。機構(gòu)運動簡圖中活動構(gòu)件的序號應(yīng)從1開始標注，序號應(yīng)連續(xù)，不得有重號。機架的構(gòu)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(dǎo)路中心線上的點）。若在同一點處有多個運動副，如復(fù)合鉸鏈處或某點處既有轉(zhuǎn)動副又有移動副時，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(gòu)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(gòu)件上的點（如質(zhì)心點、力作用點以及其他被關(guān)注的點）用字母或字母后加數(shù)字來表示，如S3表示構(gòu)件3的質(zhì)心。JYCAE軟件原始數(shù)據(jù)的輸入運行JYCAE軟件，輸入原始數(shù)據(jù)。在打開的JYCAE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(nèi)可分別輸入機構(gòu)的活動構(gòu)件數(shù)、轉(zhuǎn)動副數(shù)、移動副數(shù)、己知長度值總數(shù)和機構(gòu)的自由度。除了活動構(gòu)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(yīng)的輸入框。輸入了轉(zhuǎn)動副數(shù)目后，點擊“確定”按鈕，右半邊頁面顯示出轉(zhuǎn)動副數(shù)據(jù)輸入框（見附圖4）。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(yīng)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(gòu)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(zhuǎn)動副總數(shù)減去活動鉸鏈數(shù)圖4“原始數(shù)據(jù)”輸入界面移動副輸入框（見附圖5-a）與轉(zhuǎn)動副輸入框類似，只是當移動副所聯(lián)接的構(gòu)件之一為機架時，應(yīng)在固定導(dǎo)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(dǎo)路上的給定點，坐標為（0，0）。長度值輸入框（見附圖5-b）用來輸入機構(gòu)中各構(gòu)件上的不可變長度值，即構(gòu)件上一點到另一點的距離，如構(gòu)件上各鉸鏈點間的距離，鉸鏈中心到質(zhì)心點或力作用點間的距離等。機構(gòu)在運動時，這些距離（長度）是不會改變的。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(zhuǎn)動的原動件（如附圖1所示機構(gòu)中若以構(gòu)件1作為原動件）；（2）沿固定導(dǎo)路移動的原動件（如附圖1所示機構(gòu)中若以滑塊5作為原動件）；（3）沿運動導(dǎo)桿移動的原動件。原動件繞定軸轉(zhuǎn)動時，其轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)角增量和角速度這三者的正、負號應(yīng)相同。圖5-a移動副輸入框圖5-b已知長度輸入值圖5-c原動件參數(shù)輸入框點擊“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?！霸紨?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-a所示的“選取基本單元”頁面。用JYCAE軟件對機構(gòu)進行運動分析時，需要將機構(gòu)在基本桿組的基礎(chǔ)上劃分成由構(gòu)件或構(gòu)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(gòu)件，可以分析繞定軸轉(zhuǎn)動構(gòu)件上點的運動，也可計算任何做平面運動的構(gòu)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(gòu)或其他具有變桿長的運動問題；附圖6（c）所示為兩點運動已知的構(gòu)件，用于單個構(gòu)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(gòu)件（導(dǎo)桿），用于當導(dǎo)桿及滑塊上各有一點的運動已知時，求導(dǎo)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(dǎo)桿，用于導(dǎo)桿的角運動已知時，求滑塊的絕對運動和對導(dǎo)桿的相對運動問題；附圖6（f）所示為擺動導(dǎo)桿，用于計算構(gòu)件的角運動參數(shù)，也適用于分析角運動為輸出時的無偏置導(dǎo)桿組（圖中，K點可為滑塊上的點，也可固結(jié)在JK桿上）；附圖6（g）所示為偏置導(dǎo)桿，用于分析帶有偏置量的導(dǎo)桿、滑塊的運動。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。圖6平面Ⅱ級機構(gòu)運動分析基本單元對于每個基本單元，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(gòu)中每個基本單元進行求解，就可計算出機構(gòu)中所有需要求解的運動參數(shù)。點擊“選取基本單元”界面中與機構(gòu)中某個基本單元相對應(yīng)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(yīng)的字母和數(shù)值，然后點擊“確定”按鈕，就完成了對機構(gòu)中該基本單元信息的輸入。程序在運行時，對機構(gòu)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(diào)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(guān)。對機構(gòu)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：“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)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(diào)用，調(diào)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(diào)用基本單元1見見見下圖7-d.基本單元5見下圖7-e，而且調(diào)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。有些類型的基本單元會被調(diào)用多次，因此對其輸入框要進行多次輸入，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(guān)閉輸入框即可。圖7-a基本單元選取框圖7-b基本單元1參數(shù)輸入框圖7-c基本單元4參數(shù)輸入框圖7-d基本單元5參數(shù)輸入框圖7-e基本單元6參數(shù)輸入框圖7-f“選取基本單元”界面“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(jié)果如附圖7-f所示。點擊“運算”按鈕，JYCAEYL就會按指定的調(diào)用順序依次對機構(gòu)中各單元進行運動分析計算并給出計算結(jié)果，如附圖8所示。圖8“運動分析結(jié)果”界面分別點擊“運動分析結(jié)果”界面下方“構(gòu)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(gòu)件角運動參數(shù)值或長度變化參數(shù)值。表格中構(gòu)件轉(zhuǎn)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。整理界面表格中的數(shù)值如表3-1，表3-2所示：表3-1點F的x、y方向的運動參數(shù)位置123456789101112位移xy速度xy加速度xy表3-2構(gòu)件3的運動參數(shù)位置123456789101112角位移φ9090角速度ω角加速度ε00點擊“運動分析結(jié)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(gòu)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、點的運動線圖、構(gòu)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(yīng)與“各點運動參數(shù)”和“長度變化參數(shù)”計算結(jié)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(gòu)件3的運動線圖。圖9F點運動線圖圖10-aF點的位移曲線圖圖10-b點F的速度曲線圖圖10-c點F的加速度曲線圖圖11構(gòu)件3的運動線圖圖11-a構(gòu)件3的轉(zhuǎn)角曲線圖圖11-b構(gòu)件3的角速度曲線圖圖11-c構(gòu)件3的角加速度曲線圖機構(gòu)的動態(tài)靜力分析必須在運動分析完成后才能進行。應(yīng)保證運動分析中對機構(gòu)中每個運動副所在點的運動參數(shù)，各構(gòu)件質(zhì)心點的運動參數(shù)，每一個活動構(gòu)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。2），下方的表格輸入作用在各構(gòu)件上的已知力（N）和己知力矩（N.m）?！拜斎胍阎Α北砀裆戏接袃蓚€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(gòu)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(gòu)件上的力和力矩是構(gòu)件上所有己知力和力矩向其質(zhì)心簡化后得到的力和力矩。各構(gòu)件上的重力和慣性力（矩）由JYCAE根據(jù)所輸入的構(gòu)件質(zhì)量和轉(zhuǎn)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(yīng)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(gòu)輸入的數(shù)據(jù)，這里機構(gòu)中只有滑塊5上作用了一個與x軸方向相反的常力（=1400N）。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。圖12“動態(tài)靜力分析參數(shù)輸入”界面按“存入”按鈕存儲本頁面當前輸入的所有內(nèi)容。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(jié)果。如附圖13所示為本題力分析計算結(jié)果，此表格中未知力名的表示方法如下：轉(zhuǎn)動副中反力的第一個字母為“R”，第二個字母為轉(zhuǎn)動副名標記字母；后面的兩個數(shù)字用“—”分開，分別表示該轉(zhuǎn)動副聯(lián)接的兩個構(gòu)件的序號，前面的數(shù)字