机械原理课程设计
2014年 6月 25 日
任 务 书
题目：雷达天线俯仰机构 同组成员： 指导教师:
一、设计题目
雷达天线用于接收无线电信号，通过俯仰机构可以控制雷达天线的摆动角度，便于接收大范围无线电信号。 二、设计数据
1. 雷达天线接收器的摆动角度为80°，行程速比系数为1；
三、设计任务
1. 设计传动系统中个机构的运动尺寸，绘制雷达天线俯仰机构的运动简图； 2. 计算主动件的运动速度及驱动力； 3. 编写课程设计说明书
成绩评定表
目 录
1.1机构简介…………………………………………………………… 1 1.2无急回特性曲柄摇杆机构存在条件的推导…………………… 1 1.3设计方程的推导………………………………………………… 2 1.4杆长计算…………………………………………………… 5 1.5角度计算…………………………………………………… 5 第2章
2.1绘制运动简图………………………………………………7 第3章
3.1机构运动分析………………………………………………………8 第4章
4.1机构受力分析………………………………………………………9 第5章
5.1心得体会……………………………………………………………10 第6章
6.1参考文献…………………………………………………………12
第1章
1.1机构简介
曲柄摇杆机构是平面四杆机构的基本形式之一，因其结构简单、制造容易、工作可靠等优点，其在工程中有广泛的应用。在曲柄摇杆机构中，当极位夹角
θ=0°时，曲柄摇杆机构无急回特性，无急回特性曲柄摇杆机构可根据行程速比
系数，摆动角度，进行尺寸设计。
首先推导出无急回特性曲柄摇杆机构存在的条件，并依据所推导出的无急回特性曲柄摇杆机构存在的杆长条件，结合曲柄摇杆机构处于极限位置的杆长三角函数关系，推导出无急回特性曲柄摇杆机构的设计方程，由设计方程求解出杆长的设计公式，然后可根据结构要求预先选定曲柄的杆长，并借助杆长的设计公式可直接计算出其余各杆的长度。
1.2 无急回特性曲柄摇杆机构存在条件的推导
当极位夹角θ=0°，即行程速度比系数K=1时，曲柄摇杆机构无急性回特性。 如图1所示，曲柄摇杆机构ABCD ，曲杆AB 为主动件，C 1和C 2点为摇杆CD 所处的2个极限位置点，令 AB=a,BC=b,CD=c,AD=d。由三角形AC 1D 和AC 2D 得
c²=（a+b）²+d²-2（a+b）dcos α2 （1） c²=（b-a ）²+d²-2（b-a ）dcos α1 （2） 如图1，若极位夹角θ=0°，则必有ɑ1=ɑ2=ɑ，即A 、B 1、，C 1、B 2、C 2各点共线，那么将（1）式减（2）式可得
cosα=b/d (3)
将(3)式代入(1)式或(2)式可得
a²+d²=c²+b²
(4)
因曲柄摇杆机构曲柄必为最短杆 , 所以要使(4)式成立，则必有d>c，d>b，d>a，即d 为最长杆. 由图1所示假设AB 是曲柄，AD 是机架。可知曲柄摇杆机构无急回特性的条件是
杆长条件：最短杆与最长杆的平方和等于其余2杆平方和. 机架条件：机架为最长杆.
1.3设计方程的推导
已知:极位夹角 =0°，即行程速比系数K=1，摆角Ψ，机构许用传动角[γ]。如图2所示。
图 2 无急回特性曲柄摇杆机构运动简图
AB 杆为曲柄，AD 为机架,CD 为摇杆，C 1和C 2点为曲柄摇杆机构处于极限位置时C
__ __ __ __ 点所处的点。α为机构的最小传动角，令 AB=a，BC=b，CD=c，AD=d。 由三角形AC 1C 2得：
___
C1C I ²=（a+b）²+（b-a ）²-2（a+b）（a-b ）cos θ (5)
由三角形DC 1C 2得:
___
C1C 2²=2c²（1-cos Ψ） ___
C1C 2²=4c²sin ²（Ψ/2） ___
C1C 2 = 2csinΨ/2 （6）
当θ=0°时，由（5）和（6）联立得
c=b/[sin（Ψ/2）] (7)
由三角形B 0C 0D 0得
（d-a ）²=b²+c²-2bccos γ
(8)
min
由上述无急回特性曲柄摇杆机构存在的杆长条件得
a²+d²=c²+b² (9) 将（9）代入a ²+d²=c²+b²（8）式得 d=（bccos γ
min
）/a 将（7）式 c=b/sin（Ψ/2）代入(10)得： d=（b ²cos γ
min
）/asin(Ψ/2) (11)
将(7)式和(11)代入(9)式整理后得
:
令（12）中的γ
min
=[γ
]，把α
看着参变量，
则关于杆长b 的设计方程为
A40b - B0b 2 + C0 = 0 (13) 解方程则(13)式的b 的一个实根为:
（10）
（12）
时令
同
综上推导b ，c ，d 杆的设计公式为：
(14)
c=b/sin(Ψ/2) d=（bccos γ
）/a
min
在设计中，根据所设计的无急回特性摇杆机构的一些结构条件，首先确定曲柄a 的杆长。当曲柄a 的杆长确定后，再由已知条件便可求出A 0、B 0和C 0的大小。当A 0、B 0和C 0的大小确定后，即可由b ，c ，d 杆的设计公式求出b ，c 和d 的杆长。
1.4 杆长计算： 设c = 100，d = 200。
a = 100 * sin（40）； d*d=b*b+c*c- a*a； a=64； b=184；
1.5角速度计算：
2 ×3.1415926 ÷ (80 ÷ 180 ×3.1415926 × 2 ÷ 0.3) = 0.675rad/s
2.1绘制运动简图
图3 曲柄摇杆机构运动简图
3.1运动分析 瞬心法
速度瞬心：互作平面相对运动的两构件上绝对速度相等的重合点，即为两构件的瞬时等速重合点。
相对瞬心：重合点绝对速度不为零。 绝对瞬心：重合点绝对速度为零。
若机构中有N 个构件（包括机架），其构件瞬心总数为：K=N(N-1)/2 瞬心的作法：
以转动副相联的两构件的瞬心---转动副的中心。
以移动副相联的两构件的瞬心---移动副导路的垂直方向上的无穷远处。 当两平面高副元素作纯滚动时---瞬心在接触点上。
当两平面高副元素之间既有相对滚动，又有相对滑动时---瞬心在过接触点公法线n-n 上。
如图，d 杆固定不动，b 杆连接a 杆和c 杆。a 杆为主动件，a 杆绕A 点做圆周运
动，c 杆转动角度为80‘。每当a 杆转动一周时，c 杆转动了往复一次。 特性：a 杆和b 杆位于同一条直线；a 杆和b 杆重合，这两个时刻a 杆恰好位于同一条直线，且构成运动直径。此时延长a 杆，恰与c ’，c “相交。
第4章
4.1受力分析
图4曲柄连杆机构受力图
Mb=-L1(FR 12xsin θ1+FR 12ycos θ1) F R 12x=FR 23x F R 12y=FR 23y
F R 23x=FR 34x-0 F R 23y=FR 34y-F
F R 23x=Fsinθ3/(sinθ3 - sinθ2cos θ3/cosθ2) ² F R 23y=Fsinθ3/(cosθ2sin θ3/sinθ2 - cosθ3) ²
Mb=-L1{Fsinθ3sin θ1/(sinθ3-sin θ2cos θ3/cosθ2) ²+Fsinθ3cos θ1/(cosθ2sin θ3/sinθ2+cosθ3)}²
θ1=11‘ θ2=90’θ3=101‘ L=64，F=100
将机构数据代入上式进行求解得 Mb=-6080N*M，F=-6080*64N.
第5章
5.1心得体会
一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程. ”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义. 我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础. 通过这次雷达天线俯仰机构的设计，本人在多方面都有所提高。通过这次设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次彻底的贯通吧。在设计刚开始阶段，我们确实遇到了许多问题，在一筹莫展的情况之下，大家开始讨论，查资料等，终于在最后得出了最初的结论。这让我感觉到自己是否学到了知识以及在学到知识后如何去灵活的应用。在设计结构图时，让我懂得了怎样分析机构的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了机构的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计机构的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
在此感谢我们的各位辅导老师. ，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样; 老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪; 这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。
同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。
由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教, 我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。
第6章
参考文献
孙恒，陈作模，葛文杰《机械原理》第八版【高等教育出版社】 梁崇高 《平面连杆机构的计算设计》【高等教育出版社】 王洪欣，张雪梅，陈海英 【机械设计】
李国斌，贺红林．按行程速比系数设计曲柄摇杆机构的一种新的 解析设计法
刘远伟，常勇 无急回运动平面曲柄摇杆机构的图解设计法