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机械原理课程设计——红外探头盖开启装置的改进机械原理课程设计作者：杨乐乐柳斌，王超褚宏鹏张泽强指导老师：陈革新燕山大学机械工程学院2012年7月11日机械原理课程设计一、设计题目二、设计的方案的拟定和比较三、设计的数学模型、公式和计算过程四、对结果的分析讨论五、对课程设计的收获和体会

六、参考文献目录目录机械原理课程设计设计目的一、设计题目——红外探头盖开启装置的改进设计背景：双角度红外轴温探测系统是用来测火车车轴温度的装置，被安装在铁路两旁，工作环境恶劣。尘土、石子等可能进入红外探头、影响探头盖的正常开

合，使其无法正常工作。设计目的：设计一种新机构，在保持原有机构优点的条件下克服原有机构在探头进入灰尘石子时容易卡死的缺点。机械原理课程设计设计方案二、设计的方案的拟定和比较1.该机构通过电机正转以及反转的特性，将遮盖打开或2.

传动机构是由曲柄滑块组成，通过滑道的设计实现自3.由于尺寸结构的要求，该装置的摆动位置及尺寸都有4.由于滑道与外界接触，当滑道内进入灰尘杂物时，会。第一、对原装置的结构分析：闭合。锁的功能。特殊要求。影响到滑块的运动从而影响机构的使用机械原理课程设计1.机构的装置一定要简

单，稳定，机械传递效率高。2.机构的尺寸要符合这个箱体的布局，大小位置要适中。3.机构要避免滑道等易受外界环境的设计。第二、分析后的设计要求：设计方案机械原理课程设计三、方案设计1、简单的连杆机构图1简单的连杆机构机构简图设计方案机械原理课程设计对结构进行分

析：1构件为红外探头挡盖，3为主动件，与电机相连。此机构采用连杆机构设计，简单稳定。2、方案2图2方案二的结构简图设计方案机械原理课程设计对结构进行分析：6为主动件，作直线运动，2为红外探头挡盖。此机构可以采用

一个电机控制两个盖子的开合机构，最好使用电磁继电器的控制方式控制竖直方向上动力的传递，加向下的力，盖子向中心摆动，盖子打开，加向上的力，盖子向两侧展开，盖子关闭。缺点：机构动力传动机构复杂，不稳定。3、对方案2进

行改进后（见下图3）设计方案机械原理课程设计图3对方案2改进后结构简图对结构进行分析：4为主动件，有磁力带动，做上下直线运动，构件2为红外探头挡盖。竖直方向：提供竖直方向的动力，避免滑道的设计。水平方向：竖直方向的动力通过连杆机构传

递，引起盖子的摆动达到要求。设计方案机械原理课程设计4、使用凸轮结构图4使用凸轮后的结构简图对结构进行分析：4为主动件，与电机相连，构件1为红外探头挡盖。优点：凸轮使整个机构的精度要求下降，通过弹簧的作用使凸轮在竖直

方向自锁后能够顺利恢复初始状态。缺点：不能保证竖直方向上的精确。设计方案机械原理课程设计5、方案5图5方案5的机构简图对结构进行分析：构件2为主动件，构件6为红外探头挡盖。用连杆的方式作为传动的动力，可以保证传递的稳定性，根据

连杆自锁的分析，转动到两杆成一条直线时盖子向设计方案设计方案机械原理课程设计两侧摆动，盖子盖上，两直线合成一条直线时，盖子向中间摆动，盖子打开。6、对方案5进行改进图6方案5改进后的机构简图对结构进行分析：构件2为主动件，构件6为红外探头挡盖。

在箭头处添加限位机构。机械原理课程设计三、设计的数学模型、公式和计算过程我们所用的是由两个曲柄滑块机构而成的机构。通过上面的曲柄滑块机构的曲柄转动带动滑块的上下移动，然后通过滑块的上下移动带动下曲柄滑块机构执行杆件

的摆动。该机构在初始位置时，如图1杆件3处于水平位置，和滑块的导路是垂直的，如果此时执行杆件4做主动件的话，在下曲柄滑块机构的滑块上的传动角是为0度的，也就是说这时，是机构的一个运动死点。所以在设计尺寸时要保证

初始位置的“自锁”特性。保证初始位置时机械原理课程设计杆件是处于水平位置的。为了使机构在最终位置是也发生“自锁”，我们设计使杆件1处于图2所示位置，即使杆件1稍微偏过竖直方向，并设置一个挡块挡住杆件1使它不能再顺时针向下

转动。此时可知如果断电即杆件1失去动力，而执行杆件4如果想要反行程回去盖住测试口的话就会使滑块3向下运动，而滑块3要想向下运动就会拉动杆件1顺时针转动，此时设置的挡块使挡住杆件1，组织其顺时针转动的，所以最终位置也是机构的一个“自锁位置”。机械原理课程设

计杆1杆2杆3杆4滑块挡块图6图7由于给定设计的空间是一个比较小的空间，大致是一个93毫米X81毫米的矩形空间，所以在设计时要尽量使滑块的上下移动长度最小。滑块的移动距离s的减小会是上曲柄滑块机构机械原理课程设计的杆件1和杆件2的尺寸都减小。根据设计时两个运动极限位置如图6，

图7可知杆件1和杆件2的尺寸存在以下关系。l1=s/2l2>l1所以缩小滑块移动距离s会对缩小整个机构的尺寸起到关键作用。对与一个曲柄滑块机构如图8所示，我们可以通过几何关系得到角度θ，曲柄长度a，连杆长度b

，机架长度c，以及滑块的竖直坐标y之间的关系式。y=asinθ-√（b–(c–acosθ)）从这个方程中我们无法看出每个尺寸对滑块位移量的影响，因此我们通过编程，分别固定θ、a、b、c中三个量，改变其中的一个量，来观察该变量对滑块位移的影响。机械原理课程设计图8从图8中很容易看出，θ越大滑块

的位移是越大的，所以应该使θ尽量的小，并且在图6中我们可以看到上下固定铰链间的位置越大，则设计可用的空间就越大，所以下固定铰链要尽机械原理课程设计量靠下。下面确定下固定铰链的位置。从图9中可以看到，挡

片是绕下固定铰链运动的，所以下固定铰链的位置一定在挡片开合两个位置中心点连线的中垂线上，并且可以看到，下固定铰链越靠下，开合摆动角度越小，而且会给设计留下的尺寸空间越大。可以看到原设计也是把下固定铰链确定在了中垂线上最靠下的位置，并

且考虑到铰链孔的尺寸φ20毫米，所以确定固定铰链的位置为距下边界15毫米，距中心对称轴17毫米。下面通过编程结果说明杆长a、b、c对位移△y的作用。当b=20mmc=20mm时a从10mm到60mm间每个5毫米变

化一次，θ从30度到90度间滑块两个位置之间的y差值△y。机械原理课程设计图9当a=20mmc=20mm时b从20mm到40mm间每个4毫米变化一次，θ从30度到90度间滑块两个位置之间的y差值△y。机械原理课程设计图10当a=20mmb=

20mm时c从20mm到40mm间每个4毫米变化一次，θ从30度到90度间滑块两个位置之间的y差值△y。机械原理课程设计图11从图9到图11可以看到曲柄的尺寸a对滑块的位移△y影响最大，且△y与a成正比，所以

设计时要尽量使曲柄的尺寸a减小。机械原理课程设计连杆的尺寸b在小于25毫米时对△y影响较大，在大于25毫米后对△y的影响比较小，且连杆的尺寸b与滑块位移△y成反比。尺寸c对滑块位移影响比较小。通过编程得到的a、b、c与△y的关系然后通过三维软件在规

定的空间内设计出合适的尺寸。最中得到的各个杆件的尺寸如下。杆1=14.5mm杆2=22mm杆3=28mm杆4=15mm上固定铰链位于对称线上距上边缘19.5mm，下固定铰链距下边缘15mm，距对称线17mm

机械原理课程设计图12三维仿真后的效果图图12中的结构：构件1为红外探头挡盖。构件2、3、4为连杆，连杆4为主动件，与电机相连，能在一定角度内旋转。5是机架，构件6在导槽内滑动，在竖直方向上运动。机械原理课程设计零件展示动

画机械原理课程设计机构运功动画演示结果的分析及讨论机械原理课程设计四、对结果的分析讨论参考文献机械原理课程设计五、对课程设计的收获和体会以项目为主线，将机械原理课程中学到的基础理论知识用于分析和解决项目中出现和存在的问题，让我们在项目分析中深入

理解如何将所学理论知识应用于解决实际问题的方法和思路。引导我们积极思考、学会学习、主动学习，综合训练我们能力，提高我们综合运用本门课理论知识，并未后续其他专业课程的学习打下基础。通过同学们的分工合作，在充分讨论基础上，给出

解决问题的方案。使我们在沟通能力、团队合作能力等方面得到锻炼和提高。参考文献机械原理课程设计六、参考文献[1]安子军.机械原理.北京:国防工业出版社,2011.[2]曲继方.机构创新原理.哈尔滨:黑龙江科技出版社,1986[3]曹惟庆.平面连杆机构分析与

综合.北京:科技出版社,1989[4]唐喜宽,金徳闻.机械动力学.北京:高等教育出版社,1984谢谢观看共同努力为我国机械的发展做出贡献机械原理课程设计