折叠式取书夹课程设计说明书.docx

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1、武汉工程大学机电工程学院目录第一章：机械原理课程设计摘要及前言1.1 中文摘要41.2 前言4第二章：综述2.1 设计题目及目的52.2 设计内容介绍及灵感来源5第三章：机械系统方案的拟定与运用 3.1 机械系统方案的分析、比较与拟定 3.1.1 方案一7 3.1.2 方案二8 3.2 所选方案的实际运用9第四章：机构分析与参数的确定 4.1 机构分析 4.1.1 机构自由度分析10 4.1.2 机构的受力分析10 4.2 参数的确定 4.2.1 常规方法确定尺寸11 4.2.2 计算方法得出尺寸12第五章：动画仿真制作 5.1 Visual Basic 程序设计 5.1.1 概述13 5.1

2、.2 界面设置和控件属性设置13 5.1.3 运行结果14 5.2 Solid Works三维实体模型设计 5.2.1 Solid Works简介15 5.2.2 三维仿真制作过程16第六章： 总结18参考文献附录第一章：机械原理课程设计摘要及前言1.1 摘 要 本次课程设计通过对日常事物的观察，从功能出发结合机械原理课程中学到的理论知识，将自己所想的机构通过自己所学到的知识设计与表达出来。在本次设计中，我们首先拟定一个机构，通过对机构的机构分析与受力分析，确定相关参数并且判断机构的可行性。同时我们利用VB程序分析该机构的运动过程，但由于VB程序的三维实体模型设计的局限性，我们还运用Solid

3、 Works对机构进行了三维实体模型设计，并进行了仿真运动。 关键词：机构分析，Visual Basic，Solid Works,三维实体模型1.2 前 言 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。通过老师的指导，我们在短时间内，将所学的机械基础理论运用于一个简单的机械系统，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。我们在能受到拟定机械运动方案的训练的时候，初步具有机构

4、选型与组合和确定运动方案的能力。在了解机构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比较完整的概念。课程设计也提高了我们的运算、运用流行软件编写应用程序和技术资料的能力。【1】 本设计说明书通过小组讨论对折叠式取书夹机构进行设想分析，通过每一个小组成员的贡献完成了该设计。全本设计书包括机构的分析与尺寸参数的确定，VB编程与Solid Works的三维实体模型的建立。由于我们实力水平有限，设计时间也有限制，设计中难免存在不足与错误之处，我们恳请老师给予批评指正。最后我们对于老师的指导和小组各位成员表示衷心的感谢。第二章：综述2.1 设计题目及目的 设计题目：折叠式取书夹

5、装置 目的：大家知道图书馆的书架有的很高，在图书馆管理员或者读者借阅读书的时候，由于身高限制会有一些人不方便取高处的书，需要借助凳子或者梯子才能取到高处的书。所以，我们小组设计一个机构，在不需要借助凳子或者梯子的情况下，仅仅需要一个取书夹就能够达到目的。通过分析、讨论与计算，最后设计出这个装置，希望能够得到认可。2.2 设计内容介绍及灵感来源 设计内容：折叠式取书夹装置机构图如下所示： 图2-2（折叠式取书夹装置机构图） 该装置的工作原理：装置的左边是手柄装置，右边为取书装置，中间由连杆构成。当取书者用力捏紧手柄装置时，等同于在B点施加一个向下的压力，从而导致ADEF连杆向左运动，从而带动FG

6、、FH两杆相互靠拢，导致GI、HI夹紧书本，从而实现取书功能。同时AD、DE、EF杆可以折叠，从而实现折叠功能。该装置的工作优点：此装置结构简单，由简单的铰链、连杆等机构组成，避免了复杂的安装过程。同时，操作方法简单，功能性强。取材方便、经济实惠，各部件造价低廉，整体实际应用较强，能够广泛使用于图书馆、资料室等地方，前景较好，具有一定的经济效益与较好的使用价值。该装置的灵感来源【2】及参考了现实中的装置：很多同学在图书馆借书的时候觉得取高处的书籍时候有点困难，有时候需要高个子的同学帮忙才能取到，通过我们小组讨论最后确定了该装置的方案。而该装置最主要的两个部分：手柄装置和取书装置，则是通过联想到

7、自行车的刹车的手柄和刹车处的装置改进而来的。自行车刹车的装置如下图所示：第三章：机械系统方案的拟定与运用3.1 机械系统方案的分析、比较与拟定3.1.1 方案一 在设计过程中，通过每个小组成员的想法，我们在手柄装置那有三个方案，三个方案的装置如下图所示： 手柄方案一 手柄方案二 手柄方案三每个方案的优缺点： 手柄方案一优点：美观，机构多更能应用机械原理中内容 缺点：机构过于复杂，设计时用料过多，不省材 手柄方案二优点：方案容易想到，耐用性强 缺点：难以保持平衡，操作时多有不便 手柄方案三优点：机构少，更方便，容易实现功能 3.1.2 方案二 同手柄装置一样，我们在取书装置中每个人也想出了一个方

8、案，三个方案的装置如下图所示： 取书装置一 取书装置二 取书装置三 每个装置的优缺点： 取书装置一优点：结构构思巧妙，且用了弹簧后夹书很方便 缺点：最右端夹书的地方开口过于小，不便夹厚书 取书装置二优点：内用拉杆上加上滑轮后更加省力，整体结构稳定 缺点：弯杆比较多，生产不便，使用起来不方便 取书装置三优点：只用简单直杆机构，就能满足功能需求，成本低，简单 最终经过小组的讨论后，决定手柄装置和取书装置都选用了方案三，它们虽然结构简单，但是能够满足我们的功能需求。3.2 所选方案的实际运用 通过该装置，我们能够在各高校的图书馆或者各省市的图书馆里面放这个装置。该装置简单便携，由于可折叠，占用空间体

9、积小，可以放在书架中层，方便取用。用材简单，机构运动简单但其实用性很强，实用前景广阔。如果在取书装置处加以改进，还可以广泛应用于超市、药店等地方。第四章：机构分析与参数的确定 4.1 机构分析 4.1.1 机构自由度分析如图2-2所示，装置由7个活动构件组成，有10个低副，则其自由度为： F=3n-2Pl=3*7-2*10=1 4.1.2 机构的受力分析 如下图（1）所示： （1）通过受力分析： F=F2Sin+F1Sin1 F2Cos=F1Cos1 由三角形的正弦定理得： = 由解得： F2=显然：当L1=L2时，计算较为方便，外观直接美观，故选取L1=L2=L即 =如图(2)所示： （2）

10、显然有 由对称性得：得到： 经过讨论和为了方便设计制造等，取 则有 即在设计时候要求较小即可，那样在取书的时候很明显省力一些。4.2 参数的确定 4.2.1 常规方法确定尺寸 如图2-2所示，由常识推断，AB=BC=80mm，杆AC的初始状态长度为AC=120mm,AD=DE=EF=300mm,由小组组员讨论决定：FG=GI=IJ=JK=FH=HI，但是具体的长度还需要通过计算才能够验证出来。 4.2.2 计算方法得出尺寸 如下图所示，图由上面的4.2.1建立一个数学模型得，已知初始状态时，AB=BC=80mm，AC=120mm,当取书装置夹头夹紧时，假设B点下降高度为2.5cm（该数据由人平

11、时生活习惯假定），此时夹头夹紧，求FG=GI=IJ=JK=FH=HI的长度？解： 假设FG=GI=IJ=JK=FH=HI=X，B点距离杆AC的距离为则 ： 则杆AC的长度变化为AC-AC=3cm由图（2）可知， 求解得：X为了方便，令X=4cm，反推B点下降高度是否合理，经计算得B点下降高度为2.51cm符合要求，则由以上条件可知，取定FG=GI=IJ=JK=FH=HI=4cm.则该折叠式取书夹装置的尺寸选定。第五章：动画仿真制作5.1 Visual Basic 程序设计5.1.1 概述Visual Basic作为一种易学易用的可视化编程工具，提供了丰富的图形处理功能，在动画设计方面有其独到的

12、一面。此次课程设计主要基于时钟（Timer）控件，结合VB 提供的图形处理功能和其它控件，制作出窗户启闭装置的运动动画以及绘制窗户的运动轨迹。【3】5.1.2 界面设置和控件属性设置 界面设置如图所示：5.1.3 运行结果 运动仿真图如图所示： 5.2 Solid Works三维实体模型设计 5.2.1 Solid Works简介 Solid works是美国Solid works公司开发的一款基于特征的三维CAD软件，具有参数设计功能。Solid works功能强大，易学易用，利用它可以快捷、方便地按自己的设计思想绘制出草图及三维实体模型。在设计过程中，可以运用特征、尺寸及约束功能准确的制作

13、模型，并绘制出详细的工程图。根据各零件间的相互装配关系，可以快速实现零部件的装配。插件中提供了运动学分析工具、动力学分析工具及有限元分析工具，可以方便地堆所设计的零部件进行后续的相应分析，完成总体设计任务。Solid works的工作原理是：先进入零件设计模型设计对机构的各零件进行三维实体模型设计，再进入装配模块对已经设计的各零件进行装配。最后在动画向导中对装配体给定马达和运动方式后进行动画设计并保存。【4】 5.2.2 三维仿真制作过程 首先，我们绘制了零件草图，然后通过零件拉伸形成零件的三维实体。部分零件图如下图所示： 接着我们对绘制的各零件进行了装配，从而形成了折叠式取书夹的三维模型。由

14、于接触软件时间较短，我们能力有限，在装配马达过程中遇到了一些困难，导致我们最后没有加上马达，做成动画，希望老师能够谅解。第六章：总结 经过了两个星期紧张的课程设计，作为学生的我们体会到走到工作岗位后作为一名设计者应该拥有严谨细致、团结互助、耐心分析问题的能力。现在我们做完了我们所有的工作，在整理我们的笔记、资料时，心里油然而生一种骄傲与自豪，这些东西是我们做出来的，两个星期努力的结果对于我们来说是我们人生中的一大笔财富。 课程设计的第一步就是从功能原理出发，我们去想象一种机械来实现功能。在前两天的课程设计中，我们都发挥出自己的想象，提出了自己的观点，最后觉得折叠式取书夹是最有可行性的。于是在老

15、师的指导下，我们开始了设计。在设计之初，我们也遇到了很多的困难，比如设计方案的敲定、机构的尺寸大小参数，经过了我们的不懈努力，我们最终确定了我们的方案。从前期的设计中，我们发现了我们自己存在很多的不足，对于所学到的知识不能够灵活运用，在设计过程中走了一些弯路，但在团队的合作之下，我们每个组员的思考讨论，最后达到了预期的效果。在后期的设计中，由于原来都没有接触过VB和Solid Works软件，在后期制作仿真动画时，我们遇到了很大的困难，我们通过查阅资料，问一些熟悉这些软件的同学，最终我们克服了这些困难，完成了三维仿真设计。 我觉得课程设计是非常有意义的，到大学都已经两年了，我们从公共基础课到初

16、步接触专业课，一直都是在理论阶段徘徊，没有将理论联系到实际。而这次的课程设计就给我们提供了一个平台，我们通过自己的努力将课本上学到的知道和方法融会贯通起来，做出了这个折叠式取书夹装置。对于这次课程设计，由于我们的能力有限，有些地方做的是不够好的，但是我们学到了经验、吸取了教训，在失败中我们拼搏奋斗，在挫折中我们扬帆远航。我们的努力，团队的力量铸造了我们这支强大的队伍。虽然不能够做到最好，把所设计的装置中遇到的困难很好的解决，但是每个事情都是从失败走向成功，我们需要认真的去发现去改进，尽量做到最好。不懂的知识，我们应该去问老师、问其他同学，懂得通过询问和翻阅资料来解决问题。要懂得团队精神的重要性

17、，同时在设计过程中，我们应该严格谨慎，有耐心的去做好每一个环节，这样我们才能够将事情做到更好。 在此，由衷的感谢为我们不断帮我们答疑解惑的吕老师，是老师的肯定坚定了我们继续下去设计的信心，感谢老师对同学的帮助与关心。同时，还要感谢我们每一位小组的成员，是我们团队的力量最终完成了这次设计。相信通过这一次课程设计，我们能够更好的成长起来，享受它给我们带来的挫折，从而使我们能够有面对困难的勇气。参考文献【1】 邹焱飚、翟敬梅机械原理课程设计 北京 中国轻工业出版社 2010.2【2】 杨家军 机械创新设计技术 北京 科学出版社 2008【3】 李俊民、许波 Visual Basic轻松入门 北京 人

18、民邮电出版社 2009.4【4】 詹迪维 Solid Works高级应用教程 北京 机械工业出版社 2009附录附录一 VB程序源代码 Const PI = 3.1415926Private Sub Command1_Click()Timer1.Enabled = TrueEnd SubPrivate Sub Command2_Click()Timer1.Enabled = FalseEnd SubPrivate Sub Command3_Click()Picture1.Visible = TrueEnd SubPrivate Sub Command4_Click()Label3.Visibl

19、e = TrueEnd SubPrivate Sub Command5_Click()EndEnd SubPrivate Sub Form_Load()Form1.Width = Screen.WidthForm1.Height = Screen.HeightForm1.Top = 0Form1.Left = 0Form1.ScaleWidth = 1300Form1.ScaleHeight = 1300 / Form1.Width * Form1.HeightP1.Width = 1000P1.Height = 300P1.Top = 100P1.Left = 200P1.Scale (-1

20、00, 150)-(900, -150)Timer1.Enabled = FalseEnd SubPrivate Sub Timer1_Timer()Static hh = 52.9h = h - 1If h 29.7 Thenh = 52.9End IfP1.Clsa = (6400 - h 2) 0.5P1.Circle (60, 0), 5P1.Line (50, -10)-(70, -10)P1.Line (70, -10)-(70, 10)P1.Line (70, 10)-(50, 10)P1.Line (50, 10)-(50, -10)P1.Line (60, 0)-(55, 2

21、0)P1.Line (60, 0)-(65, 20)P1.Line (45, 20)-(80, 20)P1.DrawWidth = 2For i = 45 To 70 Step 5P1.Line (i + 2, 20)-(i + 10, 29)Next iP1.Line (60 - a, h + 60)-(60 - a, h + 5)P1.Line (-10 + 60 - a, h + 15)-(60 - a, h + 5)P1.Line (60 - a, h + 5)-(10 + 60 - a, h + 15)zz 60 - a, hP1.Line (60, 0)-(60 - a, h)P1

22、.Line (60 - 2 * a, 0)-(60 - a, h)P1.Line (60 - 2 * a, 0)-(60 - 2 * a + 750, 0)zz 60 - 2 * a, 0zz 60 - 2 * a + 250, 0zz 60 - 2 * a + 500, 0zz 60 - 2 * a + 750, 0zz 730, 0mx = (730 - (60 - 2 * a + 750) / 2 + 750 + 60 - 2 * anx = (730 - (60 - 2 * a + 750) / 2my = (40 2 - nx 2) 0.5zz mx, myzz mx, -myP1.

23、Line (60 - 2 * a + 750, 0)-(mx, my)P1.Line (mx, my)-(730, 0)P1.Line (mx, -my)-(730, 0)P1.Line (750 + 60 - 2 * a, 0)-(mx, -my)P1.Line (730 + nx, my)-(730, 0)P1.Line (730 + nx, -my)-(730, 0)hd = 2 * PI / 3 - Atn(nx / my)tx = 730 + nx + 40 * Sin(hd)ty = my - 40 * Cos(hd)P1.Line (730 + nx, my)-(tx, ty)P1.Line (730 + nx, -my)-(tx, -ty)End SubSub zz(x, y)P1.Circle (x, y), 3End Sub29