机械原理课程设计指导书(2008)

null2008.7.22008.7.2第一章 机械原理课程概述第一章 机械原理课程设计概述第一节 机械设计的主要阶段及第一节 机械设计的主要阶段及内容 第二节 机械原理课程设计任务、目的与方法 一. 机械原理课程设计的任务 1.根据给定题目的工艺运动要求和已知条件 ① 搜集有关资料; ② 进行选择的讨论; ③ 确定传动和工作装置的机构学方案。 2.作运动循环图。 3.设计选定的的各机构的运动学尺寸（用作图法或计算机辅助设计）。(图解法和解析法并存) 4.绘制机构运动简图。 5.对机构进行运动分析和动力分析（用图解法及计算机辅助分析）。 6.编写《机械原理课程设计》。 第二节 机械原理课程设计任务、目的与方法 一. 机械原理课程设计的任务 1.根据给定题目的工艺运动要求和已知条件 ① 搜集有关资料; ② 进行方案选择的讨论; ③ 确定传动和工作装置的机构学方案。 2.作运动循环图。 3.设计选定的的各机构的运动学尺寸（用作图法或计算机辅助设计）。(图解法和解析法并存) 4.绘制机构运动简图。 5.对机构进行运动分析和动力分析（用图解法及计算机辅助分析）。 6.编写《机械原理课程设计说明书》。二、机械原理课程设计的目的 1.加深对机械原理课程所学内容的理解与掌握； 2.训练学生针对工程实际问题的设计能力； 3.首次机构运动学和结构综合的实践； 4.设计计算（包括电算）, 制图和使用技术资料的实践。 三、机械原理课程设计的特点 1.内容的强制性：方案中强制性规定了涉及轮系、凸轮、连杆机构、间歇运动机构和运动学等相关任务； 2.完成任务所用方法的强制性：设计内容及要求中强制规定了既涉及图解法的内容又涉及应用程序的任务； 3.时间的强制性：学生必须在一周内完成设计，因此学生的设计过程中仅涉及所述产品设计过程的主要部分而不是全部。 二、机械原理课程设计的目的 1.加深对机械原理课程所学内容的理解与掌握； 2.训练学生针对工程实际问题的设计能力； 3.首次机构运动学和结构综合的实践； 4.设计计算（包括电算）, 制图和使用技术资料的实践。 三、机械原理课程设计的特点 1.内容的强制性：方案中强制性规定了涉及轮系、凸轮、连杆机构、间歇运动机构和运动学等相关任务； 2.完成任务所用方法的强制性：设计内容及要求中强制规定了既涉及图解法的内容又涉及应用程序的任务； 3.时间的强制性：学生必须在一周内完成设计，因此学生的设计过程中仅涉及所述产品设计过程的主要部分而不是全部。 第四节 机械原理课程设计的具体要求 1、机械原理课程设计最终完成的成果形式： ①图样，②设计计算说明书。 2、将运动方案中的机构系统运动简图，用图解法分析和设计的某些机构位置均按一定比例画在一张3号图纸上，对所画图样要求做到布置合理、线条分明、清楚准确、曲线光滑，图旁应标以规定形式的比例尺，运动副处标以相应的符号。 3、编写课程设计说明书的内容应包括：题目简介、设计任务与给定条件、机构系统运动方案的论证与比较、某些机构分析与设计的原理与方法、分析思路、运动循环图、计算程序及对程序的必要说明（如程序的名称及其中标识符的说明等）、计算结果分析（打印计算结果和曲线）、收获体会。要求字迹清楚，语言简练、通顺。 第四节 机械原理课程设计的具体要求 1、机械原理课程设计最终完成的成果形式： ①图样，②设计计算说明书。 2、将运动方案中的机构系统运动简图，用图解法分析和设计的某些机构位置均按一定比例画在一张3号图纸上，对所画图样要求做到布置合理、线条分明、清楚准确、曲线光滑，图旁应标以规定形式的比例尺，运动副处标以相应的符号。 3、编写课程设计说明书的内容应包括：题目简介、设计任务与给定条件、机构系统运动方案的论证与比较、某些机构分析与设计的原理与方法、分析思路、运动循环图、计算程序及对程序的必要说明（如程序的名称及其中标识符的说明等）、计算结果分析（打印计算结果和曲线）、收获体会。要求字迹清楚，语言简练、通顺。第二章 机械原理课程设计步骤第二章 机械原理课程设计步骤设计题目五:粉料压片机 （一）工作原理及工艺过程 1．总功能要求 将干粉料压制成圆形片坯。 2．工作原理 15吨压片机系统的工作原理及工艺动作分解如图所示。移动粉筛3至模具1的型腔上方等待装料，并将上一循环已成型的工件2推出(卸料)；然后粉筛振动，将粉料筛入型腔；下冲头5下沉一定深度，以防止上冲头4向下压制时将粉料扑出；然后上冲头向下，下冲头向上加压，并在一定时间内保持一定的压力；而后上冲头快速退出，下冲头随着将成型工件推出型腔。设计题目五:粉料压片机 （一）工作原理及工艺过程 1．总功能要求 将干粉料压制成圆形片坯。 2．工作原理 15吨压片机系统的工作原理及工艺动作分解如图所示。移动粉筛3至模具1的型腔上方等待装料，并将上一循环已成型的工件2推出(卸料)；然后粉筛振动，将粉料筛入型腔；下冲头5下沉一定深度，以防止上冲头4向下压制时将粉料扑出；然后上冲头向下，下冲头向上加压，并在一定时间内保持一定的压力；而后上冲头快速退出，下冲头随着将成型工件推出型腔。一、接受任务 接受任务书，仔细阅读任务书。（二）原始数据和设计要求 1．被压工件的外形是直径 mm，厚度 mm的圆形片坯。 2．冲头压力为 N。 3．生产率为每分钟 片。 3．机器运转不均匀系数为10%。 4．驱动电机的功率为 KW，同步转速1000r/min。 5．各执行构件的运动参数为： 上冲头行程为 ～ mm； 下冲头先下沉3mm，然后上升8mm后停歇(保压)， 继而上升16mm后停歇，等粉筛将片坯推离冲头后下移21mm； 粉筛在模具的上方往复振动筛料，然后向左退回，待坯料成形并被推出型腔后，粉筛复在台面上右移约45～50mm推卸成形片坯。 （二）原始数据和设计要求 1．被压工件的外形是直径 mm，厚度 mm的圆形片坯。 2．冲头压力为 N。 3．生产率为每分钟 片。 3．机器运转不均匀系数为10%。 4．驱动电机的功率为 KW，同步转速1000r/min。 5．各执行构件的运动参数为： 上冲头行程为 ～ mm； 下冲头先下沉3mm，然后上升8mm后停歇(保压)， 继而上升16mm后停歇，等粉筛将片坯推离冲头后下移21mm； 粉筛在模具的上方往复振动筛料，然后向左退回，待坯料成形并被推出型腔后，粉筛复在台面上右移约45～50mm推卸成形片坯。 （三）要求完成的设计工作量 1）根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 2）按工艺动作过程拟定运动循环图。根据系统功能图绘制功能矩阵表。 3）构思系统运动方案(至少3个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 4）根据给定的数据确定机构的运动尺寸，要求用图解法设计，通过CAD作图，画出机构12个位置的运动简图，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。 5）机构的运动分析。分别画出对应12个位置的速度矢量图，以及其中2个加速度矢量图。 6）利用软件分析冲头的位移、速度、加速度运动曲线，并在图中打印上述各曲线图。要求在说明书中对比说明解析法曲线和图解法相应点的结果。 7）编写设计说明书（不少于15页） 。准备答辩。 （三）要求完成的设计工作量 1）根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 2）按工艺动作过程拟定运动循环图。根据系统功能图绘制功能矩阵表。 3）构思系统运动方案(至少3个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 4）根据给定的数据确定机构的运动尺寸，要求用图解法设计，通过CAD作图，画出机构12个位置的运动简图，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。 5）机构的运动分析。分别画出对应12个位置的速度矢量图，以及其中2个加速度矢量图。 6）利用软件分析冲头的位移、速度、加速度运动曲线，并在图中打印上述各曲线图。要求在说明书中对比说明解析法曲线和图解法相应点的结果。 7）编写设计说明书（不少于15页） 。准备答辩。 二、工作原理和工艺动作分解 粉料压片机要求完成的工艺动作有以下六个动作： 1、料筛在模具型腔上方往复振动，将干粉料筛入直径为、深度为y1的筒形型腔，然后向左退出45mm。 2、下冲头下沉y2，以防上冲头进入型腔时把粉料扑出。 3、上冲头进入型腔y2。 4、上、下冲头同时加压，各移动（y1-h）/2，将产生压力F，要求保压一定时间，保压时间约占整个循环时间的1/10。 5、上冲头退回，下冲头随后以稍慢速度向上运动，顶出压好的片坯。 6、为避免干涉，待上冲头向上移动H后，料筛向右运动推走片坯，接着料筛往复振动，继续下一个运动循环。二、工作原理和工艺动作分解 粉料压片机要求完成的工艺动作有以下六个动作： 1、料筛在模具型腔上方往复振动，将干粉料筛入直径为、深度为y1的筒形型腔，然后向左退出45mm。 2、下冲头下沉y2，以防上冲头进入型腔时把粉料扑出。 3、上冲头进入型腔y2。 4、上、下冲头同时加压，各移动（y1-h）/2，将产生压力F，要求保压一定时间，保压时间约占整个循环时间的1/10。 5、上冲头退回，下冲头随后以稍慢速度向上运动，顶出压好的片坯。 6、为避免干涉，待上冲头向上移动H后，料筛向右运动推走片坯，接着料筛往复振动，继续下一个运动循环。三、方案设计、讨论 1．运动协调：由以上工艺动作分解过程可知，该机械共需3个执行构件，即：上冲头、下冲头和料筛。设计时，需拟订运动循环图，各执行构件的起讫位置可视具体情况重叠安排，以增长执行构件的动作时间，减少加速度，但要保证不发生碰撞。 2．传动原理：根据生产条件和粉料的特性，宜采用大压力压制。上冲头的机构为主加压机构。由于主加压机构所加压力甚大，用摩擦传动原理不甚合适；用液压传动原理，因顾及系统漏油会污染产品，也不宜采用；故宜采用电动机作为动力源，选择刚体推压传动原理。 3．传动机构：由于压片机的工作压力较大，行程较短，一般采用肘杆式增力冲压机构作为主加压机构。它是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联而成。为了“增力”，两机构的极限位置宜重合或接近。 4、完成功能：为了保压，要求冲头在极限位置完全停歇是较困难的。实际上，只要冲头在离极限位置0.4mm范围内的运动时间约为整周时间的1/10即可。 三、方案设计、讨论 1．运动协调：由以上工艺动作分解过程可知，该机械共需3个执行构件，即：上冲头、下冲头和料筛。设计时，需拟订运动循环图，各执行构件的起讫位置可视具体情况重叠安排，以增长执行构件的动作时间，减少加速度，但要保证不发生碰撞。 2．传动原理：根据生产条件和粉料的特性，宜采用大压力压制。上冲头的机构为主加压机构。由于主加压机构所加压力甚大，用摩擦传动原理不甚合适；用液压传动原理，因顾及系统漏油会污染产品，也不宜采用；故宜采用电动机作为动力源，选择刚体推压传动原理。 3．传动机构：由于压片机的工作压力较大，行程较短，一般采用肘杆式增力冲压机构作为主加压机构。它是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联而成。为了“增力”，两机构的极限位置宜重合或接近。 4、完成功能：为了保压，要求冲头在极限位置完全停歇是较困难的。实际上，只要冲头在离极限位置0.4mm范围内的运动时间约为整周时间的1/10即可。 null四、根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图推筛下冲头null五、机械传动系统的传动比和变速机构 根据选定的驱动电机转速和成型机的生产能力。它们的机械传动系统的总传动比为：五、机械传动系统的传动比和变速机构 根据选定的驱动电机转速和成型机的生产能力。它们的机械传动系统的总传动比为：机械传动系统的第一级采用带传动，其传动比为4.866，第二级采用齿轮传动，其传动比为5。六、执行机构的选型 表1 三执行机构的形态学矩阵六、执行机构的选型 表1 三执行机构的形态学矩阵曲柄滑块机构齿轮齿条机构七、机械运动方案的选定和评价 机械运动方案数为： N=3×2×3＝18 我们可以给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简单等等要求来选择方案。由此可选定两个结构比较简单的方案。七、机械运动方案的选定和评价 机械运动方案数为： N=3×2×3＝18 我们可以给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简单等等要求来选择方案。由此可选定两个结构比较简单的方案。八、画出机械运动方案简图 按已选定的三个执行机构的型式及机械传动系统，画出机械运动示意图。其中三个执行机构部分也可以称为机械运动方案示意简图。其中包括了机械传动系统、三个执行机构的组合。如果再加上加料机构和输送机构，那就可以完整地表示整台机器的机械运动方案图。 有了机械运动方案图，就可以进行机构的运动尺寸设计计算和机器的总体设计。八、画出机械运动方案简图 按已选定的三个执行机构的型式及机械传动系统，画出机械运动示意图。其中三个执行机构部分也可以称为机械运动方案示意简图。其中包括了机械传动系统、三个执行机构的组合。如果再加上加料机构和输送机构，那就可以完整地表示整台机器的机械运动方案图。 有了机械运动方案图，就可以进行机构的运动尺寸设计计算和机器的总体设计。九、对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算 为了实现具体的移动要求，必须对带传动、齿轮传动、曲柄滑块机构（冲压机构）、槽轮机构（模筒转盘间歇运动机构）和凸轮机构进行运动学计算，必要时还要进行动力学计算。 九、对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算 为了实现具体的移动要求，必须对带传动、齿轮传动、曲柄滑块机构（冲压机构）、槽轮机构（模筒转盘间歇运动机构）和凸轮机构进行运动学计算，必要时还要进行动力学计算。 null十、编写设计说明书 设计说明书必须包括以下内容和要求 1．设计题目、设计任务和要求； 2．多种传动机构方案选择、论证和比较； 3．运动协调设计，工作循环图设计； 4．主传动机构的结构综合、运动分析，分析计算应列出选取的参数、计算公式、代入的数据和计算结果，并对结果做出必要的评定；对图解法和解析法结果作对比说明； 5．设计的体会和收获； 6．列出所用参考资料并在说明书正文中注明引用处； 7．设计说明书统一用设计用纸抄写，在说明书中应画出必要的简图。 设计全部完成后将说明书、图纸等全部设计资料整理成册装在文件袋内交指导教师，以便评定成绩。十、编写设计说明书 设计说明书必须包括以下内容和要求 1．设计题目、设计任务和要求； 2．多种传动机构方案选择、论证和比较； 3．运动协调设计，工作循环图设计； 4．主传动机构的结构综合、运动分析，分析计算应列出选取的参数、计算公式、代入的数据和计算结果，并对结果做出必要的评定；对图解法和解析法结果作对比说明； 5．设计的心得体会和收获； 6．列出所用参考资料并在说明书正文中注明引用处； 7．设计说明书统一用设计用纸抄写，在说明书中应画出必要的简图。 设计全部完成后将说明书、图纸等全部设计资料整理成册装在文件袋内交指导教师，以便评定成绩。第三章 执行机构系统运动方案设计第三章 执行机构系统运动方案设计null 第一节 执行系统的功能原理设计 机械产品的设计目的是为了实现某种预期的功能要求，包括工艺要求和使用要求。所谓功能原理设计，就是根据机械预期实现的功能，构思和选择机械工作原理来实现这一功能要求。 功能原理设计步骤包括：首先要明确地给出功能目标，该目标既是设计的依据，也是产品验收的依据；明确任务之后用黑箱法分析系统的总功能，将待求的系统看做未知内容的黑箱，然后用黑箱法解决；总功能确定之后，可进行功能分析和整理，画出功能系统图；从功能系统图中可找到各功能元，并寻求功能元的作用原理；功能元求解可采用形态学矩阵，从多个方案中找出功能原理解；最后，经评价优选出最佳功能原理方案。 第一节 执行系统的功能原理设计 机械产品的设计目的是为了实现某种预期的功能要求，包括工艺要求和使用要求。所谓功能原理设计，就是根据机械预期实现的功能，构思和选择机械工作原理来实现这一功能要求。 功能原理设计步骤包括：首先要明确地给出功能目标，该目标既是设计的依据，也是产品验收的依据；明确任务之后用黑箱法分析系统的总功能，将待求的系统看做未知内容的黑箱，然后用黑箱法解决；总功能确定之后，可进行功能分析和整理，画出功能系统图；从功能系统图中可找到各功能元，并寻求功能元的作用原理；功能元求解可采用形态学矩阵，从多个方案中找出功能原理解；最后，经评价优选出最佳功能原理方案。 第二节 执行系统的运动规律设计 运动规律设计，就是根据工作原理所提出的工艺要求构思出能够实现该工艺要求的各种运动规律，然后从中选取最为简单、适用、可靠的运动规律，作为机械的运动方案。 一、工艺动作分解和运动方案选择 实现同一个工艺动作，可以分解成各种简单运动，工艺动作分解的方法不同，所得到的运动规律和运动方案也大不相同。所以在进行运动规律设计和运动方案选择时，应综合考虑机械的工作性能、生产率、应用场合、经济性等各方面的因素，根据实际情况对各种运动规律和运动方案加以认真分析和比较，从中选择出最佳方案。 二、运动规律设计的创造性 运动规律设计也是一个创造性过程，需要设计者既要熟练掌握和灵活应用基本设计理论、设计方法和专业实际知识，同时还要充分发挥创造性思维和创新潜能，构思设计出结构简单、性能优良、生产率高、具有竞争力的新产品。运动规律设计的创新方法也有多种。 第二节 执行系统的运动规律设计 运动规律设计，就是根据工作原理所提出的工艺要求构思出能够实现该工艺要求的各种运动规律，然后从中选取最为简单、适用、可靠的运动规律，作为机械的运动方案。 一、工艺动作分解和运动方案选择 实现同一个工艺动作，可以分解成各种简单运动，工艺动作分解的方法不同，所得到的运动规律和运动方案也大不相同。所以在进行运动规律设计和运动方案选择时，应综合考虑机械的工作性能、生产率、应用场合、经济性等各方面的因素，根据实际情况对各种运动规律和运动方案加以认真分析和比较，从中选择出最佳方案。 二、运动规律设计的创造性 运动规律设计也是一个创造性过程，需要设计者既要熟练掌握和灵活应用基本设计理论、设计方法和专业实际知识，同时还要充分发挥创造性思维和创新潜能，构思设计出结构简单、性能优良、生产率高、具有竞争力的新产品。运动规律设计的创新方法也有多种。 第三节 执行机构系统型式设计 又称为机构的型综合。设计者需要在熟悉各基本机构和常用机构的运动形式、功能特点、适用场合等的基础上，综合考虑执行机构系统的运动要求、动力特性、机械效率、制造成本、外形尺寸等因素，通过机构组合或结构变异等创造构思出结构简单、性能优良、成本低廉的机构。 一、按执行构件运动形式进行机构选型 二、按执行机构动作分解进行机构选型 三、机构的创新 1．巧妙利用简单机构的运动特点构思新机构 2．巧妙利用两构件相对运动关系构思新机构 3．基于机构组成原理的机构创新 4．基于机构组合原理的机构创新 5．通过机构类型变异进行机构创新 第三节 执行机构系统型式设计 又称为机构的型综合。设计者需要在熟悉各基本机构和常用机构的运动形式、功能特点、适用场合等的基础上，综合考虑执行机构系统的运动要求、动力特性、机械效率、制造成本、外形尺寸等因素，通过机构组合或结构变异等创造构思出结构简单、性能优良、成本低廉的机构。 一、按执行构件运动形式进行机构选型 二、按执行机构动作分解进行机构选型 三、机构的创新 1．巧妙利用简单机构的运动特点构思新机构 2．巧妙利用两构件相对运动关系构思新机构 3．基于机构组成原理的机构创新 4．基于机构组合原理的机构创新 5．通过机构类型变异进行机构创新nullnullnullnullnull四、执行机构型式设计原则 实现同一工艺动作要求，可选用或创造出不同的机构型式及其组合。机构型式设计的优劣将直接影响机械的制造成本、运动精度、动力特性、机械效率、使用效果及工作可靠性等。在进行机构型式设计时，设计者应注意考虑以下几个方面的原则。 1．满足执行构件的工艺动作和运动要求 2．尽量缩短传动链，使机构结构最简单 3．合理选择运动副形式 4．选择合适的动力源 5．增设必要的可调环节 6．执行机构要具有良好的动力特性 7．保证机械使用安全、操作方便 四、执行机构型式设计原则 实现同一工艺动作要求，可选用或创造出不同的机构型式及其组合。机构型式设计的优劣将直接影响机械的制造成本、运动精度、动力特性、机械效率、使用效果及工作可靠性等。在进行机构型式设计时，设计者应注意考虑以下几个方面的原则。 1．满足执行构件的工艺动作和运动要求 2．尽量缩短传动链，使机构结构最简单 3．合理选择运动副形式 4．选择合适的动力源 5．增设必要的可调环节 6．执行机构要具有良好的动力特性 7．保证机械使用安全、操作方便 nullnullnullnull表1 功能原理方案的形态学矩阵形态学矩阵 采用形态综合法进行功能元解的组合。将系统的功能元列为纵坐标，各功能元相应的解法列为横坐标，构成形态学矩阵，从每项功能元中取出一种解进行有机组合，即得到一个系统解。null第四节 执行机构系统运动协调设计 一、机械程序控制的基本型式 1）分配凸轮轴方式 即在分配轴上安装多个凸轮，每个凸轮是一个执行构件的驱动构件，因此分配轴每转一周所需要的时间就是产品加工工作循环所需时间，因此，分配轴每转一周就可完成一个产品加工的工艺动作过程。 2）辅助凸轮轴方式 辅助凸轮轴是机器中用来实现机器部分空行程动作的机械控制方式，辅助凸轮轴是作周期性的间歇旋转，即在需要实现这部分空行程时才旋转。它的间歇旋转是由分配凸轮轴来控制的。例如，机器中的送料、夹料等机构的空行程实现就是采用辅助凸轮轴。3）曲柄轴方式 利用曲柄的错位来使各执行机构按一定顺序来动作，对于不能将曲柄布置在一根轴上的机器，还应采用机械传动方式，将各曲柄的转动予以同步。 4）机电结合的程序控制方式 在自动机械中还有采用分配凸轮轴上的信号凸轮来控制电路的接通与关闭，以及通停电时间的长短．以此来控制各执行机构的动作。 5）电子控制方式 目前应用最广泛的是用可编程控制器（PLC）来进行控制。它是一种在工业环境中使用的数字操作的电子系统，它使用可编程存贮器内部贮存用户设计的指令，这些指令用来实现特殊的功能诸如逻辑运算、顺序操作、定时、计数、以及算术运算和通过数字或模拟输入、输出来控制各种类型的机械或过程，以实现生产自动化。其特点是：①控制程序可变，具有很好的柔性； ②具有高度可靠性； ③ 功能完善；④易于掌握、便于维修；⑤体积小、省电；⑥价格低廉。3）曲柄轴方式 利用曲柄的错位来使各执行机构按一定顺序来动作，对于不能将曲柄布置在一根轴上的机器，还应采用机械传动方式，将各曲柄的转动予以同步。 4）机电结合的程序控制方式 在自动机械中还有采用分配凸轮轴上的信号凸轮来控制电路的接通与关闭，以及通停电时间的长短．以此来控制各执行机构的动作。 5）电子控制方式 目前应用最广泛的是用可编程控制器（PLC）来进行控制。它是一种在工业环境中使用的数字操作的电子系统，它使用可编程存贮器内部贮存用户设计的指令，这些指令用来实现特殊的功能诸如逻辑运算、顺序操作、定时、计数、以及算术运算和通过数字或模拟输入、输出来控制各种类型的机械或过程，以实现生产自动化。其特点是：①控制程序可变，具有很好的柔性； ②具有高度可靠性； ③ 功能完善；④易于掌握、便于维修；⑤体积小、省电；⑥价格低廉。 二、执行系统的运动协调设计 执行机构系统运动协调设计主要应满足以下要求： （1）各执行机构的执行动作在时间上要协调配合。 （2）执行机构系统中各执行机构必须保证其在运动过程中的空间协调性和同步性。 （3）各执行机构对操作对象的操作必须满足协同性要求。 （4）对于有些机械，还必须满足运动速度的协调性。 （5）在安排各执行机构的动作顺序时应尽量缩短执行系统的工作循环周期，有利于提高劳动生产率。 （6）在确保各执行机构动作按先后顺序执行和时间上的同步性的前提下，在一个机构动作结束到另一个机构动作起始之间应保持适当的时间间隔。 二、执行系统的运动协调设计 执行机构系统运动协调设计主要应满足以下要求： （1）各执行机构的执行动作在时间上要协调配合。 （2）执行机构系统中各执行机构必须保证其在运动过程中的空间协调性和同步性。 （3）各执行机构对操作对象的操作必须满足协同性要求。 （4）对于有些机械，还必须满足运动速度的协调性。 （5）在安排各执行机构的动作顺序时应尽量缩短执行系统的工作循环周期，有利于提高劳动生产率。 （6）在确保各执行机构动作按先后顺序执行和时间上的同步性的前提下，在一个机构动作结束到另一个机构动作起始之间应保持适当的时间间隔。null①移科斗至型腔上方准备将粉料装入型腔，将已经成型的药片推出；②料斗振动，粉料筛入型腔；③下冲头下沉至一定深度、以防止型腔内粉料扑出；④上冲头向下、下冲头上，将粉料加压并保压一定时间使药片成型较好；⑤冲头快速退出下冲头附着将成型药片推出型腔 null 方案二： 曲柄滑块+弹簧 振动，蜗轮蜗杆进退nullnull三、机械运动循环图及其设计 1．机械运动循环图的概念 根据生产工艺的不同，机械的运动循环可分为两大类；一类是机械中各执行机构的运动规律是非周期性的，它取决于工作条件的不同而随时改变，具有相当大的随机性。另一类是机械中各执行机构的运动是周期性循环的，即经过一定的时间间隔后，其运动参数就重复一次，实现一次循环，生产中大多数机械都属于这种固定运动循环的机械。 对于具有固定运动循环的机械，用来描述各执行构件运动间相互协调配合关系的图称为机械的运动循环图。当采用机械方式集中控制时，通常各执行机构的原动件通过分配轴相联接起来，各执行机构原动件在分配轴上的安装方位，或者控制各执行机构原动件的凸轮在分配轴上的安装方位，均是根据机械运动循环图来决定的。所以机械的运动循环图是机器设计、安装和调试的依据。三、机械运动循环图及其设计 1．机械运动循环图的概念 根据生产工艺的不同，机械的运动循环可分为两大类；一类是机械中各执行机构的运动规律是非周期性的，它取决于工作条件的不同而随时改变，具有相当大的随机性。另一类是机械中各执行机构的运动是周期性循环的，即经过一定的时间间隔后，其运动参数就重复一次，实现一次循环，生产中大多数机械都属于这种固定运动循环的机械。 对于具有固定运动循环的机械，用来描述各执行构件运动间相互协调配合关系的图称为机械的运动循环图。当采用机械方式集中控制时，通常各执行机构的原动件通过分配轴相联接起来，各执行机构原动件在分配轴上的安装方位，或者控制各执行机构原动件的凸轮在分配轴上的安装方位，均是根据机械运动循环图来决定的。所以机械的运动循环图是机器设计、安装和调试的依据。 1）根据设计要求预期的机械理论生产率，确定机械的工作循环周期T，按设计要求的理论生产率Q=5件／min，分配轴转速应为n=5r／min。 2）根据机械生产工艺过程，分别确定各个执行构件的工作行程、空回行程和可能具有的若干个停歇区段。 3）根据具体情况，合理分配执行机构各运动区段的工作时间或相应的分配轴转角。 4）选取机械中某一主要的执行构件为参照构件，以该参照构件具有代表性的特征位置作为起始位置，根据其他执行构件的运动相对于该参照执行构件协调设计，绘制出机械动循环图。在半自动钻床中，以送料凸轮机构的送料起始点为基准，按同一时间或同一分配轴转角的比例尺绘出定位凸轮机构、夹紧机构、钻头进给机构的运动循环图。 1）根据设计要求预期的机械理论生产率，确定机械的工作循环周期T，按设计要求的理论生产率Q=5件／min，分配轴转速应为n=5r／min。 2）根据机械生产工艺过程，分别确定各个执行构件的工作行程、空回行程和可能具有的若干个停歇区段。 3）根据具体情况，合理分配执行机构各运动区段的工作时间或相应的分配轴转角。 4）选取机械中某一主要的执行构件为参照构件，以该参照构件具有代表性的特征位置作为起始位置，根据其他执行构件的运动相对于该参照执行构件协调设计，绘制出机械动循环图。在半自动钻床中，以送料凸轮机构的送料起始点为基准，按同一时间或同一分配轴转角的比例尺绘出定位凸轮机构、夹紧机构、钻头进给机构的运动循环图。 nullnull执行机构的运动循环图 第四章 机械原理课程设计题目第四章 机械原理课程设计题目设计题目1：牛头刨床 一、工作原理： 牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨刀的往复运动和间歇移动。刨床工作时，刨头6由曲柄2带动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F为常数；刨刀左行时，即为空回行程，此行程无工作阻力。在刨刀空回行程时，凸轮8通过四杆机构带动棘轮机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动，以便刨刀继续切削。 设计题目1：牛头刨床 一、工作原理： 牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨刀的往复运动和间歇移动。刨床工作时，刨头6由曲柄2带动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F为常数；刨刀左行时，即为空回行程，此行程无工作阻力。在刨刀空回行程时，凸轮8通过四杆机构带动棘轮机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动，以便刨刀继续切削。 二、设计要求： 电动机轴与曲柄轴2平行，刨刀刀刃D点与铰链点C的垂直距离为50mm，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄2转速偏差为±5％。要求导杆机构的最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内，摆动从动件9的升、回程运动规律均为等加速等减速运动。执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计。 二、设计要求： 电动机轴与曲柄轴2平行，刨刀刀刃D点与铰链点C的垂直距离为50mm，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄2转速偏差为±5％。要求导杆机构的最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内，摆动从动件9的升、回程运动规律均为等加速等减速运动。执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计。 nullnull三、设计数据 三、设计数据 四、设计内容及工作量： 1、根据牛头刨床的工作原理，拟定2～3个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。 2、根据给定的数据确定机构的运动尺寸。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。 3、导杆机构的运动分析。将导杆机构放在直角坐标系下，建立参数化的数学模型。利用软件分析出刨头6的位移、速度、加速度及导杆4的角速度和角加速度运动曲线，并打印上述各曲线图。要求将参数化建模过程详细地写在说明书中。 4、导杆机构的动态静力分析。通过参数化的建模，细化机构仿真模型，并给系统加力，写出外加力的参数化函数语句，打印外加力的曲线，并求出最大平衡力矩和功率。（选作） 5、编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。以上工作完成后准备机械原理部分的答辩。四、设计内容及工作量： 1、根据牛头刨床的工作原理，拟定2～3个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。 2、根据给定的数据确定机构的运动尺寸。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。 3、导杆机构的运动分析。将导杆机构放在直角坐标系下，建立参数化的数学模型。利用软件分析出刨头6的位移、速度、加速度及导杆4的角速度和角加速度运动曲线，并打印上述各曲线图。要求将参数化建模过程详细地写在说明书中。 4、导杆机构的动态静力分析。通过参数化的建模，细化机构仿真模型，并给系统加力，写出外加力的参数化函数语句，打印外加力的曲线，并求出最大平衡力矩和功率。（选作） 5、编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。以上工作完成后准备机械原理部分的答辩。null设计题目二：插床机械 一、工作原理： 电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动曲柄2转动，再通过导杆机构使装有刀具的滑块6沿导路y—y作往复运动，以实现刀具的切削运动。刀具向下运动时切削，在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F为常数；刀具向上运动时为空回行程，无阻力。要求刀具具有急回运动。刀具与工作台之间的进给运动，是由固结于轴O2上的凸轮驱动摆动从动件lO8D和其它有关机构（图中未画出）来完成的。 二、设计要求： 电动机轴与曲柄轴2平行，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄2转速偏差为±5％。要求导杆机构的最小传动角不得小于60°；凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内，摆动从动件9的升、回程运动规律均为等加速等减速运动。执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计。 设计题目二：插床机械 一、工作原理： 电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动曲柄2转动，再通过导杆机构使装有刀具的滑块6沿导路y—y作往复运动，以实现刀具的切削运动。刀具向下运动时切削，在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F为常数；刀具向上运动时为空回行程，无阻力。要求刀具具有急回运动。刀具与工作台之间的进给运动，是由固结于轴O2上的凸轮驱动摆动从动件lO8D和其它有关机构（图中未画出）来完成的。 二、设计要求： 电动机轴与曲柄轴2平行，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄2转速偏差为±5％。要求导杆机构的最小传动角不得小于60°；凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内，摆动从动件9的升、回程运动规律均为等加速等减速运动。执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计。 nullnullnull三、设计数据 三、设计数据 四、设计内容及工作量： 1、根据插床机械的工作原理，拟定2～3个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。 2、根据给定的数据确定机构的运动尺寸, lBC=(0.5～0.6)lBO4。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。 3、导杆机构的运动分析。将导杆机构放在直角坐标系下，建立参数化的数学模型。利用ADAMS软件分析出滑块6的位移、速度、加速度及导杆4的角速度和角加速度运动曲线，并打印上述各曲线图。要求将参数化建模过程详细地写在说明书中。 4、导杆机构的动态静力分析。 6、编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。以上工作完成后准备机械原理部分的答辩。 四、设计内容及工作量： 1、根据插床机械的工作原理，拟定2～3个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。 2、根据给定的数据确定机构的运动尺寸, lBC=(0.5～0.6)lBO4。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。 3、导杆机构的运动分析。将导杆机构放在直角坐标系下，建立参数化的数学模型。利用ADAMS软件分析出滑块6的位移、速度、加速度及导杆4的角速度和角加速度运动曲线，并打印上述各曲线图。要求将参数化建模过程详细地写在说明书中。 4、导杆机构的动态静力分析。 6、编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。以上工作完成后准备机械原理部分的答辩。 nullnull设计题目三：压床机械   一、工作原理： 电动机经过减速传动装置（齿轮传动）带动六杆机构的曲柄转动，曲柄通过连杆、摇杆带动滑块克服阻力F冲压零件。当冲头向下运动时，为工作行程，冲头在0.75H内无阻力；当在工作行程后0.25行程时，冲头受到的阻力为F；当冲头向上运动时，为空回行程，无阻力。在曲柄轴的另一端，装有供润滑连杆机构各运动副的油泵凸轮机构。 二、设计要求： 电动机轴与曲柄轴垂直，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有中等冲击。允许曲柄转速偏差为±5％。要求凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内，从动件运动规律见设计数据。执行构件的传动效率按0.95计算。按小批量生产规模设计。 设计题目三：压床机械   一、工作原理： 电动机经过减速传动装置（齿轮传动）带动六杆机构的曲柄转动，曲柄通过连杆、摇杆带动滑块克服阻力F冲压零件。当冲头向下运动时，为工作行程，冲头在0.75H内无阻力；当在工作行程后0.25行程时，冲头受到的阻力为F；当冲头向上运动时，为空回行程，无阻力。在曲柄轴的另一端，装有供润滑连杆机构各运动副的油泵凸轮机构。 二、设计要求： 电动机轴与曲柄轴垂直，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有中等冲击。允许曲柄转速偏差为±5％。要求凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内，从动件运动规律见设计数据。执行构件的传动效率按0.95计算。按小批量生产规模设计。 nullnull三、设计数据 三、设计数据 四、设计内容及工作量 1、根据压床机械的工作原理，拟定2～3个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。 2、根据给定的数据确定机构的运动尺寸, lCB=0.5lBO4，lCD=(0.25～0.35)lCO4。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。 3、连杆机构的运动分析。 4、连杆机构的动态静力分析。（选作） 5、编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。以上工作完成后准备机械原理部分的答辩。 四、设计内容及工作量 1、根据压床机械的工作原理，拟定2～3个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。 2、根据给定的数据确定机构的运动尺寸, lCB=0.5lBO4，lCD=(0.25～0.35)lCO4。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。 3、连杆机构的运动分析。 4、连杆机构的动态静力分析。（选作） 5、编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。以上工作完成后准备机械原理部分的答辩。 null设计题目四 摇摆式输送机   一 、工作原理 摇摆式输送机是一种水平传送材料用的机械。由齿轮机构和六连杆机构等组成，如下图所示。电动机1通过传动装置2使曲柄4回转，再经过六连杆机构使输料槽9作往复移动，放置在槽上的物料10借助摩擦力随输料槽一起运动。物料的输送是利用机构在某些位置输料槽有相当大加速度，使物料在惯性力的作用下克服摩擦力而发生滑动，滑动的方向恒自左往右，从而达到输送物料的目的。 二、 设计要求 该布置要求电机轴与曲柄轴垂直，使用寿命为5年，每日二班制工作。输送机在工作过程中，载荷变化较大。允许曲柄转速偏差为±5%。六连杆执行机构的最小传动角不得小于40°。执行机构的传动效率按0.95计算。按小批量生产规模设计。 设计题目四 摇摆式输送机   一 、工作原理 摇摆式输送机是一种水平传送材料用的机械。由齿轮机构和六连杆机构等组成，如下图所示。电动机1通过传动装置2使曲柄4回转，再经过六连杆机构使输料槽9作往复移动，放置在槽上的物料10借助摩擦力随输料槽一起运动。物料的输送是利用机构在某些位置输料槽有相当大加速度，使物料在惯性力的作用下克服摩擦力而发生滑动，滑动的方向恒自左往右，从而达到输送物料的目的。 二、 设计要求 该布置要求电机轴与曲柄轴垂直，使用寿命为5年，每日二班制工作。输送机在工作过程中，载荷变化较大。允许曲柄转速偏差为±5%。六连杆执行机构的最小传动角不得小于40°。执行机构的传动效率按0.95计算。按小批量生产规模设计。 nullnull三、设计数据 三、设计数据 四、设计内容及完成的工作量 1、根据摇摆式输送机的工作原理，拟订2~3个其他形式的机构，画出机械系统传动简图，并对这些机构进行对比分析。 2、根据设计数据确定六杆机构的运动尺寸，取lDB=0.6lDC。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。 3、连杆机构的运动分析。 4、机构的动态静力分析。 5、编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。以上工作完成后准备机械原理部分的答辩。 四、设计内容及完成的工作量 1、根据摇摆式输送机的工作原理，拟订2~3个其他形式的机构，画出机械系统传动简图，并对这些机构进行对比分析。 2、根据设计数据确定六杆机构的运动尺寸，取lDB=0.6lDC。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。 3、连杆机构的运动分析。 4、机构的动态静力分析。 5、编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。以上工作完成后准备机械原理部分的答辩。 null设计题目五:粉料压片机 一、工作原理及工艺过程 1．总功能要求 将干粉料压制成圆形片坯。 2．工作原理 15吨压片机系统的工作原理及工艺动作分解如图所示。移动粉筛3至模具1的型腔上方等待装料，并将上一循环已成型的工件2推出(卸料)；然后粉筛振动，将粉料筛入型腔；下冲头5下沉一定深度，以防止上冲头4向下压制时将粉料扑出；然后上冲头向下，下冲头向上加压，并在一定时间内保持一定的压力；而后上冲头快速退出，下冲头随着将成型工件推出型腔。设计题目五:粉料压片机 一、工作原理及工艺过程 1．总功能要求 将干粉料压制成圆形片坯。 2．工作原理 15吨压片机系统的工作原理及工艺动作分解如图所示。移动粉筛3至模具1的型腔上方等待装料，并将上一循环已成型的工件2推出(卸料)；然后粉筛振动，将粉料筛入型腔；下冲头5下沉一定深度，以防止上冲头4向下压制时将粉料扑出；然后上冲头向下，下冲头向上加压，并在一定时间内保持一定的压力；而后上冲头快速退出，下冲头随着将成型工件推出型腔。二、原始数据和设计要求 1．被压工件的外形是直径 mm，厚度 mm的圆形片坯。 2．冲头压力为 N。 3．生产率为每分钟 片。 3．机器运转不均匀系数为10%。 4．驱动电机的功率为 KW，同步转速1000r/min。 5．各执行构件的运动参数为： 上冲头行程为 ～ mm； 下冲头先下沉3mm，然后上升8mm后停歇(保压)， 继而上升16mm后停歇，等粉筛将片坯推离冲头后下移21mm； 粉筛在模具的上方往复振动筛料，然后向左退回，待坯料成形并被推出型腔后，粉筛复在台面上右移约45～50mm推卸成形片坯。 二、原始数据和设计要求 1．被压工件的外形是直径 mm，厚度 mm的圆形片坯。 2．冲头压力为 N。 3．生产率为每分钟 片。 3．机器运转不均匀系数为10%。 4．驱动电机的功率为 KW，同步转速1000r/min。 5．各执行构件的运动参数为： 上冲头行程为 ～ mm； 下冲头先下沉3mm，然后上升8mm后停歇(保压)， 继而上升16mm后停歇，等粉筛将片坯推离冲头后下移21mm； 粉筛在模具的上方往复振动筛料，然后向左退回，待坯料成形并被推出型腔后，粉筛复在台面上右移约45～50mm推卸成形片坯。 三、要求完成的设计工作量 1）根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 2）按工艺动作过程拟定运动循环图。 3）根据系统功能图绘制功能矩阵表。 4）构思系统运动方案(至少3个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 5）对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计，或在尺寸给定的条件下进行运动与动力分析。 6）绘制系统机械运动方案简图。 7）编写设计说明书。三、要求完成的设计工作量 1）根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 2）按工艺动作过程拟定运动循环图。 3）根据系统功能图绘制功能矩阵表。 4）构思系统运动方案(至少3个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 5）对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计，或在尺寸给定的条件下进行运动与动力分析。 6）绘制系统机械运动方案简图。 7）编写设计说明书。nullnull答辩： 答辩叙述条理清楚、明确，正确回答提问。 （20分） 图纸： 机构运动简图：能够正确地反应出机构的功能结构（10分） 运动分析：运动分析结果合理、正确（10分） 运动曲线图：仿真后做曲线图，曲线趋势合理（10分） 设计说明书： 充分运用所学的知识，最终方案的合理可行（10分） 内容完整无缺，设计说明书撰写格式标准（20分） 纪律： 遵守课程设计纪律，无迟到、早退及缺课。（20分） 成绩评定办法 nullnullnull附 录 一 牛头刨床设计方案讨论附 录 一 牛头刨床设计方案讨论第一方案第一方案null第二方案第二方案第三方案第三方案nullnullnullnull附 录 二 机构尺度综合参考步骤 附 录 二 机构尺度综合参考步骤 牛头刨尺度综合步骤： 1、 计算极位夹角 ； 2、 作等腰三角形O4B’B”，使∠B’O4B”=θ；B’B”=H=310mm； 3、 在等腰三角形O4B’B”底边中线上取一点O2使O2O4=380； 4、 作O2A⊥O4B’交O4B’于A； 5、 以O4为圆心、以O4B’为半径作圆弧，圆弧中点为B0； 6、 取B’B0中点与B”B0中点连线为导路； 7、 取B’C’=0.25×B’O4，以B’为圆心、以B’C’为半径作弧、交导路于C’，连接B’C’； 则O2O4A’B’C’为所求。 牛头刨尺度综合步骤： 1、 计算极位夹角 ； 2、 作等腰三角形O4B’B”，使∠B’O4B”=θ；B’B”=H=310mm； 3、 在等腰三角形O4B’B”底边中线上取一点O2使O2O4=380； 4、 作O2A⊥O4B’交O4B’于A； 5、 以O4为圆心、以O4B’为半径作圆弧，圆弧中点为B0； 6、 取B’B0中点与B”B0中点连线为导路； 7、 取B’C’=0.25×B’O4，以B’为圆心、以B’C’为半径作弧、交导路于C’，连接B’C’； 则O2O4A’B’C’为所求。 null插床尺度综合步骤： 1、 计算极位夹角 ； 2、