车辆工程专业机械原理课程设计.docx
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车辆工程专业机械原理课程设计
机械原理课程设计题目
题目1压片成形机
1.1设计题目
设计自动压片成形机，将具有一定湿度的粉状原料（如陶瓷干粉、药粉）定量送入压形位置，经压制成形后脱离该位置。
机器的整个工作过程（送料、压形、脱离）均自动完成。
该机器可以压制陶瓷圆形片坯、药剂（片）等。
设计数据见表3。
矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
表3压片成形机设计数据
方案号（学号）
电动机
转速
r/min
生产率
片/min
成品尺寸（Φ×d）
mm，mm
冲头压力kg
δ
m
kg
m
kg
A
（1）
1450
10
100×60
15,000
0.10
12
5
B
（2）
970
15
60×35
10,000
0.08
10
4
C（3）
970
20
40×20
10,000
0.05
9
3
图1压片成形机工艺动作
如图1所示，压片成形机的工艺动作是：
1.干粉料均匀筛入圆筒形型腔（图1a）。
2.下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔时粉料扑出（图1b）。
3.上、下冲头同时加压（图1c），并保持一段时间。
4.上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯（图1d）。
5.料筛推出片坯（图1e）。
上冲头、下冲头、送料筛的设计要求是：
1.上冲头完成往复直移运动（铅锤上下），下移至终点后有短时间的停歇，起保压作用，保压时间为0.4秒左右。
因冲头上升后要留有料筛进入的空间，故冲头行程为90～100mm。
因冲头压力较大，因而加压机构应有增力功能（图2a）。
聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
2.下冲头先下沉3mm，然后上升8mm，加压后停歇保压，继而上升16mm，将成型片坯顶到与台面平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后，再下移21mm，到待料位置（图2b）。
残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
3.料筛在模具型腔上方往复振动筛料，然后向左退回。
待批料成型并被推出型腔后，料筛在台面上右移约45～50mm，推卸片坯（图2c）。
酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
图2设计要求
上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见表4。
表4动作关系
上冲头
进
退
送料筛
退
近休
进
远休
下冲头
退
近休
进
远休
1.2设计要求
1.压片成形机一般至少包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构。
2.画出机器的运动方案简图与运动循环图。
拟定运动循环图时，可执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上不能出现“干涉”。
彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
3.设计凸轮机构，自行确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。
计算凸轮廓线。
4.设计计算齿轮机构。
5.对连杆机构进行运动设计。
并进行连杆机构的运动分析，绘出运动线图。
如果是采用连杆机构作为下冲压机构，还应进行连杆机构的动态静力分析，计算飞轮转动惯量。
謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
6.编写设计计算说明书。
1.3设计提示
1.各执行机构应包括：
实现上冲头运动的主加压机构、实现下冲头运动的辅助加压机构、实现料筛运动的上下料机构。
各执行机构必须能满足工艺上的运动要求，可以有多种不同型式的机构供选用。
如连杆机构、凸轮机构等。
厦礴恳蹒骈時盡继價骚。
2.由于压片成形机的工作压力较大，行程较短，一般采用肘杆式增力冲压机构作为主体机构，它是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成。
先设计摇杆滑块机构，为了保证，要求摇杆在铅垂位置的±2º范围内滑块的位移量≤0.4mm。
据此可得摇杆长度茕桢广鳓鯡选块网羈泪。
r≤
式中
——摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取1～2。
根据上冲头的行程长度，即可得摇杆的另一极限位置，摇杆的摆角以小于60º为宜。
设计曲柄摇杆机构时，为了“增力”，曲柄的回转中心可在过摇杆活动铰链、垂直于摇杆铅垂位置的直线上适当选取，以改善机构在冲头下极限位置附近的传力性能。
根据摇杆的三个极限位置（±2º位置和另一极限位置），设定与之对应的曲柄三个位置，其中对应于摇杆的两个位置，曲柄应在与连杆共线的位置，曲柄另一个位置可根据保压时间来设定，则可根据两连架杆的三组对应位置来设计此机构。
设计完成后，应检查曲柄存在条件，若不满足要求，则重新选择曲柄回转中心。
也可以在选择曲柄回转中心以后，根据摇杆两极限位置时曲柄和连杆共线的条件，确定连杆和曲柄长度，在检查摇杆在铅垂位置±2º时，曲柄对应转角是否满足保压时间要求。
曲柄回转中心距摇杆铅垂位置愈远，机构行程速比系数愈小，冲头在下极限位置附近的位移变化愈小，但机构尺寸愈大。
鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。
3.辅助加压机构可采用凸轮机构，推杆运动线图可根据运动循环图确定，要正确确定凸轮基圆半径。
为了便于传动，可将筛料机构置于主体机构曲柄同侧。
整个机构系统采用一个电动机集中驱动。
要注意主体机构曲柄和凸轮机构起始位置间的相位关系，否则机器将不能正常工作。
籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。
4.可通过对主体机构进行的运动分析以及冲头相对于曲柄转角的运动线图，检查保压时间是否近似满足要求。
进行机构动态静力分析时，要考虑各杆（曲柄除外）的惯性力和惯性力偶，以及冲头的惯性力。
冲头质量m
、各杆质量m
（各杆质心位于杆长中点）以及机器运转不均匀系数δ均见课本上的表所示，则各杆对质心轴的转动惯量可求。
认为上下冲头同时加压和保压时生产阻力为常数。
飞轮的安装位置由设计者自行确定，计算飞轮转动惯量时可不考虑其他构件的转动惯量。
确定电动机所需功率时还应考虑下冲头运动和料筛运动所需功率。
預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。
题目2旋转型灌装机
2.1设计题目
设计旋转型灌装机。
在转动工作台上对包装容器（如玻璃瓶）连续灌装流体（如饮料、酒、冷霜等），转台有多工位停歇，以实现灌装、封口等工序。
为保证在这些工位上能够准确地灌装、封口，应有定位装置。
如图3，工位1：
输入空瓶；工位2：
灌装；工位3：
封口；工位4：
输出包装好的容器。
渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。
图3旋转型灌装机
该机采用电动机驱动，传动方式为机械传动。
技术参数见表5。
表5旋转型灌装机技术参数
方案号
（学号）
转台直径
mm
电动机转速
r/min
灌装速度
r/min
A（4）
600
1440
10
B（5）
550
1440
12
C（6）
500
960
10
2.2设计任务
1.旋转型灌装机应包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等三种常用机构。
2.设计传动系统并确定其传动比分配。
3.图纸上画出旋转型灌装机的运动方案简图，并用运动循环图分配各机构运动节拍。
4.电算法对连杆机构进行速度、加速度分析，绘出运动线图。
图解法或解读法设计平面连杆机构。
5.凸轮机构的设计计算。
按凸轮机构的工作要求选择从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。
对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。
画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图。
铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。
6.齿轮机构的设计计算。
7.编写设计计算说明书。
2.3设计提示
1.采用灌瓶泵灌装流体，泵固定在某工位的上方。
2.采用软木塞或金属冠盖封口，它们可由气泵吸附在压盖机构上，由压盖机构压入（或通过压盖模将瓶盖紧固在）瓶口。
设计者只需设计作直线往复运动的压盖机构。
压盖机构可采用移动导杆机构等平面连杆机构或凸轮机构。
擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。
3.此外，需要设计间歇传动机构，以实现工作转台间歇传动。
为保证停歇可靠，还应有定位（锁紧）机构。
间歇机构可采用槽轮机构、不完全齿轮机构等。
定位（锁紧）机构可采用凸轮机构等。
贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。
题目3巧克力糖包装机
3.1设计题目
设计巧克力糖自动包装机。
包装对象为圆台状巧克力糖（图4），包装材料为厚0.008mm的金色铝箔纸。
包装后外形应美观挺拔，铝箔纸无明显损伤、撕裂和褶皱（图5）。
包装工艺方案为：
纸坯型式采用卷筒纸，纸片水平放置，间歇剪切式供纸（图6）。
包装工艺动作为：
1.将64mm×64mm铝箔纸覆盖在巧克力糖ф17mm小端正上方；2.使铝箔纸沿糖块锥面强迫成形；3.将余下的铝箔纸分半，先后向ф24mm大端面上褶去，迫使包装纸紧贴巧克力糖。
坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
表6设计数据表
方案号
（学号）
A（7）
B（8）
C（9）
D（10）
E（11）
F（12）
G（13）
H（14）
电动机转速
r/min
1440
1440
1440
960
960
820
820
780
每分钟包装糖果数目
个/min
120
90
60
120
90
90
80
60
具体设计要求如下：
1.要求设计糖果包装机的间歇剪切供纸机构、铝箔纸锥面成形机构、褶纸机构以及巧克力糖果的送推料机构。
2.整台机器外形尺寸（宽×高）不超过800mm×1000mm。
4.锥面成形机构不论采用平面连杆机构、凸轮机构或者其他常用机构，要求成形动作尽量等速，起动与停顿时冲击小。
蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。
3.2设计任务
1.巧克力糖包装机一般应包括凸轮机构、平面连杆机构、齿轮机构等。
2.设计传动系统并确定其传动比分配。
3.图纸上画出机器的机构运动方案简图和运动循环图。
4.设计平面连杆机构。
并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图。
5.设计凸轮机构。
确定运动规律，选择基圆半径，计算凸轮廓线值，校核最大压力角与最小曲率半径。
绘制凸轮机构设计图。
買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。
6.设计计算齿轮机构。
7.编写设计计算说明书。
3.3设计提示
1.剪纸与供纸动作连续完成。
2.铝箔纸锥面成形机构一般可采用凸轮机构、平面连杆机构等。
3.实现褶纸动作的机构有多种选择：
包括凸轮机构、摩擦滚轮机构等。
4.巧克力糖果的送推料机构可采用平面连杆机构、凸轮机构。
5.各个动作应有严格的时间顺序关系。
题目4垫圈内径检测装置
4.1设计题目
设计垫圈内径检测装置，检测钢制垫圈内径是否在公差允许范围内。
被检测的工件由推料机构送入后沿一条倾斜的进给滑道连续进给，直到最前边的工件被止动机构控制的止动销挡住而停止。
然后，升降机构使装有微动开关的压杆探头下落，检测探头进入工件的内孔。
此时，止动销离开进给滑道，以便让工件浮动。
綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。
检测的工作过程如图15所示。
当所测工件的内径尺寸符合公差要求时（图15a），微动开关的触头进入压杆的环形槽，微动开关断开，发出信号给控制系统（图中未给出），在压杆离开工件后，把工件送入合格品槽。
如工件内径尺寸小于合格的最小直径时（图15b），压杆的探头进入内孔深度不够，微动开关闭合，发出信号给控制系统，使工件进入废品槽。
如工件内径尺寸大于允许的最大直径时（图15c），微动开关仍闭合，控制系统将工件送入另一废品槽。
驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。
1—工件2—带探头的压杆3—微动开关
a）内径尺寸合格b）内径尺寸太小c）内径尺寸太大
图垫圈内径检测过程
具体设计要求见下表。
表平垫圈内径检测装置设计数据
方案号
（学号）
被测钢制平垫圈尺寸
电动机转速
r/min
每次检测时间
s
公称尺寸mm
内径
mm
外径
mm
厚度
mm
A（15）
10
10.5
20
2
1440
5
B（16）
12
13
24
2.5
1440
6
C（17）
20
21
37
3
1440
8
D（18）
30
31
56
4
960
8
E（19）
36
37
66
5
960
10
4.2设计要求
1.要求设计该检测装置的推料机构、控制止动销的止动机构、压杆升降机构。
一般应包括凸轮机构、平面连杆机构以及齿轮机构等常用机构。
该装置的微动开关以及控制部分的设计本题不作要求。
猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。
2.设计垫圈内径检测装置的传动系统并确定其传动比分配。
3.画出机器的机构运动方案简图和运动循环图。
4.设计平面连杆机构。
并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图。
5.设计凸轮机构。
确定运动规律，选择基圆半径，计算凸轮廓线值，校核最大压力角与最小曲率半径。
绘制凸轮机构设计图。
锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。
6.设计计算齿轮机构。
7.编写设计计算说明书。
8.学生可进一步完成检测装置的计算机动态演示。
4.3设计提示
1.由于止动销的动作与压杆升降动作有严格的时间匹配与顺序关系，建议考虑使用凸轮轴解决这个问题。
2.推料动作与上述两个动作的时间匹配不特别严格，可以采用平面连杆机构，也可以采用间歇机构。
题目5高位自卸汽车
5.1设计题目
目前国内生产的自卸汽车其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下，卸货高度都是固定的。
若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较高些，目前的自卸汽车就难以满足要求。
为此需设计一种高位自卸汽车（图5-1），它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货（图5-2,图5-3）。
構氽頑黉碩饨荠龈话骛。
设计要求和有关数据为:
图5-2高位自卸汽车卸货
1.具有一般自卸汽车的功能。
2.在比较水平的状态下,能将满载货物的车厢平
稳地举升到一定的高度，最大升程Smax见表18。
图5-1自卸汽车
3.为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移（图23）。
车厢处于最大升程位置时，其后移量a见表18。
为保证车厢的稳定性，其最大后移量amax不得超过1.2a。
輒峄陽檉簖疖網儂號泶。
4.在举升过程中可在任意高度停留卸货。
图5-3自卸车厢倾斜角度
5.在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开；卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭。
尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。
6.举升和翻转机构的安装空间不超过车厢底部与大梁间的空间，后厢门打开机构的安装面不超过车厢侧面。
7.结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好的动力传递性能。
表5-1设计数据
方案号
车厢尺寸（L×W×H）
mm
Smax
mm
a
mm
W
kg
Lt
mm
Hd
mm
A（20）
4000×2000×640
1800
380
5000
300
500
B（21）
3900×2000×640
1850
350
4800
300
500
C（22）
3900×1800×630
1900
320
4500
280
470
D（23）
3800×1800×630
1950
300
4200
280
470
E（24）
3700×1800×620
2000
280
4000
250
450
F（25）
3600×1800×610
2050
250
3900
250
450
5.2设计任务
1.高位自卸汽车应包括起升机构，翻转机构和后厢门打开机构。
2.提出2至3个方案。
主要考虑满足运动要求、动力性能、制造与维护方便、结构紧凑等方面的因素，对方案进行论证。
确定最优方案。
识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。
3.画出最优方案的机构运动方案简图和运动循环图。
4.对高位自卸汽车的起升机构，翻转机构和后厢门打开机构，进行尺度综合及运动分析，求出各机构输出件位移、速度、加速度，画出机构运动线图。
凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。
5.编写设计计算说明书。
6.完成高位自卸汽车的模型实验验证。
5.3设计提示
高位自卸汽车中的起升机构、翻转机构和后厢门打开机构都具有行程较大，做往复运动及承受较大载荷的共同特点。
齿轮机构比较适合连续的回转运动，凸轮机构适合行程和受力都不太大的场合。
所以齿轮机构与凸轮机构都不太合适用在此场合。
连杆机构比较适合在这里的应用。
恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。
6.1设计题目
设计某自动生产线的一部分——步进送料机。
如图25所示，加工过程要求若干个相同的被输送的工件间隔相等的距离a，在导轨上向左依次间歇移动，即每个零件耗时t1移动距离a后间歇时间t2。
考虑到动停时间之比K=t1/t2之值较特殊，以及耐用性、成本、维修方便等因素，不宜采用槽轮、凸轮等高副机构，而应设计平面连杆机构。
鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。
具体设计要求为：
1、电机驱动，即必须有曲柄。
2、输送架平动，其上任一点的运动轨迹近似为虚线所示闭合曲线（以下将该曲线简称为轨迹曲线）。
3、轨迹曲线的AB段为近似的水平直线段，其长度为a，允差±c（这段对应于工件的移动）；轨迹曲线的CDE段的最高点低于直线段AB的距离至少为b，以免零件停歇时受到输送架的不应有的回碰。
有关数据见表19硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。
1步进送料机
4、在设计图中绘出机构的四个位置，AB段和CDE段各绘出两个位。
需注明机构的全部几何尺寸。
表1设计数据
方案号
a
mm
c
mm
b
mm
t1
s
t2
s
A（26）
300
20
50
1
2
B（27）
300
20
55
1
2
C（28）
350
20
50
1
3
D（29）
350
20
55
1
3
E（30）
400
20
50
2
4
F（31）
400
20
55
2
4
6.2设计任务
1.步进送料机一般至少包括连杆机构和齿轮机构二种常用机构。
2.设计传动系统并确定其传动比分配。
3.图纸上画出步进送料机的机构运动方案简图和运动循环图。
4.对平面连杆机构进行尺度综合，并进行运动分析；验证输出构件的轨迹是否满足设计要求；求出机构中输出件的速度、加速度；画出机构运动线图。
阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。
5.编写设计计算说明书。
6.完成步进送料机的模型实验验证。
6.3设计提示
1.由于设计要求构件实现轨迹复杂并且封闭的曲线，所以输出构件采用连杆机构中的连杆比较合适。
2.由于对输出构件的运动时间有严格的要求，可以在电机输出端先采用齿轮机构进行减速。
如果再加一级蜗杆蜗轮减速，会使机构的结构更加紧凑。
氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。
3.由于输出构件尺寸较大，为提高整个机构的刚度和运动的平稳性，可以考虑采用对称结构（虚约束）。
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