《机械原理》课程设计指导书06.docx
《《机械原理》课程设计指导书06.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《机械原理》课程设计指导书06.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
《机械原理》课程设计指导书06
《机械原理》
课程设计指导书
专业班级：
车辆工程2008
指导教师：
曹冲振
2011年7月
目录
一、课程设计的目的…………………………………………………………………………1
二、课程设计基本要求………………………………………………………………………1
三、设计内容与步骤…………………………………………………………………………1
四、设计题目及分组…………………………………………………………………………2
1．第一组…………………………………………………………………………………2
2．第二组…………………………………………………………………………………5
3．第三组…………………………………………………………………………………6
4．第四组…………………………………………………………………………………7
5．第五组…………………………………………………………………………………8
6．第六组…………………………………………………………………………………9
7．第七组…………………………………………………………………………………10
五、考核方法…………………………………………………………………………………11
一、课程设计的目的
课程设计是本科教学计划的一个重要环节，是落实本科教育培养目标的重要组成部分。
其主要目的是培养学生综合运用课程所学知识和技能，理论联系实际，独立分析、解决实际问题的能力，是学生从事本专业工程技术和科学研究工作的基本训练。
1.课程设计属于《机械原理》课程的延续，通过设计实践，进一步学习掌握机构设计的一般方法。
2.培养综合运用所学机构一般理论与各种机构解决实际问题的能力。
3.培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。
4.提高技术总结及编制技术文件的能力。
5.是毕业设计教学环节实施的技术准备。
二、设计基本要求
1.为提高设计自己分析问题和解决问题的能力，应独立完成所布置的设计任务；
2.在设计过程钟应有严谨的态度和科学的工作方法，结合所给定的具体生产条件拟定合理的原理方案；
3.在设计中学会运用教材、参考书、机构手册等技术资料，应进行必要的设计计算和验算，保证所选择的技术方案正确合理。
4.设计图纸应符合相关国家制图标准，图面整洁，视图完整的要求，设计说明书需用术语，文字通顺简练，字迹工整。
。
设计完成时应提交以下资料：
方案原理图（A3图纸）至少1张或1套（须计算机绘图）
课程设计说明书1份
课程设计题目由指导教师指定，按教学计划规定，机械原理课程设计总学时一般为5天，其进度及时间大致分配如下：
1.小组讨论可行的方案，小组成员独立进行具体方案设计；（1.5天）
2.绘制原理图（A3）；（1.5天）
3.整理设计说明书；（1.5天）
4.答辩。
（0.5天）
三、设计内容与步骤
小组根据选择的题目，提出各种实现方案，并确定出方案的优劣，然后根据自己题目独立完成设计内容，小组中每位同学要采用不同方案。
1.小组讨论可行性方案
每个人提出自己的观点，可以查阅资料（资料自己从图书馆借阅），同学之间相互讨论，集思广益，逐步形成自己的机构方案。
2.自己独立进行具体方案设计，并绘制图纸
根据机构方案，对机构进行详细设计，主要是运动可行性、运动规律是否符合设计要求、机构受力特点等。
图纸绘制要规范（参考相关资料）、布局要合理、图面要整洁。
3.整理设计说明书
学生在完成上述全部工作后，应将前述工作根据前后顺序编写设计说明书1份，特别要注重原理方案的比较与选择。
对设计各部分的重点内容应有详细说明、分析及论证，要进行必要的计算和验算。
说明书要求字迹工整，语言简练，文字通顺，条理清楚，层次分明。
要求学生统一到教材科购买《山东科技大学设计说明书》，设计说明书书写应不少于15页。
说明书应包括以下内容：
（1）设计原始资料、任务和要求
（2）目录（应编写页码）
（3）设计进度及安排
（4）运动方案的工作原理分析与比较
（5）方案的运动学（及动力学）分析
（6）方案优缺点的分析或方案对比
（7）设计小结
（8）参考文献
文献参考格式：
[1]孙桓，陈作模.机械原理[M].7版.北京：
高等教育出版社，2006
[2]邓宗全，张朋，胡明，高海波.轮式行星探测车移动系统研究状况综述及发展态势[J].机械设计，2008，25
（1）：
1-5
[3]曹冲振、马培荪、王凤芹、高雪官等.铰接菱形多杆机构式升降装置[P]：
中国，ZL200420020715，2005-03-23
四、设计题目及分组：
1.第一组：
（1）设计题目：
洗瓶机推瓶机构设计
洗瓶机主要由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。
如图1所示，待洗的瓶子放在两个同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转。
当推头M把瓶子向前推进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净。
当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。
图1洗瓶机工作示意图
洗瓶机的技术要求见下表。
方案号
瓶子尺寸
（直径×长）
（mm）
工作行程
（mm）
生产率
（个/s）
急回系数
K
电动机转速
（r/min）
A
Φ100×200
600
15
3
1440
B
Φ80×180
500
16
3.2
1440
C
Φ60×150
420
18
3.5
960
D
Φ100×200
600
18
3.5
1440
E
Φ80×180
500
15
3.2
1440
F
Φ60×150
420
16
3
960
（2）设计任务
1）洗瓶机应包括齿轮、平面连杆机构等常用机构或组合机构。
学生应提出两种以上的设计方案并经分析比较后选定一种进行设计。
2）设计传动系统并确定其传动比分配。
3）绘制机器的机构运动方案简图和运动循环圈。
4）设计组合机构实现运动要求，并对从动杆进行运动分析。
也可以设计平面连杆机构以实现运动轨迹，并对平面连杆机构进行运动分析，绘出运动线图。
若采用凸轮机构，要求用解析法设计凸轮。
5）其他机构的设计计算。
6）编写设计计算说明书。
（3）设计提示
分析设计要求可知：
设计的推瓶机构应使推头M以接近均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱离瓶子，然后推头快速返回原位，准备第二个工作循环。
根据设计要求，推头M可走图2所示轨迹，而且推头M在工作行程中应作匀速直线运动，在工作段前后可有变速运动，回程时有急回特性。
图2推头M运动轨迹
对这种运动要求，若用单一的常用机构是不容易实现的，通常要把若干个基本机构组合起来，设计组合机构。
在设计组合机构时，一般可首先考虑选择满足轨迹要求的机构（基础机构），而沿轨迹运动时的速度要求，则通过改变基础机构主动件的运动速度来满足，也就是让它与一个输出变速度的附加机构组合。
实现本题要求的机构方案有很多，可用多种机构组合来实现。
1）凸轮—铰链四杆机构方案
如图12所示，
图12凸轮—铰链四杆机构方案
铰链四杆机构的连杆2上点M走近似于所要求的轨迹，点M的速度由等速转动的凸轮驱动构件3的变速转动来控制。
由于此方案的曲柄1是从动件，所以要注意采取度过死点的措施。
2）五杆组合机构方案
确定一条平面曲线需要两个独立变量。
因此具有两自由度的连杆机构都具有精确再现给定平面轨迹的特征。
点M的速度和机构的急回特征，可通过控制该机构的两个输入构件间的运动关系来得到，如用凸轮机构、齿轮或四连杆机构来控制等等。
图13所示为两个自由度的五杆低副机构，l、4为它们的两个输人构件，这两构件之间的运动关系用凸轮、齿轮或四连杆机构来实现，从而将原来
两自由度机构系统封闭成单自由度系统。
图13五杆组合机构方案
3）凸轮—全移动副四杆机构
图14所示为全移动副四杆机构是两自由度机构，构件2上的点M可精确再现给定的轨迹，构件2的运动速度和急回特征由凸轮控制；这个机构方案的缺点是因水平方向轨迹太长，造成凸轮机构从动件的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大。
图14凸轮—全移动副四杆机构的方案
4）用优化方法设计铰链四杆机构
可用数值方法或优化方法设计铰链四杆机构，以实现预期的运动轨迹（如图9.3所示）。
运动轨迹的具体数值由设计者画图确定，一般不要超过9个点的给定坐标值。
2.第二组：
（1）设计题目：
设计罐装机运动机构
（2）设计要求
如图3所示，喂料摆筒在A、B两位交替喂料。
在A、B两工位分别停歇a秒，摆动所需时间为b秒。
喂料嘴在喂料摆筒摆动时关闭。
A、B所在的两工作台的动作和喂料摆筒的动作匹配。
如用平面凸轮机构，须设计出工作廓线方程，如用间歇机构，须对其主要参数进行计算。
图3
（3）原始数据
数据组编号
A
B
C
D
E
F
G
a（s）
0.5
0.5
0.5
0.6
0.6
0.8
0.8
b（s）
0.25
0.3
0.5
0.4
0.6
0.2
0.4
3.第三组：
（1）设计题目：
高位自卸汽车
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3），它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货（图4,图5）。
（2）设计要求
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见下表。
3）为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移（图5）。
车厢处于最大升程位置时，其后移量a见下表。
为保证车厢的稳定性，其最大后移量amax不得超过1.2a。
图4自卸汽车图5高位自卸汽车卸货
方案号
车厢尺寸（L×W×H）
mm
Smax
mm
a
mm
W
kg
Lt
mm
Hd
mm
A
4000×2000×640
1800
380
5000
300
500
B
3900×2000×640
1850
350
4800
300
500
C
3900×1800×630
1900
320
4500
280
470
D
3800×1800×630
1950
300
4200
280
470
E
3700×1800×620
2000
280
4000
250
450
F
3600×1800×610
2050
250
3900
250
450
4）在举升过程中可在任意高度停留卸货。
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。
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。
7）结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好的动力传递性能。
（3）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。
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。
5）编写设计计算说明书。
（4）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。
4.第四组：
（1）设计题目：
设计一个工件移送机构（包括机械手）
（2）设计要求
如图6所示，甲、乙两个工作台与工件（长方体a×b×h）的位置关系，设计一个机构（包括机械手）能把工件从甲工位拿到乙工位。
提出方案，分析比较，确定方案后，对所采用的方案绘制运动循环图，并进行运动学分析。
图6
（3）原始数据
数据组编号
A
B
C
D
E
F
G
a（mm）
50
50
60
40
50
40
50
b（mm）
150
100
150
100
80
100
120
h（mm）
150
150
200
150
150
200
200
L1（mm）
500
750
600
500
500
600
750
L2（mm）
1000
1250
1200
1000
1000
1100
1100
5.第五组：
（1）设计题目：
设计一个工件移送机构（包括机械手）
（2）设计要求
如图7所示，A、B两个工作台与工件（圆柱体Φr×h）的位置关系，设计一个机械手能把工件从A工位拿到B工位，并且翻转180º。
提出方案，分析比较，确定方案后，对所采用的方案绘制运动循环图，并进行运动学分析。
（3）原始数据
工件尺寸及位置尺寸是：
数据组编号
A
B
C
D
E
F
G
r（mm）
40
30
50
40
50
40
30
h（mm）
150
150
200
100
200
150
200
RA＝RB（mm）
300
300
400
500
500
400
400
L（mm）
1000
1100
1200
1300
1400
1200
1100
图7
6．第六组：
（1）设计题目：
设计一个四杆机构用于汽车转向机构
某车辆的转向是通过铰链四杆机构OAABOB驱使前轮转动来实现的（两前轮分别与两连架杆OAA、BOB相连），如图8所示。
图8
当车辆沿直线行驶时（转弯半径R＝∞），左、右两轮轴线与机架OAOB成一直线；当拐弯时，理论上要求两前轮轴线的延长线的交点O，能落在后轴的延长线上，如图示（这样，整个车身就绕O点转动，四轮都能与地面作纯滚动，以减少轮胎的磨损）。
因此，根据不同的弯道半径R，就要求左右两轮轴线（即两遥杆OAA、BOB）分别转过不同的角度φ和ψ，其关系如下：
如图左拐时，有
，
则φ和ψ的函数关系为
同理，右拐时，由于对称性，所以有
，故四杆机构OAABOB的设计应尽量满足以上转角要求。
（2）设计要求
要求车辆直线行驶时，铰链四杆机构左右对称，以保证左右拐弯时具有相同的特性。
其中L=1900mm，W=957mm，最小转弯半径Rmin分别入下表。
试设计此铰链四杆机构，其角度φ和ψ尽可能使四轮都能与地面作纯滚动，以减少轮胎的磨损，并分析此四杆机构与理论状态的误差，以及用解析法或图解法检验机构在常用转角范围φ≤20°时的最小传动角γmin。
（3）原始数据
数据组编号
A
B
C
D
E
F
G
Rmin
957
960
963
966
969
972
975
7.第七组
（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9中，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。
图9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7。
表7旋转型灌装机技术参数
方案号
转台直径
mm
电动机转速
r/min
灌装速度
r/min
A
600
1440
10
B
600
1440
12
C
550
1440
10
D
550
1440
12
E
500
960
12
F
500
960
10
（2）设计任务
1）旋转型灌装机可包括连杆机构、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）绘制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）图解法或解析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，对盘状凸轮要设计出其廓线方程。
6）齿轮机构的设计计算。
7）编写设计计算说明书。
（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。
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。
五、考核方法
课程设计的全部图纸及说明书均应经指导教师审查签字后，方可参加答辩，未经指导教师审查签字的同学不能参加答辩。
由指导教师组织答辩，设计者本人首先对自己的设计进行5分钟的讲解，然后回答指导老师的提问。
答辩总时间约为5-10分钟。
课程设计成绩根据平时的工作情况（考勤、进度完成情况等），图纸的质量，说明书的书写情况，独立完成设计的能力以及答辩情况综合评定。
答辩成绩定为五级：
优秀、良好、中等、及格和不及格。
升级会员 