机械原理课程设计产品设计及计算说明书Word下载.docx

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1、系统运动方案设计的构想其一3

1）开关门机构的设计3

2）开关门锁机构的设计4

3）凸轮驱动4

2、系统运动方案设计的构想其二4

3、方案比较5

4、协调性设计5

三、传动系统设计5

1、总体说明5

2、原动机的选择6

3、总传动比的计算6

四、执行系统机构的设计计算7

1、四连杆机构基本参数计算7

2、四连杆机构极位夹角校核8

3、四连杆机构压力角及死点位置校核8

4、开锁机构尺寸的设计9

5、开锁机构的改进10

五、课程设计的收获与体会10

六、参考文献11

附：

机构系统运动简图12

一、设计任务

1、设计题目

宿舍远远距离开关门锁机械系统方案设计

2、工作原理及工艺动作过程

利用平面铰链四杆机构及及其组合机构实现具有正常开门关门及开关门锁的功能机械系统，在开门之前实现门锁打开，在关门之前实现门锁关闭，整个系统由一个原动件只有一个，由电机或者手动提供动力，循环往复完成一套工艺动作。

3、原始参数及设计要求

以宿舍门及周围环境结构为基本参照，具体数值在表1中附出，要求机构参数符合实际布置的环境条件约束，要求开关门实现较为精确的门与门框配合，并且开门最大角度大于90º

，对门锁的开关只要求可以实现其基本功能，锁销在开锁过程中移动距离大于1.5cm。

表1

项目

门宽

门锁高度

门框右边距墙壁距离

门框平面距床边距离

参数

90cm

140cm

120cm

二、运动方案设计的构想

1、系统运动方案设计的构想其一

1）开关门机构的设计

如图1示，利用平面铰链四杆机构实现，具体参数计算在后面附出

图1

2）开关门锁机构的设计

如图2示，利用凸轮高副实现门锁的开关

图2

3）凸轮驱动

如图3，杆2转动带动滑块移动，滑块推动齿条，齿条将运动传递给凸轮，带动凸轮转动，从而实现门锁的开关。

图3

2、系统运动方案设计的构想其二

如图4所示，门锁的开关直接通过滑块实现。

图4

3、方案比较

如上所述，方案一的优点在于利用凸轮机构可以更精确地实现门锁的开关，但是实现起来较为复杂，而且显得过于繁琐。

两个方案大同小异，比较之下方案二显然更加简洁方便，于是综合优缺点选择方案二作为本次课程设计的最终方案。

（以上只是初步的原理设计，系统还有一个需要解决的问题，当门初开时，要求先将门锁打开，需要重新设计机构，这将在后续详细设计中给出，这里旨在说明机构系统的基本原理）

4、协调性设计

表2

主轴转角

0º

30º

90º

180º

270º

360º

门

关

关开

开关

锁

由于开门过程中，先开锁，然后再打开门所以要求在主轴先转动30度时，在此期间门依然保持关闭状态，而锁打开；

在关门过程中，由于锁是弹簧设计无须考虑是否锁需要后锁上。

3、传动系统设计

1、总体说明

系统需要给执行机构一定的力矩实现开关门锁，系统的最终动力源自电动机或者手动力量，而要实现远距离开关门锁，故构想通过涡轮蜗杆传动，这样可以达到较高的传动比，一则可以手动时省力，二则便于实际中应用电机实现开关门锁。

2、原动机的选择

实现开门机构的是平面铰链四杆机构，在运动方案中设计其应为曲柄摇杆机构，因此原动件选择为图4中的杆1，但是由于环境因素的考虑，并不是直接在原动件上加动力源，而是通过另外的机构将动力传递过来。

3、总传动比的计算

传动机构设计如图5所示，取系统传动比20，蜗杆头数取在

=1，则涡轮齿数为

=20.

对蜗杆，取模数m=2，分度圆直径

=22.4mm。

则

齿顶高

=m=2mm，

齿根高

，

齿顶圆直径

齿根圆直径

蜗杆轴向齿距

对涡轮，

分度圆直径

，齿根高

径向间隙

中心距

。

图5

4、执行系统机构的设计计算

1、四连杆机构基本参数计算

由于设计需要保证杆2与杆3的一定相对角度变动（图3），实现滑块的一定位移，即需要保证该平面四杆机构一定的极位夹角θ，这里取θ>

=30º

如下图所示，机架长度为50cm与墙面夹角取45度，取代表门的杆3长度为60cm，此处设计要求门开合最大角度为120º

，下面给出杆1与杆2长度的计算过程：

图6

记杆三长度a=60cm，机架长度b=50cm；

=17.6543cm；

=101.6854cm；

；

得

x=42.01555cm，

y=59.66985cm

并且由几何关系得到极位夹角θ=88º

2、四连杆机构极位夹角校核

如图6所示，门处于关闭位置时杆2与门的夹角为20º

，在门开到极限位置时杆2与门的夹角为48度，杆1由第一个极限位置顺时针旋转30º

后杆2与门

的夹角为8º

，逆时针旋转30º

后杆2与门的夹角为42º

对于开关门而言，存在极位夹角，表明具有急回特性，考虑到实际应用使开门速度较快而关门速度较慢，即让杆1的顺时针转动定义为开门行程，逆时针转动定义为关门行程。

于是在开门的过程中，主动件杆1顺时针旋转30º

杆2与门的夹角由20度变为8º

，开锁机构的尺寸也是依据此处计算。

图7

3、四连杆机构压力角及死点位置校核

如图7所示，在主动杆1与机架分别重合的两个位置时机构压力角分别为82º

和5º

，可以看出机构最大压力角为82º

，虽然要求一般机械许用压力角

，但是由于机构是低速低功率机械，故机构设计的压力角在功能实现方面对机构整体设计是合适的。

图8

4、开锁机构尺寸的设计

如图8所示，设计杆2上连杆中心距A为24cm，其长度25cm，这样可以保证不影响门的开关，同时在门关闭时（即第一个极限位置）B距A为46.0733cm，在杆1顺时针转过30º

之后，B距A为48.6678cm，由于实际锁销伸出长度小于1.5cm，可见设计中B相对A移动距离2.5945cm满足开锁的要求。

图9

5、开锁机构的改进

如图10所示，B为在杆1顺时针转动30º

后之前设计的机构滑块的实际位移，这种情况下，要求门已经打开一定角度（如图10示）这显然是不可以的，于是设计为在杆1顺时针转动30º

后门依然保持为关闭状态，实现方法为让杆2伸长一定长度，经过作图计算可得到杆2长度在滑块位于A时长度为68.5283cm，此时滑块距离左端的距离为48.9539cm，整个过程中滑块移动2.8806cm，符合要求。

经过作图计算，此时设计跟之前不同的是这里开门的角度变成了109º

（如图10所示），但这依然是符合要求的。

图10

5、课程设计的收获与体会

可能由于专业原因。

在学习了二维的CAD软件之后，对三维的软件接触不多，对于制作动画等更是基本没有接触过，在本次课程设计中，由于完成课设的需要学习了Pro/ENGINEER软件。

其间遇到了很多问题，因为一点小小的问题可能会花上很久的时间，最后可能也只有请教同学才能完成，但是当学会了Pro/ENGINEER之后，发现想Solidworks之类的软件就一通百通了，这对以后的学习有很好的借鉴，也是对专业知识的一次最好的巩固。

对于课设的选题及相关计算，之前也想到过类似的机构，这次利用机械原理的知识来实现，让我们感受到了工科的强大魅力，对今后的职业发展方向有了更清晰地认识，突然觉得机械不是想象中那么枯燥乏味儿。

当然通过这次课程设计我们也深深感受到设计的不易，因为不管想象力多么丰富，最终要得里实现，其中还是要付出很多的努力，每当遇到细节问题，一旦是自己的知识、专业技能方面达不到要求时，学习能力以及时间的付出是十分必要的。

不过，同时也是从课设中，我们感受到设计的魅力，让我们更加又兴趣，更加有信心。

6、参考文献

[1]杨家军.机械原理.华中科技大学出版社.2009年

[2]常明.画法几何及机械制图.华中科技大学出版社.2009年

机构系统运动简图