机械原理课程设计.docx
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机械原理课程设计
机械原理课程设计
机械原理创新设计活动是培养学生的创新意识和机械创新设计能力的重要形式,近年来我校通过机械原理课程设计改革，逐渐形成了以创新意识和实践能力培养为中心目标开放式机械原理创新设计及其评价体系。
机械原理创新设计题目来源有主体性题目、自选题目和现有题目选择等几种形式，学生自由组织后进行小组合作设计，在两周内完成功能原理及方案设计，在后续的开放设计环节中根据对设计的评价完成其他相关设计内容并制作模型。
通过机械原理创新设计环节，可使学生比较全面、系统地掌握和深化机械原理基本原理和设计方法，培养学生的创新意识，应用创新原理和创新技法进行简单机械系统设计的能力，为能设计复杂的机械系统、成为优秀的机械系统设计者和创新性人才打下良好基础。
1．机械原理创新设计的题目与要求
1．1设计题目
机械原理创新设计有短期2周的创新设计和长期开放性的创新设计两种模式，学生可自由选择。
开放性的创新设计可向后续的实践教学环节延续，如机械原理课程设计形成的功能原理方案可在机械设计课程设计中继续进行技术设计，完成模型以至样机设计。
机械原理创新设计的题目有三个来源，如表1。
表1机械原理创新设计的题目来源
任务来源
特点
适用对象
给定任务书（组）
（在题目表中选取）
一般比较简单，任务和功能创新点比较明确。
设计者可从任务或题目组中选择，可独立设计，也可多人协作设计。
设计日程确定。
2周的创新设计。
给定设计主题
设计者需要在限定的主题范围内通过经验或调研确定设计对象，经过调研与可行性论证后确定任务书。
任务的明确需要较复杂的过程，任务量的大小由所设计机械的具体性能和创新点确定。
根据实际情况可作技术设计，一般需要作模型或样机。
2周的创新设计，开放性创新设计。
自定设计目标
同给定设计主题的任务一样需要设计者自行确定功能、创新点和任务书，任务量与任务书相关。
同时设计者需要制定相应的设计日程，根据实际情况可作技术设计、模型或样机。
开放性创新设计
1．2设计要求
无论参加何种创新设计活动，课程设计包括调研分析、功能原理分析、机械系统运动方案设计、常用机构运动设计、相关运动学和动力学计算分析、撰写设计说明书，答辩等。
两周设计结束要求上交资料：
1）机构运动示意图及运动循环图（绘在一张A2图纸上）；
2）执行机构的运动尺寸综合（绘在一张A2图纸上）；
3）说明书一份，（不少于4000字）。
2机械原理创新设计的组织实施
根据教学计划、培养创新意识和实践能力的需要，为培养学生在创新设计中独立思考基础上的合作精神和增强师生之间的互动，学生可自由选择教师，学生按照自愿原则实行分组，一般每组以不少于3人且不多于5人为宜。
创新设计过程和时间分配请参考表2。
创新设计调研报告和可行性论证报告可在如表3和表4的基础上进行修改、补充后形成。
机械原理创新设计阶段性讨论会内容可参考表5，设计答辩评分表如表6。
表2机械原理创新设计过程和时间安排
设计过程
设计时间（天）
2周设计
开放性设计
布置与动员
0.5
0.5
设计主题讨论会
0.5
≤1.0
规划设计
调研
2（可选）
≤15
可行性论证
1（可选）
≤5
设计任务书
1（可选）
≤2
设计任务及功能创新讨论会
1
≤2
功能原理求解，绘制功能原理图
2
≤5
功能原理方案讨论会
0.5
≤2
编制运动循环图
1
≤3
执行机构尺度综合及特性设计
1
≤5
运动学设计与分析（包括计算机辅助设计）
1（可选）
≤5
动力学设计与分析（包括计算机辅助设计）
1（可选）
≤5
测、控系统设计分析（包括计算机辅助设计）
×
≤5
机械系统功能原理评价
0.5
≤2
创新设计实验
0.5（可选）
0.5（可选）
绘制机械系统运动简图
0.5
≤5
机械系统功能改进讨论会
0.5
≤2
编写功能原理设计阶段技术文件
1
≤3
技术设计
×
≤30
表3常用机械系统设计调研报告的形式与内容
报告组成
形式与内容
基本要求
标题
（1）规范格式：
基本格式为“××关于×××的调研报告”、“关于×××的调研报告”、“×××调研”等。
（2）自由式：
包括陈述式、提问式和正副题结合式三种。
机械系统设计用的调研报告，最好使用规范化的标题格式或自由式中正副题结合式标题。
为方便阅读，应当使用目录或索引形式列出报告部分的主要章节和附录。
注明标题、有关章节号码及页码。
内容
前言
（1）写明调研的目的或要解决的问题、调研时间和地点、范围以及人员组成等情况；
（2）写明调研对象的历史背景、大致发展经过、现实状况、主要特点、存在问题、客户要求等基本情况；
（3）简要介绍调查研究的方法。
要精练概括，直切主题。
要对待设计系统的历史、状况作出客观的评价，明确设计的必要性和意义。
主体
（1）准确阐明全部有关论据，包括问题的提出到引出的结论，论证的全部过程，分析研究问题的方法；
（2）提供决策者进行独立思考的全部调查结果和必要的信息，以及对这些情况和内容的分析评论，如调研设计与组织实施、调研情况简介、调研的主要统计结果简介、综合分析、数据资料汇总表等。
详述调研的基本情况、做法、经验以及分析所得的各种具体认识、观点和基本结论。
注意待设计的机械系统的功能现状及客户的需要。
结论
形成结论与建议，包括主要内容总结，提出如何利用已证明为有效的措施和解决某一具体问题可供选择的方案与建议。
预测可能遇到的风险、对策。
结论和意见要明确。
最好能对设计提出一些基本要求。
附件
对调查报告正文没有提及，但与正文有关必须说明的部分，或一些更祥尽的问题进行补充说明。
包括数据汇总表及原始资料背景材料和必要的工作技术报告。
资料翔实，数据要准确。
也可附查新报告。
表4常用机械系统设计可行性论证报告的形式与内容
名称
内容
要求
背景和意义
简要说明具体某机械系统设计的必要性和意义。
一般不超过400字。
查新
简要说明进行具体某机械系统的功能、现状、国内外的发展情况以及发展趋势，并通过查新提出设计的关键功能要求。
一般不超过500字。
可另附查新报告。
功能要求和关键难题
详细说明所设计的机械系统的功能要求，即要设计的相关内容，同时提出设计中可能遇到的难题，并对其解决的可能性进行预测。
要多关注系统功能中的关键功能。
预期目标
对功能原理或结构的主要技术、经济指标、应用前景等作相应的预测。
定性的内容要详细，能定量的尽量定量。
提出设计任务书
设计任务书的内容包括设计目标、性能或参数要求、其他相关要求以及完成日期等。
设计任务书要详细，准确表达。
对关键功能的要求要定量。
设计计划
根据设计任务书及现有工作基础和条件，提出设计计划（包括人员、手段和经费使用等）。
设计计划周期不宜过长。
表5机械原理创新设计阶段性讨论会内容
讨论会名称
问题
设计主题讨论会
所设计对象的发展及现状和具体功能，提出新的功能要求，明确创新设计的创新点。
设计任务及功能创新讨论会
分析机械系统总功能和新功能之间的关系，讨论创新点对应的功能原理方案。
功能原理方案讨论会
根据创新设计的新功能的地位，建立相应的评价体系，选择优良的功能原理方案，并提出后续分析和设计的设想。
机械系统功能改进讨论会
经过系统分析后，分析所采用的功能原理方案的优点和不足，提出改进设想。
对未能求解或详细分析的部分作出说明。
答辩
以组为单位进行宣讲，回答教师和同学的问题。
总结设计，说明组员在设计中所起的作用。
确定是否作后续的设计。
机械原理创新设计成绩评议表
组号
小组成绩评定
指导教师评议
指导教师（签字）：
日期：
年月日
小
组
评
议
评议内容
优秀
良好
中等
及格
不及格
创新性
方案可行性
团队合作及设计过程
第一次讨论
第二次讨论
答辩
工作量
机械认知
小组成绩
个人成绩评定
小组成员特殊情况记录
综合
成绩
指导教师（签字）
创新能力
团队作用及考勤
图面质量
说明书
组员姓名
学号
良好
一般
良好
一般
较差
优秀
良好
中等
及格
不及格
优秀
良好
中等
及格
不及格
成绩评定说明
（1）每个学生的综合成绩为课程设计成绩，由小组成绩和个人在小组中的成绩共同确定；
（2）只有小组评议项目全为优秀的小组成绩可确定为优秀，未完成工作量或评议内容中有三项成绩为不及格的小组可确定为不及格；（3）小组成绩如果为优秀时组员成绩中优秀比例≥60％，为良好时30％≤优秀比例≤60％，为中等时20％≤优秀比例≤50％，为及格时优秀比例≤20％，为不及格时优秀比例为0且不及格率≥50％；（4）根据兰州理工大学实践教学环节规定，凡有违反规定且影响恶劣者成绩直接确定为不及格；教师签字需要工整签署全名，各项成绩用“√”填写，综合成绩按实践教学成绩规定书写。
兰州理工大学机电工程学院机械原理及零件教学部编制
附：
常见机械原理创新设计题目
附表1机械原理创新设计常见主题性题目实例
主题内容
实例说明
厨卫机械
如自动烤饼机、煎蛋器、折叠式包馅机、多功能切片机、制春卷机、面条机、多功能清洁器、洗碗机、洗菜机、自动去皮机等。
助残机械
如多功能自助轮椅、助残机械手、自动翻身病床、多功能助食装置等。
健身机械
如多功能跑步机、多功能划船训练健身器、腰腹肌肉训练器、双人运动脚踏车、智能游泳帽等。
康复机械
如偏瘫病人全关节运动促动康复器、肌肉按摩器人体脊椎矫正仪、视力康复仪、助听器、助声器等。
环卫机械
如多功能黑板擦、除雪器、便携式清扫器、自闭水龙头、污水处理器、“牛皮癣”清除机、智能吸尘器等。
玩具机械
翻筋斗小人、电动车、电动斗士、小恐龙、小狗等。
一般日用机械
多功能小车、多功能雨伞、袖珍打气筒、自动晒衣架、塑料粉碎机等。
安全与自救
高空逃生机、多功能面具等。
附表2机械原理创新设计题目
（1）
名称
酱类食品灌装机
功能要求
酱类食品因风味独特，深受广大消费者的喜爱，是餐饮酒店、居家旅行之佳品。
酱类食品灌装机的主要作用是将芝麻酱、花生酱、草莓酱、甜面酱、辣椒酱或蕃茄酱等食品装入酱料瓶中。
其主要工艺动作有：
1）将灌装物料输送至料斗（料腔）；
2）将空瓶或空罐送至多工位转盘，并能自动转位；
3）定量灌装；
4）压盖密封；
5）粘贴商标；
6）送出成品。
原始数据及设计要求
1）灌装物料：
芝麻酱、花生酱、草莓酱、甜面酱、辣椒酱或蕃茄酱等；
2）灌装能力：
（12~21）瓶/min；
3）每瓶酱净重：
（200~400）克/min；
4）定量灌装的工作行程50mm、加盖密封的工作行程60mm、粘贴商标工艺的工作行程60mm；
5）所需电机功率：
1.5、1.7、1.9、2.1kW；
电机同步转速：
1500r/min。
设计任务
1）按工艺动作要求拟定机构的运动循环图；
2）进行转盘间歇运动机构（自动转位机构）、定量罐装机构、压盖密封机构、粘贴商标机构的选型；
3）结合设计要求，比较各方案的优缺点，选定合理的机械运动方案；
4）按给定的电机和执行机构运动参数，拟定机械传动方案；
5）画出机械运动方案简图；
6）对传动机构和执行机构进行尺度设计；
7）完成设计计算说明书。
提示
1）为防止酱类食品变质，产品密封性要好，最好在密封后有一定的保压时间；
2）机构由同一电机驱动，转盘的转位应准确平稳，整体结构紧凑、性能可靠、操作简单、外形美观、制造方便。
附表3机械原理创新设计题目
（2）
名称
剥豆机
功能要求
将蚕豆浸泡后放在料斗内，通过振动下料后将蚕豆平放，并排列成头尾相接，然后将蚕豆送到切皮位置，将豆压住并切开头部的皮，最后拥挤压方法将豆挤出。
原始数据及设计要求
1）蚕豆长度：
20～25mm；
2）蚕豆宽度：
15～20mm；
3）蚕豆厚度：
6～8mm；
4）生产率：
80粒/min；
5）要求所设计的机器体积小、重量轻、压紧力可调、工作可靠、外形美观。
设计任务
1）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；
2）构思能实现上述动作要求的送料机构，压紧与切皮机构，挤压脱皮机构；
3）结合设计要求，比较各方案的优缺点，选定合理的机械运动方案；
4）根据选定的电动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案；
5）画出机械运动方案简图；
6）对传动机构和执行机构进行尺度设计；
7）完成设计计算说明书。
提示
1）剥豆机的主要工艺动作是送料、压豆切皮、挤压脱皮；
2）为了使蚕豆成横卧头尾排列，可以采用振动料斗上料，送料机构一般可采用间歇运动机构；
3）压紧切皮机构最好用联动组合机构，为了保证压力不过大，可在压头处加一个刚度合适的弹簧，利用两轧辊加压进行挤压脱皮，两轧辊之间的间隙一般比蚕豆的最小厚度略小。
附表4机械原理创新设计题目（3）
名称
巧克力糖包装机
功能要求
巧克力糖包装机是通过一系列机构的同步协调工作，对长方形、圆柱形、球形等各类巧克力糖进行包装。
原始数据及设计要求
1）产量：
100粒/min；
2）前冲头行程：
100mm；后冲头行程：
80mm；前、后冲头夹紧糖粒间距5mm；
3）电动机功率：
0.4kW；电动机转速：
1370r/min；
4）设计中要保证冲头接触和脱离糖粒时无冲击，运动平稳；
5）装进糖粒过程中前、后冲头接糖送糖的间歇动作要协调一致；
6）设计的机构性能要良好、结构简单、制造方便。
设计任务
1）按工艺动作要求拟定机构的运动循环图；
2）进行转盘间歇运动机构（自动转位机构）、定量罐装机构、压盖密封机构、粘贴商标机构的选型；
3）结合设计要求，比较各方案的优缺点，选定合理的机械运动方案；
4）按给定的电机和执行机构运动参数，拟定机械传动方案；
5）画出机械运动方案简图；
6）对传动机构和执行机构进行尺度设计；
7）完成设计计算说明书。
提示
1）巧克力糖包装机构包括盛糖斗输送糖粒机构、包装纸供应和下纸机构、装进机构、夹盘运动机构、扭结糖纸机构；
2）装进机构由前后两个冲头配合动作，将糖粒和糖纸夹紧送到夹盘的夹子中，夹盘将糖粒送到扭结糖纸机构进行糖果包装；
3）前冲头在固定的滑道上前后往复移动，可采用能扩大行程的六杆机构；
4）后冲头作前后有规则的摆动，实现接糖、送糖间歇装进糖果到夹盘的协调动作，可采用摆动凸轮机构；
5）前后冲头夹糖粒的松紧程度由前后冲头夹槽的间距确定，其松紧程度一般要求可调整。
附表5机械原理创新设计题目（4）
名称
书本打包机
功能要求
书本打包机将若干本一摞的书用牛皮纸包成一包，并在两端贴好封签。
基本功能要求有：
1）送书、推书；
2）送纸，裁纸；
3）折边包装；
4）粘合，贴签。
原始数据及设计要求
1）书摞宽度a＝130～140mm；高度b=180mm～220mm；
2）推书行程：
Ｈ＝400mm；
3）打包次数（主轴转速）：
n=10r/min；
4）为了保证工作安全，台面整洁，推书机构最好放在台面以下。
设计任务
1）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；
2）进行执行机构选型，实现执行构件运动要求；
3）对系统运动方案进行评价和选择；
4）确定原动机和执行机构运动参数，拟定系统运动方案；
5）绘制机械运动方案示意图；
6）对执行机构进行尺度设计；
7）编写设计说明书。
提示
1）要求推书执行构件的运动最好采用为间歇往复直线运动；
2）送纸机构建议采用橡胶摩擦轮传动，将纸自上而下的传送，传送定量距离后将纸裁断；
3）折边机构的执行构件可采用曲柄摇杆机构或摆动凸轮机构；
4）各执行构件交替动作，不能互相干涉和延迟，在设计中应考虑给与一定的余量。
附表6机械原理创新设计题目（5）
名称
自动制钉机
功能要求
自动制钉机是将一卷直径与铁钉直径相等的低碳钢丝加工为木工用大小型号不同的铁钉。
原始数据及设计要求
1）铁钉直径φ1.6～φ3.4mm；
2）铁钉长度25～80mm；
3）生产率360枚/min；
4）最大冷镦力3000N，最大剪断力2500N；
5）冷镦滑块质量为8kg，其他构件质量和转动惯量不计；
6）要求所设计的结构紧凑、传动性能优良、噪声尽量减小。
设计任务
1）执行机构选型与设计要构思出至少3种运动方案，并在说明书中画出运动方案草图，经对所有运动方案进行分析比较后，选择其中你认为比较好的方案进行详细设计，该机构最好具有急回运动特性；
2）对选择的方案画出机构运动循环图；
3）对传动系统进行设计；
4）对选择的方案进行尺度设计；
5）绘制机械运动方案示意图；
6）完成设计计算说明书。
提示
1）自动制钉机的主要功能有校直钢丝并按节拍要求间歇地输送到装夹工位、冷镦钉帽、冷挤钉尖、剪断钢丝；
2）送丝校直机构，要求使送丝与校直动作合二为一来考虑机构型式，同时应附加夹紧机构，在送丝时放松，其余时间夹紧。
送丝校直机构可考虑采用间歇运动机构带动摆动爪，摆动爪压紧钢丝并送丝校直。
夹紧机构利用联动关系开合；
3）冷镦钉帽机构，可以采用移动或摆动式冲压机构，一般可用平面六杆机构或四杆机构，其移动、摆动的行程在25mm左右为宜。
为了减小电动机容量和机械速度波动可加装飞轮；
4）冷挤和剪断机构在性能要求上与冷镦机构相同，因此采用机构也十分类似；
5）由于机构较多，相互动作协调十分重要，尽量考虑将各执行机构的原动件固连在一个主轴上。
附表7机械原理创新设计题目（6）
名称
自动三面切书机
功能要求
自动三面切书机的主要功用是切去书籍的三个余边。
原始数据及设计要求
1）被切书摞宽高度260mm×185mm×90mm，质量为5kg；
2）推书行程370mm，压头行程为400mm，侧刀行程为350mm，横刀行程为380mm；
3）生产率6摞/min；
4）要求选用的机构简单、轻便，运动灵活可靠。
设计任务
1）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；
2）进行执行机构选型，实现执行构件运动要求；
3）对系统运动方案进行评价和选择；
4）确定原动机和执行机构运动参数，拟定系统运动方案；
5）绘制机械运动方案示意图；
6）对执行机构进行尺度设计；
7）编写设计说明书。
提示
1）自动三面切书机系统由送料机构、压书机构、侧刀机构和横刀机构四部分组成；
2）推书运动建议考虑间歇往复直线运动，压头机构的压头也作间歇往复运动；
3）侧刀为两把，分别切除书籍的上下两边。
附表8机械原理创新设计题目（7）
名称
平压模切机
功能要求
平压模切机是实现对各种规格的纸板、厚度在4mm以下的瓦楞纸板，以及各种高级精细的印刷品进行压痕、切线、压凹凸。
经过压痕、切线的纸板，用手工或机械沿切线出去掉边料后，沿压出的压痕可折叠成各种纸盒、纸箱，或制成凹凸的商标。
原始数据及设计要求
1）上模固定，下模向上移动的行程长度H＝（50±0.5）mm，回程的平均速度为工作行程的平均速度的1.3倍；
2）工作行程的最后2mm范围内受到生产阻力Pr＝2×106N，回程时不受力。
下模和滑块的质量共约120kg；
3）半自动平压模切机的生产率：
3000张／小时；
4）工作台面离地面的距离1200mm；
5）要求设计的机构性能良好、结构简单紧凑、节省动力、寿命长、便于制造。
设计任务
1）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；
2）拟定实现运动要求的运动方案，并进行分析评价和选择；
3）确定原动机和执行机构运动参数，拟定系统运动方案；
4）绘制机械运动方案示意图；
5）对选定的运动方案进行尺寸综合；
6）完成机构的运动分析，绘出喷枪的运动位移及速度曲线；
7）编写设计说明书。
提示
1）主要工艺动作有两个：
自动送料和进行冲压模切；
2）走纸机构可采用双列链传动，横切机构可采用六杆冲压机构；
3）冲压机构要求急回并节省动力。
附表9机械原理创新设计题目（8）
名称
压片机
功能要求
将不加粘结剂的干粉料压制成h圆型片坯。
原始数据及设计要求
1）被压工件的外形是直径34mm，厚度5mm的圆形片坯。
2）冲头压力为15t（150000N）。
3）生产率为15片/min。
4）机器运转不均匀系数为10%。
5）驱动电机的功率为2.2kW，940r/min。
6）各执行构件的运动参数为：
①上冲头行程：
90～100mm；
②下冲头5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；
③粉筛3在模具1的上方往复振动筛料，然后向左退回，等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。
设计任务
1）根据工艺动作顺序和协调要求拟订运动循环图；
2）进行上冲头、下冲头和料筛三个执行机构的选型；3）选择原动机及传动机构；
4）机械运动方案的评定和选择；
5）画出机械运动方案简图；
6）对传动机构和执行机构进行运动尺寸综合及运动和动力分析；
7）编写设计说明书。
提示
1）上冲头的加压机构需完成减速、运动交替和转换、停歇和增力的功能；
2）下冲头的运动机构的位移量比上冲头小，但运动规律复杂；
3）粉筛驱动机构的运动含有振动动作。
附表10机械原理创新设计题目（9）
名称
锁梁自动成型机
功能要求
“锁梁”为挂锁的一个零件，U形状。
锁梁自动成型机的功能是将金属材料自动加工成“锁梁”。
原始数据及设计要求
1）能够实现连续自动生产；
2）生产能力为10件/min；
3）加工质量要达到规定的技术要求；
4）机械系统运动方案应力求简单、可靠。
设计任务
1）根据工艺动作顺序和协调要求拟订运动循环图；
2）进行各执行机构的选型；
3）选择原动机及传动机构；
4）机械运动方案的评定和选择；
5）画出机械运动方案简图；
6）对传动机构和执行机构进行运动尺寸综合及运动和动力分析；
7）编写设计说明书；
提示
为将金属材料加工成图6.69所示零件，可采用直径与零件外径相同的圆形卷料，加工出沟槽和扳弯即可。
将金属卷料加工成锁梁的总功能包括如下分功能：
1）金属
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