机械原理课程设计说明书 2.docx
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机械原理课程设计说明书2
机械原理课程设计
说明书
设计题目：
包装机械
系：
机械
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
设计者：
指导老师：
2015年7月2日
一、课程设计目的····································1
二、课程设计意义·····································2
三、课程设计任务·····································2
四、课程设计的内容及要求·····························3
五、课程设计进度安排·································3
六、课程设计地点及时间安排···························3
七、答辩与评分标准···································3
八、准备工作·········································4
九、机械结构方案设计·································4
十、尺寸设计与计算·····································7
十一、运动曲线·········································8
十二、运动循环图·····································11
十三、结果讨论···································12
十四、课程设计总结·······································12
十五、参考书目·······································13
十六、教师评价·······································14
附录一·······························15
《机械原理与设计I》课程设计任务书
专业班级：
学号：
姓名：
指导教师：
一、课程设计目的
（1）通过课程设计，学会将理论知识运用于实际问题，并对以已学知识较全面的进行一次加深、巩固和整理。
（2）培养创新能力、独立分析和解决问题的能力。
（3）通过对一个简单的机械系统的机构类型的选择、机构间的连接配合、尺寸参数的确定以及运动参数的计算和确定，使学生对机构的分析设计过程有一定认识。
（4）加强学生对知识的运用能力，对资料查阅和工具书的运用能力以及，对于应用软件编程帮助分析运动参数的能力。
（5）提高学生绘图能力，使学生养成严谨的绘图习惯。
二、课程设计意义
由于生产技术的不断提高和社会的不断发展，机械生产的产品种类日益增多，对产品的机械自动化水平也越来越高。
因此需要运用创新设计来优化改进和设计更多机械运动方案。
此次课程设计能够使学生能初步得到拟定机械运动方案的一些简单基本的经验，并能对方案中的某些机构进行分析和设计，对某些较简单的工艺动作过程的机器进行机构运动简图设计。
对于机械类的学生有重要的实际意义。
三、课程设计题目
某包装机械有一工艺过程，需要将包装物品夹紧固定，然后冲压。
其工艺过程为：
推入物品夹紧冲压松夹四个过程。
要求设计执行机构满足此工艺过程
（物品尺寸a×b=80×80，单位：
mm）。
执行头位移曲线如下：
冲头运动曲线推头运动曲线
分组情况（供参考）
Φ
Φs
Φ'
H（cm）
h（cm）
分组
100o
100o
90o
20
20
1-6
110o
110o
80o
10
25
7-12
130o
90o
80o
15
30
13-18
100o
120o
80o
10
20
19-24
120o
90o
90o
20
25
25-30
四、课程设计的内容及要求
（1）根据给定条件、数据确定执行机构的运动方案（至少三种）。
（1.5天）
（2）比较上述几种方案，选出最优方案进行尺寸综合。
（1.5天）
按比例画出一张1#机构运动简图（分别以粗实线、点划线和虚线画出三个位置）。
（3）对执行机构的输出构件（冲头、推头）进行运动学分析，包括位移、速度、加速度分析（其中位移线图可根据要求
（2）统计得到，速度、加速度可将位移线图用弦线法确定，也可以借助软件编程或仿真）。
（1.0天）
画出一张2#图（反映冲头、推头的位移、速度、加速度线图）。
（4）考虑冲头、推头的运动协调性，绘制执行系统的运动循环图（运动循环图的表示形式见教材p371）。
（5）按比例绘出一个主要构件的轮廓图，如凸轮、不完全齿轮等（一张2#图）。
（0.5天）
（6）完成一份完整的设计说明书。
（与上述过程同时进行）
五、课程设计进度安排
课程设计时间为一周，分五个阶段完成：
1、方案设计：
学生结合课程相关内容，自主学习和钻研问题，明确设计要求，找出实现方法，并用机构运动简图的形式表示出来。
1.5天完成
2、确定方案并进行尺寸综合：
根据设计方案，综合机构尺寸，以实现运动要求。
1.5天完成
3、按要求画图：
一张1#机构运动简图，一张2#机构运动线图，一张2#主要构件的轮廓图。
1.5天完成
4、总结报告：
总结设计工作，撰写课程设计说明书。
与上述过程同时进行
5、考核阶段：
答辩0.5天完成
六、课程设计地点及时间安排
地点：
老图书馆五楼西
时间：
18周周一至周五
七、答辩与评分标准
答辩时间：
18周星期五下午
答辩过程：
检查图纸质量及说明书完成情况，指导教师提问，学生回答与解决问题。
评分标准：
考勤情况及学习态度（15%）
1、设计过程及图纸表达（60%）
2、说明书格式规范（10%）
3、答辩及回答问题（15%）
八、准备工作
1、每人领1#图板一块，课程设计资料袋一个，说明书用纸20页。
2、每人买0#图纸一张。
3、个人到图书馆借相关资料，班委用集体借书证借相关手册。
九、机械结构方案设计
1、推头
我们小组要求的推头行程为20cm，推头的运动需要实现推程夹紧、间歇夹紧和回程松夹三个阶段。
我们组经过讨论和查阅工具书，分别选出了下面三种不同的间歇运动机构作为推头的方案：
方案一
方案二
方案三
考虑到方案三最方便绘图和分析运动参数，我们选择了方案三。
2、冲头
冲头是做直线往返运动的，相对简单。
我们小组要求的冲头推程也是20cm。
提出的三种方案分别如下图所示：
方案一
方案二
方案三
G
冲头的方案的选择则是由是老师指定的
十、尺寸设计与计算
下面是我们小组设计的机构的示意图：
我们首先确定凸轮的尺寸，由于要求推头的行程为20cm，凸轮的半径需要大于10cm小于20cm,因此我们取凸轮的半径GK=15cm；令杆FK=20cm，以G点向右水平距离为25cm的地方为圆心，FK为半径作圆弧，得到凸轮的实迹轮廓线。
令滚子直径为1cm，最终的得到凸轮轮廓。
为保证能够在A1纸上能够以合适的尺寸画出机构运动简图。
我们先将确定好的凸轮画在了A1的左下角，以此为基础来确定其余尺寸。
为了能画出冲头在最高位置时候的机构图，我们将推杆向下偏移了7cm，取N到推头Z杆长为21cm。
由总体剩余尺寸确定FM长12cm。
我们先取冲头的杆长为21cm，然后由物品的位置和要求的冲头的行程20cm反推出杆的两个极限位置。
结合冲头的机构方案，选取在两个极限位置中间点的水平距离为70cm的地方，为A点。
先取滑块C的转动半径为5cm。
在同一水平线上找到B点，使得C的轨迹圆和A点与D点两极限位置的连线相切。
杆AD长超过72cm便可.
设计传动为齿轮传动，B和G点为m=1,d=20cm的齿轮，BG中点E为主动件，刚好也可用相同大小的齿轮。
滑块长为2cm，宽为1cm。
以上，便可确定出整个机构各部件的位置和尺寸。
十一、运动曲线
我们首先用几何方法算出了推头和冲头的行程的表达式，再用弦线法求速度和加速度，利用MATLAB编程（程序见附录）对运动参数进行分析，得出速度和加速度曲线。
为得到了较为精确的曲线，每隔1°取一个值。
得到曲线如下：
十二、运动循环图
推头
推程
停歇
回程
分配轴转角
0~73.74°
73.74°~179.97°
179.97°~360°
冲头
推程
回程
分配轴转角
180°~343.74°
-16.26°~180°
十三、结果讨论
根据上述分析计算，我们得出了能够满足客观生产要求的机构及其相关尺寸。
从得出的位移图线、速度图线以及加速度图线曲线来看，冲头运动较为平缓，没有急回，加速度较小，因此工作效率不高。
为了能够达到配合，在处于推头最大回程的时候，压头不能在最大回程位置。
也许这样不是十分合适，但从功能上来讲是没有影响的。
十四、课程设计总结
经过五天的课程设计，让我将这一学期的机械原理相关知识在脑海里进行了一遍梳理。
使我加深了认识和理解，初步了解了如和将它用于解决实际问题。
期间还用到了CAD、MATLAB、工图以及数值分析相关的知识，让我深切的体会到了各学科的之间的关联性，使各学科在我眼里不再是单独的个体，而是互相交错连接的一个整体。
在具体过程中，从设计到分析，从计算到绘图，让我明白了清晰的头脑、严谨的态度和整体的布局对于一个设计人员的重要性。
绘图需要严谨和不厌其烦的细心，任何细节都不能随意，要有精益求精、追求完美的一种精神。
在开始设计的时候，我翻看了一些在图书馆借阅的相关书籍，借此得出需要的机构，很好的锻炼了自己自主学习的能力。
在后面的尺寸设计和参数计算中，不但考验了自己的计算能力，还提高了对相关软件的熟悉程度和使用能力。
在最后的绘图过程中，也再次锻炼并提高了自己手工绘图的能力。
在计算尺寸的过程中，也出现过一些问题，但经过组内成员的集思广益，也都得到了很好的解决。
这也让我切实感受到了团队相对于个人的优势。
做完了这个课程后，我也发现自己对以前学的知识点有了更好的理解。
知识来自于实践，只有运用在实践上才能更好地被大脑理解，所以这门实践课是很有必要开设的，每个人也都需要去认真做的才能有所裨益。
也感谢老师的指导，让我学会了更多东西。
十五、参考书目
《机械原理教程》，申永胜主编，清华大学出版社，北京：
1999.8
《机械原理与设计》，马履中主编，机械工业出版社，北京：
2009.1
《机械设计手册（机构部分）》，机械工业出版社
《机械原理课程设计指导书》，罗洪田主编，高等教育出版社，北京：
1986
《机械原理与设计》，陆凤仪主编，机械工业出版社，北京：
2002.6
十六、指导老师评语：
签字_________________
成绩评定_____________
附录一
Phis=2*acosd（（15.^2+25.^2-20.^2）/（2*15*25））;
Phi=0:
1:
360;
fori=1:
length（Phi）;
if（180-Phis/2）Stui（i）=20;
else
b（i）=30*cosd（180-Phi（i））;
c=15.^2-20.^2;
Delta（i）=b（i）.^2-4*c;
x（i）=（b（i）+sqrt（Delta（i）））/2;
Stui（i）=x（i）-5;
end
Alpha=atand（7）;Scong（i）=10-350*sind（Alpha-Phi（i））/（sqrt（1250）+5*cosd（Alpha-Phi（i）））;
end
figure
plot（Phi,Stui）;
xlabel（'推程运动角Φ/°'）;
ylabel（'推头推程S/cm'）;
title（'推头运动曲线'）;
axis（[0360022]）;
set（gca,'XTick',0:
30:
360）;
figure
plot（Phi,Scong）;
xlabel（'推程运动角Φ/°'）;
ylabel（'冲头推程S/cm'）;
title（'冲头运动曲线'）;
axis（[0360022]）;
set（gca,'XTick',0:
30:
360）;
fori=1:
length（Phi）-1;
Vtui（i）=（Stui（i+1）-Stui（i））/（Phi（i+1）-Phi（i））;
Vcong（i）=（Scong（i+1）-Scong（i））/（Phi（i+1）-Phi（i））;
Vtui（361）=Vtui
（1）;
Vcong（361）=Vcong
（1）;
end
figure
plot（Phi,Vtui）;
xlabel（'推程运动角Φ/°'）;
ylabel（'推头速度v/（cm/s）'）;
title（'推头速度曲线'）;
set（gca,'XTick',0:
30:
360）;
figure
plot（Phi,Vcong）;
xlabel（'推程运动角Φ/°'）;
ylabel（'冲头速度v/（cm/s）'）;
title（'冲头速度曲线'）;
set（gca,'XTick',0:
30:
360）;
fori=1:
length（Phi）-1;
Atui（i）=（Vtui（i+1）-Vtui（i））/（Phi（i+1）-Phi（i））;
Acong（i）=（Vcong（i+1）-Vcong（i））/（Phi（i+1）-Phi（i））;
Atui（361）=Atui
（1）;
Acong（361）=Acong
（1）;
end
figure
plot（Phi,Atui）;
xlabel（'推程运动角Φ/°'）;
ylabel（'推头加速度a/（cm/s^2）'）;
title（'推头加速度曲线'）;
set（gca,'XTick',0:
30:
360）;
figure
plot（Phi,Acong）;
xlabel（'推程运动角Φ/°'）;
ylabel（'冲头加速度a/（cm/s^2）'）;
title（'冲头加速度曲线'）;
set（gca,'XTick',0:
30:
360）;
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