机械原理课程设计题目.docx

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机械原理课程设计题目

机械原理课程设计题目

题目1：

糕点切片机

1、工作原理及工艺动作过程

糕点先成型（如长方体、圆柱体等）经切片后再烘干。

糕点切片机要求实现两个动作：

糕点的直线间歇移动和切刀的往复运动。

通过两者的动作配合进行切片。

改变直线间歇移动速度或每次间歇的输送距离，以满足糕点的不同切片厚度的需要。

2、原始数据及设计要求

1）糕点厚度：

10~20mm。

2）糕点切片长度（亦即切片高）范围：

5~80mm。

3）切刀切片时最大作用距离（亦即切片宽度方向）：

300mm。

4）切刀工作节拍：

40次/min。

5）工作阻力很小。

要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。

电机可选用，功率0.55KW（或0.75KW）、1390r/min。

3、设计方案提示

1）切削速度较大时，切片刀口会整齐平滑，因此切刀运动方案的选择很关键，切口机构应力求简单适用、运动灵活和运动空间尺寸紧凑等。

2）直线���歇运动机构如何满足切片长度尺寸的变化要求，是需要认真考虑的。

调整机构必须简单可靠，操作方便。

是采用调速方案，还是采用调距离方案，或采用其它调速方案，均应对方案进行定性分析比较。

3）间歇机构必须与切刀运动机构工作协调，即全部送进运动应在切刀返回过程中完成。

需要注意的是，切口有一定的长度（即高度），输送运动必须在切刀完全脱离切口后方能开始进行，但输送机构的返回运动则可与切刀的工作行程在时间上有一段重叠，以利提高生产率，在设计机器工作循环图时，应按照上述要求来选择间歇运动机构的设计参数。

4、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（A3）。

2）进行输送间歇运动、切刀往复直线运动的选型。

3）进行机械运动方案的评价和选择。

4）根据选定的电机和执行机构的运动参数拟订机械传动方案。

5）画出机械运动方案示意图。

6）对机械系统和执行机构进行尺寸设计。

7）画出机构运动简图。

（A1）

8）对间歇机构或往复运动机构进行运动分析，绘制从动件的位移、速度、加速度曲线图。

（A2）

9）编写设计说明书。

（用A4纸张，封面用标准格式）

题目2：

机械系统运动方案设计

1、工作原理及工艺动作过程

一机械系统的输入构件１在转动副Ａ中做等速回转，转速n1=60r/min。

执行构件绕转动副Ｎ摆动，要求执行构件在15秒内自位置Ⅰ经位置Ⅱ摆至位置Ⅲ；停顿15秒；接着在10秒内由位置Ⅲ摆回至位置Ⅰ；然后停顿20秒。

已知执行构件摆角Ψ＝120°，且摆动时的运动规律不限。

根据实际工况条件，各固定铰链点（包括可选用的铰链点）之间的相对位置关系如附图1所示，执行构件上的生产阻力曲线如附图2所示，试设计这一机械系统运动方案。

设计时要求该机械系统的运动链尽可能短，并且结构紧凑。

图1各固定铰链点之间的相对位置

图2执行构件上的生产阻力曲线

2、课程设计任务及要求

根据设计题目中的运动要求，进行该机械系统的总体运动方案设计。

即按照机械的用途、功能及工况条件等提出的要求和系统中构件的运动位置要求等进行机构的选型、尺度综合及主要参数优选等，从而绘出该机械系统的总体运动方案的机械运动简图，并对系统中某些机构进行分析与设计。

在设计中要求积极主动查找、收集和钻研有关参考资料，并灵活应用所学知识，积极构思、发挥聪明才智与创新精神，设计出至少两种以上机械系统传动方案，进行分析比较后，选择出较佳方案。

题目3：

蜂窝煤成型机

1、工作原理及工艺动作过程

冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤（通常又称煤饼，在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔）生产厂的主要生产设备，它将煤粉加入转盘上的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。

为了实现蜂窝煤冲压成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成以下几个动作：

煤粉加料；

冲头将蜂窝煤压制成型；

清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动；

将在模筒内的冲压后的蜂窝煤脱模；

将冲压成型的蜂窝煤输送装箱。

2、原始数据及设计要求

蜂窝煤成型机的生产能力：

30次/min；

驱动电机：

Y180L－8、功率N＝11kW、转速n＝730r/min；

冲压成型时的生产阻力达到50000N；

4）为改善蜂窝煤成型机的质量，希望在冲压后有一短暂的保压时间；

5）由于冲头要产生较大压力，希望冲压机构具有增力功能，以增大有效力作用，减小原动机的功率。

3、设计方案提示

冲压式蜂窝煤成型机应考虑三个机构的选型和设计；冲压和脱模机构、扫屑机构和模筒转盘的间歇运动机构。

冲压和脱模机构可采用对心曲柄滑块机构、偏置���柄滑块机构、六杆冲压机构；扫屑机构可采用附加滑块摇杆机构、固定移动凸轮－移动从动件机构；模筒转盘间歇运动机构可采用槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构。

为了减小机器的速度波动和选择较小功率的电机，可以附加飞轮。

4、设计任务

按工艺动作要求拟定运动循环图；

进行冲压脱模机构、扫屑刷机构、模筒转盘间歇运动机构的选型；

机械运动方案的评定和选择；

进行飞轮设计（选做）；

按选定的电动机和执行机构运动参数拟定机械传动方案；

画出机械运动方案简图；

对传动机构和执行机构进行运动尺寸计算。

8）编写设计说明书。

（用A4纸张，封面用标准格式）。

题目4：

四工位专用机床

1、工作原理及工艺动作过程

四工位专用机床是在四个工位Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（如附图3所示）上分别完成工件的装卸、钻孔、扩孔、铰孔工作的专用加���设备。

机床的执行动作有两个：

一是装有工件的回转工作台的间歇转动；二是装有三把专用刀具的主轴箱的往复移动（刀具的转动由专用电机驱动）。

两个执行动作由同一台电机驱动，工作台转位机构和主轴箱往复运动机构按动作时间顺序分支并列，组合成一个机构系统。

附图3四工位专用机床

2、原始数据及设计要求

1）刀具顶端离开工作表面65mm，快速移动送进60mm后，再匀速送进60mm（包括５mm刀具切入量、45mm工件孔深、10mm刀具切出量，如附图4所示），然后快速返回。

回程和进程的平均速度之比K=2。

附图4刀具工作过程

2）刀具匀速进给速度为2mm/s，工件装卸时间不超过10s。

3）机床生产率每小时约60件。

4）执行机构及传动机构能装入机体内。

5）传动系统电机为交流异步电动机，功率1.5Kw，转速960r/min。

3、设计方案提示

1）回转台的间歇转动，可采用槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构。

2）主轴箱的往复移动，可采用圆柱凸轮机构、移动从动件盘形凸轮机构、凸轮－连杆机构、平面连杆机构等。

3）由生产率可求出一个运动循环所需时间T=60s，刀具匀速送进60mm所需时间t匀=30s，刀具其余移动（包括快速送进60mm，快速返回120mm）共需30s。

回转工作台静止时间为40s，因此足够工件装卸所需时间。

4、设计任务

1）按工艺动作过程拟定运动循环图。

2）进行回转台间歇转动机构、主轴箱刀具移动机构的选型。

并进行机械运动方案的评价和选择。

3）根据电机参数和执行机构运动参数进行传动方案的拟订。

4）画出机械运动方案图。

（A1）

5）机械传动系统和执行机构的尺度计算。

编写设计说明书。

（用A4纸张，封面用标准格式）

题目5：

平压印刷机运动方案和主要机构设计

1、工作原理及工艺动作过程

平压印刷机是一种简易印刷机，适用于印刷八开以下的印刷品。

它的工作原理：

将油墨刷在固定的平面铅字版上，然后将装了白纸的平面印头紧密接触而完成一次印刷。

其工作过程犹如盖图章，平压印刷机中的“图章”是不动的，纸张贴近时完成印刷。

平压印刷机需要实现三个动作：

装有白纸的平面印头往复摆动，油辊在固定铅字版上上下滚动，油盘转动使油辊上油墨均匀。

2、原始数据及设计要求

1）实现印头、油辊、油盘运动的机构由一个电动机带动，通过传动系统使其具1600-1800次/h印刷能力。

2）电动机功率N=0.75kW、转速n电=910r/min，电动机可放在机架的左侧或底部。

3）印头摆角为700，印头返回行程和工作行程的平均速度之比K=1.118。

4）油辊摆动自垂直位置运动到铅字版下端的摆角为1100。

5）油盘直径为400mm，油辊起始位置就在油盘边缘。

6）要求机构的传动性能良好，结构紧凑���易于制造。

3、设计任务

1）确定总功能，并进行功能分解。

2）根据工艺动作要求拟定运动循环图。

3）进行印头、油辊、油盘机构及其相互连接传动的选型。

4）按选定的电动机及执行机构运动参数拟订机械传动方案。

5）画出机械运动方案简图。

（A1）

6）对执行机构进行尺寸综合。

7）*对往复摆动执行机构进行运动分析，绘制从动件位移、速度、加速度线图。

（A3）

8）编写设计说明书。

题目6：

旋转型灌装机

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。

如附图5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。

附图5旋转型灌装机

该机采用电动机驱动，传���方式为机械传动。

技术参数见附表1。

附表1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/minA600144010B550144012C500960102、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。

6）、齿轮机构的设计计算。

7）、编写设计计算说明书。

8）、学生可进一步完成���平面连杆机构（或灌装机）的计算机动态演示等。

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。

题目7：

牛头刨床刨刀的往复运动机构

1、工作原理及工艺动作过程

牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如附图6a所示，刨床工作时，由导杆机构1—2—3—4—5带动刨头5和刨刀6作往复切削运动。

工作行程时，刨刀速度要平稳；���回行程时，刨刀要快速退回，即要有急回作用。

切削阶段刨刀应近似匀速运动，以提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量。

切削阻力如附图6b所示。

2、原始数据及设计要求

设计数据如附表2所示。

附表2设计数据

设计内容导杆机构的运动分析导杆机构的动态静力分析符号n1lAClABlCDlDElcs3xs5ys5G3G5FryFrJS3单位r/minmmNmmkg•m2方案Ⅰ603801105400.25lCD0.5lCD240502007007000801.1方案Ⅱ64350905800.3lCD0.5lCD200502208009000801.2方案Ⅲ724301108100.36lCD0.5lCD1804022062080001001.2

附图6牛头刨床

3、设计内容

1）、对导杆机构进行运动分析

作机构1～2个位置的速度多边形和加速度多边形，作滑块的运动线图，以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上。

整理说明书。

2）、对导杆机构进行动态静力分析

确定机构一个位置的各运动副反力及应加于曲柄上���平衡力矩。

作图部分画在运动分析图样上。

整理说明书。

题目8：

压床机构综合与传动系统设计

1、设计题目

压床是应用广泛的锻压设备，用于钢板矫直、压制零件等。

如附图7所示为某压床的运动示意图。

电动机经联轴器带动三级齿轮（Z1-Z2、Z3-Z4、Z5-Z6）减速器将转速降低，带动冲床执行机构（六杆机构ABCDEF）的曲柄AB转动（见附图8），六杆机构使冲头5上下往复运动，实现冲压工艺。

现要求完成六杆机构的尺寸综合，并进行三级齿轮减速器的强度集计算和结构设计。

2、设计数据

六杆机构的中心距x1、x2、y，机构3的上下极限位置角Ψ3´,Ψ3"，滑块5的行程H，比值CE/CD、EF/DE，曲柄转速n1以及冲头所受的最大阻力Qmax等列于附表3。

附表3六杆机构的设计数据

已知参数

分组

/mm

/mm

/mm

/（度）

/（度）H

/mmCE

CDEF

DE

/kN150140220601201500.50.251006260170260601201800.50.251205370200310601202100.50.259093、设计任务

1）、针对附图7所示的压床执行机构方案，依据设计要求和已知参数，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图，并分析组成该机构的基本杆组。

2）、假设曲柄等速转动，画出滑块5的位移、速度和加速度的变化规律曲线。

3）、在压床工作过程中，冲头所受的阻力变化曲线如附图9所示，在不考虑各处摩擦、构件重力和惯性力的条件下，分别求曲柄所需的驱动力矩。

4）、确定电动机的功率与转速。

5）、取曲柄轴为等效构件，要求其速度波动系数小于3％，不考虑其他构件转动惯量的条件下，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量。

6）、编写课程设计说明书。

附图7压床的运动示意图附图8压床六杆机构

附图9冲头所受的阻力变化曲线

题目9：

汽车风窗刮水器机构

1、机构简介与设计数据

１）．机构简介

汽车风窗刮水器是用于汽车刮水的驱动装置，如附图9’-a所示，风窗刮水器工作时。

由电动机带动齿轮装置1—2，传至曲柄摇杆装置２′—３—４。

电动机单向连续转动，刷片杆4作左右往复摆动，要求左右摆动的平均速度相同。

其中，刮水刷的工作阻力矩如附图9’-b所示。

附图9’汽车风窗刮水器

2）．设计数据

设计数据见附表4。

附表4设计数据

设计内容曲柄摇杆机构的设计及运动分析曲柄摇杆机构动态静力分析符号N1kφlABxlDS4G4JS4M1单位r/min（°）mmmmmmNkg•m2N•mm数据30112060180100150.015002、设计内容

1）．对曲柄摇杆机构进行运动分析

作机构1-2个位置的速度多边形和加速度多边形，以上内容与后面的动态静力分析一起画在1号图纸上，整理计算说明书。

2）．对曲柄摇杆机构进行动态静力分析

确定机构一个位置的个运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。

作图部分画在运动分析图样上，整理计算说明书。

题目10：

单缸四冲程柴油机

1．机构简介与设计数据

1）．机构简介

柴油机（见附图10a）是一种内燃机，它将燃料燃烧时所产生的热能转变为机械能。

往复式内燃机的主体机构为曲柄滑块机构，以气缸内的燃气压力推动活塞3经连杆2而使曲柄1旋转。

本设计是四冲程内燃机，即以活塞在气缸内往复移动四次（对应曲柄两转）完成一个工作循环。

在一个工作循环中，气缸内的压力变化可由示功图（用示功器从气缸内测得，见附图10b）表出，它表示气缸容积（与活塞位移s成正比）与压力的变化关系。

现将四个冲程压力变化作一简单介绍：

进气冲程：

活塞下行，对应曲柄转角θ＝0º→180º。

进气阀开，燃气开始进入汽缸，汽缸内指示压力略低于1大气压力，一般以l大气压力计算，如示功图上的a→b。

压缩冲程：

活塞上行，曲柄转角θ＝180º→360º。

此时进气毕，进气阀关闭，已吸入的空气受到压缩，压力渐高，如示功图上的b→c。

膨胀（作功）冲程：

在压缩冲程终了时，被压缩的空气温度已超过柴油自燃的温度，因此，在高压下射入的柴油立刻爆炸燃烧，气缸内压力突增至最高点，燃气压力推动活塞下行对外作功，曲柄转角θ＝360º→540º，随着燃气的膨胀，气缸容积增加，压力逐渐降低，如图上c→b。

排气冲程：

活塞上行，曲柄转角θ＝540º→720º。

排气阀开，废气被驱出，气缸内压力略高于l大气压力，一般亦以l大气压力计算，如图上的b→a。

进排气阀的启闭是由凸轮机构控制的，附图10a中y-y剖面有进排气阀各一只（图中只画了进气凸轮）。

凸轮机构是通过曲柄轴O上的齿轮z1和凸轮轴O1上的齿轮z2来传动的。

由于一个工作循环中，曲柄轴转两转而进排气阀各启闭一次，所以齿轮的传动比。

附图10柴油机机构简图及示功图

由上可知，在组成一个工作循环的四个冲程中，活塞只有一个冲程是对外作功的，其余的三个冲程则需依靠机械的惯性带动。

因此，曲柄所受的驱动力是不均匀的，所以其速度波动也较大。

为了减少速度波动，曲柄轴上装有飞轮（图上未画）。

2）．设计数据

设计数据如附表5、附表6所示。

附表5设计数据表

设计内容曲柄滑块机构的运动分析曲柄滑块机构的动态静力分析及飞轮转动惯量的确定符号HλlAs2n1DkDG1G2G3Js1Js2Js3δ单位mmmmr/minmmNkg㎡数据120480150010020021020100.10.050.21/100齿轮机构的设计凸轮机构的设计z1z2mαhΦΦsΦ′[α][α]′mmºmmº2244520205010503075附表6设计数据表

位置编号123456789101112曲柄位置（θ°）30°60°90°120°150°180°210°240°270°300°330°360°汽缸指示压力bar（105N/㎡）1111111116.519.535工作过程进���压缩12′131415161718192021222324375°390°420°450°480°510°540°570°600°630°660°690°720°6025.59.5332.521.511111膨胀排气2、设计内容

1）、曲柄滑块机构的运动分析

已知：

活塞冲程H，连杆与曲柄长度之比λ，曲柄每分钟转数n1。

要求：

设计曲柄滑块机构，绘制机构运动简图，作机构滑块的位移、速度和加速度运动线图。

曲柄位置图的作法如附图11所示，以滑块在上止点时所对应的曲柄位置为起始位置（即θ=0º。

），将曲柄圆周按转向分成十二等分得12个位置1→12，12’（θ=375º）为气缸指示压力达最大值时所对应的曲柄位置，13→24为曲柄第二转时对应各位置。

附图11曲柄位置图附图12从动件运动规律图

2）、曲柄滑块机构的动态静力分析

已知：

机构各构件的重量G，绕重心轴的转动惯量JS，活塞直径Dh，示功图数据（见附表6）以及运动分析所得的各运动参数���

要求：

确定机构一个位置（同运动分析）的各运动副反力及曲柄上的平衡力矩My，以上内容作在运动分析的同一张图纸上。

3）、飞轮设计

已知：

机器的速度不均匀系数δ，曲柄轴的转动惯量JS1、凸轮轴的转动惯量JO1、连杆2绕其重心轴的转动惯量JS2，动态静力分析求得的平衡力矩My；阻力矩Mc为常数。

要求：

用惯性力法确定安装在曲柄轴上的飞轮转动惯量JF。

以上内容作在2号图纸上。

4）、齿轮机构设计

已知：

齿轮齿数z1、z2，模数m，分度圆压力角α，齿轮为正常齿制，在闭式的润滑油池中工作。

要求：

选择两轮变位系数，计算齿轮各部分尺寸。

用2号图纸绘制齿轮传动的啮合图。

5）、凸轮机构设计

已知：

从动件冲程h，推程和回程的许用压力角[α]、[α’]，推程运动角δ，远休止角δ，回程运动角δ，从动件的运动规律如附图12所示。

要求按照许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮实际廓线。

以上内容，作在2号图纸上。

题目11：

半自动钻床

1、设计题目

设计加工如附图13所示工件ф12mm孔的半自动钻床。

进刀机构负责动力头的升降，送料机构将被加工工件推入加工位置，并由定位机构使被加工工件可靠固定。

附图13加工工件

半自动钻床设计数据参看附表7。

附表7半自动钻床凸轮设计数据

方案号进料机构

工作行程

mm定位机构

工作行程

mm动力头

工作行程

mm电动机转速

r/mm工作节拍（生产率）

件/minA40301514501B35252014002C30201096012、设计任务

1）、半自动钻床至少包括凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构。

2）、设计传动系统并确定其传动比分配。

3）、图纸上画出半自动钻床的机构运动方案简图和运动循环图。

4）、凸轮机构的设计计算。

按各凸轮机构的工作要求，自选从动件的运动规律，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。

5）、设计计算其他机构。

6）、编写设计计算说明书。

7）、学生可进一步完成：

凸轮的数控加工，半自动钻床的计算机演示验证等。

3、设计提示

1）、钻头由动力头驱动，设计者只需考虑动力头的进刀（升降）运动。

2）、除动力头升降机构外，还需要设计送料机构、定位机构。

各机构运动循环要求见附表8。

3）、可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。

附表8机构运动循环要求

凸轮轴

转角10º20º30º45º60º75º90º105º～270º300º360º送料快进休止快退休止定位休止快进休止快退休止进刀休止快进快进快退休止题目12：

压片成形机

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。

设计数据见附表9。

附表9压片成形机设计数据

方案号电动机

转速

r/min生产率

片/min成品尺寸（Φ×d）

mm，mm冲头压力kgδmkgmkgA145010100×6015,0000.10125B9701560×3510,0000.08104C9702040×2010,0000.0593

附图14压片成形机工艺动作

如附图14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（见附图14a）。

2）、下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔时粉料扑出（见附图14b）。

3）、上、下冲头同时加压（见附图14c），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（见附图14d）。

5）、料筛推出片坯（见附图14e）。

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