机械原理课程设计题目.docx

1、机械原理课程设计题目江西农业大学工学院机械原理课程设计课题目颜玄洲2012-5-30课程设计题目洼撒题目1 健身球检验分类机1.1设计题目设计健身球自动检验分类机，将不同直径尺寸的健身球（石料）按直径分类。检测后送入各自指定位置，整个工作过程（包括进料、送料、检测、接料）自动完成。健身球直径范围为4046mm，要求分类机将健身球按直径的大小分为三类。1. 40第一类422. 42第二类443. 44第三类46其他技术要求见表1：表1 健身球分类机设计数据方案号电动机转速r/min生产率（检球速度）个/minA144020B96010C720151.2设计任务1.健身球检验分类机一般至少包括凸轮

2、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.图纸上画出健身球检验分类机的机构运动方案简图和运动循环图。4.图纸上画凸轮机构设计图（包括位移曲线、凸轮廓线和从动件的初始位置）；要求确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径，确定凸轮廓线。盘状凸轮用电算法设计，圆柱凸轮用图解法设计。5.设计计算其中一对齿轮机构。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，健身球检验分类机的计算机演示验证等。表2为设计任务分配表。表2 设计任务分配表学生编号123456789电动机转速ABCABCABC生产率ABCBCACAB1.3设计提示健身球自动检验分类

3、机是创造性较强的一个题目，可以有多种运动方案实现。一般的思路在于：1.球的尺寸控制可以靠三个不同直径的接料口实现。例如：第一个接料口直径为42mm，中间接料口直径为44mm，而第三个接料口直径稍大于46mm。使直径小于（等于）42mm的球直接落入第一个接料口，直径大于42mm的球先卡在第一个接料口，然后由送料机构将其推出滚向中间接料口。以此类推。2.球的尺寸控制还可由凸轮机构实现。3.此外，需要设计送料机构、接料机构、间歇机构等。可由曲柄滑块机构、槽轮机构等实现。题目2 半自动钻床2.1设计题目设计加工图1所示工件12mm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

4、置，并由定位机构使被加工工件可靠固定。图1 加工工件半自动钻床设计数据参看表3。表3 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/minA40301514501B35252014002C30201096012.2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

5、、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。2.3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，还需设计送料机构、定位机构。各机构运动循环要求见表4。3. 可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。表4 机构运动循环要求凸轮轴转角10203045607590105270300360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3 压片成形机3.1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

6、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。设计数据见表5。表5 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（d）mm，mm冲头压力kgmkgmkgA1450101006015,000 0.10125B97015603510,0000.08104C97020402010,0000.0593图2 压片成形机工艺动作如图2所示，压片成形机的工艺动作是：1. 1. 干粉料均匀筛入圆筒形型腔（图2a）。2. 2. 下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔时粉料扑出（图2b）。3.

7、 3. 上、下冲头同时加压（图2c），并保持一段时间。4. 4. 上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯（图2d）。5. 5. 料筛推出片坯（图2e）。上冲头、下冲头、送料筛的设计要求是：1. 1. 上冲头完成往复直移运动（铅锤上下），下移至终点后有短时间的停歇，起保压作用，保压时间为0.4秒左右。因冲头上升后要留有料筛进入的空间，故冲头行程为90100mm。因冲头压力较大，因而加压机构应有增力功能（图3a）。2. 2. 下冲头先下沉3mm，然后上升8mm，加压后停歇保压，继而上升16mm，将成型片坯顶到与台面平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后，再下移21mm，到待料位置（图3b）。3. 3.

8、料筛在模具型腔上方往复振动筛料，然后向左退回。待批料成型并被推出型腔后，料筛在台面上右移约4550mm，推卸片坯（图3c）。图3 设计要求上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见表6。表6 动作关系上冲头进退送料筛退近休进远休下冲头退近休进远休3.2设计要求1.压片成形机一般至少包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构。2.画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟定运动循环图时，可执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上不能出现“干涉”。3.设计凸轮机构，自行确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。计算凸轮廓线。4.设计计算齿

9、轮机构。5.对连杆机构进行运动设计。并进行连杆机构的运动分析，绘出运动线图。如果是采用连杆机构作为下冲压机构，还应进行连杆机构的动态静力分析，计算飞轮转动惯量。6.编写设计计算说明书。7.学生可进一步完成：机器的计算机演示验证、凸轮的数控加工等。3.3设计提示1.各执行机构应包括：实现上冲头运动的主加压机构、实现下冲头运动的辅助加压机构、实现料筛运动的上下料机构。各执行机构必须能满足工艺上的运动要求，可以有多种不同型式的机构供选用。如连杆机构、凸轮机构等。2.由于压片成形机的工作压力较大，行程较短，一般采用肘杆式增力冲压机构作为主体机构，它是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成。先设计摇杆滑块

10、机构，为了保证，要求摇杆在铅垂位置的2范围内滑块的位移量0.4mm。据此可得摇杆长度r式中摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取12。根据上冲头的行程长度，即可得摇杆的另一极限位置，摇杆的摆角以小于60为宜。设计曲柄摇杆机构时，为了“增力”，曲柄的回转中心可在过摇杆活动铰链、垂直于摇杆铅垂位置的直线上适当选取，以改善机构在冲头下极限位置附近的传力性能。根据摇杆的三个极限位置（2位置和另一极限位置），设定与之对应的曲柄三个位置，其中对应于摇杆的两个位置，曲柄应在与连杆共线的位置，曲柄另一个位置可根据保压时间来设定，则可根据两连架杆的三组对应位置来设计此机构。设计完成后，应检查曲柄存在条件，若不

11、满足要求，则重新选择曲柄回转中心。也可以在选择曲柄回转中心以后，根据摇杆两极限位置时曲柄和连杆共线的条件，确定连杆和曲柄长度，在检查摇杆在铅垂位置2时，曲柄对应转角是否满足保压时间要求。曲柄回转中心距摇杆铅垂位置愈远，机构行程速比系数愈小，冲头在下极限位置附近的位移变化愈小，但机构尺寸愈大。3.辅助加压机构可采用凸轮机构，推杆运动线图可根据运动循环图确定，要正确确定凸轮基圆半径。为了便于传动，可将筛料机构置于主体机构曲柄同侧。整个机构系统采用一个电动机集中驱动。要注意主体机构曲柄和凸轮机构起始位置间的相位关系，否则机器将不能正常工作。4.可通过对主体机构进行的运动分析以及冲头相对于曲柄转角的运

12、动线图，检查保压时间是否近似满足要求。进行机构动态静力分析时，要考虑各杆（曲柄除外）的惯性力和惯性力偶，以及冲头的惯性力。冲头质量m、各杆质量m（各杆质心位于杆长中点）以及机器运转不均匀系数均见表8.5，则各杆对质心轴的转动惯量可求。认为上下冲头同时加压和保压时生产阻力为常数。飞轮的安装位置由设计者自行确定，计算飞轮转动惯量时可不考虑其他构件的转动惯量。确定电动机所需功率时还应考虑下冲头运动和料筛运动所需功率。题目4 旋转型灌装机4.1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

13、够准确地灌装、封口，应有定位装置。如图8.4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4 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/minA600144010B550144012C500960104.2 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

14、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。4.3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

15、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5 热镦挤送料机械手5.1设计题目图5 机械手的外观图设计二自由度关节式热镦挤送料机械手，由电动机驱动，夹送圆柱形镦料，往40吨镦头机送料。以方案A为例，它的动作顺序是：手指夹料，手臂上摆15，手臂水平回转120，手臂下摆15，手指张开放料。手臂再上摆，水平反转，下摆，同时手指张开，准备夹料。主要要求完成手臂上下摆动以及水平回转的机械运动设计。图5为机械手的外观图。技术参数见表8。表8 热镦挤送料机械手技术参数方案号最大抓重k

16、g手指夹持工件最大直径mm手臂回转角度（）手臂回转半径mm手臂上下摆动角度（）送料频率次/min电动机转速r/minA22512068515151450B3301007002010960C115110500152014405.2 设计任务 1.机械手一般包括连杆机构、凸轮机构和齿轮机构。 2.设计传动系统并确定其传动比分配。 3.设计平面连杆机构。对所设计的平面连杆机构进行速度、加速度分析，绘制运动线图。 4.设计凸轮机构。按各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。

17、 5.设计计算齿轮机构。 6.编写设计计算证明书。 7.学生可进一步完成：凸轮的数控加工、机械手的计算机动态演示验证等。5.3设计提示1. 机械手主要由手臂上下摆动机构、手臂回转机构组成。工件水平或垂直放置。设计时可以不考虑手指夹料的工艺动作。2. 此机械手为空间机构，确定设计方案后应计算空间自由度。3. 此机械手可按闭环传动链设计。题目6 巧克力糖包装机6.1 设计题目设计巧克力糖自动包装机。包装对象为圆台状巧克力糖（图6），包装材料为厚0.008mm的金色铝箔纸。包装后外形应美观挺拔，铝箔纸无明显损伤、撕裂和褶皱（图7）。包装工艺方案为：纸坯型式采用卷筒纸，纸片水平放置，间歇剪切式供纸（图

18、8）。包装工艺动作为：1.将64mm64mm铝箔纸覆盖在巧克力糖17mm小端正上方；2.使铝箔纸沿糖块锥面强迫成形；3.将余下的铝箔纸分半，先后向24mm大端面上褶去，迫使包装纸紧贴巧克力糖。表9 设计数据表方案号ABCDEFGH电动机转速r/min144014401440960960820820780每分钟包装糖果数目个/min120906012090908060具体设计要求如下： 1.要求设计糖果包装机的间歇剪切供纸机构、铝箔纸锥面成形机构、褶纸机构以及巧克力糖果的送推料机构。2.整台机器外形尺寸（宽高）不超过800mm1000mm。4. 4. 锥面成形机构不论采用平面连杆机构、凸轮机构或

19、者其他常用机构，要求成形动作尽量等速，起动与停顿时冲击小。6.2 设计任务 1.巧克力糖包装机一般应包括凸轮机构、平面连杆机构、齿轮机构等。 2.设计传动系统并确定其传动比分配。 3.图纸上画出机器的机构运动方案简图和运动循环图。4.设计平面连杆机构。并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图。5.设计凸轮机构。确定运动规律，选择基圆半径，计算凸轮廓线值，校核最大压力角与最小曲率半径。绘制凸轮机构设计图。6.设计计算齿轮机构。7.编写设计计算说明书。8.学生可进一步完成凸轮的数控加工。6.3 设计提示1. 剪纸与供纸动作连续完成。2.铝箔纸锥面成形机构一般可采用凸轮机构、平面连杆机构等。3.实

20、现褶纸动作的机构有多种选择：包括凸轮机构、摩擦滚轮机构等。4.巧克力糖果的送推料机构可采用平面连杆机构、凸轮机构。5.各个动作应有严格的时间顺序关系。题目7 书本打包机7.1 设计题目设计书本打包机，在连续生产线上实现自动送书，用牛皮纸将一摞（5本）书包成一包，并在两端贴好标签，如图9所示。图9 书本打包机的功用书摞的包、封过程工艺顺序及各工位布置分别如图10、11所示：1.送书。横向送一摞书进入流水线。2.推书。纵向推一摞书前进到工位a，使它与工位bg上的六摞书贴紧在一起。3.送纸。包装牛皮纸使用整卷筒纸，由上向下送够长度后裁切。4.继续推书前进到工位b。在工位b书摞上下方设置有挡板，以挡住

21、书摞上下方的包装纸，所以书摞被推到工位b时实现三面包装，这一工序共推动ag的七摞书。5.推书机构回程。折纸机构动作，先折侧边将纸包成筒状，再折两端上、下边。6.继续折前角。将包装纸折成如图11实线所示位置的形状。7.再次推书前进折后角。推书机构又进到下一循环的工序4，此时将工位b上的书推到工位c。在此过程中，利用工位c两端设置的挡板实现折后角。8.在实现上一步工序的同时，工位c的书被推至工位d。9.在工位d向两端涂浆糊。10.在工位e贴封签。11.在工位f、g用电热器把浆糊烘干。12.在工位h，人工将包封好的书摞取下。图10 包、封工艺顺序图11 包、封工位布置（俯视图）图12所示为由总体设计

22、规定的各部分的相对位置和有关尺寸。其中O为机器主轴的位置，A为机器中机构的最大允许长度，B为最大允许高度，为工作台面距主轴的高度，（x，y）为主轴的位置坐标，（）为纸卷的位置坐标。图12 打包机各部分的相对位置及有关尺寸和范围书本打包机具体技术要求为：1.机构的尺寸范围A=2000mm，B=1600mm。工作台面位置=400mm主轴位置x =10001100mm，y =300400mm；纸卷位置=300mm，=300mm。为了保证工作安全、台面整洁，推书机构最好放在工作台面以下。2.工艺要求的数据书摞尺寸：宽度a=130140mm；长度b=180220mm；高度c=180220mm。推书起始位

23、置=200mm。推书行程H=400mm。推书次数（主轴转速）n=(100.1)r/min。主轴转速不均匀系数1/4。纸卷直径d=400mm。3.纵向推书运动要求（1）推书运动循环：整个机器的运动以主轴回转一周为一个循环周期。因此可以用主轴的转角表示推书机构从动件（推头或滑块）的运动时间。推书动作占时1/3周期，相当于主轴转120；快速退回动作占时小于1/3周期，相当于主轴转角100；停止不动占时大于1/3周期，相当于主轴转角140。每个运动时期纵向推书机构从动件的工艺动作与主轴转角的关系见表7.10。表10 纵向推书机构运动要求主轴转角推书机构执行滑块的工作主轴转角推书机构执行滑块的动作0 8

24、080 120推单摞书前进推七摞书前进，同时折后角120 220220 360滑块退回滑块停止不动图13为推书机构运动循环图。图13 纵向推书机构运动循环图（2）推书前进和退回时，要求采用等加速、等减速运动规律。4.其他机构的运动关系见表11。表11 其他机构运动要求工艺动作主轴转角工艺动作主轴转角横向送书折侧边，折两端上下边，折前角涂浆糊,贴封签,烘干150 340180 340180 340送纸裁纸200 3607070805.工作阻力（1）每摞书的质量为4.6kg，推书滑块的质量为8kg。（2）横向推书机构的阻力假设为常数，相当于主轴上有等效阻力矩=4 Nm。（3）送纸、裁纸机构的阻力也

25、假设为常数，相当于主轴上有等效阻力矩=6 Nm。（4）折后角机构的阻力相当于四摞书的摩擦阻力。（5）折边、折前角机构的阻力总和，相当于主轴上受到等效阻力矩，其大小可用机器在纵向推书行程中（即主轴转角从0转至120范围中）主轴所受纵向推书阻力矩的平均值表示为 =6其中大小可由下式求出 =式中，为推程中各分点的阻力矩的值；n为推程中的分点数。（6）涂浆糊、贴封签和烘干机构的阻力总和，相当于主轴上受到等效阻力矩，其大小可用表示为 =87.2 设计任务1.根据给定的原始数据和工艺要求，构思并选定机构方案。内容包括纵向推书机构和送纸、裁纸机构，以及从电动机到主轴之间的传动机构。确定传动比分配。2.书本打

26、包机一般应包括凸轮机构、齿轮机构、平面连杆机构等三种以上常用机构。3.按比例画出机构运动简图，标注出主要尺寸；画出包、封全过程中机构的运动循环图（全部工艺动作与主轴转角的关系图）。4.设计平面连杆机构。并进行运动分析。绘制运动线图。5.设计凸轮机构。确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径，计算凸轮廓线。6.设计计算其中一对齿轮机构。7.进一步对平面连杆机构进行力分析，求出主轴上的阻力矩在主轴旋转一周中的一系列数值 =（）式中，为主轴的转角；i为主轴回转一周中的各分点序号。力分析时，只考虑工作阻力和移动构件的重力、惯性力和移动副中的摩擦阻力。为简便起见，计算时可近似地利用等效力

27、矩的计算方法。对于其他运动构件，可借助于各运动副的效率值作近似估算。画出阻力矩曲线=（），计算阻力矩的平均值。8.根据力矩曲线和给定的速度不均匀系数值，用近似方法（不计各构件的质量和转动惯量）计算出飞轮的等效转动惯量。9.编写设计计算说明书。10.学生可进一步完成书本打包机的计算机演示验证、凸轮的数控加工等。7.3 设计提示 1.此题包含较丰富的机构设计与分析内容，教师可以根据情况确定学生全部或部分完成该题设计任务，也可由一组学生完成全题。 2.推书机构、送纸机构、裁纸机构之间有严格的时间匹配与顺序关系，应考虑这些机构之间的传动链设计。题目8 台式电风扇摇头装置8.1设计题目 风扇的直径为30

28、0mm，电扇电动机转速n=1450r/min，电扇摇头周期T=10s。电扇摆动角度与急回系数k的设计要求及任务分配见表12。表12 台式电风扇摆头机构设计数据方案号电扇摆角急回系数kA801.01B851.015C901.02D951.025E1001.03F1051.058.2设计任务1.按给定主要参数，拟定机械传动系统总体方案。2.画出机构运动方案简图。3. 分配蜗轮蜗杆、齿轮传动比，确定它们的基本参数，设计计算几何尺寸。4. 解析法确定平面连杆机构的运动学尺寸，它应满足摆角及行程速比系数k。并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图。验算曲柄存在条件，验算最小传动角（最大压力角）。5.提出调节摆角的结构方案，并进行分析计算。6.编写设计计算说明书。7.学生可进一步完成台式电风扇摇头机构的计算机动态演示验证。8.3设计提示常见