机械原理课程设计讲稿与任务2012.ppt

机械原理课程设计 机械原理课程设计的目的机械原理课程设计要求每个学生完成的工作机械运动方案设计的相关知识机械传动系统设计实例本学期机械原理课程设计选题注意事项 一 机械原理课程设计的目的 1 以机械系统运动方案设计为切入点 融会贯通机械原理课程知识 进一步巩固和加深所学的理论与方法 2 具有初步的机构选型与组合和确定机械运动方案的能力 3 培养创新能力和工程实践能力 4 培养团队协作精神 5 通过编写说明书 培养表达 归纳 总结和分析问题的能力 二 机械原理课程设计每生完成的工作 1 根据自己的工作任务 设计3种机构 机构选型 2 对所选的3种机构进行比较 选出最合适的1种 3 对确定的机构进行尺度综合 并画出主运动机构的机构简图 传动系统方案图及工作循环图 绘制在A1号图纸上 4 与主运动机构相关的凸轮或齿轮设计 或者是主运动机构的运动和动力分析 绘制在A1号图或另一张A2号图 5 编写设计说明书一份 不得少于15页 二 机械原理课程设计每生完成的工作 时间安排 6 25 6 29 讲课 机构选型及特点分析 平面连杆机构综合6 30 设计传动系统并确定传动比分配 传动系统方案图和工作循环图 7 1 凸轮机构设计 齿轮机构设计7 2 7 3 编写设计说明书7 4 提交设计结果 答辩 三 机械运动方案设计的相关知识 1 机械总体方案设计2 机械的运动设计3 机械的动力设计4 机械的结构设计5 机械设计的校验 一 机械设计一般过程 机械运动方案设计 三 机械运动方案设计的相关知识 1 机构选型 选出 选定 根据已知的设计要求 按执行构件的运动形式及运动功能要求 先在基本机构中进行类比选择 当基本机构不能满足运动或动力要求时 才考虑对基本机构进行组合 变异等方法形成新的机构 或选用组合机构 若很难找到满足工作要求的现有机构 这时要求改变机械的工作原理和工艺动作 或创造新型机构 二 机械传动方案的确定 机构选型 三 机械运动方案设计的相关知识 1 机构选型 选出 选定 a 满足执行构件运动形式要求 b 机械的结构简单 紧凑 便于制造与安装 c 具有足够的强度和工作寿命 工作安全可靠 d 各执行机构之间的动作与运动便于协调配合等 e 其他要求 二 机械传动方案的确定 机构选型 三 机械运动方案设计的相关知识 2 机构选型基本原则1 按已拟定的工作原理进行机构选型时 应尽量满足或接近运动形式要求 2 力求结构简单 尺寸适度 在整体布置上占的空间小 达到布局紧凑 3 选择那些加工制造简单 容易保证较高的配合精度的机构 4 保证在高速运转时有良好的动力特性 5 考虑机械效率等问题 6 考虑动力源的形式 三 机械运动方案设计的相关知识 三 机械运动方案设计的相关知识 机构组合是指根据机械使用要求或工艺动作要求 将几个基本机构按一定的原则或规律组合成一个复杂的 新的机构系统 在以下几个方面常常需机构组合 1 机构的工艺动作较复杂若采用简单的 单一的基本机构无法实现复杂的工艺动作 这种情况下机构组合常采用并联式 复合式或叠加式的组合方式 组合时应注意各个子工艺动作协调配合问题 2 所选择的机构其运动和动力特性不好 但又无更好的机构可选这种情况下常用串联组合方式来改善机构的性能 如增程 增力 实现各种特殊运动要求等 3 由于不具备某种动力源 或受其它条件的限制 只有进行机构组合才能实现所要求的工艺动作 3 机构组合 3 机构组合 机构的常用组合方法 串联式 并联式 复合式和叠加式机构组合 1 串联式机构组合 串联式机构组合是指若干个单自由度的基本机构顺序连接 每个前置机构的输出构件作为后一机构的输入件 3 机构组合 2 并联式机构组合并联式机构组合是指又两个或多个基本机构并列布置的组合形式 一种是并联时几个机构类型相同 尺寸相同 且对称布置 另一种是并联的几个机构类型 尺寸不一定相同 也不是对称布置 但须满足一定时序要求 轨迹配合要求 运动形式配合要求 位置要求等 3 机构组合 3 机构组合 3 复合式机构组合一个两 多 自由度作为基本机构A 一个 几个 单自由度基本机构B 这里指附加机构 的输出构件接入基础机构所构成的并联组合形式称为复合式机构组合 如差动齿轮机构 五连杆机构 或引入空间运动副的可见运动机构 如单自由度的连杆机构 凸轮机构 齿轮机构等 3 机构组合 将一个机构安装在另一个机构的某个运动构件上的组合形式称为叠加式机构组合 其输出运动是若干个机构输出运动的合成 各机构的运动关系是相互独立的 如各种机械手 另一种则是各机构之间的运动有一定的影响 相互关联 如摇头电扇的传动机构 叠加式机构组合的主要功能是实现特定的输出 完成复杂的工艺动作 在此基础上可以继续叠加等一系列机构 4 叠加式机构组合 4 叠加式机构组合 5 机械运动循环图 描述各执行构件运动间相互协调配合的图 机械运动循环图由于机械在主轴或分配轴转动一周或若干周内完成一个运动循环 故运动循环图常以主轴或分配轴的转角为坐标来编制 通常选取机械中某一主要的执行构件为参考件 取其有代表性的特征位置作为起始位置 通常以生产工艺的起始点作为运动循环的起始点 由此来确定其他执行构件的运动相对于该主要执行构件运动的先后次序和配合关系 1 直线式运动循环图 绘制方法 将机械在一个运动循环中各执行构件各行程区段的起止时间和先后顺序 按比例绘制在直线坐标轴上 特点 绘制方法简单 能清楚表示一个运动循环中各执行构件运动的顺序和时间关系 直观性差 不能显示各执行构件的运动规律 2 圆周式运动循环图 绘制方法 以极坐标系原点为圆心作若干同心圆 每个圆环代表一个执行构件 由各相应圆环引径向直线表示各执行构件不同运动状态的起始和终止位置特点 能比较直观地看出各执行机构主动件在主轴或分配轴上的相位 当执行机构多时 同心圆环太多不一目了然 无法显示各构件的运动规律 3 机械运动循环图的设计 机械的运动循环机械的运动循环是指机械完成其功能所需的总时间 通常以T表示 2 机械运动循环图的设计步骤与方法 1 首先确定执行机构的运动循环时间TM 2 确定组成运动循环的各个区段 3 确定执行构件各区段的运动时间及相应的分配轴转角 该机器主要用于单件小批量生产场合 希望造价低 工作可靠 使用和维修较简单 机器具有一般的工作精度 加工表面的平面度 8 9级精度加工表面的垂直度 8 9级精度 1 设计任务 设计一个以加工平面为主的金属切削机床的机械传动系统 该机床的使用场合及应满足的精度如下 四 机械传动系统设计实例 在同种传动类型中 因机器执行构件运动形式的不同 传动系统还可以分为不同的组成方式 不同的传动系统组成方式 可看成是机器工作原理在较小范围之内的差异 四 机械传动系统设计实例 2 机器工作原理的确定 3 机器传动系统方案的拟定与主运动机构的选型 1 机器传动系统方案的拟定 四 机械传动系统设计实例 2 主运动机构的选型及分析 四 机械传动系统设计实例 该方案由两个四杆机构组成 其特点如下 1 平面连杆机构 结构简单 加工方便 能承受较大载荷 2 具有急回作用 只要正确选择参数 即可满足行程速比系数K和滑块行程H的要求 3 当以曲柄为主动件时 机构传动角 较大 工作行程中 能使刨刀速度较慢 且变化平稳 符合切削要求 由此可见 此方案加工简单 占用面积比较小 传力性能好 方案一 导杆机构 摇杆滑块机构 四 机械传动系统设计实例 方案二 将方案一中的连杆4与滑块5的转动副变为移动副 并将连杆4变为滑块4 既得方案二 该方案除具备方案一的特点外 因构件4与5间的传动角始终为900 所以受力更好 结构更紧凑 四 机械传动系统设计实例 方案三 特点如下 1 该方案是四杆机构 结构比前述方案简单 2 具有急回作用 但急回作用不明显 增大a和e或减小b 均能使K增大到所需值 但会使滑块速度变化剧烈 速度波动大 并且使最小传动角减小 传动性能变坏 显然 此方案传动角不符合要求 3 横向尺寸约为纵向尺寸的2倍 机构欠匀称 四 机械传动系统设计实例 方案四 该机构由两个四杆机构组成 b a 特点如下 1 只要正确选择参数 即可满足行程速比系数K要求 若K增大 将使导杆3的角速度变化剧烈 产生冲击 2 滑块5的行程H 2C 增大L可增大4与5间的传动角 并使滑块5的速度变化平缓 3 因曲柄1和导杆3都作整周运动 所以机构的横 纵向尺寸较大 另外 构件4与5间的最小传动角一般比方案一 二的小 并且横 纵向尺寸均不如方案一和二 转动导杆 对心曲柄滑块 四 机械传动系统设计实例 方案五 该机构由两个四杆机构组成 特点如下 1 具有急回作用 但极位夹角 摇杆摆角 和机构最小传动角 min都与机构的尺寸有关 设计计算比较麻烦 2 作往返运动的滑块5以及作平面复杂运动的连杆BC和CE的的动平衡叫困难 3 构件4与5间的最小传动角较小 机构的横 纵向尺寸较大 曲柄摇杆机构 摇杆滑块机构 由此可见 该方案的传力性能 横向尺寸和滑块的平稳性均不如方案一和二 四 机械传动系统设计实例 方案六 该机构由两个四杆机构组成 特点如下 1 具有急回作用 适当调整机构尺寸可使K增大 2 曲柄1与3都能作整周运动 机构的横向和纵向尺寸均较大 且A与D的传动轴均应悬臂安装 否则机构运动时 轴与曲柄将发生干涉 3 作往返运动的滑块以及作平面复杂运动的连杆EF和BC的的动平衡较困难 4 机构的最小传动角较小 刨刀的速度也不够平稳 其横 纵向尺寸较大 双曲柄机构 曲柄滑块机构 该方案传力性能 横向尺寸和滑块的平稳性均不如方案一和二 四 机械传动系统设计实例 方案七 该机构由导杆机构和齿轮齿条机构组成 特点如下 1 加工齿轮齿条比较复杂 特别是制作精度高的齿条较困难 2 齿轮齿条之间为高副接触 易磨损 磨损后传动不平稳 并将产生噪声和振动 3 导杆作变速往返摆动 特别在空回行程中 导杆角速度有较剧烈的变化 使齿轮机构受到很大的惯性冲击和振动 4 需解决扇形齿轮的动平衡问题 否则动载荷增大 由于齿条在较大的冲击载荷下工作 齿轮很容易产生折断 所以此方案不理想 四 机械传动系统设计实例 方案八 该机构由凸轮机构和摇杆滑块机构组成 特点如下 1 凸轮机构虽可使从动件获得任意的运动规律 但凸轮制造复杂 表面硬度较高 因此加工和热处理的费用较大 2 凸轮与从动件间为高副接触 只能承受较小载荷 表面磨损较快 磨损后凸轮的廓线形状将发生变化 3 由于滑块的急回运动性质 使凸轮机构受到的冲击较大 4 滑块行程比较大 调节较困难 这将使凸轮机构压力角过大 为减少压力角 必增大基圆半径 从而使整个机构的尺寸十分庞大 5 力封闭或几何封闭 保持高副始终接触 使结构复杂 该方案不适用于载荷和行程较大的刨床 2 主运动机构的选型及分析 四 机械传动系统设计实例 牛头刨床的机械传动系统图 四 机械传动系统设计实例 3 牛头刨床传动系统方案的设计 四 机械传动系统设计实例 4 机器工作循环图和机器传动系统示意图的绘制 四 机械传动系统设计实例 5 主运动机构的尺度综合与运动分析 例 根据设计题目要求 尺度综合已知参数和条件拟定如下 待求尺寸 LO2O4 LO4B L 135 mm 例 主运动机构进行运动分析 四 机械传动系统设计实例 5 主运动机构的尺度综合与运动分析 位移线图 四 机械传动系统设计实例 6 主运动机构进行动态静力分析 7 计算飞轮转动惯量 8 凸轮机构的设计 五 机械原理课程设计选题 本学期每班共有9个选题 每4名同学一组 按学生学号依次确定设计题目 每个同学必须至少有一个设计方案与同组同学的方案不同 提供一套 机械原理课程设计任务书 每个同学按自己分配的题目复印 妥善保管 任务书要作为设计说明书的一部分装订在说明书里 设计题目1 半自动钻床 设计加工图所示工件f12mm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 1 钻头由动力头驱动 设计者需考虑动力头的进刀 升降 运动 动力头的动作形式有快进 工进 快退和停止等 2 除动力头升降机构外 还需要设计送料机构 定位机构 3 可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动 具体参数见任务书 设计题目2 垫圈内径检测装置 设计垫圈内径检测装置 检测钢制垫圈内径是否在公差允许范围内 合格的 孔小的 孔大的各分别放置 1 要求设计该检测装置的推料机构 控制止动销的止动机构 压杆升降机构 2 由于止动销的动作与压杆升降动作有严格的时间匹配与顺序关系 建议考虑使用凸轮轴解决这个问题 具体参数见任务书 设计题目3 糕点切片机 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执行动作 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隔的输送距离 以满足糕点不同厚度的要求 1 用一台电动机作为两个执行部件的动力源 2 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 切刀机构应力求简单适用 运动灵活和运动空间尺寸紧凑等 3 需要考虑直线间歇运动机构如何满足切片长度尺寸的变化要求 4 需要考虑糕点的移动和停止与切刀的运动动作协调问题 具体参数见任务书 设计题目4 旋转型灌装机 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 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 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 需要设计间歇传动机构 以实现工作转台间歇传动 设计题目5 健身球检验分类机 将不同直径尺寸 直径范围为 40 46mm 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 需要设计送料机构 接料机构等 石料的健身球不能承受强力冲击 送料和接料过程自动化 各执行部件之间的动作协调 健身球直径范围为 40 46mm 要求分类机将健身球按直径的大小分为三类 1 40 第一类 42 2 42 第二类 44 3 44 第三类 46 其它技术要求见表1 表1健身球分类机设计数据 设计题目6 自动打印机 在包装好的纸盒上打印标号 它的动作主要有三个 送料到打印工位 然后打印记号 最后将产品输出 要求设计实现该打印机功能的送料机构 夹紧机构 打印机构和产品输出机构 提示 1 从结构简化角度将送料 夹紧机构合为一体 可以采用凸轮机构或连杆机构 2 打印机构和输出可以采用平面连杆机构或凸轮机构 3 由于定位夹紧时在送料方向有一挡块 输出运动可与送料运动方向互相垂直 设计题目7 热镦挤送料机械手 设计二自由度关节式热镦挤送料机械手 电动机驱动 夹送圆柱形镦料 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 要求完成手臂上下摆动以及水平回转的机械运动设计 设计时可以不考虑手指夹料的工艺动作 此机械手为空间机构 确定设计方案后应计算空间自由度 设计题目8 压片成形机 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 压片成形机的工艺动作是 1 干粉料均匀筛入圆筒形型腔 2 下冲头下沉3mm 预防上冲头进入型腔时粉料扑出 3 上 下冲头同时加压 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 5 料筛推出片坯 要注意各执行部件之间的动作协调关系 设计题目9 专用精压机 专用精压机是用于薄