2011年机械原理课程设计任务书1

机械原理课程设计机械原理课程设计 一 一 课程设计的目的课程设计的目的 综合应用所学过的机械原理知识 进行机构的选型 组合 分析与综合 并 绘制相应的机构运动简图 以培养机械运动方案的设计能力和创新思维 二 二 设计任务及要求设计任务及要求 本课程设计提供了 A B 两类题目 A 为综合类设计题目 B 为创新类题 目 要求每个学生选择其中的一个题目 在规定的时间里按题目任务要求完成 设计工作 并上交设计说明书一份 注 设计说明书统一用重庆理工大学设计用纸抄写或按相同 A4 纸打印装订 20 页以上 说明书应有封面及标题 题目名称 专业 班级 姓名和学号 说明书封面自行设计 若采用手工绘图 用档案袋将说明书与图纸一起交上 若采用电脑绘图 请将图插入说明书中 并作必要说明 时间安排 1 即日起可根据本任务选择自己的题目 查阅资料 构思设计 2 课程设计周第 1 3 天 老师到新校区授课教室答疑式辅导 有问题的 学生可以来问 3 课程设计周第 4 5 天 小答辩方式 老师在教室检查设计 每个学生展 示自己的设计结果 并做说明 4 课程设计周第 5 天 学生上交课程设计结果 班上统一收集上交电子文 档 三 综合类设计题目三 综合类设计题目 题目题目 1 1 洗瓶机设计 限 洗瓶机设计 限 4 4 人 人 一 一 工作原理及工艺动作过程工作原理及工艺动作过程 为清洗圆形瓶子的外面 把待洗的瓶子放在两个转动着的导辊上 导辊带 动瓶子旋转 当推头 M 把瓶推向前进时 转动着的刷子就把瓶子外面洗净 当 前一个瓶子将洗刷完毕时 后一个待洗的瓶子已送入导辊 它的主要动作 将 到位的瓶子沿着导辊推动 瓶子推动过程中利用导辊转动将瓶子旋转以及将刷 子转动 图 1 是洗瓶机有关部件的工作情况示意图 图 2 推头 M 的可走轨迹之一 图 1 洗瓶机有关部件的位置示意图 二 二 原始数据及设计要求 原始数据及设计要求 设计推瓶机构时的原始数据和要求为 1 瓶子尺寸 大端直径 d 80mm 长 200mm 2 推进距离 l 600mm 推瓶机构应使 推头 M 以接近均匀的速度推瓶 平稳地 接触和脱离瓶子 然后 推头快速返回原位 准备第二个工作循环 3 按生产率的要求 推程平均速度为 v 45mm s 返回时的平均速度 为工作行程的 3 倍 4 机构传动性能良好 结构紧凑 制造方便 三 三 设计方案提示 设计方案提示 1 推瓶机构要求推头作近似直线轨迹 回程时轨迹形状不限 但不能 反向拨动下一个瓶子 可以如图 2 所示 由上述运动要求 常用基本 机构是不容易实现 可以采用组合机构来实现 2 洗瓶机构由一对同向转动的导辊和三只转动的刷子组成 可以通过 机械传动系统来完成 四 四 设计任务及要求 设计任务及要求 1 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 2 进行推瓶机构的选型 以实现洗瓶动作要求 3 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案 分配 传动比 并在图纸上画出传动方案图 4 机械运动方案的评定和选择 5 对执行机构进行运动尺寸计算 6 对执行机构进行运动分析 画出运动线图 7 画出机械运动方案简图 8 编写设计计算说明书 题目题目 2 2 轧辊机设计 轧辊机设计 4 4 人 人 一 一 工作原理及工艺动作过程 工作原理及工艺动作过程 图 1 所示轧辊机是由送料辊送进铸坯 由 工作辊将铸坯轧制成一定尺寸的方形 矩形或 圆形截面坯料的初轧轧机 它在水平面内和铅 垂面内各布置一对轧辊 图中只画了铅垂面内 的一对轧辊 两对轧辊交替轧制 轧机中工 作辊中心 M 应沿轨迹 mm 运动 以适应轧制工 作的需要 坯料的截面形状由轧辊的形状来保 证 因此 轧辊机主要由工作辊和送料辊机构 组成 二二 原始数据及设计要求 原始数据及设计要求 根据轧制工艺 并考虑减轻设备的载荷对轧辊中心点 M 的轨迹可提出如下 基本要求 1 在金属变形区末段 应是与轧制中心线平行的直线段 在此直线段内轧 辊对轧件进行平整 以消除轧件表面因周期间歇轧制引起的波纹 因此 希望该平整段 L 尽可能长些 2 轧制是在铅垂面和水平面内交替进行的 当一个面内的一对轧辊在轧制 时 另一面内的轧辊正处于空回行程中 从实际结构上考虑 轧辊的轴 向尺寸总大于轧制品截面的宽度 所以 要防止两对轧辊在交错而过时 发生碰撞 为此 轧辊中心轨迹曲线 mm 除要有适当的形状外 还应有足 够的开口度 h 使轧辊在空行程中能让出足够的空间 保证与轧制行程 中的轧辊不发生 拦路 相撞的情况 3 在轧制过程中 轧件要受到向后的推力 为使推力尽量小些 以减轻送 料辊的载荷 故要求轧辊与轧件开始接触时的啮入角 尽量小些 约 取 25 左右 坯料的单边最大压下量约 50mm 从咬入到平整段结束的长 度约 270mm 4 为调整制造误差引起的轨迹变化或更换轧辊后要求开口度有稍许变化 所选机构应能便于调节轧辊中心的轨迹 5 要求在一个轧制周期中 轧辊的轧制时间尽可能长些 三三 设计方案提示 设计方案提示 1 能实现给定平面轨迹要求的机构可以有铰链连杆机构 双凸轮机 构 凸轮 连杆机构 齿轮 连杆机构等 图 1 轧辊工作情况 2 采用两自由度的五杆机构 可精确实现要求的任意轨迹 且构件 尺寸可在很大范围内任选 但需要给两个主动件 联系两主动件 间运动关系的机构常用齿轮机构 凸轮机构 连杆机构等 3 由于本机器中机构的受力较大 应考虑到工作寿命要求 4 工作辊的方案设计应考虑轨迹和开口度的调节是否可能和方便 能否按要求布置在机器中 结构上是否便于实现 5 送料辊的运动方案可以通过机械传动系统来完成 四四 设计任务及要求 设计任务及要求 1 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 2 进行工作辊机构 送料辊机构的选型 3 机械运动方案的评定和选择 4 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案 分配传 动比 并画出传动方案图 5 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算 6 对执行机构进行运动分析 画出运动线图 7 画出机械运动方案简图 8 编写设计计算说明书 题目题目 3 3 剪板机设计 剪板机设计 4 4 人 人 一 一 工作原理及工艺动作过程 工作原理及工艺动作过程 剪板机是将卷料展开并剪成一定长度铁板的机器 即将板料作定长度的间 歇送进 在板料短暂的停歇时间内 剪刀在一定位置上将铁板剪断 因此剪板 机主要包括铁板输送机构和剪断机构 二 二 原始数据及设计要求 原始数据及设计要求 1 原材料为成卷的板料 每次输送铁板长度为 L 1900 或 2000 或 2200 mm 设计时任选一种 2 每次输送铁板到达规定长度后 铁板稍停 以待剪板机构将其剪断 剪断工艺所需时间约为铁板输送周期的十五分之一 建议铁板停歇时间不超过 剪断工艺时间的 1 5 倍 以保证有较高的生产率 3 输送机构运转应平稳 振动和冲击应尽量小 即要求输送机构从动件的 加速度曲线连续无突变 三 三 方案设计提示 方案设计提示 将铁板作间歇送进的机构方案设计 可从下述两个方面考虑机构的选择 1 如何夹持和输送铁板 并使停歇时保持铁板的待剪位置 2 如何实现间歇送进 并能使铁板停歇时运送铁板的构件的速度和加速 度曲线仍然连续 这样 送进机构的运转就比较平稳 大致有几条途径 1 利用机构中运动构件暂时脱离运动链 使后续构件实现停歇 2 利用构件上一点在圆弧段或直线段上运动 使与之相连的构件实现停 歇 3 利用两种运动的叠加使构件实现间歇运动 4 其它 工业上常用的简单间歇机构 如棘轮机构 槽轮机构和不完全齿轮机构等 虽具有结构简单 制造方便 运动可靠等优点 但在动力性能 动停比 运动时 间和停歇时间之比 方面很难满足设计要求 所以常用组合机构来满足设计要求 四 四 设计任务及要求 设计任务及要求 1 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 2 进行铁板输送机构和剪断机构的选型 3 机械运动方案的评定和选择 4 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案 分配 传动比 并在图纸上画出传动方案图 5 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算 6 对执行机构进行运动分析 画出运动线图 7 画出机械运动方案简图 8 编写设计计算说明书 题目题目 4 4 半自动平压模切机设计 半自动平压模切机设计 4 4 人 人 一 一 工作原理及工艺动作 工作原理及工艺动作 半自动平压模切机是印刷 包装行业压制纸盒 纸箱等纸制品的专用设备 该机可对各种规格的纸板 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 线处去掉边料后 沿着压出的压痕可折叠成各种纸盒 纸箱或制成凹凸的商标 它的主要工艺动作有两个 一是将纸板走纸到位 二是进行冲压模切 如 图 1 所示 4 为工作台面 工作台上方的 1 为双列链传动 2 为主动链轮 3 为 走纸横块 共五个 其两端分别固定在前后两根链条上 横块上装有若干个夹 紧片 主动链轮由间歇机构带动 使双列链条作同步的间歇运动 每次停歇时 链上的一个走纸模块刚好运行到主动链轮下方的位置上 这时 工作台面下方 的控制机构 其执行构件 7 作往复移动 推动横块上的夹紧装置 使夹紧片张 开 操作者可将纸板 8 喂入 待夹紧后 主动链轮又开始转动 将纸板送到具 有上模 5 装调以后是固定不动的 和下模 6 的位置 链轮再次停歇 这时 在 工作台面下部的主传动系统中的执行构件 滑决 6 和下模为一体向上移动 实现纸板的压痕 切线 称为模压或压切 压切完成以后 链条再次运行 当 夹有纸板的横块走到某一位置时 受另一机构 图上未表示 作用 使夹紧片张 开 纸板落到收纸台上 完成一个工作循环 与此同时 后一个横块进入第二 个工作循环 将已夹紧的纸板输入压切处 如此实现连续循环工作 图 1 平压模切机动作示意图 图 2 模切机生产阻力曲线 二 二 原始数据及设计要求 原始数据及设计要求 1 每小时压制纸板 3000 张 2 上模固定 下模向上移动的行程长度 回程的平均速度mmH5 050 为工作行程平均速度的 1 3 倍 3 工作行程的最后 2 mm 内受到生产阻力 如图 2 所示 回程NPc 6 102 时不受力 下模和滑块的质量约 120 kg 4 工作台面离地面的距离约 1200 mm 5 所设计机构的性能要良好 结构简单紧凑 节省动力 寿命长 便于制 造 三 三 设计方案提示 设计方案提示 1 走纸机构可采用双列链传动 走纸横块其两端分别固定在前后两根链条 上 横块上装有若干夹紧片已夹紧纸板 主动链轮由间歇运动机构带动 以实现定时走纸 1 模切机构由于压制纸板时受力较大 宜采用承载能力高的平面连杆机构 而连杆机构中常用的有四杆机构和六杆机构 在纸板停顿时进行冲压模 切 2 控制横块上夹紧装置 夹紧纸板 的控制机构 由于夹紧片张开后要停留 片刻 让纸板送入后才能夹紧 因而推杆移动到最高位置时 有较长时 间停歇的运动要求 故采用凸轮机构在设计上易于实现此要求 且结构 简单 3 由于冲压模切机构仅在很短的时间内承受很大生产阻力 为了减小周期 性速度波动 可以选择容量较小的电机 但一般需要安装飞轮 四 四 设计任务及要求 设计任务及要求 1 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 2 进行走纸机构 冲压模切机构及夹紧纸板的控制机构的选型 3 机械运动方案的评定和选择 4 根据给定的生产阻力及工作余量选定合适的电动机 5 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案 分配传动 比 并在图纸上画出传动方案图 6 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算 7 对执行机构进行运动分析 画出运动线图 8 画出机械运动方案简图 9 对机构进行受力分析 飞轮设计 10 编写设计计算说明书 题目题目 5 5 四工位专用机床设计 四工位专用机床设计 4 4 人 人 一 一 工作原理及工艺动作 工作原理及工艺动作 四工位专用机床的工作台有 四个工作位置 图 1 工位 是装卸工件 是钻孔 是扩孔 是铰孔 主轴箱上装有三把刀具 对应 于工位 的位置装钻头 的位置装扩孔钻 的位置装铰刀 刀具由专用电 机带动绕其自身的轴线转动 主轴箱每向左移动送进一次 在四个工位上分别 完成相应的装卸工件 钻孔 扩孔 铰孔工作 当主轴箱右移 退回 到刀具离 开工件后 工作台回转 90 然后主轴箱再次左移 这时 对其中每一个工件 来说 它进入了下一个工位的加工 依次循环四次 一个工件就完成装 钻 扩 铰 卸等工序 由于主轴箱往复一次 在四个工位上同时进行工作 所以 每次就有一个工件完成上述全部工序 因此 四工位专用机床的执行动作有两个 一是回转台的间歇转动 二是 主轴箱的刀具转动和移动 二 二 原始数据及设计要求 原始数据及设计要求 1 刀具顶端离开工件表面 65mm 图 1 快速移动送进 60mm 接近工件后 匀速送进 60 mm 前 5mm 为刀具接近工件时的切入量 工件孔深 45mm 后 10mm 为刀具切出量 然后快速返回 回程和工作行程的平均速比 行程速度变化系 数 K 2 2 刀具匀速进给速度为 2mm s 工件装 卸时间不超过 10s 3 生产率为每小时约 75 件 4 执行机构系统应装入机体内 机床外形尺寸见图 1 图 1 专用机床外形及尺寸 三 三 方案设计提示方案设计提示 1 回转台的间歇转动可以采用棘轮机构 槽轮机构 凸轮式间歇运动 不完全齿轮机构等 此外 还可采用某些组合机构 2 主轴箱的刀具往复移动 可以采用平面连杆机构 圆柱凸轮机构 移 动从动件盘形凸轮机构 凸轮 连杆组合机构等 3 回转台的间歇转动和主轴箱的刀具往复移动 两套机构均由一个电机 带动 故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 4 由生产率可以求出一个运动循环所需的时间 T 3600 75 48 s 刀具 匀速送进 60 mm 所需时间 vt1 60 2 30 s 刀具其余移动时间共需 18 s 回转工作台静止时间为 36 s 因此足够工件装卸的时间 5 工作台回转以后是否有可靠的定位功能 主轴箱往复运动的行程在 120mm 以上 所选机构是否能在给定空间内完成该运动要求 6 机构的运动和动力性能 精度在满足要求的前提下 传动链尽可能短 且制造 安装简便 7 加工对象的尺寸变更后 是否有可能方便地进行调整或改装 四 四 设计任务及要求 设计任务及要求 1 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 2 进行回转台的间歇转动机构 主轴箱的刀具往复移动机构的选型 3 机械运动方案的评定和选择 4 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案 分配传动 比 并画出传动方案图 5 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算 6 对执行机构进行运动分析 画出运动线图 7 画出机械运动方案简图 8 编写设计计算说明书 题目题目 6 6 医用棉签卷棉机设计 医用棉签卷棉机设计 4 4 人 人 一 一 工作原理及工艺动作过程工作原理及工艺动作过程 医院用棉签的日耗量很大 以往均由医护人员在值班间歇中用手工卷制 工作量很大 为提高工效拟用机器代替手工卷制棉签 棉签卷制过程可以仿照手工方式进行动作分解 亦可另行构想动作过程 按照棉签的手工卷制方法进行分解后得到 1 送棉 将条状棉通过机构定时 适量送入 2 揪棉 将条状棉压 卷 紧并揪棉 使之揪下定长的条棉 3 送签 将签杆送至导棉槽上方与定长棉条接触 4 卷棉 签杆自转并引导棉槽移动完成卷棉动作 二 二 原始数据及设计要求 原始数据及设计要求 1 棉花 条状脱脂棉 宽 25 30 mm 自然厚 4 5mm 2 签杆 医院通用签杆 直径约 3mm 杆长约 70mm 卷棉部分长约 20 25mm 3 生产率 每分钟卷 60 支 每支卷取棉块长约 20 25mm 4 卷棉签机体积要小 重量轻 工作可靠 外形美观 成本低 卷出的 棉签松紧适度 三 三 设计方案提示 设计方案提示 1 送棉可以采用两滚轮压紧棉条 对滚送进 送进的方式可采用间歇机 构 以实现定时定量送棉 也可以采用直线送进方式 则送棉机构 必须有持棉和直线 间歇 定长送进等功能 2 揪棉时应采用压棉和揪棉两个动作 压棉可以采用凸轮机构推动推杆 压紧棉条 为自动调整压紧力中间可加一弹簧 楸棉可以采用对滚 爪轮在转动中楸断棉条 3 送签可采用漏斗口均匀送出签杆 为避免签杆卡在漏斗口 可以将漏 斗作一定振动 4 卷棉可将签杆送至导棉槽 使签杆作自转并移动而产生卷棉 可采用 带槽形的塑料带通过挠性传动来实现 四 四 设计任务及要求 设计任务及要求 1 根据工艺动作要求拟定运动循环图 2 进行送棉 揪棉 送签 卷棉机构的选型 实现上述四种动作的配合 3 机械运动方案的评定和选择 4 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案 分配传动 比 并画出传动方案图 5 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算 6 画出机械运动方案简图 7 对执行机构进行运动分析 画出运动线图 8 编写设计计算说明书 题目题目 7 7 专用精压机设计 专用精压机设计 4 4 人 人 一 一 工作原理及工艺动作过程工作原理及工艺动作过程 专用精压机是用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺 它是将薄壁铝板一次 冲压成为深筒形 如图 1 a 所示 上模先以比较小的速度接近坯料 然后以 匀速进行拉延成形工作 以后 上模继续下行将成品推出型腔 最后快速返回 上模退出下模以后 送料机构从侧面将坯料送至待加工位置 完成一个工作循 环 它的主要工艺动作有 1 将新坯料送至待加工位置 2 下模固定 上模冲压拉延成形将成品推出膜腔 a b 图 1 加工工件及上模运动规律 二 二 原始数据和设计要求原始数据和设计要求 1 动力源是电动机 作转动 冲压执行构件为上模 作上下往复直移运动 其大致运动规律如图 1 b 所示 具有快速接近工件 等速工作进给和 快速返回的特性 2 精压成形制品生产率约每分钟 70 件 3 上模移动总行程为 280 mm 其拉延行程置于总行程的中部 约 100 mm 4 行程速比系数 K 1 3 5 坯料输送的最大距离 200 mm 6 上模滑块总质量 40 kg 最大生产阻力为 5000 N 且假定在拉延区内生产 阻力均衡 7 设最大摆动件的质量为 40kg mm 绕质心转动惯量为 2 kgm2 mm 质心简 化到杆长的中点 其它构件的质量及转动惯量均忽略不计 8 传动装置的等效转动惯量 以曲柄为等效构件 其转动惯量设为 30 kgm2 机器运转许用不均匀系数 为 0 05 9 机构应具有较好的传力性能 特别是工作段的压力角应尽可能小 传 动角大于或等于许用传动角 40 三 三 方案设计及讨论 方案设计及讨论 1 送料机构实现间歇送料可采用凸轮机构 凸轮 连杆组合送料机构 槽 轮机构等 2 冲压机构为保证等速拉延 回程快速的要求 可采用导杆加摇杆滑块的 六杆机构 铰链四杆加摇杆滑块的六杆机构 齿轮 连杆冲压机构等 3 工件送料传输平面标高在 1000mm 左右 4 需考虑飞轮设计 四 四 设计任务及要求 设计任务及要求 1 根据工艺动作要求拟定运动循环图 2 进行送料机构 冲压机构的选型 3 机械运动方案的评定和选择 4 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案 分配传动 比 并画出传动方案图 5 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算 6 画出机械运动方案简图 7 对执行机构进行运动分析 画出运动线图 8 进行飞轮设计 9 编写设计计算说明书 题目题目 8 8 步进输送机设计 步进输送机设计 4 4 人 人 一 一 工作原理及工艺动作过程工作原理及工艺动作过程 步进输送机是一种能间歇地输送工件 并使其间距始终保持稳定步长的传 送机械 图 1 为其示意图 工件经过隔断板从料轮滑落到辊道上 隔断板作间 歇往复直线运动 工件按一定的时间间隔向下滑落 输送滑架作往复直线运动 工作行程时 滑架上位于最左侧的推爪推动始点位置工件向前移动一个步长 当滑架返回时 始点位置又从料轮接受了一个新工件 由于推爪下装有压力弹 簧 推爪返回时得以从工件底面滑过 工件保持不动 当滑架再次向前推进时 该推爪早已复位并推动新工件前移 与此同时 该推爪前方的推爪也推动前工 位的工件一齐向前再移动一个步长 如此周而复始 实现工件的步进式传输 显而易见 隔断板的插断运动必须与工件的移动协调 在时间和空间上相匹配 图 1 步进输送机示意图 二 二 原始数据及设计要求 原始数据及设计要求 1 输送工件形状和尺寸如图 1 工件质量 60kg 输送步长 H 840mm 允许 误差 0 2mm 2 辊道上允许输送工件最多 8 件 工件底面与辊道间的摩擦系数 0 15 当 量值 输送滑架质量为 240kg 当量摩擦系数也为 0 15 3 滑架工作行程平均速度为 0 42m s 要求保证输送速度尽可能均匀 行程 速比系数 K 1 7 4 最大摆动件线质量为 20 kg m 质心在杆长中点 绕质心线转动惯量为 2 kgm2 m 其余构件质量与转动惯量忽略不计 发动机到曲柄轴的传动系 统的等效转动惯量 视曲柄为等效转动构件 近似取为 2 kgm2 5 允许速度不均匀速度为 0 1 6 滑架导路水平线与安装平面高度允许在 1100mm 以下 7 电动机规格自选 三 三 设计方案提示 设计方案提示 1 为保证推爪在推动工件前保持推程状态 输送机构的行程应大于工件输 送步长 20mm 左右 2 在设计步进输送机构和插断机构时 可按已知滑架行程 平均速度和行 程速比系数确定曲柄转速 由已知的工件形状尺寸确定插断板单向或双 向的插入深度 据此并考虑机构的布局情况确定插断机构从动件的运动 范围和运动规律 四 四 设计任务及要求 设计任务及要求 1 根据工艺动作要求拟定运动循环图 2 进行插断机构 步进输送机构的选型 3 机械运动方案的评定和选择 4 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案 分配传动 比 并在图纸上画出传动方案图 5 进行工件停止在工位上的惯性前冲量计算 6 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算 7 画出机械运动方案简图 8 编写设计计算说明书 题目题目 9 9 压片成形机 压片成形机 3 3 人 人 一 一 设计题目及原始数据设计题目及原始数据 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 设计数据见下表 压片成形机设计数据表 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 kg m冲 kgm杆 kg A145010100 6015 000 0 10125 B9701560 3510 0000 08104 C9702040 2010 0000 0593 片坯 粉料 料筛 上冲头 下冲头 a b c d e 图 1 压片成形机工艺动作 如图 1 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 图 1a 2 下冲头下沉 3mm 预防上冲头进入型腔时粉料扑出 图 1b 3 上 下冲头同时加压 图 1c 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 图 1d 5 料筛推出片坯 图 1e 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 90 100mm 因冲头压力较大 因而加压机构应有增力功能 图 2a 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 2b 3 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 45 50mm 推卸片坯 图 2c S上 S下 S料 a b c 图 2 设计要求 上冲头 下冲头与送料筛的动作关系见下表 动作关系表 上冲头进退 送料筛退近休进远休 下冲头退近休进远休 二 二 设计方案提示 设计方案提示 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 2sin2cos1 4 0 22 式中r L 摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比 一般取 1 2 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 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冲 各杆质量 m杆 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 三 三 设计任务及要求 设计任务及要求 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 设计传动系统并确定其传动比分配 并在图纸上画出传动系统图 3 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 4 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 5 设计计算齿轮机构 6 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 7 编写设计计算说明书 题目题目 1010 垫圈内径检测装置机 垫圈内径检测装置机 5 5 人 人 一 一 设计题目及原始数据设计题目及原始数据 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 被检测的工件由 推料机构送入后沿一条倾斜的进给滑道连续进给 直到最前边的工件被止动机构控制的止 动销挡住而停止 然后 升降机构使装有微动开关的压杆探头下落 检测探头进入工件的 内孔 此时 止动销离开进给滑道 以便让工件浮动 检测的工作过程如图 1 所示 当所测工件的内径尺寸符合公差要求时 图 1a 微动 开关的触头进入压杆的环形槽 微动开关断开 发出信号给控制系统 图中未给出 在压 杆离开工件后 把工件送入合格品槽 如工件内径尺寸小于合格的最小直径时 图 1b 压杆的探头进入内孔深度不够 微动开关闭合 发出信号给控制系统 使工件进入废品槽 如工件内径尺寸大于允许的最大直径时 图 1c 微动开关仍闭合 控制系统将工件送入 另一废品槽 3 2 1 a b c 1 工件 2 带探头的压杆 3 微动开关 a 内径尺寸合格 b 内径尺寸太小 c 内径尺寸太大 图 1 垫圈内径检测过程 具体设计要求见下表 13 平垫圈内径检测装置设计数据表 被测钢制平垫圈尺寸 方案号 公称尺寸 mm 内径 mm 外径 mm 厚度 mm 电动机转速 r min 每次检测时间 s A1010 520214405 B1213242 514406 C202137314408 D30315649608 E363766596010 二 二 设计方案提示 设计方案提示 1 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 2 推料动作与上述两个动作的时间匹配不特别严格 可以采用平面连杆机构 也可以 采用间歇机构 三 三 设计任务及要求 设计任务及要求 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 一般应包括 凸轮机构 平面连杆机构以及齿轮机构等常用机构 该装置的微动开关以及控制部分的设 计本题不作要求 2 设计垫圈内径检测装置的传动系统并确定其传动比分配 并在图纸上画出传动系统图 3 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 B B 创新类设计题目创新类设计题目 请结合下列实际设计问题 选择自己感兴趣的题目 并通过需求背景调查进一步明确 设计目标和功能要求 综合运用所学知识完成如下工作 1 针对自己确定的创新性设计题目 拟定设计方案 并说明工作原理 2 绘制二维或三维图形 3 编写设计计算说明书 题目一题目一 第五届全国大学生机械创新设计大赛 2012 年 的主题为 幸福生活 今天和明天 内容为 休闲娱乐机械和家庭用机械的设计和制作 题目二题目二 自拟一种机械设计装置 可以是自己设想的创新机械 也可以根据现有部分图 文资 料 自己完善设计 设计帮助运动员网球或乒乓球训练的标准发球机或步兵步行耐力训练 或空军飞行员 体验混战演习训练 即给可能的飞行员各方位加一个重力 或宇航员失重训练 即能运载 一人并提供一个重力加速度 的模拟训练机械 附录附录 两个三维绘图及运动仿真例题两个三维绘图及运动仿真例题 例例 1 活塞式压气机运动模拟活塞式压气机运动模拟 SolidWorks COSMOSMotion 仿真模块仿真模块 本章介绍活塞式压气机的造型及仿真模拟 通过压气机主要零件曲柄 活塞 连杆 销轴和机座的造型 可以掌握 SolidWorks 的草图绘制 特征造型 基准轴 基准面 零件 装配等基础知识 装配图完成后 直接用 COSMOSMotion 进行汽缸运动状况模拟仿真 得到在自定义活塞推力时 活塞的位置 速度 加速度 以及曲柄的运动力矩等参数随时 间变化的曲线 1 1 工作原理工作原理 活塞式压气机是一种将机械能转化为气体势能的机械 机构简图如图1 1 电机通过皮 带带动曲柄转动 由连杆推动活塞移动 压缩汽缸内的空气达到需要的压力 曲柄旋转一 周 活塞往复移动一次 压气机的工作过程可分为吸气 压缩 排气三步 表1 1为活塞示 功数据 表1 1 曲柄位置 度 015150180210240255270285300330360 仿真时间 秒 00 080 420 50 580 670 710 750 790 830 921 活塞受力 N 00020010202850461076509600960096000 工作过程吸气压缩排气 图 1 1 1 2 零件造型零件造型 活塞式压气机汽缸的零件组成比较复杂 在不影响仿真的前提下 只对其主要零件进 行造型 包括曲柄 连杆 销轴 活塞和机座 1 曲柄 运行 SolidWorks 选择 文件 新建 零件 建立一个新文件 以文件名 曲 柄 存盘 右击 FeatureManager 设计树中的 材质 选择 编辑材质 如图 1 2 设 置零件的材质 选用 普通碳钢 按下确定按钮 图 1 2 选择 插入 草图绘制 选择 前视基准面 绘制一个圆 用智能尺寸按钮标 注圆的直径 如图 1 2 退出草图 选择 插入 凸台 基体 拉伸 拉伸草图 拉伸距离为 5 00mm 如图 1 4 图 1 3 图 1 4 在圆柱体端面上单击右键 选择 插入草图 按下 正视于草图 绘制圆 标注 尺寸直径为 10mm 标注尺寸如图 1 5 退出草图 选择 插入 凸台 基体 拉伸 拉伸草图 拉伸距离为 20 00mm 图 1 5 在圆柱体另一端面上单击右键 选择 插入草图 按下 正视于草图 绘制圆 标注尺寸 标注尺寸如图 1 6 退出草图 选择 插入 凸台 基体 拉伸 拉伸 草图 拉伸距离为 5 00mm 图 1 6 选择 插入 特征 圆角 将各边倒圆角 如图 1 7 图 1 7 选择 插入 参考几何体 基准面 在拉伸距离为 5 00mm 的特征上创建一个 基准面 1 如图 1 8 选择 插入 阵列 镜向 镜向 选择基准面 1 作为镜向面 镜向对象选择 要 镜向的实体 用鼠标选择整个已经完成造型的实体 如图 1 9 按下确定按钮 得到 曲柄造型如图 1 10 所示 图 1 8 图 1 9 图 1 10 2 连杆 选择 文件 新建 零件 建立一个新文件 以文件名 连杆 存盘 右击 FeatureManager 设计树中的 材质 选择 编辑材质 设置零件的材质 选用 普通 碳钢 选择 插入 草图绘制 选择 前视基准面 绘制草图 标注尺寸如图1 11 退 出草图 选择 插入 凸台 基体 拉伸 拉伸草图 拉伸距离为5 00mm 图1 11 选择 插入 参考几何体 基准面 选择连杆端面 设置参数如图1 12 建立 一个通过连杆厚度中间的基准平面 供装配时使用 图 1 12 选择 插入 特征 倒角 将零件各边倒角 边长为1 00mm 如图1 13 图 1 13 3 销轴 选择 文件 新建 零件 建立一个新文件 以文件名 销轴 存盘 右击 FeatureManager 设计树中的 材质 选择 编辑材质 设置零件的材质 选用 普通 碳钢 选择 插入 草图绘制 选择 前视基准面 绘制草图 如图1 14 退出草图 选择 插入 凸台 基体 拉伸 拉伸草图 拉伸距离为38 00mm 选择 插入 参考几何体 基准面 选择销轴端面 设置如图1 15 建立过销 轴长度中间的基准平面 供装配时使用 如图1 16 图 1 14 图 1 15 图1 16 4 活塞 选择 文件 新建 零件 建立一个新文件 以文件名 活塞 存盘 右击 FeatureManager 设计树中的 材质 选择 编辑材质 设置零件的材质 选用 普通 碳钢 选择 插入 草图绘制 选择 前视基准面 绘制一个圆 直径40 退出草图 选择 插入 凸台 基体 拉伸 拉伸距离为40 00mm 得到一圆柱体 选择 插入 特征 抽壳 选择圆柱体端面 抽壳壁厚填写3 如图1 17 图 1 17 选择 插入 参考几何体 基准轴 选择圆柱面 建立通过圆柱轴线的基准轴 1 选择 插入 参考几何体 基准面 再在图1 18中选择 基准轴1 和 上视基 准面 如图1 18 建立通过圆柱轴线的基准面1 鼠标右击该基准面边框 选择 插入草 图 按下 正视于草图 在草图上绘制一个圆 如图1 19 退出草图 图 1 18 图 1 19 选择 插入 切除 拉伸 设置参数如图1 20 再次鼠标右击基准面1边框 选择 插入草图 按下 正视于草图 在该草图上 绘制一个矩形 标注尺寸 如图1 21 退出草图 图 1 20 图 1 21 选择 插入 切除 旋转 选择基准轴作为旋转轴 在活塞上环切除一个槽 如图1 22 退出草图 图 1 22 选择 插入 阵列 镜向 线性阵列 选择环切槽特征作为阵列对象 如图 1 23 选择基准轴作为阵列方向 填写阵列参数如图1 24 图 1 23 图 1 24 选择 插入 特征 圆角 将各外边倒圆角 半径0 50mm 得到零件活塞造型 如图1 25 图 1 25 5 机座 选择 文件 新建 零件 建立一个新文件 以文件名 机座 存盘 右击 FeatureManager 设计树中的 材质 选择 编辑材质 设置零件的材质 选用 普通 碳钢 选择 插入 草图绘制 选择 前视基准面 绘制草图 如图1 26 退出草图 选择 插入 凸台 基体 拉伸 拉伸草图 拉伸距离为50 00mm 得到机座造 型如图1 27 图 1 26 图 1 27 1 3 装配装配 选择 文件 新建 装配体 建立一个新装配体文件 以文件名 活塞式压气 机装配体 保存该文件 单击装配体工具栏上的插入零部件 或单击 插入 零部 件 现有零件 装配体 在左边 PropertyManager 对话框中将出现以前保存的文件 也可 以选择 如图 1 28 在存放本章零件的文件夹中选择要装配的零件 如果工 具栏上没有出现 右键单击工具栏任意位置 在出现的菜单中勾选 装配体 1 曲柄与连杆装配 首先选择将前面完成的零件 曲柄 添加进来 再次单击装配体工具栏上的插入零部 件 在左边 PropertyManager 对话框中选择 将前面完成的零件 连杆 添加进来 图 1 28 单击视图工具栏上的局部放大 将零件放大 为了便于装配 可以用工具栏上的按 钮移动零部件 用旋转零部件来调节零部件的位置以便于装配 单击装配体工具栏 上的配合 在 PropertyManager 的配合选择下 分别选择曲柄轴面和连杆的孔面 如图 1 29 配合弹出工具栏出现 这里自动识别的默认配合为同心配合 零部件将移动到位 预览配合 选择配合弹出工具条上的 确认配合 若已经安装 COSMOSMotion 配合的时候会出现 自动设置新零件为静止或运动部件 这里回答 是 或 否 都可以 只需要在装配完毕后 在 COSMOSMotion 中再次确 认 修改静止或运动部件即可 图 1 29 再次单击装配体工具栏上的配合 选择图1 30中曲柄的基准面和连杆的基准面 进 行重合配合 这里 可以选择图形中的基准面 也可以将左边树状文字展开 用鼠标选择 文字 图 1 30 2 连杆与销轴装配 选择工具栏上 选择 从文件夹中添加零件 销轴 选择工具栏上 的配合 然后选连杆上的孔和销轴的表面 进行同心配合 选择弹出工具条上的 确定配合 再次选择工具栏上的配合 用鼠标单击绘图区左边文字 活塞式压气机装配 体 前面的 号 将其展开 分别选择连杆和销轴的基准平面 完成重合配合 从而 使连杆与销轴在中间位置对齐装配 如图1 31 图 1 31 3 销轴与活塞装配 选择工具栏上 选择 从文件夹中添加零件 活塞 选择工具栏上 的配合 然后选活塞的孔和销轴的表面 进行同心配合 选择弹出工具条上的 确 定配合 再次选择工具栏上的配合 用鼠标单击绘图区左边文字 活塞式压气机装配体 前面的 号 将其展开 分别选择活塞和销轴的基准平面 完成重合配合 使活塞和 销轴在中间位置装配 如图1 32 图 1 32 4 活塞与机座装配 选择工具栏上 选择 从文件夹中添加零件 机座 选择工具栏上 的配合 分别选择活塞圆柱体表面与机座圆柱体表面 完成重合配合 选择弹出工具条 上的 再次选择工具栏上的配合 用鼠标单击绘图区左边文字 活塞式压气机装配 体 前面的 号 将其展开 分别选择活塞的 上视基准面 与机座的 上视基准面 按下垂直按钮 使机座水平放置 如图1 33 图 1 33 5 初始位置的确定 为了使压气机的初始位置在 0 度 要把曲柄转动中心和连杆安置在同一水平线上 在 设计树中 鼠标右击 曲柄 在出现的菜单中选择 浮动 如图 1 34 使固定的曲柄成 为浮动 然后调节曲柄和连杆的位置在同一水平线上 如图 1 35 至此 完成了零件的装配图 图 1 34 图 1 35 1 4 仿真仿真 在装配图界面 选择 工具 插件 在图1 36中勾选COSMOSMotion 按下确定 启动仿真软件COSMOSMotion 这一步骤进行一次之后 只要不去掉图1 36中 COSMOSMotion的勾选 以后每次在进入装配图时 均会自动启动COSMOSMotion COSMOSMotion启动时 出现图1 37所示对话框 选择 是 自动判断设置零部件为 运动或静止 并把装配中的约束自动映射为COSMOSMotion中的运动副 无论选择 是 或 否 后面均应该再次确认设置每个零部件为运动或静止 图 1 36 图 1 37 COSMOSMotion安装后 在菜单中会出现 运动 菜单项 在设计树上面出现Motion 运动分析图标按钮 选择该图标 在图1 38中按住Ctrl键 用鼠标选择除机座外的所有 零件 按下右键 选择 运动零部件 将它们设置为可以运动的零件 同样地 将机座设 置为 静止零部件 图 1 38 1 4 1 添加约束 在运动分析之前 必须用各种运动副 如旋转副 移动副 球面副等将各零件联接起 来 装配时添加的各种配合 将自动映射为运动分析的约束 如图1 39 同时 在绘图区 各约束的图标符号也将显示出来 如图1 40 图 1 39 图 1 40 SolidWorks装配时添加的约束种类 不如COSMOSMotion中的多 在装配时没有添加 的约束 则需要在这里补上 鼠标右击设计树中 零部件 下面的 曲柄 1 如图1 41 选择 添加约束 旋转 副 出现图1 42对话框 单击 选择第二个部件 栏 然后用鼠标选择机座 单击 选择 位置 栏 用鼠标选择曲柄轴的圆周 即是选择曲柄轴的圆心作为旋转副的位置 如图 1 43 按下 图 1 41 图 1 42 图 1 43 1 4 2 添加驱动 鼠标右击设计树中的 约束 下面的Joint 如图1 44 选择属性 在出现的对话框中选 择运动 运动作用在 设置为 绕Z轴选择旋转 运动类型 设置为 速度 函数 设置为 恒定值 角速度 设置为360deg sec 恒定值 如图1 45 按下 这 样就把曲柄与机座之间的旋转运动副添加了一个角速度为每秒360度的驱动 曲柄成为原动 件 如果要去掉该运动 在COSMOSMotion工具栏上选择 删除仿真结果 将如图1 45 中 运动类型 设置为 自由运动 按下即可 图 1 44 图 1 45 1 4 3 添加工作阻力 1 先定义工作阻力 鼠标右击设计树中的 力 下面的 单作用力 如图1 46 选择 添加单作用力 在 出现的对话框中选择 定义 如图1 47 用鼠标单击活塞 受力部件 机座 参考部件 活 塞端面的圆周 受力位置 按下 选择方向 右边的 可以