机械原理课程设计课件

1、 机械原理 课程设计 湖南大学 机械与运载工程学院 2014年7月（供参考） 机械原理课程设计 n机械原理课程设计是高等工科院校机类专业学生机械原理课程设计是高等工科院校机类专业学生, ,在在 机械原理机械原理课程理论教学之后的一个重要的综合课程理论教学之后的一个重要的综合 性的教学环节性的教学环节. .通过课程设计可以进一步巩固通过课程设计可以进一步巩固, ,掌握掌握 并初步运用机械原理的知识和理论并初步运用机械原理的知识和理论, ,培养学生的系统培养学生的系统 设计和机构设计能力设计和机构设计能力, ,开发和创新能力开发和创新能力. .其目的是其目的是: : u以机械系统运动方案设计与拟定

2、为结合点以机械系统运动方案设计与拟定为结合点, ,把机械原把机械原 理课程中各章的理论与方法融会贯通起来理课程中各章的理论与方法融会贯通起来, ,进一步巩进一步巩 固和加深学生所学的理论知识固和加深学生所学的理论知识. . 一、机械原理课程设计的目的一、机械原理课程设计的目的 机械原理课程设计机械原理课程设计 通过本课程设计主要达到以下的目的：通过本课程设计主要达到以下的目的： 1.巩固和加深学生所学的机械原理知识；巩固和加深学生所学的机械原理知识； 2.培养学生运用理论知识独立解决工程实践问题的培养学生运用理论知识独立解决工程实践问题的 能力，受到一次完整的基本设计方法的训练；能力，受到一次

3、完整的基本设计方法的训练； 3.对学生进行机构的选型与组合以及确定机械运动对学生进行机构的选型与组合以及确定机械运动 方案的训练；方案的训练； 4.提高学生运算、制图、运用计算机和技术资料的提高学生运算、制图、运用计算机和技术资料的 能力；能力； 5.通过编写设计计算说明书，培养学生表达、归纳、通过编写设计计算说明书，培养学生表达、归纳、 总结和独立思考与分析解决工程技术问题的能力。总结和独立思考与分析解决工程技术问题的能力。 二、机械原理课程设计的任务二、机械原理课程设计的任务 根据给定的工作要求，将机械总功能分解成分功根据给定的工作要求，将机械总功能分解成分功 能；进行机构的选型与组合；设

4、计该机械系统的几种能；进行机构的选型与组合；设计该机械系统的几种 运动方案；对各运动方案进行对比与选择；绘制机械运动方案；对各运动方案进行对比与选择；绘制机械 运动循环图；对选定方案中的机构运动循环图；对选定方案中的机构连杆机构、凸连杆机构、凸 轮机构、齿轮机构和其他常用机构进行设计；绘制机轮机构、齿轮机构和其他常用机构进行设计；绘制机 械系统的运动简图；进行机械动力分析；编写设计计械系统的运动简图；进行机械动力分析；编写设计计 算说明书等。算说明书等。 三、机械原理课程设计的方法三、机械原理课程设计的方法 l.图解法：运用基本理论中的基本关系式，用图图解法：运用基本理论中的基本关系式，用图

5、解的方法将其结果确定出来，并清晰的以线图形式表解的方法将其结果确定出来，并清晰的以线图形式表 现在图纸上，几何概念清晰，方法简单现在图纸上，几何概念清晰，方法简单 2解析法：运用解方程的方法求解未知量，可借解析法：运用解方程的方法求解未知量，可借 助计算机进行计算精确，结果可靠助计算机进行计算精确，结果可靠 这两类方法各有优点，互为补充在课程设计中应这两类方法各有优点，互为补充在课程设计中应 并重，互相结合，择简而用并重，互相结合，择简而用 四、机械原理课程设计的步骤四、机械原理课程设计的步骤 由于不同的设计课题有不同的设计内容和方法，由于不同的设计课题有不同的设计内容和方法， 所以设计的步骤

6、也不完全相同，有时先后顺序可能变所以设计的步骤也不完全相同，有时先后顺序可能变 化或交叉，要根据具体情况决定。化或交叉，要根据具体情况决定。 大致步骤如下：大致步骤如下： 1.了解题意。了解机器的工作对象，加工方法和工作了解题意。了解机器的工作对象，加工方法和工作 参数参数(设计时必要的原始数据设计时必要的原始数据)。 2.拟定运动循环图。确定各执行构件的运动形式和动拟定运动循环图。确定各执行构件的运动形式和动 作的先后顺序，相位，按照它们的协调要求拟定出机械作的先后顺序，相位，按照它们的协调要求拟定出机械 运动循环图，以协调各分支机构的设计、装配和调试，运动循环图，以协调各分支机构的设计、装

7、配和调试， 3.构思和确定机械运动方案。针对给定的设计要求，构思和确定机械运动方案。针对给定的设计要求， 构思各种能够实现执行构件运动形式的机构或机械系统，构思各种能够实现执行构件运动形式的机构或机械系统， 形成多种可能的机械运动方案。然后，对各方案进行分形成多种可能的机械运动方案。然后，对各方案进行分 析，比较、评选，确定出最佳方案或较佳方案。析，比较、评选，确定出最佳方案或较佳方案。 4.机构的尺度综合。对选定的最佳或较佳方案中的各机构的尺度综合。对选定的最佳或较佳方案中的各 基本机构进行尺度设计在这一过程中要首先确定对基本机构进行尺度设计在这一过程中要首先确定对 各机构有相关影响的一些参

8、数，如某些固定铰链点的各机构有相关影响的一些参数，如某些固定铰链点的 位置、有些传动比、摆角等；并要具体制定出合理的位置、有些传动比、摆角等；并要具体制定出合理的 设计路线，因为有时某一机构的设计结果可能是另一设计路线，因为有时某一机构的设计结果可能是另一 机构的原始参数，然后再进行各具体机构的尺度综机构的原始参数，然后再进行各具体机构的尺度综 合最后绘出各机构的运动筒图。合最后绘出各机构的运动筒图。 5.绘制整个机械系统的运动简图。要按照运动循环图绘制整个机械系统的运动简图。要按照运动循环图 规定的动作顺序和相位关系，在图纸上协调好各机构规定的动作顺序和相位关系，在图纸上协调好各机构 中构件

9、的相应位置运动循环图也要在图纸上正式绘中构件的相应位置运动循环图也要在图纸上正式绘 出。出。 7.整理设计图纸和电算资料。图纸的数量要达到课题整理设计图纸和电算资料。图纸的数量要达到课题 规定的要求。图纸的质量方面要求做到作图准确，布规定的要求。图纸的质量方面要求做到作图准确，布 图匀称。图面整洁，线条、字母、尺寸标注和图纸幅图匀称。图面整洁，线条、字母、尺寸标注和图纸幅 面等均符合制图标准。面等均符合制图标准。 标题栏格式如图标题栏格式如图1-1所示。对于用计算机进行设计的部所示。对于用计算机进行设计的部 分，要整理好数学模型，框图，打印出自编的全部程分，要整理好数学模型，框图，打印出自编的

10、全部程 序和运算结果。序和运算结果。 8.整理和编写设计计算说明书。整理和编写设计计算说明书。 6.按照设计题目的规定，对机械系统的某一部分进行按照设计题目的规定，对机械系统的某一部分进行 运动分析或动力分析。运动分析或动力分析。 五、机械原理课程设计说明书的内容五、机械原理课程设计说明书的内容 1.设计题目。设计题目。 2.给定的设计条件、数据及要求。给定的设计条件、数据及要求。 3.设计步骤：设计步骤： 1)原动机的选择；原动机的选择； 2)传动机构的选择与比较；传动机构的选择与比较； 3)执行机构的选择与比较；执行机构的选择与比较； 4)机械系统运动方案的拟定和比较；机械系统运动方案的拟

11、定和比较； 5)制订机械系统的运动循环图；制订机械系统的运动循环图； 6)所选机构的设计与分析；所选机构的设计与分析； 7)画出机械运动方案布置图及机械运动简图；画出机械运动方案布置图及机械运动简图； 8)完成设计所用方法及其原理的简要说明；完成设计所用方法及其原理的简要说明； 9)列出必要的计算公式及所调用的子程序名；列出必要的计算公式及所调用的子程序名； 10)写出自编的主程序、子程序及编程框图，打印出写出自编的主程序、子程序及编程框图，打印出 自编的全部程序，对程序中的符号变量作出说明，并自编的全部程序，对程序中的符号变量作出说明，并 列出数学模型中的符号与程序中符号的对照表；列出数学模

12、型中的符号与程序中符号的对照表； 11)用表格列出计算结果，用计算机或人工画出必要用表格列出计算结果，用计算机或人工画出必要 的曲线图；的曲线图； 12)对结果进行分析讨论。对结果进行分析讨论。 4. 主要参考资料。主要参考资料。 应在设计过程中逐步草拟好设计计算说明书，设计应在设计过程中逐步草拟好设计计算说明书，设计 结束时再作必要的补充和整理。说明书要用钢笔写在结束时再作必要的补充和整理。说明书要用钢笔写在 16开报告纸上要求层次清晰，标题醒目，叙述简明，开报告纸上要求层次清晰，标题醒目，叙述简明， 图表齐全，文句通顺，书写工整。图表齐全，文句通顺，书写工整。 机械原理课程设计 l每个学生

13、应完成的设计工作量每个学生应完成的设计工作量: u机械方案运动简图一张机械方案运动简图一张(A2图纸图纸)； u零件工作图三张零件工作图三张(A3图纸图纸)； u设计说明书一份（设计说明书一份（A4复印纸，复印纸，15页以上页以上 ） u课程设计参考资料（课程设计参考资料（15本以上）本以上） 机械原理课程设计 l 七七 课程设计内容的进度安排课程设计内容的进度安排 n内容和时间内容和时间(天天) u1.设计准备设计准备(查资料、借阅参考书查资料、借阅参考书) 0.5天天 u2.方案设计（制定方案设计（制定5个运动方案，选定最优方案）个运动方案，选定最优方案）1.5天天 u3.机械功能分解及运

14、动循环图确定机械功能分解及运动循环图确定 1天天 u4.对选定方案中的机构进行分析与设计对选定方案中的机构进行分析与设计 3天天 u5.绘制机构运动简图绘制机构运动简图 1.5天天 u6.编写课程设计说明书编写课程设计说明书 1.5天天 u7.答辩答辩 1天天 机器运动方案设计程序 n 一、方案设计的主要内容 1、了解机械系统设计的整个过程（执行系统方案设计、 传动方案设计等） 2、明确设计的目的，掌握各设计项目的设计内容和要求。 n 二、方案设计的重点和难点 机械执行系统的方案设计包括功能原理设计、运动规律 设计、执行机构的型式设计、执行系统的协调设计、执行机 构的尺度设计、方案的评价与决策

15、等内容。了解机械执行系 统方案设计的内容和全过程，掌握执行系统的方案设计的具 体方法，通过学习培养创新意识和创新设计能力，是方案的 学习重点。 1.了解机械运动方案设计的过程和具体内容。了解机械运动方案设计的过程和具体内容。 2.实现同一功能要求，可以采用不同的工作原理，从而得出不同的设计方实现同一功能要求，可以采用不同的工作原理，从而得出不同的设计方 案，学会根据机械预期实现的功能要求，进行功能原理的创新构思。案，学会根据机械预期实现的功能要求，进行功能原理的创新构思。 3.实现同一工作原理，可以采用不同的工艺动作分解方法，从而设计出不实现同一工作原理，可以采用不同的工艺动作分解方法，从而设

16、计出不 同的设计方案。学会根据工作原理提出的工艺动作要求，创造性地构思出同的设计方案。学会根据工作原理提出的工艺动作要求，创造性地构思出 合适的运动规律。合适的运动规律。 4.实现同一运动规律，可以采用不同的机构形式，从而得到不同设计方案实现同一运动规律，可以采用不同的机构形式，从而得到不同设计方案 。 掌握执行机构形式的设计原理，学会运用选型和构型的方法进行执行机构掌握执行机构形式的设计原理，学会运用选型和构型的方法进行执行机构 型式的创新设计。型式的创新设计。 5.了解执行机构协调设计的目的和原则，掌握机械运动循环图的绘制方法了解执行机构协调设计的目的和原则，掌握机械运动循环图的绘制方法

17、。 6.了解方案评价的意义，评价准则、评价指标和评价方法，学会根据具体了解方案评价的意义，评价准则、评价指标和评价方法，学会根据具体 的产品设计问题，确定方案的评价准则和选择合适的评价方法，对方案进的产品设计问题，确定方案的评价准则和选择合适的评价方法，对方案进 行评价和决策。行评价和决策。 基本要求基本要求: : 三、运动方案设计的指导思想 实现机械功能实现机械功能-工艺动作工艺动作-复合机械动作复合机械动作 运动设计运动设计 : 机构选型设计机构选型设计, 性能分析与尺寸优选性能分析与尺寸优选 机构选型设计机构选型设计: 实现简单运动实现简单运动: 回转运动、回转运动、 移动移动 性能分析

18、性能分析: 使用、使用、 运动、运动、 动力动力、 制造制造 、 维护维护 尺寸优选尺寸优选: 以提高以提高运动运动, 动力性能动力性能为目标为目标 运动协调运动协调: 多个机构多个机构实现复合工艺动作实现复合工艺动作的协调关系的协调关系 运动方案设计步骤 1.对使用功能进行功能与工艺动作分解专业知识 运动与力的要求-执行构件的生产阻力, 运动参数 2.工艺动作的运动设计-机构选型与参数设计 原动机-传动路线(机构)-执行机构 (1) 原动机的运动参数 回转运动 电机、液压马达、气动马达等 往复直线运动往复式油缸或气缸 (2) 回转运动 连续转动 转/分 间歇转动 次/分，动/停 往复摆动 次

19、/分， 摆角大小，行程速比系数 (3) (3) 直线运动直线运动 往复直动往复直动 行程数行程数/ /分，行程大小，行程速比系数分，行程大小，行程速比系数 带停歇往复直动带停歇往复直动 次次/ /分分 停歇位置停歇位置, , 时间时间 行程行程 速度速度 带停歇单向直动带停歇单向直动 进给量进给量/ /分分 (4) (4) 机械传动系统方案的拟定机械传动系统方案的拟定 u 机构的原始运动参数机构的原始运动参数 1 1） 执行构件的运动参数执行构件的运动参数 运动方案设计步骤 2） 原动机的运动参数原动机的运动参数 回转运动回转运动 电机，液压马达，气动马达等电机，液压马达，气动马达等 往复直线

20、运动往复式油缸或汽缸往复直线运动往复式油缸或汽缸 u各执行构件间的协调配合各执行构件间的协调配合 （）总传动比原动机的转速执行构件转速（）总传动比原动机的转速执行构件转速 （）各执行构件间互相有关，须严格配合包括（）各执行构件间互相有关，须严格配合包括 a)运动速度的配合运动速度的配合 b)动作的配合动作次序动作的配合动作次序 运动方案设计步骤 机械的工作循环图-机械的运动循环图 表明机械一个工作循环中各执行构件的运动配合关系图 该图是将各执行机构的运动循环按同一时间（或转角）比例 尺画出的循环图，并且以其某一主要执行构件的工作起点为 基准来表示各执行机构的运动循环相对于该主要执行机构而 动作

21、的先后次序，既可以达到互相协调的目的，又最大限度 地缩短运动循环周期，提高生产效率。 p常见的机械的运动循环图有： （）直线式工作循环图 （）圆周式工作循环图 （）直角坐标式工作循环图 运动方案设计步骤 （）直线式工作循环图 绘制方法： 将机械在一个工作循环中各执行构件各运动区段的起止时 间（或转角）和先后顺序，按比例绘制在直线轴上，形成长 条矩形图，如图所示 特点：特点：绘制方法简单，能清楚地表示出一个运动循环内各执行绘制方法简单，能清楚地表示出一个运动循环内各执行 构件间运动的先后顺序和位置关系。但由于不能显示各执行构构件间运动的先后顺序和位置关系。但由于不能显示各执行构 件的运动变化情况

22、，只有简单的文字表述，使运动循环图的直件的运动变化情况，只有简单的文字表述，使运动循环图的直 观性较差。观性较差。 （）圆周式工作循环图 绘制方法： 以原点O为圆心，作若干个同心圆 环，每一个圆环代表一个执行构件 。 由各相应圆环分别引径向直线表示 个执行构件不同运动区段的起始和 终止位置，如图所示。 特点： 因为机械的运动循环通常是在主轴 或分配轴转一周的过程中完成的， 因此，能直观地看出各执行机构中 原动件在主轴或分配轴上所处的相 位，便于各执行机构的设计、安装 和调试。但当执行构件较多时，因 同心圆环太多而不够清晰，同样也 不能显示执行构件的运动变化情况 。 （）直角坐标式工作循环图 绘

23、制方法： 以横坐标轴代表机械的主轴或分配轴的 转角，以纵坐标轴代表各执行构件的角 位移或线位移，如图所示，实际上就是 各执行构件的位移线图。为简明起见， 通常忽略实际的运动规律，将各运动区 段用直线连接，只反映出各个执行构件 间运动的协调配合关系即可。 特点： 形象、直观，不仅能清楚地表示出各执 行构件的运动先后顺序，还能表示出执 行构件的运动状态及运动变化情况。并 能作为下一步机构几何尺寸设计的依 据，因此得到广泛的应用 机构系统运动循环图的作用有： 1）保证机器能按工艺动作要求协调工作； 2）反映机器的生产节奏，可作核算机器生产率的依 据； 3）指导机器各执行机构的设计、安装和调试。 常见

24、运动特性及其对应机构 连续转动： 1定传动比匀速：平行四杆机构、双万向联轴节机构、齿轮 机构、轮系、谐波传动机构、摆线针轮机构、摩擦轮传动机 构、挠性传动机构等。 2变传动比匀速：轴向滑移圆柱齿轮机构、混合轮系变速机构 、 摩擦传动机构、行星无级变速机构、挠性无级变速机构等。 3非匀速：双曲柄机构、转动导杆机构、单万向连轴节机构、 非圆齿轮机构、某些组合机构等。 往复运动： 1往复移动：曲柄滑块机构、移动导杆机构、正弦机构、移动 从动件凸轮机构、齿轮齿条机构、楔块机构、螺旋机构、气 动、液压机构等。 2往复摆动：曲柄摇杆机构、双摇杆机构、摆动导杆机构、曲 柄摇块机构、空间连杆机构、摆动从动件凸

25、轮机构、某些组 合机构等。 常见运动特性及其对应机构 间歇运动： 1间歇转动：棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、 凸轮式间歇运动机构、某些组合机构等。 2间歇摆动：特殊形式的连杆机构、摆动从动件凸轮 机构、齿轮-连杆组合机构、利用连杆曲线圆弧段或直线段组 成的多杆机构等。 3间歇移动：棘齿条机构、摩擦传动机构、从动件作间歇往复 运动的凸轮机构、反凸轮机构、气动、液压机构、移动杆有停 歇的斜面机构等。 特殊运动要求： 1换向： 双向式棘轮机构、定轴轮系（三星轮换向机构）等： 2超越：齿式棘轮机构、摩擦式棘轮机构等。 3过载保护：带传动机构、摩擦传动机构等。 三、常用机构的分析比较和机构的选型

26、传递回转运动的机构 摩擦传动简单、平稳、过载安全、传动比不准 ，效率低 啮合传动（齿轮、齿条）传动比准、功率大、 转矩大 连杆机构（双曲柄）用于特殊传动 实现单向间歇运动的机构 槽轮机构动停换点有软冲。用于速度不大的场 合 棘轮机构冲击大，用低速场合 不完全齿轮机构用轻载、低速场合 凸轮式间歇机构用于高速场合 题目 平压印刷机设计 l1、功能要求及工作原理 总功能要求 印制各种资料、名片、表格。 工作原理 平压印刷机的工作原理及工艺动作分 解如图2.1所示，将油墨定量输送至 墨盘2，令墨盘作间歇转动，使墨辊1 蘸墨时能较均匀地得到供墨；墨辊沿 墨盘面和铜锌板面11上下运动，完成 蘸墨和刷墨动作；放有白纸的压印板 3绕一固定点D来回摆动，其工作行程 终点使白纸与涂有油墨的铜锌板压合， 完成印刷工艺。当空回行程时便可取 出成品。 l2、原始数据和设计要求 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 使该机具有16001800次/小时的印刷能力。 电动机功率P0.8kw，转速n电 9