机械制造行业机械综合设计指导书

1、机械原理课程设计指导书 西南交通大学机械学院机械原理教研室 编著 1999年1月目 录 一. 高位自卸汽车 . 1 二. 增力头 . 14 三. 载重汽车的起重后板 . 19 四. 钢筋切断机 . 24 五. 起道器 . 27 六. 自动钻床送进机构 . 33 七. 平动式装载机 . 36 八. 铁路散货自翻车 . 37 九听课折椅 . _38 十. 后装压缩倾卸式垃圾汽车 . 39 十一.受电弓机构 . 43 十二.高速列车摆式车体 . 44 十三.强制卸载式装载机 . 45 十四飞机起落架 . 46 十五.步进输送机 . 47 十六.侧卸式翻斗车 . 48 十七.自装卸集装箱运输汽车 .

2、49 十八.改型理发椅 . 51 十九. 软片前进机构 . 52 二十机械手抽取器 . 53 二十一 4 平面连杆机构运动分析（C语言版） . 59第 1页共 104页 亠、高位自卸汽车 一、问题的提出 目前国内生产的自卸汽车，其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下。卸 货高度都是固定的。若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较高些， 目前的 自卸汽车就难以满足要求。为此需设计一种高位自卸汽车，它能将车厢举升到 一定高度后再倾斜车厢卸货。 第 2页共 104页 1） 具有一般自卸汽车的功能。 2） 能将满载货物的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度， 最大升 程Smax见表2-1 o 3） 为

3、方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移。车厢处于最大升程位置时， 其后移量a见表2-1 o为保证车厢的稳定性，其最大后移量 chax不得超过 1.2a。 4） 在举升过程中可在任意高度停留卸货。 5） 在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开：卸货完毕，车厢恢复水平状态， 后厢门也随之可靠关闭，后厢门和车厢的相对位置见图 2-3 o 6） 举升和倾斜机构的安装空间不超过车厢底部与大梁间的空间， 后厢门打开 机构的安装面不超过车厢侧面。 7） 结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好的动力传递性能。 表 2-1 预定的设计参数 （尺寸单位为毫米） 序号 车厢尺寸(L X W X H) Smax a W(k

4、g) Lt Hd 1 4000X 2000X 640 1800 380 5000 300 500 2 3900X 2000X 640 1850 350 4800 300 500 3 3900X 1800 X 630 1900 320 4500 280 470 4 3800X 1800 X 630 1950 300 4200 280 470 5 3700X 1800 X 620 2000 280 4000 250 450 设计要求: 第 3页共 104页 6 3600X 1800 X 610 2050 250 3900 250 450 三、 任务分配进度安排 1） 题目及分组 高位自卸汽车可按三

5、个人一组分头设计，其中一个兼总体协调工作、 三个子题目如下： a. 车厢举升机构设计 b. 车厢倾斜机构设计 c. 后厢门开启、关闭联动机构设计 由 c 题目担任本设计组组长。协调该组的设计工作，并绘制高位自卸 汽车总体方案图纸一张 （三个位置绘成不同颜色， 同一机架，在一张图上） 2） 任务及时间分配 a. 方案论证（型综合） 建议五周内必须完成。 要求至少给出 2到 3个方案。论证给出较优方案，论证主要考虑以下 几方面： 满足运动要求方面； 动力性能方面； 制造、维护方面； 结构紧凑方面； 设计难易方面； b. 尺度综合与运动和力分析，以及校核 建议用八周时间完成。 要求： 建立机构尺度综

6、合的数学模型； 绘出计算机程序框图及变量说明表； 编制程序及上机调试； 计算机打印结果及程序； 给出位移、速度和加速度与力或力矩（原动力）的曲线； 验算机构是否到位（图解法） ，机构的传动角是否满足 min 40 ; 第 4 页 共 104 页 结果分析及改进设想。 c. 整理设计说明书及答辩 建议用两周时间完成。 要求每一组写出一本说明书。 小组成员分别负责自己所承担部分的写作， 由小组长负责整个说明书 的统编。 四、 建议说明书目录如下（供参考） 第一章 高位自卸汽车 1-1 问题的提出 1-2 设计要求及有关数据 第I章 TOPIC(I) ( I = 2，3，4 ) I-1 方案确定 I

7、-2 机构设计 I-3 CAD （含程序框图、变量表，程序及其运算结果） I-4 评价及改进设想（含机构位置、传动角、油缸行程及输出力等的 评价） 附录： 1. 高位自卸汽车的机构运动简图 2. 各主动力输出曲线 3. 参考书目 注：1 = 2, T0PIC（2）为举升机构 I = 3, T0PIC（3）为倾斜机构 I 4, T0PIC（4）为后厢门启闭机构 第 5页共 104页 五、参考方案 以下方案均不一定是最佳方案，甚至不一定实用，列出供同学们扩展 思路，从中择优。更好的方案，有待同学们去思考。 1）举升机构 H 第 6页共 104页 2）倾斜机构 (b丿丿 第 7页共 104页 3）后

8、厢门启闭机构 Y min W 40 第 8页共 104页 六、提示 以下是一个任意选定的方案及设计步骤供同学们参考 1）举升机构 a. 数学模型 S AM (1 cos ) MO sin AM ?sin MO(cos 1) S 升高量 a - 后移量 0.20.3M （限制倾斜后，Smax、a有所减小） AM V 1.21.5M （限制整车高度） 选择AM、B、MO以满足升高和后移量。 b.确定油缸C、D点位置 要求： ICD 500mm PCDmax W 3W 尽量减少 PCD的波动。 c.确定油缸E、 F点位置 要求： IEF W 600mm PEFmax W 1.5 W 尽量减少 PEF

9、的波动。 d.检验传动角第 9页共 104页 2）倾斜机构 a.数学模型 (12 H2XI2 H2)T (Il Hi)(li HI)T 0 其中： (H2 O) R 55 (H 1 O) (12 G) R e GI(I 1 G) 可选定：G(Gx,Gy), Hix, lly,e Gl 解出llx, 该部分的解法可参考第七部分。 b. 确定油缸J点的位置 求 Ji，SHO，Ji，SHO 方法 要求： IJG 40。 第 20 页 共 104 页 三、设计任务及进度安排 1. 机构选型设计 选择一种能够使后板水平平动且构件少、 体积紧凑的机构。 选型 往往与分析计算交叉反复进行。例如，选择了一种机

10、构，经计算分析 后发现该机构效果不好，就要否定这个机构，选择新的机构，直到满 足设计要求。机构选型设计的时间为 23周。 2. 尺度综合及运动、动力分析、传动质量指标检验 尺度综合即是要对所选机构的基本尺寸进行设计计算。 在动力分 析中，要求求出在起升过程中起升油缸的输出力即起升机构的平衡力 及各运动副反力、要求绘出各力的变化曲线。由于起升机构运动速度 较低，各构件重量相对于起升重量较小，所以在力分析过程中可省略 各构件重力及惯性力。机构尺度综合后应检验丫 min 40。这部分工 作的时间为六周。 3. 撰写设计计算说明书 撰写格式如下： 一 问题的提出、设计要求和有关数据 二 机构选型设计

11、三 尺度综合及运动、动力分析、传动质量指标检验 四 自我评价及展望 五 附录（计算程序、图纸和参考书目） 四、设计方法提示 机构选型设计是比较困难的工作，为了开阔同学们的思路，下面将介 绍机构选型设计的一些方法和本课程设计题目的一些方案提示。 根据具体的设计要求，选择一种可行的机构。一般常用如下方法： 1. 借鉴参考法： 借鉴国内外同类设计的机构选型设计， 在此基础上进行修改和改第 21页共 104页 进，使其满足具体设计要求。这种参考资料可以从专利说明书、科技 图书、期刊、产品样板中获得，在机构选型设计中这是最常用的方法。 在使用中注意不要照抄照搬，应结合具体情况有所改进和创新。 2. 功能

12、分解选择法 将具体设计要求分解为一系列的功能。在现有机构中寻找可以满 足各个功能的机构，然后将这些机构有机地综合起来，实现所有的功 能、满足全部设计要求。目前国内已出版了许多机构应用图集，这些 图集按机构功能分类编写，有较高的参考价值。采用这种方法往往可 以得到创新性的设计。在可参考方案较少或无参考方案的情况下主要 采用这种方法进行机构选型设计。 五、参考方案 采用功能分解选择法，将起升和收拢分解为平动与摆动两个功 能,然后在现有各种机构中选择能实现平动和摆动的机构。考虑到动 力组件为伸缩式油缸，那幺主动构件可以是如图 3、图4所示的导杆 以图3、图4所示的导杆和摆杆作主动件，选择机构转换成平

13、动和摆 动。下列几种机构可以实现平动：第 22页共 104页 1.导杆机构 2. 3. 4.凸轮机构 第 23页共 104页 5. 齿轮齿条机构 6. 组合机构等 考虑到车厢的具体结构和使用要求，机构的机架只能固定在汽车车厢 下面的底盘上，此外，还应考虑起升机构上升到上限位置时应与地面有一 定距离以利于行车，根据这些限制在上述机构中选择一种可满足要求的机 构。 摆动机构也可以仿照平动机构列出许多，根据具体要求进行筛选即 可。 六、本课程设计题目的参考书目 机械工程手册，第十八篇，机构选型与运动设计，机械工业出版社， 1978。 机构与机械控制装置，N.P契罗尼斯着，郭景嘉等译，中国农业出版 社

14、，1984。 四、钢筋切断机 一、 问题的提出 钢筋在建筑上应用非常广泛，它可以用作预制构件，钢筋混凝土和箍筋等。 为此，需要钢筋切断机按所要求的钢筋的规格的长度将其切断。 目前建筑工地 使用的钢筋切断机虽能完成切断动作，但其执行机构没有考虑到对切刀运动规 律和动力特性的要求，切刀工作过程中产生的冲击很大，切断效率较低。因此, 有必要将现存的钢筋切断机加以改进， 重新设计，以获得动态性能较好的钢筋 切断机。 第 24页共 104页 二、 设计要求和有关数据 1. 设计要求 a. 基本工作要求：用手工将不同规格的钢筋按所需长度送至刀口，将其 切断；以后再次送入，作下次截断。 b. 运动要求：i）

15、在切断过程中，要求切断速度尽可能小，速度尽可能均 匀，以保证切削质量，减少冲击； ii） 保证切刀行程H; iii）切刀空行程中速度尽可能快，以提高效率； iv） 保证切刀的每分钟切断次数（生产率）。 c. 动力要求：切刀能产生足够的冲力克服工作阻力，要有较好的传动性能。 2. 有关数据 拟采用三相异步电机作动力源，初定电机转速nd = 2880rpm；所切钢筋的 最大直径d max = 40mm，动刀通过的距离 H =44mm，其生产率分型号依次 为34次/分、38次/分、42次/分、刀在切断过程中所受工作阻力 P =400kN， 其它行程无阻力。 整个机器的尺寸范围为： 长X宽X高w 16

16、00X 500 x 750mm。 H 一 I I C I 丿 - /F i 图1 LJ 电动机动刀 钢笳定刀第 25 页 共 104 页 三、 设计内容及任务进度安排 1. 分组：按题目所给出生产率要求分为三组 2. 任务和时间安排 (1) 确定机械的传动方案及执行机构的结构型式(要求对不同结构型式 进行比较、评价、选择型综合) ；2 周 (2) 设计执行机构的运动简图，确定传动系统的运动参数(列出设计方 程组、编制程序、上机运算、打印结果) ；3 周 (3) 对执行机构在一个工作循环中进行运动分析、动力分析(列出运动 分析、动力分析方程式，编制程序、上机运算、打印结果，画出一个工作循 环中工

17、作构件的运动线图和平衡力矩线图) ；3 周 (4) 设计飞轮： 1 周 (5) 在三号图纸上绘制机构运动简图及传动系统示意图； 1 周 (6) 完成设计计算说明书； 1 周 格式： 一、设计题目及设计要求 二、设计过程(原理和思路) 1. 传动方案及型综合 2. 尺度综合 3. 运动、动力分析 4. 飞轮设计 三、设计总结 四、附录(程序、参考书目) (7) 准备答辩。 1 周 四、提示 1. 进行机构型综合时，从切刀的运动方式(往复摆动、往复直线运动) 入手，考虑回转运动转换成直线或摆动运动可能有的运动形式，如：第 26页共 104页 2. 尺度综合时，为简化程序设计计算过程，可不必采用建立

18、优化模 型的办法而把图解法与解析法相结合，用“试凑”的办法、获得若干组 杆长，再用于运动、动力分析，从中寻找出最能符合设计要求的一组杆 长。 五、参考书目 1. 机构参考手册，苏C.H.柯热夫尼柯夫等着 2. 机构设计综合一一创造性设计与最优化，美R.C.维翰逊着 3. 机构设计的组合与变异方法，洪允楣编着 4. FORTRAN算法语言,清华大学出版社 5. 平面连杆机构运动分析（C语言版）,本指导书 第 27页共 104页 五、起道器 一、问题的提出 铁路安全运输要求钢轨轨枕下的道喳坚实、钢轨平直（直道）。但各种原 因常常导致道喳松动，钢轨一高一低，因此需要进行维护，在维护作业中需要 一种特

19、殊的起道机械，其作用是将钢轨抬高至一定高度以便向轨枕下进行填喳 作业，如图所示。 .设计要求和有关数据 1）对起升量和起升重量的要求如下表所示: 起升量（mm） 120 120 100 100 起升重量（吨） 12 8 15 10 2） 为使用、携带方便，起道器为全机械式、起道器重量不得超过 20kg, 其外形尺寸小于300X 200 x 150（mm3）（不包括摆杆）。 3） 摆杆长小于1.5m，驱动力F小于25kg，摆杆摆角小于80。 4） 为保证轨距不变，钢轨只能受垂直力，不得受水平力。 5） 为保证行车安全，起道器高不得超过 200mm。 6） 为保证行车安全，起道器在任何起升高度上都

20、具有快速卸载能力。第 28页共 104页 三. 计任务与进度安排 a） 设计该机构传动方案，从原理上进行可行性分析。时间 4周。 b） 对各构件进行尺度设计。时间3周。 c） 调用或编制相应的程序，进行运动分析、力分析。时间 3周。 d） 设计计算说明书的撰写及答辩。时间 2周 撰写格式如下： a） 设计要求 b） 机构传动方案 c） 运动分析、力分析及相应的计算机程序框图、程序计算结 果。 四.该机构存在的问题及改进意见 五参考文献 六.附录： 1. 计算机打印的程序 2. 用3号图纸绘制的机构简图 3. 本文设计的收获及意见 四、参考方案 以下从机械原理角度给出一些参考方案，希望同学们认真

21、分析各 种方案的优缺点，从中得出新的设计思路。另外也给出一些起道器的实 际设计产品供参考。 （1）实现将转动变成移动的机构 图2 齿轮帝动进给丝杆回躲， 从而使工作台作直线務动的机构工作台斛 第 29页共 104页 采用丝杆进给及利用弹簧快速返回的机构。齿轮代替螺母与丝杆 啮合。齿轮销紧爪，爪操纵杆都安装于输出拖板上。前进端销子推动爪 操纵杆使爪脱开，输出拖板在弹簧作用下快速返回。输出拖板作直线运 实现自锁与卸荷的机构（图5图11） 第 30页共 104页 第 31页共 104页 图11第 32页共 104页 1） 目前的几种全机械式起道器（图12图13） 种类 公称载 重（吨） 最大使用载重

22、 （公斤） 行程 毫米 压缩时的高度 （毫米） 其 他 爪部 头部 爪部 头部 头部 宽X长 （毫米） 柄长 （毫米） 柄外径 （毫米） 重量 （公斤） 齿条式 5 5000 6000 200 35 440 150X 230 1200 40 18 10 10000 15000 55 560 180X 280 2400 50 38 齿轮式 25 2500 3000 90 55 175 150X 280 950 22 18 5 5000 6000 100 55 190 160X 300 1200 22 15 螺旋式 5 5000 6000 90 65 180 150X 260 750 22 15

23、10 10000 15000 200 65 550 200X 300 550 36 33 油压式 6 6000 10000 90 55 180 150X 310 950 22 15 10 10000 15000 250 70 405 160X 280 1200 22 30 注：公称载重即爪部的最大使用载重 图13齿条式 S 12耐 第 33页共 104页 五、提示 本设计从原理上讲是实现两个功能：将转动变为直线运动；接合与 分离（快速卸载）。因此，可分别设计单独实现一种功能的机构，然后再设计第 34 页 共 104 页 能同时实现两种功能的机械 (1) 将转动变成直动的机构 曲柄滑块机构是最常

24、见的一种机构， 以齿轮为主动件的齿轮齿 条机构，凸轮机构，螺旋机构等等都是将转动变为直线运动的机构。 第四节给出了一些将转动变成直线运动的机构，更详细的说明请查 阅参考文献。 (2) 接合与分离 离合器专门用于各种机械主、从动轴间的接合和分离。常用的 离合器有牙嵌式离合器、摩擦式离合器。棘轮机构是最常用的 实现反向自锁的机构。第四节给出了一些实现接合与分离的机构， 更详细的说明请查阅参考文献。 第四节给出的实际机构仅供用于开拓思路。 由于本设计要求重量轻， 换言之可理解为零件少。因此若单独设计两套机构分别实现这两个功能 不能满足重量轻的要求。鉴于本设计的特点，可先不考虑实现接合和分 离功能，仅

25、设计满足将转动变为直线运动的机构，然后在不增加零件或 少增加零件的条件下，再实现接合的分离功能。 四、 补充知识 以下给出一些参考文献，供查阅 (1) 板芳雄，椎名公一合着， 养路机械及使用方法 ，人民铁道出版 社，1977 年。 (2) 北方交通大学线路教研室编铁路线路工程与养护下册， 1974 年。 (3) 同济大学路桥系，上海市城市建设工程学校合编路桥施工机械 (4) 西北工业大学机械原理及零件教研室，孙恒、傅则绍主编机械 原理 (5) 国防工业出版社自动化机构图例 (6) 机械工业出版社机构和机械零部件优化设计 +第 35页共 104页 六、自动钻床送进机构 一. 问题的提出 钻床是一

26、种常用的孔加工机床。在台式钻床中，钻床主轴的进给运动一般 是用手操纵的，往往要耗费许多时间。据统计测算，在很多情况下， 用于其它 辅助工作的时间比真正用于钻孔的时间多好几倍， 而用于操纵的时间又占其它 辅助工作时间的31%40%。因此，要提高生产率，就要对钻床进行自动化改 装，其中的一个重要方面就是实现钻削工作循环的自动化， 即采用自动送进机 构，以减少操纵所用的时间。 二. 设计要求和有关数据 如图1所示、设送进机构 的输入运动为构件1的匀速回 转，其转速为ni，输出运动为 刀具(钻头)的直线往复运动， 行程为H = Hi + H2, P为钻削时 所受到的阻力。原始数据如下表 所示： 构件

27、1 转速 (转分) H 1(mm) H2(mm) 钻削时的送 进速度 V(mm /S) 钻削时钻头 所受到的阻 力 P(N) 钻头其它行 程受到阻力 P0(N) 题 1 10 25 20 1.68 2300 0 题 2 15 30 25 1.33 3911 0 题 3 10 30 30 1.68 7511 0 题 4 15 35 30 1.59 10589 0 题 5 10 30 30 1.40 13172 0 对刀具运动的具体要求是 1) 由A到B，刀具的行程为Hi,为刀具趋近工件的行程，要求刀具具 L 1 V 工 第 36 页 共 1o4 页 有较高的速度； 2） 由B到C,刀具的行程为H

28、2，为钻削时的送进行程。要求刀具能够 以匀速 V 或近似匀速送进，以保证钻孔动作的完成和钻孔质量； 3） 由C返回到A，刀具的行程H = Hi+ H2，为刀具的抬起（退回）行 程，要求刀具具有较高的速度，其平均速度与钻削时的平均速度之 比（行程速比系数） K 达到或接近于 2； 4） 刀具退回到A时， 能够在此位置停歇2秒左右， 以便装卸工件。 除了以上运动要求外， 还要求机构具有良好的传动性能， 结构紧凑、 经济实用。 三 课程设计任务及时间安排 （ 1 ）设计计算任务： 1） 确定传动方案并进行机构的尺度综合； 2） 绘出刀具的运动线图和To 1线图（To为作用于构件上的平衡 力矩， 1为

29、构件1的转角）； 3） 绘出Roi 1线图（Roi为机架作用原动件1的运动副反力）。 （ 2）时间安排 本题目的完成共需 16周，每周 2学时（累计 1 周） 1周3周：收集资料，确定传动方案； 4周12周：进行机构尺度综合、机构运动和动力分析； 1 3周 1 6周：整理设计计算说明书，并进行答辩。 四 提示及参考方案 1. 提示 本题目主要是要求机构： 实现将主动件的单向均速连续转动转变 为刀具的直线往复运动； 实现一定的行程速比系数； 实现刀具的 间歇运动。下面将工程常用的能够实现上述要求的机构归结如下： （1）将转动转变为移动的机构 连杆机构：如对心（偏置）曲柄滑块机构 凸轮机构：如直动

30、从动件盘形凸轮机构。 齿轮机构： 如齿轮齿条机构。 螺旋机构： 组合机构：如凸轮连杆组合机构，齿轮连杆组合机 构。 第 37页共 104页 (2) 具有急回特性的机构 a) 连杆机构：如曲柄摇杆机构，偏置曲柄滑块机构，摆动导杆机 构。 b) 凸轮机构 (3) 实现间歇运动的机构 凸轮机构： 利用连杆轨迹曲线实现的间歇运动机构 组合机构：如齿轮连杆组合机构，凸轮连杆组合机构。 棘轮机构 槽轮机构 不完全齿轮机构 2. 参考方案 根据题目的设计要求，可以只采用一种机构或几种不同的机构组合在 一起的组合机构。 参考方案1： Z512型台钻的改进型的送进机构采用的是尖底直动从动 件盘形凸轮机构。 参考

31、方案2:利用连杆曲线的连杆机构，机构如图 2所示 第 38页共 104页 七平动式装载机 一、 问题的提出 近代工程施工对装载机的工作范围、性能的要求不断提高。试设计 动式装载机的执行机构。 二、 设计要求和有关数据 装载机铲斗的工作范围参数如图所示，另有如下设计要求： 1） 铲斗距地面最大高度不小于3.26m。 2） 机身不动时，铲斗水平移动最大距离不小于 1.24m。 3） 铲斗在工作范围内运动到任何位置都能保持平动。 4） 铲斗最大倾倒角度不小于110。 5） 采用液压驱动，各个传动角不得小于 35。 6） 不得发生杆件干涉现象。不得涉及高副机构。受力合理。 种平 第 39页共 104页

32、 三、设计任务及进度安排 1） 机构选型，25周。 2） 尺度综合及位置分析及传动角校核，612周。 3） 静力分析，13周。 4） 用组合式可调平面连杆机构模型进行组装试验，辅助设计， 周。 5） 绘制铲斗在题给四位置时的机构运动简图（要求各位置不同颜色, 一张图上），14周。 6） 撰写设计说明书（参考第三题相应要求），15周。 7）答辩，16周。 713 第 40页共 104页 八、铁路散货自翻车 问题的提出 一种铁路运输散装货物的车辆， 具有两侧自翻， 自动开、 关门的功 能 （以下简称为自翻车） ，可节省人力，减轻劳动强度。试设计其自翻, 自动开、关门机构。 设计要求和有关数据 自翻

33、车工作状态及原始参数如图所示，设计要求如下: 1）车厢向一侧倾翻至给定角度时，该侧厢门联动打开，成为车厢底面的 延伸面或平行延伸面。 2）车厢向一侧倾翻时，另一侧厢门不得向内摆动挤压 货压迫下自行开启。 驱动和传动系统 在车厢下面，不 超出车厢侧面。 采用液压驱动， 各传动角不得 小于30 。 不得发生杆件 干涉现象。受力 合理。 设计任务及进度安排 2）尺度综合及位置分析及传动角校核，612周。 3）静力分析，13周。 4） 用组合式可调平面连杆机构模型进行组装试验， 713周。 5） 绘制车厢在水平状态和倾翻至给定角度时，这两个位置时的机构运动 简图（要求两位置不同颜色，在一张图上），14

34、周。 6） 撰写设计说明书（参考第三题相应要求），15周。 7） 答辩，16周车厢未倾翻时及恢复水平状态时，两侧厢门联动关闭，厢门不得在散 3) 4) 5) 6) 1) 机构选型，25周。 第 41页共 104页 九、听课折椅 一、 问题的提出 多功能折迭式家俱具有很多优点， 适合我国国情。试设计一种既能坐，又 便于记笔记，放书包的听课折椅。 二、 设计要求和有关数据 听课折椅的初始构思如图1所示，原始参数如图2所示，设计要求如下： 1） 除具有一般椅子的功能外，还有便于作笔记的书写扶手板和可用来放 置书包的书包架。 2） 不用时可完全折迭（注意防止杆件干涉）。 3） 尽可能不涉及高副机构，降

35、低成本。受力合理。 4） 尽可能利用市售的型材，便于制造。 三、设计任务及进度安排 1） 机构选型，25周。 2） 尺度综合及位置分析及传动角校核，612周。 3） 静力分析（保证使用时无倾倒趋势），13周。 4） 用组合式可调平面连杆机构模型进行组装试验，辅助设计， 713 周。 5） 绘制机构简图（两位置不同颜色，在一张图上），14周。 6） 撰写设计说明书（参考第三题相应要求），15周。 7） 答辩，16周。第 42页共 104页 十、后装压缩倾卸式垃圾汽车 课题背景介绍 1-1. 结构组成及总体布置 后装压缩式垃圾汽车主要用于收集、转运袋装生活垃圾。它与其 它形式的垃圾运输汽车的区别是

36、：能压缩、破碎垃圾，增大装载量。 后装压缩式垃圾汽车的专用工作装置主要由车厢和装载厢两部分 组成。后装压缩倾卸式垃圾汽车的运输状态如图 1所示。车厢2置联于 底盘车架上。装载厢3位于车厢后端，其上角与车厢铰接，并可由举升 油缸驱动其绕铰接轴转动。垃圾从装载厢后部入口处装入，再经装载厢 内的压缩机构进行压缩处理，然后将垃圾向前挤压入车厢内压实。 卸出垃圾时，如图2所示，首先装载厢被举升油缸1驱动摆转掀 起，使车厢后端呈敞开状，然后车厢被举升油缸2驱动绕其下后部铰接 轴摆转，前端升起向后倾斜，将垃圾卸出车厢。 在进行汽车总体布置时，装载厢的垃圾入口下缘离地距离应小于 900mm。 1-2.主要工作

37、部件的结构与参数确定 1-2-1车厢 后装压缩式垃圾汽车的车厢的纵截面一般为直角梯形，如图 3所 示。参考国内外同类车型即可确定额定装载质量 me= 5000kg。根据压 缩后的垃圾密度卩=400600kg/m3,车厢容积V按下式确定： (m3) 车厢容积也可按图3确定: 1 V (L1 L2)HW 2 me (m3) 第 43页共 104页 式中: Li _ 厢内顶纵向长度 （m）; L2 _ 厢内底纵向长度（m）; H _ 厢内高度（m）; W _ 厢内宽度（W = 2m）; 1-2-2车厢倾斜机构 为了使车厢可以前端升高向后卸出垃圾，须将车厢后端与底盘铰 链连接，并在车厢下面设置液压举升

38、机构。为了避免车厢重心过高影响 其稳定性，应该尽量减少举升机构所占用的高度空间。 运输时车厢在底 盘上平放，举升油缸尾端不得低于车轮轮轴。 1-2-3装载厢与压缩填装机构 装载厢总成是由装载厢体和安装在其内的压缩填装机构组成。其 作用是将垃圾填装在装载厢内进行压碎压实处理， 并将垃圾向车厢内挤 压。 装载厢内的复合连杆式压缩机构的工作过程如图 4所示。状态（a） 表示铲斗DE上一次工作循环结束和新一轮工作循环开始，垃圾已倒入 装载厢下腔的装填斗中；状态（b）表示铲斗DE摆动上收；状态（c）表 示铲斗DE向下压缩垃圾；状态（d）表示铲斗DE改变施力方向，将垃 圾进一步压碎、压实，并开始向车厢方向

39、推送；状态 （e）表示铲斗DE 将垃圾向车厢内压入并复位。 设计要求和有关数据 1. 初步设计本车的外形轮廓。标注车厢和装载厢的主要几何参数。 2. 设计车厢倾斜机构 （1）采用油缸驱动，油缸级数不多于三级， 确定其工作长度范围Lmin 和 Lmaxo （一级 Lmax 1.7Lmin， 级 Lmax 2.3Lmin，三级 Lmax 2.8Lmin） （2）确定车厢与底盘铰接的铰链的位置。设计车厢倾斜机构，使车厢 至少可以向后摆转倾第 44页共 104页 斜40。举升油缸工作过程中传动角丫 2min 30。 (3) 车厢在水平运输位置时，车厢下面的倾斜机构占用的高度尽可能 小，举升油缸2的尾端

40、不得低于车轮轮轴。 3. 设计装载厢及其内的压缩填装机构 (1) 采用油缸驱动，具体要求同上。 (2) 压缩填装机构须实现 1-2-3 和图 4 提出的工作要求，并 防止垃圾逆向流 动，至多两个自由度。 (3 )装载厢的底部曲线应该是铲斗 DE的端点的运动轨迹曲线。装载 厢的垃圾入口下缘离地距离应小于 900mm。 4. 设计装载厢掀起机构。 掀起时旋转的角度值由设计者自定， 须保证垃圾顺利卸出。举升 油缸1工作过程中传动角丫 1min 30 o 5. 上机计算，打印结果。 6. 选做机械方案创意设计模拟实施实验。 7. 用不同颜色绘出车厢及其倾斜机构的两个极限位置和装载厢及其内的 压缩填装机

41、构的五个工作位置。 8. 撰写设计说明书。 第 45页共 104页 图1后装压缩倾卸式垃圾汽车的运输状态第 46页共 104页 (c)俨斗向下邸蝮 (d)铲斗執压如 图4复令连核m想第 47页共 104页 十一、受电弓机构 一、 问题的提出 如图所示，是从垂直于电力机车行使速度的方向看上去， 受电弓的弓头的 最低和最高位置。理想情况是以车体为参照系时，弓头沿垂直于车顶的方向平 动直线上升、下降，最低 400mm，最高1950mm。 二、 设计要求和有关数据 1） 在弓头上升、下降的1550mm行程内，偏离理想化直线轨迹的距离不 得超过100m m,弓头摆动的最大角位移不得超过 5。 2） 在任

42、何时候，弓头上部都是整个机构的最高处。 3） 只有一个自由度，用风缸驱动。 4） 收弓后，整个受电弓含风缸不超出虚线所示 1400 x 400mm区域。 5） 在垂直于机车速度的方向，最大尺 寸不超过1200mm。 6） 最小传动角大于或等于30。 7） 用不同颜色画出机构的两个极限 位置和一个中间位置。标注尺寸。 三、 设计任务及进度安排 1） 机构选型，25周。 2） 尺度综合及位置分析及传动角校 核，612周。 3） 静力分析,13周。 4） 用“组合式可调平面连杆机构模型” 周。 5） 绘制在题给的位置时的机构运动简图（要求各位置不同颜色，在一张 图上），14周。 6） 撰写设计说明书

43、（参考第三题相应要求），15周。 7） 答辩，16周。 _ POO 进行组装试验，辅助设计， 813 第 48页共 104页 十二、高速列车摆式车体 问题的提出 对于高速列车，既有线路在转弯处的外轨超高所产生的水平分力已 远远不足以提供高速转弯所需要的向心力。 若采用控制式摆式车体， 线 路不需要改造， 通过安装在车体和机架 （下摇枕）之间的摆动机构使车 体在转弯时进一步向内侧倾斜，其效果是对于车体增大了向心力，等效 于增大外轨超高，可满足高速转弯的需要。 设计要求和有关数据 1） 车体必须悬挂在机架（下摇枕）上，以减少振动。 2） 车体顺、逆时针都能至多倾斜 8。 3） 车体倾斜时，其质心偏

44、离未倾斜时质心的距离不超过 200mm。 4） 只有一个自由度，用一个或两个油缸驱动倾斜运动。 5） 除车体以外的其它杆件尽可能不占或少占车体地板以上面积。 6） 传动角大于或等于30 7） 已知数据如图中所 示，未注尺寸由同学 们在图上量取后再 按比例计算得出。 8） 用不同颜色画出车 体放平和倾斜的两 个极限位置。标注尺 寸。 设计任务及进度安排 1） 机构选型，25周。 2） 尺度综合及运动分析及 传动角校核，612周。 3） 静力分析,13周。 4） 用组合式可调平面连杆 模型进行组装试验，813周。 5） 绘制在题给的位置时的机构简图（要求各位置不同颜色，在一张图上）， 14周。 6

45、） 撰写设计说明书（参考第三题相应要求），15周。 7） 答辩，16周。三、 第 49页共 104页 十三、强制卸载式装载机 、问题的提出 用一般的装载机装卸粘滞性物料时，会出现粘斗即卸不净的现象， 使生产率降低。在铲斗中加装顶推板，实行强制卸载，可圆满解决这一 问题。 、设计要求和有关数据 1） 顶推板的运动，由转斗油缸通过转斗机构操纵，不单独为其增设油缸。 2） 当铲斗在举升位置摆转卸载时， 斗底近似呈水平位置， 顶推板下边缘接 触斗底向斗外运动刮料，可实现最大高度的强制卸载。当铲斗下降至铲 掘位置时，顶推板联动回复到斗内位置，不减少铲斗容积。 3） 必须使铲斗卸载的摆转角度能够比普通装载

46、机明显减小。 4） 顶推板须做成推土板的形状，以便在用推土方式分层铲土时效率较高。 5） 最小传动角大于或等于30。 6） 尽可能不用咼副。 7） 已知数据如图所示，未注尺寸由同学们在图上量取后再按比例计算得 出。 8） 用不同的颜色画出这种机构的两个极限状态和一个中间状态。标注尺 三. 进度安排 参照题七。 第 50页共 104页 十四、飞机起落架 问题的提出 飞机起飞和着陆时，须在跑道上滑行，起落架放下机轮着地，如两 种方案图中实线所示，此时油缸提供平衡力；飞机在空中时须将起落架 收进机体内，如图中虚线所示，此时油缸为主动构件。 设计要求和有关数据 1) 起落架放下以后，只要油缸锁紧长度不

47、变，则整个机构成为自由度 为零的刚性珩架，且处在稳定的死点位置，活塞杆伸出缸外。 2) 起落架收、放时，活塞杆往缸内移动，所有构件必须全部收进机体 以内。不超出虚线所示区域。 3) 两种方案任选一种，采用平面连杆机构，油缸为单级。 4) 最小传动角大于或等于30。 5) 已知数据如图所示，未注尺寸由同学们在图上量取后再按比例计算 得出。 6) 用不同的颜色画出机构的两个位置。标注尺寸。 方剃屮 方案2 三.进度安排 参照题七。 第 51页共 104页 十五、步进输送机 问题的提出 某自动生产线的一部分一一步进输送机。如图所示，加工过程要求 若干个相同的被输送的工件间隔相等的距离 a= 300m

48、m,在导轨上向左依 次间歇移动，即每个零件耗时ti移动距离a后间歇时间t2，又耗时ti移 动距离a后停歇时间t2 。考虑到动停时间之比K = ti/t2之值较特殊， 受力较大，以及耐用性、成本、维修方便等因素，不宜采用槽轮、凸轮 等高副机构直接实现上述要求，而应利用平面连杆机构轨迹曲线。 设计要求和有关数据 1） 电机驱动，即必须有曲柄。 2） 输送架平动，其上任一点的运动轨迹近似为虚线所示闭合曲线（以下 将该曲线简称为轨迹曲线）。 3） 轨迹曲线的AB段为近似的水平直线段，其长度为a= 300mm，允差土 20mm,这段对应于工件的移动；轨迹曲线的 CDE段的最高点低于直 线段AB的距离至少

49、为b = 50mm，以免零件停歇时受到输送架的不应 有的回碰）。 4） 在设计图中用不同的颜色绘出机构的四个位置， AB段和CDE段各绘 出两个位置。须注明机构的全部几何尺寸 参照题七。 十六、侧卸式翻斗车 问题的提出 为运输某种胶状半流质化工原料，需设计专用车辆，其运输状态和 第 52页共 104页 侧卸状态分别如图(a)和图(b)所示。 设计要求和有关数据 1) 针对被运物品的物理性能，车体设计成厢-门-盖式。 2) 在图(a)所示运输状态，由于厢门BQ受较大的侧压力，应有锁钩 NP 钩住厢门BQ;为防止半流质溅出，顶盖 GQ在点G与车厢铰接，在 点Q与厢门BQ咬合。 3) 在图(b)所示

50、侧卸状态，车厢倾斜27 37，锁钩和顶盖上扬，厢门 BQ向外开启成为车厢底面的延长面。 4) 车体复位放平时，顶盖、锁钩和厢门都按图(a)运输状态的要求复位。 5) 车厢的倾斜和复位用油缸伸缩驱动。 6) 各个传动角恒大于30。 7) 运输时载荷及自重合计8000kg,卸车时厢门所受外载荷近似简化为作 用在其中点的一个500kg的向下的力。 8) 已 知 数 据 如 图 所 示 ， 其 它 尺 寸 同 学 们 在 图 上 量 取 后 按 比 例 计 算 得 出 。 9) 在设计图中用不同的颜色绘出运输状态和侧卸状态， 注明机构的全部 三.进度安排 参照题七。第 53 页 共 104 页 十七、

51、自装卸集装箱运输汽车 问题的提出 十吨及以上的大型集装箱在装卸时需用较大型的起重机进行起吊搬 移。这对安装了龙门式起重机的货场是不成问题的。但是处在运输环节 两端的托运人和收货人往往为此犯难。小型企业不一定自有十吨以上起 重机，将集装箱装上汽车或从汽车上卸下时须求助解决起吊问题。大型 集装箱滞留数日的现象屡见不鲜。近十年来许多城市有了专业化的集装 箱公司提供“一条龙服务” 。实践表明，将一般运输车与起重车配套使用 仍有一定不便。“二合一”的自装卸集装箱运输汽车更受欢迎。 自装卸集装箱运输汽车工作状态如图 1 所示。车体和集装箱侧视时 的位置和尺寸如图 2 所示。本题要求设计其随车自带的吊装及支

52、撑机构。 设计要求和有关数据 1) 采用一级液压油缸驱动吊装。确定其工作长度范围 Lmin和Lmax。(一 级 Lmax 1.7L min) 2) 设计折迭式支腿，吊装时支腿伸出较远距离接触地面起支撑作用，防 止车体倾翻，吊装完毕后支腿收回到集装箱第川位置的轮廓线以内， 此项作业只能有一个自由度。 3) 设计起重装置，钩挂铁链将集装箱从地面的第I位置平稳吊装平动到 车上的第川位置，为了防止箱、车碰撞，还须使集装箱经过第U位置。 吊装完毕后起重装置也收回到集装箱第川位置的轮廓线以内。 这一作 业过程必须可以逆向进行，即可用同一套起重装置，将集装箱从车上 的第川位置平稳地卸下，放到地面的第I位置。

53、此项作业不超过两个 自由度。 4) 除了钩挂铁链以外，操纵控制油缸可以完成集装箱装卸的全套作业， 不需其它辅助装置和工序。 5) 上机计算，打印结果。 6) 选做机械方案创意设计模拟实施实验。第 54页共 104页 7) 用不同颜色绘出全套机构的三个装卸位置和一个运输位置。 标注全部 几何参数(含油缸的长度范围)。 8) 撰写设计说明书 2200 2700 乔集騒在麴的三怦置第 55页共 104页 ，八、改型理发椅问题的提出 为使理发椅适合美容业的需要且更加舒适和便于操作，现进行改型 设计，用单一手柄可引动实现坐、半躺和全躺三种状态。 设计要求和有关数据 1） 手柄的I、U、川位置分别对应于靠

54、背和踏脚的I、u、川位置。 2） 采用平面连杆机构。 3） 最小传动角大于30。 4） 已知尺寸及角度如图所注，其它几何参数由同学们确定并标注。 5） 在设计图中用不同的颜色绘出机构的三个位置。标注尺寸和角度。 三、进度安排 1）机构选型，25周。 2）尺度综合及传动角校核, 610周。 3） 位置分析和静力分析， - 1013 周。 4） 用组合式可调平面连杆 500 III 机构模型进行组装试验, 4CT 辅助设计，813周。 5）绘制在题给的位置时的机 1H 构简图（要求各位置不同颜 色，在一张图上），14周。 6） 撰写设计说明书（参考第 题相应要求），15周。 7）答辩，16周。 第

55、 56页共 104页 十九、软片前进机构 、问题的提出 电影摄影机或放映机的基本原理是依次走片视觉暂留而摄下或映出 连续的画面。走片部分可采用连杆机构。 设计要求和有关数据 连杆上一点P的运动轨迹为如图所示的闭合曲线 EFGHM。该闭合曲 线称为轨迹曲线。 轨迹曲线的EF段为近似直线段，其长度为23mm,其直线度误差小于 1.5mm。 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 轨迹曲线的GHM段至直线EF段的最近距离不小于4mm。 上述点P须在连杆的两个铰链中心的连线之外。 对应于EF段机构急回，行程速比系数 机构必须存在曲柄。 在设计图中用不同颜色绘出机构的四 K 1.5。 三、 1) 2)

56、 3) 4) 5) 6) 7) 个位置，其中EF段和GHM段各绘出 两个位置。标注尺寸。验算 K值。 设计任务及进度安排 机构选型，25周。 尺度综合及位置分析及传动角校核， 612周。 静力分析，13周。 用组合式可调平面连杆机构模型进 行组装试验，辅助设计，813周。 绘制在题给的位置时的机构简图（要求各 位置不同颜色，在一张图上），14周。 撰写设计说明书（参考第三题相应要求） 答辩，16周。 第 57页共 104页 二十、机械手抽取器 问题的提出 某工厂精密铸造工序，工艺需要当铸件尚未冷却时抽取，因此设计 抽取机械手，称为机械手抽取器。 设计要求和有关数据 1） 铸件在位置I被抽取器上

57、的机械手合拢夹住。 2） 抽取器移动，将铸件从位置I拿到位置U。 3） 抽取器上的机械手张开释放铸件。 4） 为避免与其它设备人员干涉，任何杆件不得安装、运动到虚线框外区域。 5） 采用平面连杆机构为主机构。 6） 采用液压油缸驱动，整个机构至多两个自由度。 7） 各传动角的最小值大于25。 8） 已知数据如图所示。忽略其它杆件的质量。机构方案及其它尺寸由同学 们设计。 9） 用不同颜色绘出机构的两个位置及机械手合拢、 张开的状态。标注尺寸 三.进度安排 参照题七。O 5第 58页共 104页 二、后装压缩推卸式垃圾汽车 一、课题背景介绍 1-1. 结构组成及总体布置 后装压缩式垃圾汽车主要用于收集、转运袋装生活垃圾。它与其 它形式的垃圾运输汽车的区别是：能压缩、破碎垃圾，增大装载量。 后装压缩式垃圾汽车的专用工作装置主要由车厢和装载厢两部分 组成。后装压缩推卸式垃圾汽车的运输状态如图 1所示。车厢2固联于 底盘车架上。装载厢3位于车厢后端，其上角与车厢铰接，并可由举升 油缸驱动其绕铰接轴转动。垃圾从装载厢后部入口处装入，再经装载厢 内的压缩机构进行