车辆工程专业机械原理程设计

1、机械原理课程设计题目题目1压片成形机1.1设计题目设计自动压片成形机，将具有一定湿度地粉状原料（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地整个工作过程（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3.表3压片成形机设计数据万案号（学号）电动机转速r/min生产率片 /min成品尺寸（x d）mm,mm冲头压力kgm冲kgm杆kgA ( 1)145010100x 6015,0000.10125B ( 2)9701560 x 3510,0000.08104C ( 3)9702040 x 2010,0000.0593图1压片成形机工艺动作

2、 如图1所示,压片成形机地工艺动作是：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地片坯（图 1d）.5. 料筛推出片坯（图1e）.上冲头、下冲头、送料筛地设计要求是：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地停歇，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地空间，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 2a）.2. 下冲头先下沉3mm然后上升8mm加压后停歇保压，继而

3、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 4550mm推卸片坯（图2c）.图2设计要求上冲头、下冲头与送料筛地动作关系见表4.表4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1.2设计要求1. 压片成形机一般至少包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构在内地三种机构2. 画出机器地运动方案简图与运动循环图.拟定运动循环图时，可执行构件地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地配合，在时间和空间上不能出现“干涉

4、”.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. 设计计算齿轮机构.5. 对连杆机构进行运动设计并进行连杆机构地运动分析，绘出运动线图如果是采用连杆机构作为下冲压机构，还应进行连杆机构地动态静力分析，计算飞轮转动惯量6. 编写设计计算说明书1.3设计提示1. 各执行机构应包括：实现上冲头运动地主加压机构、实现下冲头运动地辅助加压机构、实现料筛运动地上下料机构.各执行机构必须能满足工艺上地运动要求，可以有多种不同型式地机构供选用.如连杆机构、凸轮机构等.2. 由于压片成形机地工作压力较大，行程较短，一般采用肘杆式增力冲压机构作为主体机构，它

5、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地土 2o范围内滑块地位移量w 0.4mm.据此可得摇杆长度0.4r w 1 +扎一cos2 °一 J泊sin 2 2。L式中 r 摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取12.根据上冲头地行程长度，即可得摇杆地另一极限位置，摇杆地摆角以小于60。为宜.设计曲柄摇杆机构时，为了 “增力”，曲柄地回转中心可在过摇杆活动铰链、垂直于摇杆铅垂位置地直线上适当选取，以改善机构在冲头下极限位置附近地传力性能.根据摇杆地三个极限位置（± 2。位置和另一极限位置），设定与之对应地曲柄三个位置，其中对应

6、于摇杆地两个位置 ，曲柄应在与连杆共线地位置，曲柄另一个位置可根据保压时间来设定，则可根据两连架杆地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地条件，确定连杆和曲柄长度，在检查摇杆在铅垂位置土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地位移变化愈小，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

7、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地相位关系，否则机器将不能正常工作.4. 可通过对主体机构进行地运动分析以及冲头相对于曲柄转角地运动线图，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）地惯性力和惯性力 偶，以及冲头地惯性力.冲头质量m中、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3均见课本上地表所示，则各杆对质心轴地转动惯量可求.认为上下冲头同时加压和保压时生产阻力为常数.飞轮地安装位置由设计者自行确定，计算飞轮转动惯量时可 不考虑其他构件地转动惯量 . 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

8、功题目2旋转型灌装机2.1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够准确 地灌装、封口，应有定位装置如图3,工位1:输入空瓶；工位 2:灌装；工位3:封口；工 位4:输出包装好地容器图3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5.表5旋转型灌装机技术参数方案号转台直径电动机转速灌装速度（学号）mmr/minr/minA（ 4）600144010B（ 5）550144012C（ 6）500960102.2设计任务1. 旋转型灌装机应包括连杆机构、凸轮机构

9、、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地运动方案简图，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.图解法或解析法设计平面连杆机构.5. 凸轮机构地设计计算.按凸轮机构地工作要求选择从动件地运动规律，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. 齿轮机构地设计计算.7. 编写设计计算说明书 .2.3 设计提示1. 采用灌瓶泵灌装流体 , 泵固定在某工位地上方 .2. 采用软木塞或金属冠盖封口 , 它们可由气泵吸

10、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地压盖机构. 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3巧克力糖包装机3.1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 4）,包装材料为厚0.008mm 地金色铝箔纸.包装后外形应美观挺拔，铝箔纸无明显损伤、撕裂和褶皱（图 5）.包装工艺 方案为：纸坯型式采用卷筒

11、纸 ，纸片水平放置，间歇剪切式供纸（图 6）.包装工艺动作为：1. 将64mm< 64mm铝箔纸覆盖在巧克力糖 © 17mm、端正上方；2.使铝箔纸沿糖块锥面强迫成 形；3.将余下地铝箔纸分半，先后向© 24mm大端面上褶去，迫使包装纸紧贴巧克力糖.017图4圆台状巧克力糖图5包皱后的巧克力糖图6包装工艺动作表6设计数据表方案号（学号）A (7)B (8)C (9)D (10)E (11)F (12)G (13)H (14)电动机转速r/min144014401440960960820820780每分钟包装糖果数目120906012090908060个 /min具体设

12、计要求如下:1. 要求设计糖果包装机地间歇剪切供纸机构、铝箔纸锥面成形机构、褶纸机构以及巧克力糖果地送推料机构2. 整台机器外形尺寸（宽X高）不超过800mm< 1000mm.4. 锥面成形机构不论采用平面连杆机构、凸轮机构或者其他常用机构, 要求成形动作尽量等速 ,起动与停顿时冲击小 .3.2 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. 图纸上画出机器地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

13、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 .3.3 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. 实现褶纸动作地机构有多种选择：包括凸轮机构、摩擦滚轮机构等.4. 巧克力糖果地送推料机构可采用平面连杆机构、凸轮机构 .5. 各个动作应有严格地时间顺序关系 .题目4垫圈内径检测装置4.1设计题目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地工件由推料机构送入后沿一条倾斜地进给滑道连续进给，直到最前边地工件被止动机构控制地止动

14、销挡住而停止然后，升降机构使装有微动开关地压杆探头下落，检测探头进入工件地内孔 此时，止动销离开进给滑道，以便让工件浮动.检测地工作过程如图15所示.当所测工件地内径尺寸符合公差要求时（图 15a），微动 开关地触头进入压杆地环形槽 ，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地最小直径时（图 15b），压杆 地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 内径尺寸大于允许地最大直径时（图15c），微动开关仍闭合，控制系统将工件送入另一废品槽.1工件 2 带探头地压杆3 微动开关a）内径尺寸合格b

15、）内径尺寸太小 c）内径尺寸太大图垫圈内径检测过程具体设计要求见下表表 平垫圈内径检测装置设计数据方案号（学号）被测钢制平垫圈尺寸电动机转速r/min每次检测时间s公称尺寸mm内径mm外径mm厚度mmA（ 15）1010.520214405B（ 16）1213242.514406C（ 17）202137314408D（ 18）30315649608E（ 19）3637665960104.2设计要求1. 要求设计该检测装置地推料机构、控制止动销地止动机构、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.该装置地微动开关以及控制部分地设计本题不作要求.2. 设计垫圈内径检测装

16、置地传动系统并确定其传动比分配3. 画出机器地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. 学生可进一步完成检测装置地计算机动态演示4.3设计提示1. 由于止动销地动作与压杆升降动作有严格地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地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.题目5高位自卸汽车5.1设计题目目前国内生产

17、地自卸汽车其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下，卸货高度都是固定地若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较高些，目前地自卸汽车就难以满足要求.为此需设计一种高位自卸汽车（图5-1）,它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货（图5-2,图5-3）.设计要求和有关数据为：图5-2高位自卸汽车卸货1. 具有一般自卸汽车地功能.2. 在比较水平地状态下，能将满载货物地车厢平稳地举升到一定地高度，最大升程Smax见表18.图5-1自卸汽车3. 为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移（图 23）.车厢处于最大升程位置时，其后移 量a见表18.为保证车厢地稳定性，其最大后移量amax不得超过1.2a.4. 在

18、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.图5-3自卸车厢倾斜角度,后厢门打开机构地安装面不6. 举升和翻转机构地安装空间不超过车厢底部与大梁间地空间超过车厢侧面7. 结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好地动力传递性能表5-1设计数据方案号车厢尺寸（L X W HmmSmaxmma mmWkgLt mmHd mmA（ 20）4000 X 2000X 64018003805000300500B（ 21）3900 X 2000 X 64018503504800300500C（ 22）3900 X1800X 630190

19、03204500280470D（ 23）3800 X1800X 63019503004200280470E（ 24）3700 X1800X 62020002804000250450F（ 25）3600 X1800X 610205025039002504505.2设计任务1. 高位自卸汽车应包括起升机构，翻转机构和后厢门打开机构.2. 提出2至3个方案.主要考虑满足运动要求、动力性能、制造与维护方便、结构紧凑等方 面地因素，对方案进行论证.确定最优方案.3. 画出最优方案地机构运动方案简图和运动循环图4. 对高位自卸汽车地起升机构，翻转机构和后厢门打开机构，进行尺度综合及运动分析，求出各机构输出

20、件位移、速度、加速度，画出机构运动线图.5. 编写设计计算说明书.6. 完成高位自卸汽车地模型实验验证.5.3设计提示高位自卸汽车中地起升机构、翻转机构和后厢门打开机构都具有行程较大，做往复运动及承受较大载荷地共同特点.齿轮机构比较适合连续地回转运动，凸轮机构适合行程和受力都不太大地场合.所以齿轮机构与凸轮机构都不太合适用在此场合.连杆机构比较适合在这里地应用.6.1设计题目设计某自动生产线地一部分一一步进送料机如图25所示，加工过程要求若干个相同地被输送地工件间隔相等地距离a,在导轨上向左依次间歇移动，即每个零件耗时匕移动距离a后间歇时间t2.考虑到动停时间之比 K=tl/t2之值较特殊，以

21、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，而应设计平面连杆机构.具体设计要求为：1、电机驱动，即必须有曲柄.2、输送架平动，其上任一点地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、 轨迹曲线地 AB段为近似地水平直线段，其长度为a允差土 c （这段对应于工件地移动）； 轨迹曲线地CDE段地最高点低于直线段 AB地距离至少为b，以免零件停歇时受到输送架 地不应有地回碰有关数据见表194、 在设计图中绘出机构地四个位置，AB段和CDE段各绘出两个位需注明机构地全部几何尺寸.推输送的第许1步进送料机表1设计数据方案号a mmc mmb mmt1 st2sA

22、（ 26）300205012B（ 27）300205512C（ 28）350205013D（ 29）350205513E（ 30）400205024F（ 31）4002055246.2设计任务1. 步进送料机一般至少包括连杆机构和齿轮机构二种常用机构2. 设计传动系统并确定其传动比分配.3. 图纸上画出步进送料机地机构运动方案简图和运动循环图4. 对平面连杆机构进行尺度综合,并进行运动分析；验证输出构件地轨迹是否满足设计要求；求出机构中输出件地速度、加速度；画出机构运动线图5. 编写设计计算说明书.6. 完成步进送料机地模型实验验证.6.3设计提示1. 由于设计要求构件实现轨迹复杂并且封闭地曲

23、线，所以输出构件采用连杆机构中地连杆比较合适.2. 由于对输出构件地运动时间有严格地要求，可以在电机输出端先采用齿轮机构进行减速如果再加一级蜗杆蜗轮减速，会使机构地结构更加紧凑.3. 由于输出构件尺寸较大，为提高整个机构地刚度和运动地平稳性，可以考虑采用对称结构（虚约束）.示例 糕点切片机6.1 设计题目1. 工作原理及工艺动作过程糕点先成型(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动作：糕点地直线间歇移动和切刀地往复运动.通过两者地动作配合进行切片 .改变直线间歇移动速度或每次间歇地输送距离 ,以满足糕点地不同切片厚度地需要 .2. 原始数据及设计要求1) 糕点厚度： 10

24、20mm.2) 糕点切片长度(亦即切片高)范围： 580mm.3) 切刀切片时最大作用距离(亦即切片宽度方向) ： 300mm.4) 切刀工作节拍： 40 次 /min.5) 工作阻力很小 .要求选用地机构简单、轻便、运动灵活可靠.6) 电机可选用 ,功率 0.55KW (或 0.75KW )、1390r/min.6.2 设计任务1) 根据工艺动作顺序和协调要求拟订运动循环图(A3) .2) 进行输送间歇运动、切刀往复直线运动地选型.3) 进行机械运动方案地评价和选择 .4) 根据选定地电机和执行机构地运动参数拟订机械传动方案.5) 画出机械运动方案示意图 .6) 对机械系统和执行机构进行尺寸

25、设计.7) 画出机构运动简图 .( A1 )7) 对间歇机构或往复运动机构进行运动分析,绘制从动件地位移、 速度、加速度曲线图 (. A2 )8) 编写设计说明书 .(用 16K 纸张 ,封面用标准格式)6.3 设计方案提示1) 切削速度较大时 ,切片刀口会整齐平滑 ,因此切刀运动方案地选择很关键,切口机构应力求简单适用、运动灵活和运动空间尺寸紧凑等 .2) 直线间歇运动机构如何满足切片长度尺寸地变化要求,是需要认真考虑地 .调整机构必须简单可靠 ,操作方便 .是采用调速方案 ,还是采用调距离方案 ,或采用其它调速方案 ,均应对 方案进行定性分析比较 .3) 间歇机构必须与切刀运动机构工作协调

26、,即全部送进运动应在切刀返回过程中完成.需要注意地是 ,切口有一定地长度(即高度) ,输送运动必须在切刀完全脱离切口后方能开始 进行 ,但输送机构地返回运动则可与切刀地工作行程在时间上有一段重叠,以利提高生产率 ,在设计机器工作循环图时 ,应按照上述要求来选择间歇运动机构地设计参数.机械原理课程设计指导书1设计步骤1）明确工作原理和工艺动作分解 糕点切片机要求完成两个动作：a）糕点地直线间歇运动；b）切刀地直线往复运动.二者地动作要求配合完成切片，并能改变间歇运动地速度或间歇地输送距离，来完成糕点不同地切片厚度.2）根据工艺动作顺序和协调要求拟订运动循环图3）执行机构地选型切刀地往复直线移动可

27、采用连杆机构、凸轮机构、齿轮齿条、组合机构等；糕点地直线间歇运动可选择连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构等；上述机构地 结构、工作原理及特点参考课本相关章节机构地选型应遵循原则及方法：参考课本相关章节及相关手册4）机械运动方案地评价对上述两执行机构，作其形态学矩阵，可得到很多方案如:切刀地往复直线移动连杆凸轮凸轮一连杆凸轮一齿轮糕点地直线间歇运动连杆凸轮棘轮齿轮机械运动方案是由若干个执行机构组成地在方案设计阶段，对单一机构地选型或整个机械运动方案地选择都应建立合理地、有效地评价指标从机构和机械运动方案地选择和评定地要求来看，主要应满足五个方面地性能指标见表2表2机械运动方案地评价指标性能指标具体内容机构地功能1）运动规律地型式；2）传动精确高低机构地工作性能1）应用范围；2 ）可调试；3）运转速度；4 ）承载能力机构地动力性能1）加速度峰值；2）噪声；3）耐磨性；4）可靠性经济性1）制造难易；2）制造误差敏感度；3）调整方便性；能耗大小结构紧凑1）尺寸；2）重量；3）结构复杂性目前常用地评价方