机械运动方案及结构设计能力训练2015-v20

1、机械装备（运动）方案及结构设计能力训练机电工程系第一节 能力训练的教学目标（1）使学生综合运用机械设计与制造基础系列课程及有关先修课程的理论知识，其中包括机械制图、机械原理、机械设计理论力学、材料力学、金属工艺学、热处理、公差与配合、机械制造基础等理论知识和技能，起到巩固、深化、融会贯通及扩展有关机械设计方面知识的作用。（2）综合训练学生的机械运动方案设计、机械结构方案设计和机械系统图形表达能力，以及项目的初步规划能力。（3）培养学生分析和解决工程实际问题的能力，进一步学习机械设计的技能，从而正确掌握设计机械系统或简单机器的一般设计方法和步骤。（4）使学生学会运用机械设计标准、规范、手册、图册

2、，以及有关技术资料、训练工程设计的基本技能，体会正确的设计思想和严谨的工作作风。（5）培养学生面向工程实际问题的独立工作能力、综合分析能力、自主学习能力、创新设计能力以及团队合作精神。第一节 能力训练的教学目标第二节 能力训练的步骤一、选题及制定设计规划二、机械系统运动方案设计三、机械系统结构方案设计四、机械系统装配图及零部件图的绘制五、编制技术文件六、答辩第三节 能力训练的方式基于项目的学习方法(Project Based Learning,PBL)是一种主动实践型的创新技能学习模型，并依赖多学科知识的综合运用。具体包括：在教师的引导下，学生自主选择所感兴趣的工程项目；在项目管理机制的指导下

3、，学生自我制定工作计划，通过组工作、协作来完成所选择的工程项目；在学习的过程中，学生不断自我发现工程项目中的问题，培养独立解决问题的能力，并解决问题，进行评价，推进项目的前进；教师根据工作进程需要，为学生提供必要的知识线索、框架，学生通过主动查询，自我主动获取确保项目进展的各种资源、知识储备；产生工程项目的最终结果(可以是具体的一种产品、问题解决方案、所开发的软件等）在整个学习过程中，进行工作历史记录，最终形成项目报告，并进行考核演讲。基于项目的学习方法定义：第三节 能力训练的方式动机与思路：第三节 能力训练的方式学习方法的特点： “内容”（Contents）方面： 源自工程项目的本源问题；

4、学生自我发现问题，寻找问题间的联系，并解决它们； 工程项目能在现实中找到对应的情况（即便工程项目是虚拟的） 学生始终在复杂的、不可预知的问题求解中前行。 “条件”（Conditions）方面： 强调学生自治，运用社会活动能力； 强调自我和组工作的结合，灵活运用任务和时间管理机制 (项目管 理）； 强调解决问题的各种综合知识的自我获取； 强调学生模仿职业工作的技能；第三节 能力训练的方式学习方法的特点： “活动”（Activities）方面： 学生从多个侧面在学习期间调研工程项目的方方面面内容； 学生全面接受挑战，针对遇到的难题，寻求各种资源的支持，以解决 问题； 通过工程项目中的不同活动（任务

5、），将自我思路与解决工程问题的 新技能联系起来，通过不同的活动学习新技能； 通过教师的评论，把握自我技能学习的方向。 “结果”（Results）方面： 工程项目的输出结果； 通过演讲和听演讲，进行自我评价； 增强综合知识的运用和“情商”的发展； 获取自我学习的技能，满足职业需求。第三节 能力训练的方式教师的作用与要求： 从传统的教师台前主讲，到PBL的教师台后启发，学生台前主导； 教师尽量不说明问题的解决结果，而引导学生实践达到结果的过程； 教师对学生的评价不是基于最终的分数，而是评价项目的实践过程； 对教师的知识面要求更宽，自身实践能力的要求更高。第三节 能力训练的方式时间安排：第一周：课程

6、目标及任务布置（讲授2学时）第二周：机械系统运动方案设计（讲授2学时）第三周：系统方案设计答辩（开题答辩）第四周：机械机构设计（讲授2学时）第五周：机械机构设计第六周：进展汇报与讨论第七周：项目整合与编写设计计算说明书第八周：结题答辩，评定成绩第四节 能力训练的考核考核方式：总成绩（100）=平时成绩（30）+内容设计及文档（70）平时成绩（30）=考勤（20）+平时表现（10）内容设计及文档（70）=小组（40）+个人（30）小组成绩（40）=项目计划书（10）+设计计算说明（15）+项目汇报书（15）个人成绩（30）=个人总结（30）成绩构成：考查第四节 能力训练的考核需要最终提交的文档：

7、（3个PPT、4个Word文档）开题报告PPT、项目计划书word（小组）中期进展报告PPT（小组）项目结题PPT（小组）项目汇报书word（小组）项目设计计算说明书word（小组）项目个人总结报告word（个人）第四节 能力训练的考核文档内容要求：开题报告PPT、项目计划书word：（1）研究背景及意义（2）国内外发展状况（3）现有技术存在的问题（4）方案设计与对比分析 针对现有技术存在的不足，提出设计目标、本设计拟解决的关键技术问题和初步方案（至少两套）进行对比分析，并确定最终的选用方案（5）人员分工和时间安排（必须有甘特图）。（6）SWOT分析（7）参考文献注：每个引用的内容都要表明出处

8、，网页要有网址第四节 能力训练的考核文档内容要求：进展汇报PPT：（1）题目分析（2）解决方案（3）存在的问题及进度分析（4）人员分工及各人完成的内容（可以有重复，但是要有不同）（5）后续时间安排（必须有甘特图）。14第四节 能力训练的考核文档内容要求：项目设计计算书word：（1）题目分析和背景研究（2）项目主要技术参数（3）整体方案和传动方案设计（4）结构方案设计（执行机构、传动机构、夹紧机构、零部件）（5）结论（6）参考文献。注：每个引用的内容都要表明出处，网页要有网址第四节 能力训练的考核文档内容要求：结题报告PPT：（1）项目介绍（2）项目完成情况（结果展示）（3）项目分工及各人完成

9、情况（详细）（4）项目进展历程（5）项目技术细节（6）项目总结与展望。（7）参考文献注：每个引用的内容都要表明出处，网页要有网址第四节 能力训练的考核文档内容要求：项目报告书word：（1）项目概述（任务、背景、基本方案等）（2）项目的计划于执行控制 项目管理架构、进度控制与计划、项目费用计划、项目人员管理与沟通、项目执行过程中的问题及解决（3）成果描述成果清单、主要方案及技术、作品成果展示、作品变更说明。（4）分析与讨论1）项目管理在机械设计中的作用2）各个同学在过程中的收获与总结（5）结论（6）参考文献注：每个引用的内容都要表明出处，网页要有网址17第四节 能力训练的考核文档内容要求：个人

10、总结报告word：（1）项目介绍（2）项目完成情况（结果展示）（3）项目分工及各人完成情况（4）个人具体完成内容（详细）（5）个人总结（6）参考文献注：每个引用的内容都要表明出处，网页要有网址18第五节 选题及设计规划制定以小组为单位根据课程布置的设计任务拟定设计题目。1、任务分析：认真研究设计任务书，分析设计内容的背景、机械系统的用途、可能涉及的核心技术，明确设计要求以及使用环境与条件，包括设计对象、功能要求、性能要求、设计限制条件和需要考虑的因素等。2、任务分解：根据任务分析和小组成员的人数，将设计任务划分成相应的子任务，各子任务之间的界限要明确，工作量要均衡且可考核。193、开题调研：开

11、题阶段的主要任务是调研与所选题目相关技术在国内外的发展状况，通过对调研资料进行归纳和分析，提出初步的设计方案，并准备开题报告答辩。调研方法主要有：参观实物并对其进行测绘与分析、查阅同类产品技术资料、检索文献和收集相关专利等。产品信息可以通过百度、搜狗等引擎来检索。文献检索的中文数据库主要有：中国知网、中文科技期刊数据库、万方数据资料系统；外文数据库可以通过EI工程索引和IEEE/IET全文数据库等。专利检索的主要网址：（中华人民共和国国家知识产权局）、（美国专利商标局）、（欧洲专利局）。4、编写开题报告：开题报告PPT应包含如下内容（1）研究背景及意义（2）国内外发展状况（3）现有技术存在的问

12、题（4）方案设计与对比分析 针对现有技术存在的不足，提出设计目标、本设计拟解决的关键技术问题和初步方案（至少两套）进行对比分析，并确定最终的选用方案（5）人员分工和时间安排。（6）SWOT分析5、开题答辩：以组为单位提交一份书面开题报告（项目计划书）和一份PPT，答辩时每个人都要介绍各自负责的内容。第六节 设计题目一、高杆灯提升装置的设计高杆灯是一种室外大面积照明设备，可以为广场、机场、立交桥等场所提供照明。当高杆灯发生故障时需要对其进行维修。由于高杆灯的灯杆高度一般在2050m，而由人到灯杆顶部去维修很不方便，所以通常采用将灯具降落到地面进行维修的方法。要求设计一种装置，通过该装置将灯具沿灯

13、杆降落到地面，维修后再通过同一套装置将灯具提升到灯杆顶部。第六节 设计题目一、高杆灯提升装置的设计高杆灯是一种室外大面积照明设备，可以为广场、机场、立交桥等场所提供照明。当高杆灯发生故障时需要对其进行维修。由于高杆灯的灯杆高度一般在2050m，而由人到灯杆顶部去维修很不方便，所以通常采用将灯具降落到地面进行维修的方法。要求设计一种装置，通过该装置将灯具沿灯杆降落到地面，维修后再通过同一套装置将灯具提升到灯杆顶部。设计数据：1）灯杆提升高度为30m；2）提升重量为1000kg；3）提升速度为0.1m/s；4）灯杆底端直径为1000mm，顶端直径为625mm；5）提升装置工作寿命大于400h。设计

14、要求：1）电机水平放置，可通过电机控制升降转向；2）工作时安全可靠，提升装置应保证断电情况下能够自锁；3）提升装置能够安装到灯杆腔内，安装方便，结构紧凑，造价低；4）提升装置在提升过程中出现故障时灯具自动制动；5）提升到位后将提升装置卸载。设计任务：1）调研高杆灯提升装置的设计资料，完成开题报告。2）完成对灯杆提升装置的方案设计。3）完成总体设计方案原理图、传动系统及执行系统的方案原理简图。4）进行传动系统、执行系统机械结构设计，完成装配图、零部件图1套。5）完成设计说明书1份，零部件清单1份。二、啤酒瓶清洗机的推瓶机构的设计洗瓶设备主要用于制药、化工、食品等行业灌装前的瓶子清洗机构装置，洗瓶

15、机的推瓶机构的功能利用推头平稳的将瓶子送进的一个过程，在急回到原点，反复运动。设计数据：1）瓶子尺寸：自己测量常喝的玻璃啤酒瓶尺寸，给出大小端直径及长度。2）根据所测量的啤酒瓶长度确定推进距离。3）推程平均速度为v=45m/s，返回时的平均速度为工作行程的3倍。二、啤酒瓶清洗机的推瓶机构的设计洗瓶设备主要用于制药、化工、食品等行业灌装前的瓶子清洗机构装置，洗瓶机的推瓶机构的功能利用推头平稳的将瓶子送进的一个过程，在急回到原点，反复运动。设计数据：1）瓶子尺寸：自己测量常喝的玻璃啤酒瓶尺寸，给出大小端直径及长度。2）根据所测量的啤酒瓶长度确定推进距离。3）推程平均速度为v=45m/s，返回时的平

16、均速度为工作行程的3倍。设计要求：1）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。2）机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。设计任务：1）调研啤酒瓶清洗机的推瓶机构的设计资料，完成开题报告。2）完成对啤酒瓶清洗机推瓶机构的方案设计。3）完成总体设计方案原理图、传动系统及执行系统的方案原理简图。4）进行传动系统、执行系统机械结构设计，完成装配图、零部件图1套。5）完成设计说明书1份，零部件清单1份。三、双偏心轮平衡脉动式无级变速器的设计 脉动式无级变速器是由连杆或凸轮机构（作为传动机构）、输出机构（含单向超越离合器）、调速机构等联合构成

17、的一种组合机构。由于传动部分采用几何封闭的低副机构，因此具有结构简单、传动可靠、承载能力高、变速范围大、调速性能稳定、静止和运动时均能调速，且最低输入可以为0等优点，是当前一种理想的无级变速传动装置。目前扩大脉动无极变速器应用的限制因素主要有两个：一是连杆在运动时会产生不平衡的惯性力和惯性力矩，尤其在高速运动时显著增大；二是单向超越离合器的承载能力和抗冲击能力相对较差，是动力传动链中的薄弱环节。三、双偏心轮平衡脉动式无级变速器的设计 脉动式无级变速器是由连杆或凸轮机构（作为传动机构）、输出机构（含单向超越离合器）、调速机构等联合构成的一种组合机构。由于传动部分采用几何封闭的低副机构，因此具有结

18、构简单、传动可靠、承载能力高、变速范围大、调速性能稳定、静止和运动时均能调速，且最低输入可以为0等优点，是当前一种理想的无级变速传动装置。目前扩大脉动无极变速器应用的限制因素主要有两个：一是连杆在运动时会产生不平衡的惯性力和惯性力矩，尤其在高速运动时显著增大；二是单向超越离合器的承载能力和抗冲击能力相对较差，是动力传动链中的薄弱环节。双偏心轮平衡脉动式无极变速器的研究，通过两块偏心轮来平衡传动机构中的偏心轮的不平衡力和不平衡力矩。同时将偏心轮摆杆沿偏心轮均布来平衡摆杆运动时产生的不平衡。通过反向不平衡齿轮与摆杆轴上的齿轮的啮合，控制摆杆在运动时产生的冲击。理论上摆杆角度可以达到180，从调速范

19、围从0至全速。偏心轮机构可以避免连杆机构中摇杆具有急回特性的缺点。设计数据：1）输入功率为7.5Kw，转速为7005000r/min。2）输出轴可以正反转。设计要求：1）偏心轮的偏心距可以调节。2）设计结果可应用于10马力的农用三轮车。3）机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。设计任务：1）调研双偏心轮平衡脉动式无级变速器的设计资料，完成开题报告。2）完成对双偏心轮平衡脉动式无级变速器的方案设计。3）完成总体设计方案原理图、传动系统及执行系统的方案原理简图。4）进行传动系统、执行系统机械结构设计，完成装配图、零部件图1套。5）完成设计说明书1份，零部件清单1份。四、无碳环保吸尘器的设计吸尘器以

20、其强劲的吸力吸尽每一个角落中的尘埃，从而使得环境显得干净无暇，受到人们的广泛欢迎。目前市场上的吸尘器的工作原理是，利用电动机带动风机叶片高速旋转，在密封的壳内产生空气负压，吸入尘屑。吸尘器的动力源为电源，因此，长期以来，吸尘器都跳不出需要人为管理和充电的使用模式。众所周知，用电越少，对环境造成的污染就越少，就越环保。所以，现在人们出于对环境的保护需求，不断地将设计注意力集中在省电环节上。要求设计一种装置，利用人在推动吸尘器运动的过程中施加在吸尘器扶手上的推力和车轮上的转速作为吸尘器的动力，从而带动风机叶片高速旋转，以达到吸尘目的。四、无碳环保吸尘器的设计吸尘器以其强劲的吸力吸尽每一个角落中的尘

21、埃，从而使得环境显得干净无暇，受到人们的广泛欢迎。目前市场上的吸尘器的工作原理是，利用电动机带动风机叶片高速旋转，在密封的壳内产生空气负压，吸入尘屑。吸尘器的动力源为电源，因此，长期以来，吸尘器都跳不出需要人为管理和充电的使用模式。众所周知，用电越少，对环境造成的污染就越少，就越环保。所以，现在人们出于对环境的保护需求，不断地将设计注意力集中在省电环节上。要求设计一种装置，利用人在推动吸尘器运动的过程中施加在吸尘器扶手上的推力和车轮上的转速作为吸尘器的动力，从而带动风机叶片高速旋转，以达到吸尘目的。设计数据：1）人走路的平均速度 v=60mm/s。2）车轮的直径为100mm。设计要求：1）风扇

22、轴转速达到20000r/min以上。2）增速机构的效率在70%以上。设计任务：1）调研各种吸尘器和增速机构的设计资料，完成开题报告。2）完成对无碳环保吸尘器的方案设计。3）完成总体设计方案原理图、传动系统及执行系统的方案原理简图。4）进行传动系统、执行系统机械结构设计，完成装配图、零部件图1套。5）完成设计说明书1份，零部件清单1份。五、冲压式蜂窝煤成型机的设计冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤（通常又称煤饼，在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔）生产厂的主要生产设备，它将煤粉加入转盘上的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。设计数据：1）生产效率为30块/min.2）型煤尺寸：h=100mm75mm。3）冲压

23、成型时的生产阻力达105N。五、冲压式蜂窝煤成型机的设计冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤（通常又称煤饼，在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔）生产厂的主要生产设备，它将煤粉加入转盘上的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。设计数据：1）生产效率为30块/min.2）型煤尺寸：h=100mm75mm。3）冲压成型时的生产阻力达105N。设计要求：1）为改善蜂窝煤冲压成型的质量，希望在冲压后有一短暂的保压时间。2）由于冲头要产生较大的压力，希望冲压机构具有增力功能，以增大有效力作用，减小原动件功率。3）根据生产效率选择合适的电动机转速。4）煤粉加料、冲压成型、清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑过程及脱煤过程顺序调理，不

24、能出现冲突。5）机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。设计任务：1）调研冲压式蜂窝煤成型机的设计资料，完成开题报告。2）完成对冲压式蜂窝煤成型机的方案设计。3）完成总体设计方案原理图、传动系统及执行系统的方案原理简图。4）进行冲压机构的传动系统、执行系统机械结构设计，完成装配图、零部件图1套。5）完成设计说明书1份，零部件清单1份。六、剪板机的铁板输送机构和剪断机构的设计剪板机是用一个刀片相对另一刀片作往复直线运动剪切板材的机器。将卷料展开并剪成一定长度铁板的剪板机，可以有两种剪断方式。一种是板料匀速连续送进，剪刀和铁板同步前进的运动这剪断铁板，即飞剪机。另一种是将板料作定长度的间歇送进，在板

25、料短暂的停歇时间内，剪刀在一定位置上将铁板剪断。要求按第二种方式设计铁板输送机构。设计数据：1）每次输送铁板的长度为2000mm。2）剪断工艺所需时间约为铁板输送周期的1/15。六、剪板机的铁板输送机构和剪断机构的设计剪板机是用一个刀片相对另一刀片作往复直线运动剪切板材的机器。将卷料展开并剪成一定长度铁板的剪板机，可以有两种剪断方式。一种是板料匀速连续送进，剪刀和铁板同步前进的运动这剪断铁板，即飞剪机。另一种是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。要求按第二种方式设计铁板输送机构。设计数据：1）每次输送铁板的长度为2000mm。2）剪断工艺所需时间约为铁板输送周期的1/15。设计要求：1）原材料为成卷的板料。2）铁板夹持准确，且可适应不同薄厚规格的铁板尺寸变化。3）输送到位，每次输送铁板到规定长度后，铁板稍停，以待剪板机将其剪断。4）输送机构运转平稳，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）。设计任务：1）调研各种铁板输送机构和剪断机构的设计资料，完成开题报告。2）完成对剪板机铁板输送机构和剪断机构的方案设计。3）完成总体设计方案原理图、传动系统及执行系统