2011年機械原理課程設計任務書.doc

機械原理課程設計一、 課程設計的目的綜合應用所學過的機械原理知識，進行機構的選型、組合、分析與綜合，并繪制相應的機構運動簡圖，以培養(yǎng)機械運動方案的設計能力和創(chuàng)新思維。二、 設計任務及要求 本課程設計提供了A、 B兩類題目。A為綜合類設計題目，B為創(chuàng)新類題目，要求每個學生選擇其中的一個題目，在規(guī)定的時間里按題目任務要求完成設計工作，并上交設計說明書一份。（注：設計說明書統(tǒng)一用重慶理工大學設計用紙抄寫或按相同A4紙打印裝訂，20頁以上；說明書應有封面及標題（題目名稱）、專業(yè)、班級、姓名和學號。說明書封面自行設計。若采用手工繪圖，用檔案袋將說明書與圖紙一起交上。若采用電腦繪圖，請將圖插入說明書中，并作必要說明。 ） l 時間安排：1即日起可根據(jù)本任務選擇自己的題目，查閱資料，構思設計。2. 課程設計周第13天 老師到新校區(qū)授課教室答疑式輔導，有問題的學生可以來問。3.課程設計周第45天 小答辯方式，老師在教室檢查設計。每個學生展示自己的設計結果，并做說明。 4.課程設計周第5天 學生上交課程設計結果。班上統(tǒng)一收集上交電子文檔。三、綜合類設計題目題目1：洗瓶機設計（限4人）（一）、工作原理及工藝動作過程為清洗圓形瓶子的外面，把待洗的瓶子放在兩個轉動著的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉。當推頭M把瓶推向前進時，轉動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當前一個瓶子將洗刷完畢時，后一個待洗的瓶子已送入導輥。它的主要動作：將到位的瓶子沿著導輥推動，瓶子推動過程中利用導輥轉動將瓶子旋轉以及將刷子轉動。圖1是洗瓶機有關部件的工作情況示意圖。圖1 洗瓶機有關部件的位置示意圖圖2 推頭M的可走軌跡之一（二）、原始數(shù)據(jù)及設計要求設計推瓶機構時的原始數(shù)據(jù)和要求為（1） 瓶子尺寸：大端直徑d80mm，長200mm。（2） 推進距離l600mm。推瓶機構應使推頭M以接近均勻的速度推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后，推頭快速返回原位，準備第二個工作循環(huán)。（3） 按生產率的要求，推程平均速度為v45mm/s，返回時的平均速度為工作行程的3倍。（4） 機構傳動性能良好，結構緊湊，制造方便。（三）、設計方案提示（1） 推瓶機構要求推頭作近似直線軌跡，回程時軌跡形狀不限，但不能反向撥動下一個瓶子，可以如圖2所示。由上述運動要求，常用基本機構是不容易實現(xiàn)，可以采用組合機構來實現(xiàn)。（2） 洗瓶機構由一對同向轉動的導輥和三只轉動的刷子組成，可以通過機械傳動系統(tǒng)來完成。（四）、設計任務及要求（1） 根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖；（2） 進行推瓶機構的選型，以實現(xiàn)洗瓶動作要求；（3） 根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構的運動參數(shù)擬定機械傳動方案，分配傳動比，并在圖紙上畫出傳動方案圖；（4） 機械運動方案的評定和選擇；（5） 對執(zhí)行機構進行運動尺寸計算；（6） 對執(zhí)行機構進行運動分析，畫出運動線圖；（7） 畫出機械運動方案簡圖；（8） 編寫設計計算說明書。題目2：軋輥機設計（4人）（一）、工作原理及工藝動作過程圖1 軋輥工作情況圖1 所示軋輥機是由送料輥送進鑄坯，由工作輥將鑄坯軋制成一定尺寸的方形、矩形或圓形截面坯料的初軋軋機。它在水平面內和鉛垂面內各布置一對軋輥（圖中只畫了鉛垂面內的一對軋輥）。兩對軋輥交替軋制。軋機中工作輥中心M應沿軌跡mm運動，以適應軋制工作的需要。坯料的截面形狀由軋輥的形狀來保證。因此，軋輥機主要由工作輥和送料輥機構組成。(二)、原始數(shù)據(jù)及設計要求根據(jù)軋制工藝，并考慮減輕設備的載荷對軋輥中心點M的軌跡可提出如下基本要求：（1） 在金屬變形區(qū)末段，應是與軋制中心線平行的直線段，在此直線段內軋輥對軋件進行平整，以消除軋件表面因周期間歇軋制引起的波紋。因此，希望該平整段L盡可能長些。（2） 軋制是在鉛垂面和水平面內交替進行的，當一個面內的一對軋輥在軋制時，另一面內的軋輥正處于空回行程中。從實際結構上考慮，軋輥的軸向尺寸總大于軋制品截面的寬度，所以，要防止兩對軋輥在交錯而過時發(fā)生碰撞。為此，軋輥中心軌跡曲線mm除要有適當?shù)男螤钔?，還應有足夠的開口度h，使軋輥在空行程中能讓出足夠的空間，保證與軋制行程中的軋輥不發(fā)生“攔路”相撞的情況。（3） 在軋制過程中，軋件要受到向后的推力，為使推力盡量小些，以減輕送料輥的載荷，故要求軋輥與軋件開始接觸時的嚙入角盡量小些。約取25左右，坯料的單邊最大壓下量約50mm，從咬入到平整段結束的長度約270mm。（4） 為調整制造誤差引起的軌跡變化或更換軋輥后要求開口度有稍許變化，所選機構應能便于調節(jié)軋輥中心的軌跡。（5） 要求在一個軋制周期中，軋輥的軋制時間盡可能長些。(三)、設計方案提示（1） 能實現(xiàn)給定平面軌跡要求的機構可以有鉸鏈連桿機構、雙凸輪機構、凸輪連桿機構、齒輪連桿機構等。（2） 采用兩自由度的五桿機構，可精確實現(xiàn)要求的任意軌跡，且構件尺寸可在很大范圍內任選，但需要給兩個主動件，聯(lián)系兩主動件間運動關系的機構常用齒輪機構、凸輪機構、連桿機構等。（3） 由于本機器中機構的受力較大，應考慮到工作壽命要求。（4） 工作輥的方案設計應考慮軌跡和開口度的調節(jié)是否可能和方便，能否按要求布置在機器中，結構上是否便于實現(xiàn)。（5） 送料輥的運動方案可以通過機械傳動系統(tǒng)來完成。(四)、設計任務及要求（1） 根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖；（2） 進行工作輥機構、送料輥機構的選型；（3） 機械運動方案的評定和選擇；（4） 根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構的運動參數(shù)擬定機械傳動方案，分配傳動比，并畫出傳動方案圖；（5） 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算；（6） 對執(zhí)行機構進行運動分析，畫出運動線圖；（7） 畫出機械運動方案簡圖；（8） 編寫設計計算說明書。題目3：剪板機設計（4人）（一）、工作原理及工藝動作過程剪板機是將卷料展開并剪成一定長度鐵板的機器，即將板料作定長度的間歇送進，在板料短暫的停歇時間內，剪刀在一定位置上將鐵板剪斷。因此剪板機主要包括鐵板輸送機構和剪斷機構。（二）、原始數(shù)據(jù)及設計要求(1) 原材料為成卷的板料。每次輸送鐵板長度為L1900或2000或2200 mm(設計時任選一種)。(2) 每次輸送鐵板到達規(guī)定長度后，鐵板稍停，以待剪板機構將其剪斷。剪斷工藝所需時間約為鐵板輸送周期的十五分之一。建議鐵板停歇時間不超過剪斷工藝時間的1.5倍，以保證有較高的生產率。(3) 輸送機構運轉應平穩(wěn)，振動和沖擊應盡量小(即要求輸送機構從動件的加速度曲線連續(xù)無突變)。（三）、方案設計提示將鐵板作間歇送進的機構方案設計，可從下述兩個方面考慮機構的選擇：(1) 如何夾持和輸送鐵板，并使停歇時保持鐵板的待剪位置；(2) 如何實現(xiàn)間歇送進，并能使鐵板停歇時運送鐵板的構件的速度和加速度曲線仍然連續(xù)，這樣，送進機構的運轉就比較平穩(wěn)。大致有幾條途徑：(1) 利用機構中運動構件暫時脫離運動鏈，使后續(xù)構件實現(xiàn)停歇；(2) 利用構件上一點在圓弧段或直線段上運動，使與之相連的構件實現(xiàn)停歇；(3) 利用兩種運動的疊加使構件實現(xiàn)間歇運動；(4) 其它。工業(yè)上常用的簡單間歇機構，如棘輪機構、槽輪機構和不完全齒輪機構等，雖具有結構簡單、制造方便。運動可靠等優(yōu)點，但在動力性能、動停比(運動時間和停歇時間之比)方面很難滿足設計要求。所以常用組合機構來滿足設計要求。（四）、設計任務及要求（1） 根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖；（2） 進行鐵板輸送機構和剪斷機構的選型；（3） 機械運動方案的評定和選擇；（4） 根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構的運動參數(shù)擬定機械傳動方案，分配傳動比，并在圖紙上畫出傳動方案圖（5） 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算；（6） 對執(zhí)行機構進行運動分析，畫出運動線圖；（7） 畫出機械運動方案簡圖；（8） 編寫設計計算說明書。題目4：半自動平壓模切機設計（4人）（一）、工作原理及工藝動作半自動平壓模切機是印刷、包裝行業(yè)壓制紙盒、紙箱等紙制品的專用設備。該機可對各種規(guī)格的紙板、厚度在4mm以下的瓦楞紙板，以及各種高級精細的印刷品進行壓痕、切線、壓凹凸。經過壓痕、切線的紙板，用手工或機械沿切線處去掉邊料后，沿著壓出的壓痕可折疊成各種紙盒、紙箱或制成凹凸的商標。它的主要工藝動作有兩個：一是將紙板走紙到位，二是進行沖壓模切。如圖1所示，4為工作臺面，工作臺上方的1為雙列鏈傳動，2為主動鏈輪，3為走紙橫塊(共五個)，其兩端分別固定在前后兩根鏈條上，橫塊上裝有若干個夾緊片。主動鏈輪由間歇機構帶動，使雙列鏈條作同步的間歇運動。每次停歇時，鏈上的一個走紙模塊剛好運行到主動鏈輪下方的位置上。這時，工作臺面下方的控制機構，其執(zhí)行構件7作往復移動，推動橫塊上的夾緊裝置，使夾緊片張開，操作者可將紙板8喂入，待夾緊后，主動鏈輪又開始轉動，將紙板送到具有上模5(裝調以后是固定不動的)和下模6的位置，鏈輪再次停歇。這時，在工作臺面下部的主傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行構件滑決6和下模為一體向上移動，實現(xiàn)紙板的壓痕、切線，稱為模壓或壓切。壓切完成以后，鏈條再次運行，當夾有紙板的橫塊走到某一位置時，受另一機構(圖上未表示)作用，使夾緊片張開，紙板落到收紙臺上，完成一個工作循環(huán)。與此同時，后一個橫塊進入第二個工作循環(huán)，將已夾緊的紙板輸入壓切處，如此實現(xiàn)連續(xù)循環(huán)工作。 圖1 平壓模切機動作示意圖 圖2模切機生產阻力曲線（二）、原始數(shù)據(jù)及設計要求（1） 每小時壓制紙板3000張。 （2） 上模固定，下模向上移動的行程長度，回程的平均速度為工作行程平均速度的1.3 倍。（3） 工作行程的最后2 mm內受到生產阻力，如圖2所示，回程時不受力，下模和滑塊的質量約120 kg。（4） 工作臺面離地面的距離約1200 mm。（5） 所設計機構的性能要良好，結構簡單緊湊，節(jié)省動力，壽命長，便于制造。（三）、設計方案提示（1） 走紙機構可采用雙列鏈傳動，走紙橫塊其兩端分別固定在前后兩根鏈條上，橫塊上裝有若干夾緊片已夾緊紙板。主動鏈輪由間歇運動機構帶動以實現(xiàn)定時走紙。（1） 模切機構由于壓制紙板時受力較大，宜采用承載能力高的平面連桿機構，而連桿機構中常用的有四桿機構和六桿機構，在紙板停頓時進行沖壓模切。（2） 控制橫塊上夾緊裝置(夾緊紙板)的控制機構，由于夾緊片張開后要停留片刻，讓紙板送入后才能夾緊，因而推桿移動到最高位置時，有較長時間停歇的運動要求，故采用凸輪機構在設計上易于實現(xiàn)此要求，且結構簡單。（3） 由于沖壓模切機構僅在很短的時間內承受很大生產阻力，為了減小周期性速度波動，可以選擇容量較小的電機，但一般需要安裝飛輪。（四）、設計任務及要求（1） 根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖；（2） 進行走紙機構、沖壓模切機構及夾緊紙板的控制機構的選型；（3） 機械運動方案的評定和選擇；（4） 根據(jù)給定的生產阻力及工作余量選定合適的電動機；（5） 根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構的運動參數(shù)擬定機械傳動方案，分配傳動比，并在圖紙上畫出傳動方案圖；（6） 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算；（7） 對執(zhí)行機構進行運動分析，畫出運動線圖；（8） 畫出機械運動方案簡圖；（9） 對機構進行受力分析，飛輪設計；（10） 編寫設計計算說明書。題目5：四工位專用機床設計（4人）（一）、工作原理及工藝動作四工位專用機床的工作臺有、四個工作位置(圖1)，工位是裝卸工件，是鉆孔，是擴孔，是鉸孔。主軸箱上裝有三把刀具，對應于工位的位置裝鉆頭，的位置裝擴孔鉆，的位置裝鉸刀。刀具由專用電機帶動繞其自身的軸線轉動。主軸箱每向左移動送進一次，在四個工位上分別完成相應的裝卸工件、鉆孔、擴孔、鉸孔工作。當主軸箱右移(退回)到刀具離開工件后，工作臺回轉90，然后主軸箱再次左移，這時，對其中每一個工件來說，它進入了下一個工位的加工，依次循環(huán)四次，一個工件就完成裝、鉆、擴、鉸、卸等工序。由于主軸箱往復一次，在四個工位上同時進行工作，所以每次就有一個工件完成上述全部工序。因此，四工位專用機床的執(zhí)行動作有兩個：一是回轉臺的間歇轉動，二是主軸箱的刀具轉動和移動。（二）、原始數(shù)據(jù)及設計要求 (1) 刀具頂端離開工件表面65mm(圖1)，快速移動送進60mm接近工件后，勻速送進60 mm(前5mm為刀具接近工件時的切入量，工件孔深45mm，后10mm為刀具切出量)，然后快速返回?；爻毯凸ぷ餍谐痰钠骄俦?行程速度變化系數(shù))K2。 (2) 刀具勻速進給速度為2mm/s；工件裝、卸時間不超過10s (3) 生產率為每小時約75件。(4) 執(zhí)行機構系統(tǒng)應裝入機體內，機床外形尺寸見圖1。圖1 專用機床外形及尺寸（三）、方案設計提示（1） 回轉臺的間歇轉動可以采用棘輪機構、槽輪機構、凸輪式間歇運動、不完全齒輪機構等，此外，還可采用某些組合機構。（2） 主軸箱的刀具往復移動，可以采用平面連桿機構、圓柱凸輪機構、移動從動件盤形凸輪機構、凸輪連桿組合機構等。（3） 回轉臺的間歇轉動和主軸箱的刀具往復移動，兩套機構均由一個電機帶動，故工作臺轉位機構和主軸箱往復運動機構按動作時間順序分支并列，組合成一個機構系統(tǒng)。（4） 由生產率可以求出一個運動循環(huán)所需的時間T=3600/75 = 48 s，刀具勻速送進60 mm所需時間vt1=60/2=30 s，刀具其余移動時間共需18 s，回轉工作臺靜止時間為36 s，因此足夠工件裝卸的時間。（5） 工作臺回轉以后是否有可靠的定位功能，主軸箱往復運動的行程在120mm以上，所選機構是否能在給定空間內完成該運動要求。（6） 機構的運動和動力性能、精度在滿足要求的前提下，傳動鏈盡可能短，且制造、安裝簡便。（7） 加工對象的尺寸變更后，是否有可能方便地進行調整或改裝。（四）、設計任務及要求（1） 根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖；（2） 進行回轉臺的間歇轉動機構、主軸箱的刀具往復移動機構的選型；（3） 機械運動方案的評定和選擇；（4） 根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構的運動參數(shù)擬定機械傳動方案，分配傳動比，并畫出傳動方案圖；（5） 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算；（6） 對執(zhí)行機構進行運動分析，畫出運動線圖；（7） 畫出機械運動方案簡圖；（8） 編寫設計計算說明書。題目6：醫(yī)用棉簽卷棉機設計（4人）（一）、工作原理及工藝動作過程醫(yī)院用棉簽的日耗量很大，以往均由醫(yī)護人員在值班間歇中用手工卷制，工作量很大，為提高工效擬用機器代替手工卷制棉簽。棉簽卷制過程可以仿照手工方式進行動作分解，亦可另行構想動作過程。按照棉簽的手工卷制方法進行分解后得到：（1） 送棉：將條狀棉通過機構定時、適量送入；（2） 揪棉：將條狀棉壓（卷）緊并揪棉，使之揪下定長的條棉；（3） 送簽：將簽桿送至導棉槽上方與定長棉條接觸；（4） 卷棉：簽桿自轉并引導棉槽移動完成卷棉動作。（二）、原始數(shù)據(jù)及設計要求（1） 棉花：條狀脫脂棉，寬2530 mm，自然厚45mm。（2） 簽桿：醫(yī)院通用簽桿，直徑約3mm，桿長約70mm，卷棉部分長約2025mm。（3） 生產率：每分鐘卷60支，每支卷取棉塊長約2025mm。（4） 卷棉簽機體積要小，重量輕，工作可靠，外形美觀，成本低，卷出的棉簽松緊適度。（三）、設計方案提示（1） 送棉可以采用兩滾輪壓緊棉條、對滾送進，送進的方式可采用間歇機構，以實現(xiàn)定時定量送棉；也可以采用直線送進方式，則送棉機構必須有持棉和直線、間歇、定長送進等功能。（2） 揪棉時應采用壓棉和揪棉兩個動作，壓棉可以采用凸輪機構推動推桿壓緊棉條，為自動調整壓緊力中間可加一彈簧。楸棉可以采用對滾爪輪在轉動中楸斷棉條。（3） 送簽可采用漏斗口均勻送出簽桿，為避免簽桿卡在漏斗口，可以將漏斗作一定振動。（4） 卷棉可將簽桿送至導棉槽，使簽桿作自轉并移動而產生卷棉，可采用帶槽形的塑料帶通過撓性傳動來實現(xiàn)。（四）、設計任務及要求（1） 根據(jù)工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖；（2） 進行送棉、揪棉、送簽、卷棉機構的選型，實現(xiàn)上述四種動作的配合；（3） 機械運動方案的評定和選擇；（4） 根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構的運動參數(shù)擬定機械傳動方案，分配傳動比，并畫出傳動方案圖；（5） 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算；（6） 畫出機械運動方案簡圖；（7） 對執(zhí)行機構進行運動分析，畫出運動線圖；（8） 編寫設計計算說明書。題目7：專用精壓機設計（4人）（一）、工作原理及工藝動作過程專用精壓機是用于薄壁鋁合金制件的精壓深沖工藝，它是將薄壁鋁板一次沖壓成為深筒形。如圖1（a）所示，上模先以比較小的速度接近坯料，然后以勻速進行拉延成形工作，以后，上模繼續(xù)下行將成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模以后，送料機構從側面將坯料送至待加工位置，完成一個工作循環(huán)。它的主要工藝動作有：（1） 將新坯料送至待加工位置；（2） 下模固定、上模沖壓拉延成形將成品推出膜腔。 (a) （b）圖1 加工工件及上模運動規(guī)律（二）、原始數(shù)據(jù)和設計要求（1） 動力源是電動機，作轉動；沖壓執(zhí)行構件為上模，作上下往復直移運動，其大致運動規(guī)律如圖1（b）所示，具有快速接近工件、等速工作進給和快速返回的特性。（2） 精壓成形制品生產率約每分鐘70件。（3） 上模移動總行程為280 mm，其拉延行程置于總行程的中部，約100 mm。（4） 行程速比系數(shù)K1.3。（5） 坯料輸送的最大距離200 mm。（6） 上?；瑝K總質量40 kg,最大生產阻力為5000 N，且假定在拉延區(qū)內生產阻力均衡；（7） 設最大擺動件的質量為40kg/mm，繞質心轉動慣量為2 kgm2/mm，質心簡化到桿長的中點。其它構件的質量及轉動慣量均忽略不計；（8） 傳動裝置的等效轉動慣量（以曲柄為等效構件，其轉動慣量設為30 kgm2，機器運轉許用不均勻系數(shù)為0.05）（9） 機構應具有較好的傳力性能，特別是工作段的壓力角應盡可能小，傳動角大于或等于許用傳動角。（三）、方案設計及討論（1） 送料機構實現(xiàn)間歇送料可采用凸輪機構、凸輪連桿組合送料機構、槽輪機構等。（2） 沖壓機構為保證等速拉延、回程快速的要求，可采用導桿加搖桿滑塊的六桿機構、鉸鏈四桿加搖桿滑塊的六桿機構、齒輪連桿沖壓機構等。（3） 工件送料傳輸平面標高在1000mm左右。（4） 需考慮飛輪設計。（四）、設計任務及要求（1） 根據(jù)工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖；（2） 進行送料機構、沖壓機構的選型；（3） 機械運動方案的評定和選擇；（4） 根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構的運動參數(shù)擬定機械傳動方案，分配傳動比，并畫出傳動方案圖；（5） 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算；（6） 畫出機械運動方案簡圖；（7） 對執(zhí)行機構進行運動分析，畫出運動線圖; （8） 進行飛輪設計；（9） 編寫設計計算說明書。題目8：步進輸送機設計（4人）（一）、工作原理及工藝動作過程步進輸送機是一種能間歇地輸送工件，并使其間距始終保持穩(wěn)定步長的傳送機械。圖1為其示意圖，工件經過隔斷板從料輪滑落到輥道上，隔斷板作間歇往復直線運動，工件按一定的時間間隔向下滑落。輸送滑架作往復直線運動，工作行程時，滑架上位于最左側的推爪推動始點位置工件向前移動一個步長，當滑架返回時，始點位置又從料輪接受了一個新工件。由于推爪下裝有壓力彈簧，推爪返回時得以從工件底面滑過，工件保持不動。當滑架再次向前推進時，該推爪早已復位并推動新工件前移，與此同時，該推爪前方的推爪也推動前工位的工件一齊向前再移動一個步長。如此周而復始，實現(xiàn)工件的步進式傳輸。顯而易見，隔斷板的插斷運動必須與工件的移動協(xié)調，在時間和空間上相匹配。 圖1 步進輸送機示意圖（二）、原始數(shù)據(jù)及設計要求（1） 輸送工件形狀和尺寸如圖1，工件質量60kg，輸送步長H840mm，允許誤差0.2mm。（2） 輥道上允許輸送工件最多8件。工件底面與輥道間的摩擦系數(shù)0.15（當量值），輸送滑架質量為240kg，當量摩擦系數(shù)也為0.15。（3） 滑架工作行程平均速度為0.42m/s，要求保證輸送速度盡可能均勻,行程速比系數(shù)K1.7。（4） 最大擺動件線質量為20 kg/m，質心在桿長中點，繞質心線轉動慣量為2 kgm2/m，其余構件質量與轉動慣量忽略不計。發(fā)動機到曲柄軸的傳動系統(tǒng)的等效轉動慣量（視曲柄為等效轉動構件）近似取為2 kgm2。（5） 允許速度不均勻速度為0.1。（6） 滑架導路水平線與安裝平面高度允許在1100mm以下。（7） 電動機規(guī)格自選。（三）、設計方案提示（1） 為保證推爪在推動工件前保持推程狀態(tài)，輸送機構的行程應大于工件輸送步長20mm左右。（2） 在設計步進輸送機構和插斷機構時，可按已知滑架行程、平均速度和行程速比系數(shù)確定曲柄轉速；由已知的工件形狀尺寸確定插斷板單向或雙向的插入深度，據(jù)此并考慮機構的布局情況確定插斷機構從動件的運動范圍和運動規(guī)律。（四）、設計任務及要求（1） 根據(jù)工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖；（2） 進行插斷機構、步進輸送機構的選型；（3） 機械運動方案的評定和選擇；（4） 根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構的運動參數(shù)擬定機械傳動方案，分配傳動比，并在圖紙上畫出傳動方案圖；（5） 進行工件停止在工位上的慣性前沖量計算；（6） 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算；（7） 畫出機械運動方案簡圖； （8） 編寫設計計算說明書。題目9：壓片成形機（3人）（一）、設計題目及原始數(shù)據(jù)設計自動壓片成形機，將具有一定濕度的粉狀原料（如陶瓷干粉、藥粉）定量送入壓形位置，經壓制成形后脫離該位置。機器的整個工作過程（送料、壓形、脫離）均自動完成。該機器可以壓制陶瓷圓形片坯、藥劑（片）等。設計數(shù)據(jù)見下表。 壓片成形機設計數(shù)據(jù)表方案號電動機轉速r/min生產率片/min成品尺寸（d）mm，mm沖頭壓力kgm kgm kgA1450101006015,000 0.10125B97015603510,0000.08104C97020402010,0000.0593圖1 壓片成形機工藝動作如圖1所示，壓片成形機的工藝動作是：1. 干粉料均勻篩入圓筒形型腔（圖1a）。2. 下沖頭下沉3mm，預防上沖頭進入型腔時粉料撲出（圖1b）。圖2 設計要求3. 上、下沖頭同時加壓（圖1c），并保持一段時間。4. 上沖頭退出，下沖頭隨后頂出壓好的片坯（圖1d）。5. 料篩推出片坯（圖1e）。上沖頭、下沖頭、送料篩的設計要求是：1. 上沖頭完成往復直移運動（鉛錘上下），下移至終點后有短時間的停歇，起保壓作用，保壓時間為0.4秒左右。因沖頭上升后要留有料篩進入的空間，故沖頭行程為90100mm。因沖頭壓力較大，因而加壓機構應有增力功能（圖2a）。2. 下沖頭先下沉3mm，然后上升8mm，加壓后停歇保壓，繼而上升16mm，將成型片坯頂?shù)脚c臺面平齊后停歇，待料篩將片坯推離沖頭后，再下移21mm，到待料位置（圖2b）。3. 料篩在模具型腔上方往復振動篩料，然后向左退回。待批料成型并被推出型腔后，料篩在臺面上右移約4550mm，推卸片坯（圖2c）。上沖頭、下沖頭與送料篩的動作關系見下表。動作關系表上沖頭進退送料篩退近休進遠休下沖頭退近休進遠休（二）、設計方案提示1.各執(zhí)行機構應包括：實現(xiàn)上沖頭運動的主加壓機構、實現(xiàn)下沖頭運動的輔助加壓機構、實現(xiàn)料篩運動的上下料機構。各執(zhí)行機構必須能滿足工藝上的運動要求，可以有多種不同型式的機構供選用。如連桿機構、凸輪機構等。2.由于壓片成形機的工作壓力較大，行程較短，一般采用肘桿式增力沖壓機構作為主體機構，它是由曲柄搖桿機構和搖桿滑塊機構串接而成。先設計搖桿滑塊機構，為了保證，要求搖桿在鉛垂位置的2范圍內滑塊的位移量0.4mm。據(jù)此可得搖桿長度r式中搖桿滑塊機構中連桿與搖桿長度之比，一般取12。根據(jù)上沖頭的行程長度，即可得搖桿的另一極限位置，搖桿的擺角以小于60為宜。設計曲柄搖桿機構時，為了“增力”，曲柄的回轉中心可在過搖桿活動鉸鏈、垂直于搖桿鉛垂位置的直線上適當選取，以改善機構在沖頭下極限位置附近的傳力性能。根據(jù)搖桿的三個極限位置（2位置和另一極限位置），設定與之對應的曲柄三個位置，其中對應于搖桿的兩個位置，曲柄應在與連桿共線的位置，曲柄另一個位置可根據(jù)保壓時間來設定，則可根據(jù)兩連架桿的三組對應位置來設計此機構。設計完成后，應檢查曲柄存在條件，若不滿足要求，則重新選擇曲柄回轉中心。也可以在選擇曲柄回轉中心以后，根據(jù)搖桿兩極限位置時曲柄和連桿共線的條件，確定連桿和曲柄長度，在檢查搖桿在鉛垂位置2時，曲柄對應轉角是否滿足保壓時間要求。曲柄回轉中心距搖桿鉛垂位置愈遠，機構行程速比系數(shù)愈小，沖頭在下極限位置附近的位移變化愈小，但機構尺寸愈大。3.輔助加壓機構可采用凸輪機構，推桿運動線圖可根據(jù)運動循環(huán)圖確定，要正確確定凸輪基圓半徑。為了便于傳動，可將篩料機構置于主體機構曲柄同側。整個機構系統(tǒng)采用一個電動機集中驅動。要注意主體機構曲柄和凸輪機構起始位置間的相位關系，否則機器將不能正常工作。4.可通過對主體機構進行的運動分析以及沖頭相對于曲柄轉角的運動線圖，檢查保壓時間是否近似滿足要求。進行機構動態(tài)靜力分析時，要考慮各桿（曲柄除外）的慣性力和慣性力偶，以及沖頭的慣性力。沖頭質量m、各桿質量m（各桿質心位于桿長中點）以及機器運轉不均勻系數(shù)均見表8.5，則各桿對質心軸的轉動慣量可求。認為上下沖頭同時加壓和保壓時生產阻力為常數(shù)。飛輪的安裝位置由設計者自行確定，計算飛輪轉動慣量時可不考慮其他構件的轉動慣量。確定電動機所需功率時還應考慮下沖頭運動和料篩運動所需功率。（三）、設計任務及要求1.壓片成形機一般至少包括連桿機構、凸輪機構、齒輪機構在內的三種機構；2.設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配，并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖；3.畫出機器的運動方案簡圖與運動循環(huán)圖。擬定運動循環(huán)圖時，可執(zhí)行構件的動作起止位置可根據(jù)具體情況重疊安排，但必須滿足工藝上各個動作的配合，在時間和空間上不能出現(xiàn)“干涉”；4.設計凸輪機構，自行確定運動規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。計算凸輪廓線；5.設計計算齒輪機構；6.對連桿機構進行運動設計。并進行連桿機構的運動分析，繪出運動線圖。如果是采用連桿機構作為下沖壓機構，還應進行連桿機構的動態(tài)靜力分析，計算飛輪轉動慣量；7.編寫設計計算說明書；題目10：墊圈內徑檢測裝置機（5人）（一）、設計題目及原始數(shù)據(jù)設計墊圈內徑檢測裝置，檢測鋼制墊圈內徑是否在公差允許范圍內。被檢測的工件由推料機構送入后沿一條傾斜的進給滑道連續(xù)進給，直到最前邊的工件被止動機構控制的止動銷擋住而停止。然后，升降機構使裝有微動開關的壓桿探頭下落，檢測探頭進入工件的內孔。此時，止動銷離開進給滑道，以便讓工件浮動。檢測的工作過程如圖1 所示。當所測工件的內徑尺寸符合公差要求時（圖1a），微動開關的觸頭進入壓桿的環(huán)形槽，微動開關斷開，發(fā)出信號給控制系統(tǒng)（圖中未給出），在壓桿離開工件后，把工件送入合格品槽。如工件內徑尺寸小于合格的最小直徑時（圖1b），壓桿的探頭進入內孔深度不夠，微動開關閉合，發(fā)出信號給控制系統(tǒng)，使工件進入廢品槽。如工件內徑尺寸大于允許的最大直徑時（圖1c），微動開關仍閉合，控制系統(tǒng)將工件送入另一廢品槽。1工件 2帶探頭的壓桿 3微動開關a)內徑尺寸合格 b)內徑尺寸太小 c)內徑尺寸太大圖1 墊圈內徑檢測過程具體設計要求見下表13。平墊圈內徑檢測裝置設計數(shù)據(jù)表方案號被測鋼制平墊圈尺寸電動機轉速r/min每次檢測時間 s公稱尺寸mm內徑mm外徑mm厚度mmA1010.520214405B1213242.514406C202137314408D30315649608E363766596010（二）、設計方案提示1.由于止動銷的動作與壓桿升降動作有嚴格的時間匹配與順序關系，建議考慮使用凸輪軸解決這個問題。2.推料動作與上述兩個動作的時間匹配不特別嚴格，可以采用平面連桿機構，也可以采用間歇機構。（三）、設計任務及要求1.要求設計該檢測裝置的推料機構、控制止動銷的止動機構、壓桿升降機構。一般應包括凸輪機構、平面連桿機構以及齒輪機構等常用機構。該裝置的微動開關以及控制部分的設計本題不作要求；2.設計墊圈內徑檢測裝置的傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配，并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖；3.畫出機器的機構運動方案簡圖和運動循環(huán)圖；4.設計平面連桿機構。并對平面連桿機構進行運動分析，繪制運動線圖；5.設計凸輪機構。確定運動規(guī)律，選擇基圓半徑，計算凸輪廓線值，校核最大壓力角與最小曲率半徑。繪制凸輪機構設計圖；6.設計計算齒輪機構；7.編寫設計計算說明書；B.創(chuàng)新類設計題目請結合下列實際設計問題，選擇自己感興趣的題目，并通過需求背景調查進一步明確設計目標和功能要求，綜合運用所學知識完成如下工作：1. 針對自己確定的創(chuàng)新性設計題目，擬定設計方案，并說明工作原理。2. 繪制二維或三維圖形。3. 編寫設計計算說明書。題目一 第五屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽（2012年）的主題為“幸福生活今天和明天”；內容為“休閑娛樂機械和家庭用機械的設計和制作”。題目二自擬一種機械設計裝置?？梢允亲约涸O想的創(chuàng)新機械；也可以根據(jù)現(xiàn)有部分圖、文資料，自己完善設計，設計幫助運動員網球或乒乓球訓練的標準發(fā)球機或步兵步行耐力訓練，或空軍飛行員體驗混戰(zhàn)演習訓練（即給可能的飛行員各方位加一個重力），或宇航員失重訓練（即能運載一人并提供一個重力加速度）的模擬訓練機械；附錄 兩個三維繪圖及運動仿真例題例1 活塞式壓氣機運動模擬(SolidWorks+COSMOSMotion仿真模塊)本章介紹活塞式壓氣機的造型及仿真模擬。通過壓氣機主要零件曲柄、活塞、連桿、銷軸和機座的造型，可以掌握SolidWorks的草圖繪制、特征造型、基準軸、基準面、零件裝配等基礎知識。裝配圖完成后，直接用COSMOSMotion進行汽缸運動狀況模擬仿真，得到在自定義活塞推力時，活塞的位置、速度、加速度，以及曲柄的運動力矩等參數(shù)隨時間變化的曲線。1.1工作原理活塞式壓氣機是一種將機械能轉化為氣體勢能的機械，機構簡圖如圖1.1。電機通過皮帶帶動曲柄轉動，由連桿推動活塞移動，壓縮汽缸內的空氣達到需要的壓力。曲柄旋轉一周，活塞往復移動一次，壓氣機的工作過程可分為吸氣、壓縮、排氣三步。表1-1為活塞示功數(shù)據(jù)表1-1曲柄位置（度）015150180210240255270285300330360仿真時間（秒）00.080.420.50.580.670.710.750.790.830.921活塞受力（N）00020010202850461076509600960096000工作過程吸氣壓縮排氣圖1.11.2零件造型活塞式壓氣機汽缸的零件組成比較復雜，在不影響仿真的前提下，只對其主要零件進行造型，包括曲柄、連桿、銷軸、活塞和機座。1曲柄運行SolidWorks，選擇【文件】/【新建】/【零件】,建立一個新文件，以文件名“曲柄”存盤。右擊FeatureManager 設計樹中的【材質】，選擇【編輯材質】，如圖1.2，設置零件的材質，選用“普通碳鋼”，按下確定按鈕。圖1.2選擇【插入】/【草圖繪制】，選擇【前視基準面】，繪制一個圓，用智能尺寸按鈕標注圓的直徑，如圖1.2，退出草圖。選擇【插入】/【凸臺/基體】/【拉伸】，拉伸草圖，拉伸距離為5.00mm，如圖1.4。 圖1.3 圖1.4在圓柱體端面上單擊右鍵，選擇【插入草圖】，按下，正視于草圖，繪制圓，標注尺寸直徑為10mm，標注尺寸如圖1.5，退出草圖。選擇【插入】/【凸臺/基體】/【拉伸】，拉伸草圖，拉伸距離為20.00mm。圖1.5在圓柱體另一端面上單擊右鍵，選擇【插入草圖】，按下，正視于草圖，繪制圓，標注尺寸，標注尺寸如圖1.6，退出草圖。選擇【插入】/【凸臺/基體】/【拉伸】，拉伸草圖，拉伸距離為5.00mm。圖1.6選擇【插入】/【特征】/【圓角】，將各邊倒圓角，如圖1.7。 圖1.7選擇【插入】/【參考幾何體】/【基準面】，在拉伸距離為5.00mm的特征上創(chuàng)建一個基準面1，如圖1.8。選擇【插入】/【陣列/鏡向】/【鏡向】，選擇基準面1作為鏡向面,鏡向對象選擇【要鏡向的實體】，用鼠標選擇整個已經完成造型的實體，如圖1.9，按下確定按鈕，得到曲柄造型如圖1.10所示。 圖1.8 圖1.9 圖1.102連桿選擇【文件】/【新建】/【零件】,建立一個新文件，以文件名“連桿”存盤。右擊FeatureManager 設計樹中的【材質】，選擇【編輯材質】，設置零件的材質，選用“普通碳鋼”。 選擇【插入】/【草圖繪制】，選擇【前視基準面】，繪制草圖，標注尺寸如圖1.11，退出草圖。選擇【插入】/【凸臺/基體】/【拉伸】，拉伸草圖，拉伸距離為5.00mm。 圖1.11 選擇【插入】/【參考幾何體】/【基準面】，選擇連桿端面，設置參數(shù)如圖1.12，建立一個通過連桿厚度中間的基準平面，供裝配時使用。 圖 1.12選擇【插入】/【特征】/【倒角】，將零件各邊倒角，邊長為1.00mm。如圖1.13。圖 1.133銷軸選擇【文件】/【新建】/【零件】,建立一個新文件，以文件名“銷軸”存盤。右擊FeatureManager 設計樹中的【材質】，選擇【編輯材質】，設置零件的材質，選用“普通碳鋼”。 選擇【插入】/【草圖繪制】，選擇【前視基準面】，繪制草圖，如圖1.14，退出草圖。選擇【插入】/【凸臺/基體】/【拉伸】，拉伸草圖，拉伸距離為38.00mm。選擇【插入】/【參考幾何體】/【基準面】，選擇銷軸端面，設置如圖1.15，建立過銷軸長度中間的基準平面，供裝配時使用。如圖1.16。 圖 1.14 圖 1.15圖1.164活塞選擇【文件】/【新建】/【零件】,建立一個新文件，以文件名“活塞”存盤。右擊FeatureManager 設計樹中的【材質】，選擇【編輯材質】，設置零件的材質，選用“普通碳鋼”。 選擇【插入】/【草圖繪制】，選擇【前視基準面】，繪制一個圓，直徑40。退出草圖，選擇【插入】/【凸臺/基體】/【拉伸】，拉伸距離為40.00mm，得到一圓柱體。選擇【插入】/【特征】/【抽殼】，選擇圓柱體端面，抽殼壁厚填寫3，如圖1.17。 圖 1.17 選擇【插入】/【參考幾何體】/【基準軸】，選擇圓柱面，建立通過圓柱軸線的基準軸1。選擇【插入】/【參考幾何體】/【基準面】，再在圖1.18中選擇“基準軸1”和“上視基準面”，如圖1.18，建立通過圓柱軸線的基準面1。鼠標右擊該基準面邊框，選擇“插入草圖”，按下，正視于草圖，在草圖上繪制一個圓，如圖1.19，退出草圖。 圖 1.18圖 1.19選擇【插入】/【切除】/【拉伸】，設置參數(shù)如圖1.20。再次鼠標右擊基準面1邊框，選擇“插入草圖” ，按下，正視于草圖，在該草圖上繪制一個矩形，標注尺寸，如圖1.21，退出草圖。 圖 1.20 圖 1.21選擇【插入】/【切除】/【旋轉】，選擇基準軸作為旋轉軸，在活塞上環(huán)切除一個槽，如圖1.22，退出草圖。 圖 1.22 選擇【插入】/【陣列/鏡向】/【線性陣列】，選擇環(huán)切槽特征作為陣列對象，如圖1.23，選擇基準軸作為陣列方向，填寫陣列參數(shù)如圖1.24。 圖 1.23 圖 1.24選擇【插入】/【特征】/【圓角】，將各外邊倒圓角，半徑0.50mm，得到零件活塞造型如圖1.25。圖 1.255機座選擇【文件】/【新建】/【零件】,建立一個新文件，以文件名“機座”存盤。右擊FeatureManager 設計樹中的【材質】，選擇【編輯材質】，設置零件的材質，選用“普通碳鋼”。 選擇【插入】/【草圖繪制】，選擇【前視基準面】，繪制草圖，如圖1.26，退出草圖。選擇【插入】/【凸臺/基體】/【拉伸】，拉伸草圖，拉伸距離為50.00mm，得到機座造型如圖1.27。 圖 1.26 圖 1.271.3 裝配選擇【文件】/【新建】/【裝配體】,建立一個新裝配體文件，以文件名“活塞式壓氣機裝配體”保存該文件。單擊裝配體工具欄上的插入零部件，或單擊【插入】/【零部件】/【現(xiàn)有零件/裝配體】,在左邊PropertyManager對話框中將出現(xiàn)以前保存的文件，也可以選擇，如圖1.28，在存放本章零件的文件夾中選擇要裝配的零件。如果工具欄上沒有出現(xiàn)，右鍵單擊工具欄任意位置，在出現(xiàn)的菜單中勾選【裝配體】。1. 曲柄與連桿裝配首先選擇將前面完成的零件“曲柄”添加進來。再次單擊裝配體工具欄上的插入零部件，在左邊PropertyManager對話框中選擇，將前面完成的零件“連桿”添加進來。圖 1.28單擊視圖工具欄上的局部放大，將零件放大，為了便于裝配，可以用工具欄上的按鈕移動零部件，用旋轉零部件來調節(jié)零部件的位置以便于裝配。單擊裝配體工具欄上的配合，在PropertyManager的配合選擇下，分別選擇曲柄軸面和連桿的孔面，如圖1.29，配合彈出工具欄出現(xiàn)，這里自動識別的默認配合為同心配合，零部件將移動到位，預覽配合。選擇配合彈出工具條上的，確認配合。若已經安裝COSMOSMotion，配合的時候會出現(xiàn)“自動設置新零件為靜止或運動部件”，這里回答“是”或“否”都可以，只需要在裝配完畢后，在COSMOSMotion中再次確認、修改靜止或運動部件即可。圖 1.29再次單擊裝配體工具欄上的配合，選擇圖1.30中曲柄的基準面和連桿的基準面，進行重合配合。這里，可以選擇圖形中的基準面，也可以將左邊樹狀文字展開，用鼠標選擇文字。圖 1.302. 連桿與銷軸裝配選擇工具欄上，選擇，從文件夾中添加零件“銷軸”，選擇工具欄上的配合，然后選連桿上的孔和銷軸的表面，進行同心配合，選擇彈出工具條上的，確定配合。再次選擇工具欄上的配合，用鼠標單擊繪圖區(qū)左邊文字“活塞式壓氣機裝配體”前面的“+”號，將其展開，分別選擇連桿和銷軸的基準平面，完成重合配合，從而使連桿與銷軸在中間位置對齊裝配。如圖1.31。圖 1.313. 銷軸與活塞裝配選擇工具欄上，選擇，從文件夾中添加零件“活塞”，選擇工具欄上的配合，然后選活塞的孔和銷軸的表面，進行同心配合，選擇彈出工具條上的，確定配合。再次選擇工具欄上的配合，用鼠標單擊繪圖區(qū)左邊文字“活塞式壓氣機裝配體”前面的“+”號，將其展開，分別選擇活塞和銷軸的基準平面，完成重合配合，使活塞和銷軸在中間位置裝配。如圖1.32。圖 1.324. 活塞與機座裝配選擇工具欄上，選擇，從文件夾中添加零件“機座”，選擇工具欄上的配合，分別選擇活塞圓柱體表面與機座圓柱體表面，完成重合配合。選擇彈出工具條上的，再次選擇工具欄上的配合，用鼠標單擊繪圖區(qū)左邊文字“活塞式壓氣機裝配體”前面的“+”號，將其展開，