機械原理課程設計多功能課堂實驗展示儀

1、機械原理課程設計說明書提供完整版的畢業(yè)設計機械原理課程設計說明書設計題目 多功能課堂實驗展示儀 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化班 號： 05021103 設 計 者： 指導教師： 完成時間： 2014 年 4 月 29 日 目錄1.1 設計題目11.2機械系統(tǒng)的方案擬定11.2.1工作原理確定11.2.2執(zhí)行構件及其運動設計21.2.3原動機的選擇21.2.4執(zhí)行構件的運動協(xié)調(diào)性設計21.2.5機構選型及組合41.2.6方案評價及優(yōu)選51.3相關機構的尺度綜合101.4機械系統(tǒng)的運動簡圖繪制及說明151.5創(chuàng)新點與應用161.6課程設計體會及建議17主要參考文獻171.1 設計題目：多功能課

2、堂實驗展示儀摘 要：隨著學校教學方法的提高和教學內(nèi)容的豐富，將實驗室搬進課堂必將引發(fā)一場教育教學方法的革命。在課堂中演示生動形象的機構實物演示實驗，在機械理論知識的學習中結合科學實驗，必將使教師教學、學生學習更為方便、快捷、高效。關鍵詞：課堂；演示實驗；機構；方便快捷；多功能1.1.1 設計要求及技術指標 本作品跟據(jù)本屆機械創(chuàng)新設計大賽的主旨要求而設計，屬于“課堂用機械”。此機械以兩塊可橫向滑動的黑板和中間固定的演示臺為組合，演示臺為多孔演示插板，尺寸1200mm1100mm24mm，板后安裝電機驅(qū)動裝置實現(xiàn)機械驅(qū)動，演示版配套特定演示教具，黑板可橫向滑動顯示和隱藏演示板。1.1.2 研制背景

3、及意義 隨著學校教學方法的提高和教學內(nèi)容的豐富，將實驗室搬進課堂必將引發(fā)一場教育教學方法的革命。在課堂中演示生動形象的機構實物演示實驗，在機械理論知識的學習中結合科學實驗，必將使教師教學、學生學習更為方便、快捷、高效。而本作品的設計即在盡量少的占用空間和低成本下，實現(xiàn)方便、快捷的進行演示實驗。1.2 機械系統(tǒng)的方案擬定1.2.1 工作原理確定本作品首先借助于兩塊可沿橫向曲線導軌滑動的黑板實現(xiàn)演示臺的顯示與隱藏，黑板中間安裝演示臺，演示臺一端安裝合頁可實現(xiàn)如櫥柜門一樣翻轉(zhuǎn)，方便臺后電機等設備的安裝、檢查等操作，演示臺具有一定厚度，臺后可盛放一定數(shù)量的教具或其他小型工具設備，演示臺上設有方陣式教具

4、安裝插孔，孔上安裝金屬軸承，可插入軸或其他零件。演示臺后為電機和驅(qū)動控制裝置，人為操作下可實現(xiàn)四組主動軸單獨驅(qū)動，從而進行實驗演示。演示時，只需要將黑板橫向推開，將相關教具安裝在演示臺方陣孔上，連接傳動件并控制電機即可進行演示實驗。演示實驗可包括：多桿機構運動、齒輪或齒輪齒條嚙合傳動、蝸輪蝸桿傳動、凸輪傳動等，也可演示簡單電路實驗。1.2.2 執(zhí)行構件及其運動設計 執(zhí)行構件主要為課程教具：凸輪機構、齒輪機構、連桿機構等1.2.3 原動機的選擇 原動機：單相異步電動機 由于是在室內(nèi)常溫下工作且載荷不大，單向運轉(zhuǎn)，環(huán)境有灰塵。 電壓為220v，所以選用單相電動機。 主要參數(shù)：電壓220v，頻率50

5、hz，轉(zhuǎn)速900（rpm）r/min，功率0.25kw，型號yl71261.2.4 執(zhí)行構件的運動協(xié)調(diào)性設計演示機構3d運動仿真圖傳動機構3d運動仿真圖整體3d運動分析示意圖設計分析：通過三維繪圖、裝配以及運動協(xié)調(diào)性分析，通過設計教具的尺寸參數(shù)以及傳動系統(tǒng)部件相關參數(shù)，在合理的裝配條件下，該演示臺可基本實現(xiàn)電動驅(qū)動控制以及基本的機械機構演示，并有較好的展示效果，可以實現(xiàn)預期的基本功能。1.2.5 機構選型及組合表1 選型組合方案結構名稱材料主要數(shù)據(jù)（mm）備注主體部分面包板硬質(zhì)木材1200110024減速機構蝸輪蝸桿低碳鋼標準傳動結構1v帶復合材料標準傳動結構2四連桿低碳鋼設計尺寸雙曲柄機構演

6、示機構普通教具鋁合金或硬質(zhì)塑料設計尺寸其他結構標準標準1.2.6 方案評價及優(yōu)選1） 傳動系統(tǒng)方案 方案一方案一系統(tǒng)機構圖原理介紹：圖示為演示臺后驅(qū)動控制系統(tǒng)簡圖，箭頭表示軸承可由開關控制傳動軸的運動方向，通過軸承控制可實現(xiàn)不同的驅(qū)動軸的驅(qū)動或四組主動軸的同時驅(qū)動，最上端和最下端的四組獨立齒輪可由開關控制實現(xiàn)上下運動，當向下運動時開將相互嚙合的兩個齒輪實現(xiàn)分離通過獨立齒輪傳動并使中間位置兩組圓錐齒輪同時與上級傳動圓錐齒輪嚙合，同時通過控制中間橫向軸的軸向運動實現(xiàn)四組主動軸同時驅(qū)動。優(yōu)點：方便控制和操作缺點：結構復雜，成本較高 方案二方案二系統(tǒng)機構圖原理說明： 圖示為演示臺驅(qū)動系統(tǒng)簡圖，面包板共

7、有4個主動件驅(qū)動插孔，即圖上如1所示結構，均勻分布在面包板上。面包板為機架，結構9為電動機，通過聯(lián)軸器與蝸桿連接，借助蝸輪蝸桿機構實現(xiàn)減速，蝸輪與v帶輪固連在面包板上，通過v帶傳動扭距到結構2處，結構2帶輪與連桿固連，帶動連桿作整周轉(zhuǎn)動，通過四連桿機構完善傳動系統(tǒng)最終輸出結構，實現(xiàn)面包板上連接教具的主動件的驅(qū)動。結構2帶輪位于面包板正中，與四個主動軸孔距離相同，四連桿機構可以實現(xiàn)無拆卸而與各個孔軸的連接，形成各個主動軸的單獨驅(qū)動。優(yōu)點：結構簡單，成本低，占用空間少，傳動穩(wěn)定缺點：增加了人工操作，不能實現(xiàn)多組實驗同時演示方案三方案三系統(tǒng)機構圖原理說明：圖示為驅(qū)動方案三機構簡圖，由電機通過聯(lián)軸器與

8、錐齒輪2連接，錐齒輪2與錐齒輪1嚙合，實現(xiàn)變向和減速，錐齒輪1和直齒輪1固連于同一軸，直齒輪1與直齒輪2嚙合，直齒輪2帶動演示教具主動軸轉(zhuǎn)動，整套驅(qū)動設備可實現(xiàn)拆卸和安裝于操作臺，即實現(xiàn)對四個演示件主動軸單獨驅(qū)動。優(yōu)點：結構非常簡單，傳動穩(wěn)定缺點：拆卸、安裝麻煩，且實現(xiàn)減速需要較大直徑的錐齒輪，占用空間大且成本高綜合考慮：選擇【方案二】作為優(yōu)選方案2） 演示機構與連接結構方案 面包板和演示教具主動件連接方案一 光軸+滾動軸承（緊連接）軸與軸承配合三維圖 軸與滾動軸承采用緊連接 缺點：拆卸困難，容易造成零件損傷影響使用壽命方案二 平鍵+軸套與滑動軸承配合連接用軸三維圖采用鍵連接，保證軸和軸承以及

9、零件與原動件的連接缺點：無法限制其沿軸向滑動方案三 固軸卡瓣+臺階軸與滑動軸承配合固軸卡瓣三維圖固軸卡瓣固定在面包板上，通過卡臺階軸的固定槽內(nèi)來限制軸的軸向松動，但不限制軸的轉(zhuǎn)動，方便牢固。采用滑動軸承。缺點：可能會產(chǎn)生一定噪音和零件磨損綜合考慮：選擇【方案二】為優(yōu)選方案 特殊教具件安裝連接固定用支架三維圖可插到面包板上作固定軸承1.3 相關機構的尺度綜合1.3.1 3d仿真三維演示件運動仿真示意圖三維傳動系統(tǒng)運動仿真示意圖1.3.2 尺寸設計設計尺寸（單位：mm）：1）面包板：12001100242）插 孔：15110 3）軸 承：lb 81524 套筒型直線運動軸承4）蝸輪蝸桿（傳動系統(tǒng)）

10、:表2 基本參數(shù)傳動比蝸桿頭數(shù)模數(shù)壓力角齒 數(shù)蝸桿分度圓直徑蝸桿直徑系數(shù)蝸桿導程角蝸輪分度圓直徑蝸桿導程角r 當蝸桿的q和z1選定后，在蝸桿圓柱上的導程角即被確定：tan r= = = = =1/11.2 中心距a 蝸輪與蝸桿兩軸中心距a與模數(shù)m、蝸桿直徑系數(shù)q以及蝸輪齒數(shù)z2間的關系式如下：a=71.2 蝸輪蝸桿主要參數(shù)有：模數(shù)（m）、蝸桿分度圓直徑（d1）、導程角（r）、中心距（a）、蝸桿頭數(shù)（或線數(shù)z1）、蝸輪齒數(shù)（z2）等，根據(jù)上述參數(shù)可決定蝸桿與蝸輪的基本尺寸，其他尺寸參數(shù)計算參照表2計算關系式。 表2 基本幾何尺寸計算關系式 名 稱 代 號 計算關系式 中心距 a a=( d1+

11、d2+2x2m)/2 蝸桿頭數(shù) z1 蝸桿齒數(shù) z2 模數(shù) m m=ma=mn/cos 傳動比 i i=n1/n2 齒數(shù)比 u u=z2/z1當蝸桿主動時，i=u 蝸桿分度圓直徑 d1 d1 =mq 蝸桿齒頂圓直徑 da1 da1= d1+2ha1= d1+2ha *m 蝸桿齒根圓直徑 df1 df1= df 2hf1= d1-2(ha *m +c) 頂隙 c c= c*m 蝸桿齒頂高 ha1 ha1= ha *m=1/2(da1- d1) 蝸桿齒根高 hf1 hf1=( ha +c*)=1/2(d1- df1) 蝸桿齒高 h1 h1 = ha1 + hf1 =1/2(da1 df1) 蝸輪分

12、度圓直徑 d2 d2=m z2=2a- d1-2 x2m 蝸輪齒根圓直徑 df2 df2= d2+2hf2 蝸輪齒頂高 ha2 ha2=1/2(da2- d2)=m(ha*+ x2) 蝸輪齒根高 hf2 hf2=1/2(d2- df2)=m(ha* x2+c*) 蝸輪齒高 h2 h2 = ha2+ hf2=1/2(da2- df2) 蝸桿節(jié)圓直徑 d1 d1= d1+2x2m=m(q+2x2) 蝸輪節(jié)圓直徑 d2 d2= d2 5）v帶輪：經(jīng)過蝸輪蝸桿減速設計v帶輪尺寸由于v帶功能主要用于傳遞運動，可取傳輸距離即中心距選擇v帶類型為a型，直徑設計v帶尺寸 查手冊基準長度圓整為1250，即6）

13、四連桿機構左圖中，主動件b和連架桿c作整周轉(zhuǎn)動，四桿機構為雙曲柄機構。設計依據(jù)：b和c連桿基座間距離為mm設計尺寸a b&cabc7） 蝸桿支架8） 軸1.4 機械系統(tǒng)的運動簡圖繪制及說明1.4.1 傳動系統(tǒng)說明： 圖示為演示臺驅(qū)動系統(tǒng)簡圖，面包板共有4個主動件驅(qū)動插孔，即圖上如1所示結構，均勻分布在面包板上。面包板為機架，結構9為電動機，通過聯(lián)軸器與蝸桿連接，借助蝸輪蝸桿機構實現(xiàn)減速，蝸輪與v帶輪固連在面包板上，通過v帶傳動扭距到結構2處，結構2帶輪與連桿固連，帶動連桿作整周轉(zhuǎn)動，通過四連桿機構完善傳動系統(tǒng)最終輸出結構，實現(xiàn)面包板上連接教具的主動件的驅(qū)動。結構2帶輪位于面包板正中，與四個主動

14、軸孔距離相同，四連桿機構可以實現(xiàn)無拆卸而與各個孔軸的連接，形成各個主動軸的單獨驅(qū)動。1.4.2 演示機構說明：圖示為幾種簡單的機械機構演示3d仿真示意圖，通過簡單的安裝和調(diào)節(jié)即可方便的展示機械機構的各種運動形式，具有較好的演示效果1.5 創(chuàng)新點及應用1）將有關教具有機的結合在一起，解決了老師在上課的時候攜帶教具不方便的問題。2）黑板和教具演示儀的結合，省去了學生去實驗室參觀的麻煩。3）通過通用零件的使用，有效的減少了連接教具所用的時間，為上課節(jié)約了時間，也為老師減輕了負擔。1.6 課程設計體會及建議經(jīng)過幾周的辛勞，我們的課程設計終于完成了，在這次課程設計中我學到得不僅是專業(yè)的知識，還有的是如何

15、進行團隊的合作，因為任何一個作品都不可能由單獨某一個人來完成， 它必然是團隊成員的細致分工完成某一小部分，然后在將所有的部分緊密的結合起來，并認真調(diào)試它們之間的運動關系之后形成一個完美的作品，當然，設計的成果與老師的耐心指導也是密不可分的，同樣感謝老師不厭其煩的解疑答惑。這次課程設計，由于理論知識的不足，再加上平時沒有什么設計經(jīng)驗，一開始的時候有些手忙腳亂，不知從何入手。在設計過程中，我們通過查閱大量有關資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式， 使自己學到了不少知識，對于pro/e、autocad、solidworks等繪圖軟件以及相關的設計分析軟件的使用更加熟練，通過查找問題不斷的提

16、高自己的操作和計算水平，其中經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。 在整個設計中我懂得了許多東西，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的可能不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，使我終身受益。在這次課程設計中小組同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，積極聽取其他小組同學的意見和建議，所以在這里非常感謝幫助我的同學。在這種相互協(xié)調(diào)合作的過程中,口角的斗爭在所難免,關鍵是我們?nèi)绾蔚奶幚碛龅降姆制?而不是一味的計較和埋