2011-2012(2)機械創(chuàng)新設計論文考試用試卷

···················裝······························訂····························線······················考生答題不得過此線你一定要堅強，即使受過傷，流過淚，也能咬牙走下去。因為，人生，就是你一個人的人生。============================================================================第4頁共３頁命運如同手中的掌紋，無論多曲折，終掌握在自己手中==============================================================課程代號：課程代號：0104009濰坊學院2011-2012學年第2學期《機械創(chuàng)新設計》試卷（論文類）考生姓名學號年級所在院系專業(yè)班級考生成績閱卷人考生答題不得過此線···················裝·····························訂····························線······················（（命題要求，內容要求，格式要求，其它要求，等等）１、試卷完成時間：不得遲于2012年6月29號。２、考試方式、分制與分數(shù)解釋采用提交設計/論文的方式，成績按優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五級制評定。３、開卷考試要求：(1)試卷采用B4紙質橫向排版，論文或設計、字數(shù)不少于3000。(2)設計/論文必須橫排。(3)必須獨立完成，若有雷同，均按零分處理。４、下列內容：(1)運用創(chuàng)造原理與創(chuàng)新技法進行機構創(chuàng)新設計、結構創(chuàng)新設計(2)反求設計與技術引進的應用(3)原理方案的創(chuàng)新設計(4)其他形式的創(chuàng)新設計或論文亦可西瓜植前自動作業(yè)機——電機與地面保持相對靜止機構的設計引言：為了更好發(fā)揮機械設備在生產生活中的作用，擴大生產的規(guī)模，更好的解放勞動力，減輕人在生產中的勞動強度，需要對現(xiàn)有的機構進行改造，進行創(chuàng)新設計，以實現(xiàn)更多的功能。設計背景：現(xiàn)有的西瓜植前設備已包含起壟、鋪地膜、鋪水管等功能，但仍然不具備自動打孔的功能，現(xiàn)有的打過程，為人工打孔，工程量較大，耗時較長，也比較辛苦?，F(xiàn)考慮在原有西瓜植前設備的基礎上加入自動打孔的機構。以實現(xiàn)更強大的功能，更好的減輕人在整個過程中的負擔。圖為現(xiàn)有的自動植前裝備,包括起壟、鋪地膜、鋪水管等功能初步在該機構的基礎上，設計一個工作臺，懸掛在農用拖拉機后面，在該工作臺上安裝自動打孔機構。打孔機構工作時，保持與地面相對靜止，通過電機完成打孔作業(yè)。然后電機被機構迅速帶回原位置。完成一個周期的所有運動。根據(jù)上述內容，該機構擁有兩個主要特點，一是在打孔過程中，打孔電機需與地面保持相對靜止。二是在不打孔的過程中，機構能迅速帶動打孔電機返回工作圖原位。根據(jù)上述兩個特點采用齒輪機構，配合齒條機構來實現(xiàn)該功能。機構原理及設計參數(shù)由于該機構在一個運動周期內具有保持電機與地面相對位置靜止和復位兩組運動，則考慮通過一個特殊機構將整個機械系統(tǒng)分為兩個階段。擬采用一個只有半齒的齒輪，通過半齒齒輪的不同時嚙合特性（不同時嚙合即不同時參與工作）來將該機構分為兩個不同的運動階段。動力傳動（速度調整）的設計采用齒輪組傳動將傳輸?shù)膭恿D化為打孔電動機的打孔運動采用曲柄滑塊機構輪子的速度通過軸傳動到齒輪上，再由齒輪組調速以及控制伸縮裝置（齒條）的前后運動。從而實現(xiàn)打孔處能和地面相對靜止。一、傳動機構的設計齒輪傳動機構分為兩組，一組用來實現(xiàn)打孔的相對靜止，一組用來實現(xiàn)快回。在打孔過程中，傳動機構的速度傳遞部分設計如下車輪與齒輪A1同軸，車輪帶動A1旋轉，齒輪A2為惰輪，通過齒輪傳動將動力傳送到A3上，提高了A3的轉速，A4與A3同軸，A4半徑大于A3，從而將線速度還原為與車輪線速度相同，再通過與A4嚙合的齒條1，將速度輸出。具體計算如下：設小車直徑為80cm則半徑為4小車的速度為60cm／1s＝60cm∕s勻速行駛。小車車輪的轉速3rad∕s。當機構工作時齒條1的速度為60cm∕s與車輪前進方向相反。設與車輪固定在同一軸上的特殊齒輪（四分之一齒齒輪）：半徑rA1=12cm則ωA1=ω車輪=3rad∕s。設rA2=3cm∵ωA1／ωA2=ra2／ra1∴ωA2=12rad∕s方向與車輪前進方向相反。設rA3=3cm則ωA3=12rad∕s方向與車輪前進方向相同設rA4=5cm與rA3同軸則VA4＝60cm∕s方向與車輪前進方向相同齒條1方向與車輪方相反V＝60cm∕s∵3rad∕s=0.775r∕s0.5s共轉0.25圈。rA1=60mmMA1=1.5mmZA1rA2=15mmMA2=1.5mmZA2rA3=15mmMA1=1.5mmZA3rA4=25mmMA1=1.5mmZA1齒條1M=1.5mmZ≈32齒在快回過程中，傳動機構如下車輪與齒輪B同軸，其余原理如上，布置一對惰輪B2、B3齒輪的原因是為了防止產生干涉。當機構快回時齒條2的速度為120cm∕s方向與車輪前進方向相同設與車輪固定同一軸上的特殊齒:半徑rB1=12cm則ωB1=ω車輪=3rad∕s。設rB2=3cm∵ωB2／ωB1=rB1／rB2∴ωB2=12rad∕s方向與車輪前進方向相反。rB5與rB4同軸rB5=6.5cm則ωB5=18.46rad∕sVB5=120cm∕s齒條2方向與車輪方相同V＝120cm∕s特殊齒rB1=60mmMB1=1.5mmZB1rB2=15mmMB2=1.5mmZB2rB3=15mmMB3=1.5mmZB3rB4=15mmMB4=1.5mmZB4rB5=25mmMB5=1.5mmZB5=3齒條2M=1.5mmZ≈32齒（二）、打孔機構的設計方案一：為采用曲柄滑塊式的設計已知曲柄滑塊機構具有將水平運動轉換為垂直運動的特性，適當調整各曲柄長度既可以，調整垂直運動的速度為所需要的速度。機構工作情況如圖所示：將整個結構安裝在箱體中，將箱體固定在拖拉機上的后架上，結合其他機構組成西瓜植前自動作業(yè)機。該機構創(chuàng)新方案優(yōu)缺點該機構的主要創(chuàng)新點在于通過一對不同時嚙合，即不同時參與工作的特殊齒輪來將整個運動周期分為保持恒定打孔階段以及快速復位階段。該機構的該特點具有很大的柔性，即不僅在西瓜植前種植的設計可以采用上述的機構，任何具有保持相對位置恒定且周期運動的機械設備都可以采用上述機構（主要是半齒齒輪和速度調整的結合）。但該機構仍然具有不少缺點，如曲柄滑塊機構的運動不精確性，打孔電機不能