【2017年整理】机械原理课程设计指导书

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1、1三、机械创新设计1. 机构选型选型分为选出与选定。1）选择执行机构的类型a. 首先应满足执行构件运动形式要求，另外还应保证机械的结构简单、紧凑，便于制造与安装；b. 具有足够的强度和工作寿命，工作安全可靠；c. 各执行机构之间的动作与运动便于协调配合等。首先根据已知的设计要求，按执行构件的运动形式及运动功能要求，先在基本机构中进行类比选择，当基本机构不能满足运动或动力要求时，才考虑对基本机构进行组合、变异等方法形成新的机构，或选用组合机构。有时很难找到满足工作要求的现有机构，这时要求改变机械的工作原理和工艺动作，或创造新型机构。2. 机构选型时应注意原则 1） 按已拟定的工作原理进行机构选型

2、时，应尽量满足或接近运动形式要求；2） 机构选型时应力求结构简单、尺寸适度、在整体布置上占的空间小，达到布局紧凑；3） 机构选型时要注意选择那些加工制造简单、容易保证较高的配合精度的机构；4） 机构选型时要保证在高速运转时有良好的动力特性；5） 机构选型时应考虑机械效率等问题；6） 机构选型时还要考虑动力源的形式。3. 机构组合机构组合是指机构选型的基础上，根据使用要求或工艺动作要求，将几个基本机构按一定的原则或规律组合成一个复杂的、新的机构系统。 在以下几个方面常常需机构组合：1）机构的工艺动作较复杂若采用简单的、单一的基本机构无法实现复杂的工艺动作，这种情况下减小机构组合常采用并联式、复合

3、式或叠加式的组合方式，组合时应注意各个子工艺动作协调配合问题。2） 所选择的机构其运动和动力特性不好，但又无更好的机构可选这种情况下常用串联组合方式来改善机构的性能，如增程、增力，实现各种特殊运动要求等。3）由于不具备某种动力源，或受其它条件的限制，只有进行机构组合才能实现所要求的工艺动作。机构的组合方式可划分为以下四种：串联式机构组合，并联式机构组合，复合式机构组合，叠加式机构组合。 串联式机构组合串联式机构组合是指若干个单自由度的基本机构顺序连接，每个前置机构的输出构件作为后A B 串 联 式 机 构 组 合 框 图 2一机构的输入件。 并联式组合机构并联式机构组合是指又两个或多个基本机构

4、并列布置的组合形式。 一种是并联时几个机构类型相同、尺寸相同、且对称布置。 另一种是并联的几个机构类型、尺寸不一定相同，也不是对称布置，但须满足一定时序要求，轨迹配合要求，运动形式配合要求，位置要求等。 复合式机构组合一个两（多）自由度作为基础机构A，一个（几个）单自由度基本机构B（这里指附加机构）的输出构件接入基础机构所构成的并联组合形式称为复合式机构组合。 如差动齿轮机构，五连杆机构，或引入空间运动副的可见运动机构；A B A B A B b) a) c) 并 联 式 机 构 组 合 框 图 斜对称机构1 2 3 4 5 6 V型 双 缸 发 动 机 1 2 3 襟 翼 操 纵 机 构 复

5、 合 式 机 构 组 合 框 图 A B a) b) A B 复合式组合机构框图3 如单自由度的连杆机构，凸轮机构，齿轮机构等。 叠加式机构组合将一个机构安装在另一个机构的某个运动构件上的组合形式称为叠加式机构组合，其输出运动是若干个机构输出运动的合成。 各机构的运动关系是相互独立的，如各种机械手； 另一种则是各机构之间的运动有一定的影响，相互关联，如摇头电扇的传动机构。叠加式机构组合的主要功能是实现特定的输出，完成复杂的工艺动作。在此基础上可以继续叠加等一系列机构。1 2 3 4 5 凸轮- 行星轮机构1 凸 轮 -连 杆 组 合 机 构 叠 加 式 机 构 组 合 框 图 B A BA C

6、电 动 玩 具 马电 动 玩 具 马液 压 挖 掘 机 机 构 电 风 扇 摇 头 机 构 凸轮连杆组合机构液压挖掘机机构叠加式组合机构框图4四、机械传动系统方案设计1. 设计任务对象：设计一个以加工平面为主的金属切削机床的机械传动系统。该机床的使用场合及应满足的精度如下： 该机器主要用于单件小批量生产场合，希望造价较低，工作可靠，使用和维修较简单； 机器具有一般的工作精度：加工表面的平面度：89 级精度加工表面的垂直度：89 级精度2. 机器工作原理的确定1）选定机器工作原理的一般原则不仅是一般性地满足工作要求，必须从技术经济指标出发，作细致的、科学的综合分析与对比。2）机器工作原理的选定

7、加工工艺的选择用于金属材料表面加工的工艺方法很多：铸造、金属切削加工、压力加工、电蚀加工、光切割等。 机器传动类型的选择 按动作原理划分的传动类型机械传动、液压传动、气压传动、液力机械传动、电力机械传动，以及其它复合传动等类中选择合用的传动类型。 按组成方式划分的传动类型的选择在同种传动类型中，因机器执行构件运动形式的不同，传动系统还可以分为不同的组成方式。不同的传动系统组成方式，可看成是机器工作原理在较小范围之内的差异。3. 机器传动系统方案的拟定与主运动机构的选型1）机器传动系统方案的拟定V2 V3 V1 刨 削 ： 刨 刀 往 复 直 线 急 回 运 动 立 式 铣 削 ： 铣 刀 回

8、转 ， 工 作 台 进 给 2 V3 V1 电风扇摇头机构5 起始端采用电动机驱动； 末端有刨刀和夹持工件的工作台两个执行部件； 刨刀作连续往复运动，一个来回分为工作形成与空回行程两个阶段； 工件的移动应在刨刀空回行程的期限内完成，故工件的进给是作间歇运动； 刨刀与工作台的运动在时间上有协调配合要求，且用一台电动机驱动。 在后部串联一个能将转动(或间歇转动)变为移动(或间歇移动)的基本机构； 在前部串联能减少间歇运动冲击又容易获得任意运动规律的高副机构； = 。2）主运动机构的选型及分析 选型原则概述 机构功能的优劣( 机构行程能否达到要求? 空间尺寸是否合适? 能否满足运动规律要求?传力特性

9、如何 ?动力性能 惯性力平衡、冲击振动、噪声 )，运动精度能否民族要求？刨 床 传 动 系 统 机 构 组 合 情 况 的 初 步 方 案 图 减 速 传 动 机 构 （ 带 传 动 +齿 轮 传 动 ） 刨 刀 往 复 直 线 急 回 运 动 机 构 工 作 台 间 歇 直 线 步 进 机 构 1 原 动 机 V2 V3 1 1 刨 床 传 动 系 统 机 构 组 合 情 况 的 初 步 方 案 图 1 原 动 机 V2 V3 1 1 原 动 机 V2V3111 3 3刨 床 传 动 系 统 机 构 组 合 情 况 的 最 终 方 案 图原 动 机 原 动 机 刨 床 传 动 系 统 机 构

10、 组 合 情 况 的 最 终 方 案 图 高 副 机 构 （ 输 入 角 速 度 1 ， 输 出 线 速 度 3 ） 间 歇 运 动 机 构 （ 输 入 角 速 度3 ， 输 出 线 速 度 3） 转 动 （ 摆 动 ） 移 动 转 换 机 构 （ 输 入 角 速 度 3， 输 出 线 速 度 V3）6 机构结构的合理性； 机构的经济性； 机构的实用性。 按上述原则对刨床主运动机构作如下评选 第一次筛选选出能够实现往复运动的运动机构 第二次筛选选出具有急回运动特性往复运动的运动机构 第三次筛选选出选出运动特性与传力特性等综合性能优良的机构五、例题1. 设计题目冲床冲压机构、送料机构及传动系统的

11、设计 设计一冲制薄壁零件的冲压机构、送料机构及其传动系统。该冲床的工艺动作如图所示，上模先以比较大的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成型工作，此后上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成工作循环。试设计能使上模按上述运动要求加工零件的冲压机构和从侧面将坯料推送至下冲 床 工 艺 动 作 上 模 (冲 头 ) 坯 料 下 模 成 品 1-电 机 ；2V带 传 动 ；3-高 速 级 齿 轮 传 动 ；4低 速 级 齿 轮 传 动 ；5-摆 动 到 感 机 构 ；6凸 轮 机 构 ；7-双 摇 杆 机 构 ；8升 降 机 构 ；9-工 作 台 ；

12、10棘 轮 丝 杠 进 给 机构 ；1-工 件 ；2让 刀 机 构 ；13进 刀 机 构 ；4-滑 枕牛 头 刨 床 机 构 传 动 系 统 示 意 图1 9062345782134电 机 ；带 传 动 ；高 速 级 齿 轮 传 动 ；低 速 级 齿 轮 传 动 ；摆 动 到 感 机 构 ；凸 轮 机 构 ；双 摇 杆 机 构 ；升 降 机 构 ；工 作 台 ；棘 轮 丝 杠 进 给 机构 ； 工 件 ；让 刀 机 构 ；进 刀 机 构 ；滑 枕牛 头 刨 床 机 构 传 动 系 统 示 意 图牛 头 刨 床 机 构 传 动 系 统 示 意 图7模上方的送料机构，以及冲床的传动系统。2. 原始

13、数据与设计要求1）动力源是电动机，下模固定，上模作上下往复直线运动，其大致运动规律如图所示，具有快速下沉、等速工作进给和快速返回的特性。2.）机构应具有较好的传力性能，特别是工作段的压力角 a 应尽可能小；传动角 g 大于或等于传动角g=40 。3.）上模到达工作段之前，送料机构已将坯料送至待加工位置(下模上方)。4）生产率约为每分钟 70 件。5）上模工作段长度=30100，对应曲柄转角 0=(1/3-1/2)；上模总行程长度必须大于工作段长度的两倍以上。6）上模在一个运动循环内的受力如图所示，在工作段所受的阻力 F0=5000N，在其它阶段所受的阻力 F1=50N。7）行程速比系数 K1.

14、5 。8）送料距离 H=60250mm。9）机器运转不均匀系数 d 不超过 0.05。3. 传动方案设计冲床传动系统如图所示。电动机转速经带传动、齿轮传动降低后驱动机器主轴运转。原动机为三相交流异步电动机，其同步转速选为 1500r/min，可选用如下型号：电机型号 额定功率(kW) 额定转速(r/min)Y100L2-4 3.0 1420Y112M-4 4.0 1440Y132S-4 5.0 14401）冲床机构方案之一齿轮连杆冲压机构和凸轮机构连杆送料机构 如图所示，冲压机构采用了有两个自由度的双曲柄七杆机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度（齿轮 1 与曲柄 AB 固联，齿轮 2 与曲柄固联

15、） 。恰当地选择点C 的轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近于匀速的特性，并使压力角 尽可能小。送料机构是由凸轮机构和连杆机构串联组成的，按机构运动循环可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律，使其能在预定时间将坯料推至带加工位置。2）冲床机构方案之二导杆摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构 电 动 机 齿 轮 减 速 器 冲 压 机 构 送 料 机 构 传 动 带 冲 床 传 动 系 统 /rad S F0 F1 8冲压机构是在导杆机构机构的基础上，串联一个摇杆滑块机构组合而成的。导杆机构按给定的行程速比系数设计，它和摇杆滑块机构组合可达到工作段近于匀速的要求。送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连。按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律，则机构可在预定时间将坯料送至待加工位置。3）冲床机构方案之三六连杆冲压机构和凸轮送料机构 冲压机构是由铰链四杆机构和摇杆串联而成的。四杆机构可按行程速比系数用图解法设计，然后选择连杆长及导路位置，按工作段近于匀速的要求确定铰链点 E 的位置