机构运动创新设计

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1、课程设计报告学生姓名： 学号： 学 院: 班 级: 题 目: 机构运动创新设计 、概述二、课程设计目的三、课程设计要求和内容四、原始数据及技术参数五、设计原理及设备六、机构自由度计算七、机构动力分析与计算八、机构运动分析与计算九、心得体会2015年1月5日目录12、参考文献一、概述：机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步， 机构的设计选 型 一般先通过作图和计算来进行， 一般比较复杂的机构都有多个方案， 需要制作 模 型来试验和验证， 多次改进后才能得到最佳的方案和参数。 本实验所用搭接试 验 台能够任意选择平面机构类型， 组装调整机构尺寸等功能， 能够比较直观、 方 便 的搭接

2、、验证、调试、改进、确定设计方案，较好地改善了在校学生对平面机 构的 学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况 二、课程设计目的：1、培养学生对连杆机构的理解掌握与创新设计能力，加强学生的工程实践 背景 的训练， 拓宽学生的知识面， 培养学生的创新意识、 综合设计及工程实践动 手能 力。2 、通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，要求学生在拼装一 个已 有模型之外， 自己通过对现实生产和生活中的连杆机构机械产品的观察和理 解，通 过试验台设备进行拼装和仿真。 通过解决实际问题， 促进学生理论联系实 际，学 以致用；锻炼学生独立思考能力和动手能力。3 、加深学生对连杆机构组成原理

3、的认识，进一步掌握连杆机构的创新设计 方 法。4、学习机构运动简图的测绘与自由度的计算。三、课程设计要求和内容：实验设备和工具CQJP-D 机构运动创新设计方案拼装及仿真实验台，包括组成机构的各种运 动 副、构件、动力源及一套实验工具（扳手、螺丝刀） 。其中构件包括机架、连 杆、 圆柱齿轮、齿条、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等；运动副包括转动 副、移 动副、齿轮副、槽轮副等。实验原理平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。 机构具有确定运 动 的条件是机构的自由度大于零， 且原动件数和机构的自由度相等。 所拼接的机 构 必须满足以上两个条件。 将主要由连杆构成的连杆机构 （可加

4、入一个其他类型 构 件如齿轮、凸轮、槽轮等）进行拼装，计算分析其自由度后，输入动力源进行 机构运行。 实验内容与步骤1 、开启计算机，打开仿真软件，从“装配训练”的平面机构中的 19 种连杆 机 构任选其一。2 、观察其运动方式。3 、记录所需要的零件。4 、上实验台架进行搭装。5 、使用油壶给传动接触部分添加润滑油。6 、搭装结束后，以手动方式输入运动，确认机构拼接无误后，经指导教师 许可 后再用电机驱动，进行照相和录像。7 、拆卸零部件，擦拭后归于原位。8 、自己设计一个连杆机构，要求有功能分析。9 、自由度分析（填于附录 1 中表 1 ）（1）计算机构自由度n活动构件数；PL转动副和移动

5、副总数（低副数）；PH高副数。（ 2 ）核对计算结果是否正确即给予机构原动件一运动时， 可如果观察到机构各构件运动均是确定的， 即 可推算出计算结果符合要求。10 、检查无误后进行拼装，并以手动方式输入运动，观察运转情况。 设计要求：a. 程中应保证，机构的自由度数等于原动件数；b. 根据拟定的设计方案，选择所需的零件，利用机构运动方案创新设计实验台 将零 件按机构运动的传递顺序进行连接；c. 分清机构中各构件所占据的运动平面，避免各运动构件发生运动干涉；d. 实物连接完成后，需检验机构的自由度是否合理，机构是否能满足要求，完 成预 定运动，之后才可以连接电机，进行仿真运动。设计内容和步骤：a

6、. 掌握本课程设计的基本原理；b. 熟悉CQJP-D机构运动创新设计方案拼接及仿真实验台的使用方法；c. 确定本组的机构运动创新设计方案，保证方案的合理性和可行性，并根据所 设计的方案连接实物；d. 画出结构简图，正确计算机构自由度，并对所设计的机构进行运动学和动力 学分析。四、原始数据及技术参数：（ 1 ） 原始数据：CQJP-D 机构运动创新设计方案拼接及仿真实验台， 丫丫系列电机一台，皮带轮和 皮带各一个， 主动轴一个， 转动副轴三个， 齿轮三个， 连杆 1 一个，连杆 2 一 个， 连杆 3 一个，槽轮一个，齿条一个，紧联接螺钉若干，松连接螺钉若干，六角 扳 手和活动扳手。（ 2 ）

7、主要技术参数：电机的技术参数为： P=60W， U=220V ， I=0.95A ， n=1350r/min , i0=50 齿轮 1：d=88mm , z=42 齿轮 2：d=120mm , z=56 齿轮 3：d=88mm , z=42 连杆 1： L=120mm , 数量为 1 连杆 2：L=120mm , 数量为 1 连杆 3：L=200mm , 数量为 1 齿条 1： L=350mm ,数量为 1 槽轮 1 ： d=88mm五、设计原理及设备： 一 设计的机构目的实现间歇式的往复运动二 机构的原理电动机先通过带与一对齿轮减速， 再通过槽轮将连续的圆周运动转换为间歇 的 圆周运动，通过

8、齿轮齿条与连杆使运动进一步转化为齿条的往复直线运动。槽轮机构原理： 由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构。 它用于来将主动 件的连续转动换成从动件的带有间歇的单向周期转动。 槽轮机构有外啮合和内啮 合 两种形式。 本次采用为外啮合式， 外啮合槽轮机构的槽轮和转臂转向相反。 单 臂外啮合槽轮机构由带圆柱销的转臂、具有 4 条径向槽的槽轮和机架组成。当连 续 转动的转臂上的圆柱销进入径向槽时，拨动槽轮转过一定角度。当圆柱销转出 径向 槽后,槽轮停止转动。转臂转一周，槽轮完成一次转停运动。为了保证槽轮 停歇，可 在转臂上固接一缺口圆盘，其圆周边与槽轮上的凹周边相配。这样，既不影响转臂转动，又能锁住槽

9、轮不动。为了使槽轮能完成周期性的转停运动，槽 轮上的径向槽数不能少于 3,这次设计中的槽轮槽数为 4。三 所设计机构的应用场合本设计中主要的创新点在于槽轮机构的应用。槽轮机构结构简单，易加工， 工作可靠，转角准确，机械效率高。但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮 在 起、停时的加速度大，有冲击，故不宜用于高速。通过与齿条齿轮的配合故可 用在 低速下的轧钢机中，大功率切割中应用。四实体图图2槽轮机构实体图1图 3 槽轮机构实体图 2图 4 齿轮齿条啮合处实体图图5连杆处实体图六、机构运动简图及其自由度计算自由度的计算公式为：F=3n-2PI-Ph（ PI为低副，Ph为高副）由图 2 可知：此机

10、构中共有 11个低副；还有四个平面高副。（小齿轮 3 处为局部自由度）则，可知：n=9, Pl=11 , Ph=4即，自由度数 F 为：F=3 X 9-2 X 11-1 X 4=1由机构简图可知，此机构中只有一个原动件，而成机构的自由度也为1,故，所设计的机构能够稳定运行。七、机构运动分析与计算（1）由电机铭牌可知：P2=60w , n 0 =1350r/min ,i0=50由减速器传动比为：i0=50,可知：n1= n0/i0=1350/50=27r/mi n由公式 卫二丝和n仁27r/min,可知：n2 z1n1 z1n 2 二匹二 1 =27X 42/56=20r/mi nz2则 n 2

11、=20r/min由 W2=n n =2n x n2 和 V=WR,可知：大齿轮的线速度为：V2=2n nx R2=2X 3.14 X 20X 60=0.126m/s齿条由杆 1上的齿轮带动，当槽轮上与连杆 1组成的机构处于右极点位置时，连 杆 1 与齿条平行，此时齿条的速度为槽轮的线速度，槽轮在间歇运动中作旋转运 动时，其 线速度与大齿轮线速度相同，V3=V2 此时齿条速度：V4=0.126m/s齿条间歇运动中停止运动的时间t为大齿轮转动周期t1四分之一,n 2=20r/mi n t1= n2/60=0.33s则 t=t1/4=0.086s.八、机构动力分析与计算(1) 由 P=ui,可知:P

12、 仁 u 伙 I1=22OV X 0.95A=209w由 Tn=9550X P1/no,可知:Tn=9550X 209/1350=1.5N m由减速器的传动比为i0=50,可知：n1= n0/i0=1350/50=27r/mi n由公式 也二乡和n仁27r/min,可知：n2 z1n1 汉 z1n 2=丄勺=27X 42/56=20r/mi nz2则大齿轮的转速：n 2=20r/mi n由P2=60w,可知：大齿轮的转矩丁=9.55八=287Nmn槽轮转矩与大齿轮相同T1=28.7N.m九、心得体会：经过一周的机械机构创新课程设计，虽然有点短，但我从中学 到 了许多。通过这次设计实践，我学会了

13、如何树立了正确的设计思想，了解 了 一些零件的相关知识，掌握了机械设计的一般规律，也有了一些分 析和 解决问题的能力，而且自己得到了一个全面的机械设计基本技能 的训练 机会。在制作机构过程中，从设计到计算、分析道绘图，让我更进一步 交 接了零件与零件之间的关系，作为一个设计人员，重要的是要有清 晰的 头脑和整体的布局，不仅要有严谨的态度和不厌其烦的细心， 还 要有要 有精益求精、追求完美的一种精神。从开始的传动方案的设计 当中，让 我清楚的知道了自己的任务并不是那么简单， 单这也是很好 的锻炼自己 自主学习能力的机会。在这个过程中也遇到了些许的问 题，在面对这些 问题的时候自己曾焦虑，但最后还

14、是通过努力解决了。 才发现到我们面 对很多困时候所采取的具体行动也是不同的， 这势必 也会影响我们的结果，那是一种态度的端正和目的的明确， 只有这样 把 自己置身于具体的问题中，我们才能更好的解决问题。这次做课程设计让我提升了动手能力， 培养了我的创新意识，和 认真观察的重要性，这有利于发现问题并想办法解决。团队合作和协 调 沟通的重要性也是必不可少的，每个组员都应了解自己应该做什 么，在 该小组中担任什么样的角色， 最终达到什么样的结果。在这个 过程中应 该与他人充分沟通，吸取他人的失败点和创新点，并用于结 构设计中。本次课设将很多知识都结合到了一起， 只有把学到的东西 用出来才是最 重要的。 从设计传动方案的过程， 使我初步了解了机械 结构创新设计 的一般过程，得到了更好的实践机会。十、参考文献：1 孙桓，陈作模 . 机械原理 M . 北京：高等教育出版社， 2001.2 孟宪源 . 现代机构手册 M . 北京：机械工业出版社， 1994.3 郁明山 . 现代机械传动手册 M . 北京：机械工业出版社， 1996.1994.4 邹慧君 . 机械运动方案设计手册 M . 上海：上海交通大学出版社5 张春林 . 机械创新设计 M . 北京：机械工业出版社， 1999.