机械综合设计指导书

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1、1 / 60 机械原理课程设计指导书 西南交通大学机械学院机械原理教研室编著 1999 年 1 月 2 / 60 目录 一 高位自卸汽车1 二 增力头14 三 载重汽车的起重后板19 四 钢筋切断机24 五 起道器27 六 自动钻床送进机构33 七 平动式装载机36 八 铁路散货自翻车37 九 听课折椅38 十 后装压缩倾卸式垃圾汽车.39 十一受电弓机构43 十二高速列车摆式车体44 十三强制卸载式装载机 45 十四飞机起落架46 十五步进输送机47 十六侧卸式翻斗车48 十七自装卸集装箱运输汽车49 十八改型理发椅51 十九软片前进机构52 二十机械手抽取器53 二十一 后装压缩推卸式垃圾

2、汽车.54 平面连杆机构运动分析(C 语言版).591 / 60 一、高位自卸汽车 一、 问题的提出 目前国内生产的自卸汽车，其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下。卸货高度都是固定的。 若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较高些， 目前的自卸汽车就难以满足要求。 为此需设计一种高位自卸汽车， 它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货。 二、 设计要求和有关数据 2 / 60 设计要求： 1) 具有一般自卸汽车的功能。 2) 能将满载货物的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度，最大升程 Smax见表 2-1。 3) 为方便卸货， 要求车厢在举升过程中逐步后移。 车厢处于最大升程位置时，其后移

3、量 a 见表 2-1。为保证车厢的稳定性，其最大后移量amax不得超过1.2a。 4) 在举升过程中可在任意高度停留卸货。 5) 在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开： 卸货完毕， 车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭，后厢门和车厢的相对位置见图 2-3。 6) 举升和倾斜机构的安装空间不超过车厢底部与大梁间的空间， 后厢门打开机构的安装面不超过车厢侧面。 7) 结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好的动力传递性能。 表 2-1 预定的设计参数 (尺寸单位为毫米) 序号 车厢尺寸(LWH) Smax a W(kg) Lt Hd 1 40002000640 1800 380 5000 300 50

4、0 2 39002000640 1850 350 4800 300 500 3 39001800630 1900 320 4500 280 470 4 38001800630 1950 300 4200 280 470 5 37001800620 2000 280 4000 250 450 6 36001800610 2050 250 3900 250 450 3 / 60 三、 任务分配进度安排 1) 题目及分组 高位自卸汽车可按三个人一组分头设计，其中一个兼总体协调工作、三个子题目如下： a. 车厢举升机构设计 b. 车厢倾斜机构设计 c. 后厢门开启、关闭联动机构设计 由 c 题目担任本

5、设计组组长。协调该组的设计工作，并绘制高位自卸汽车总体方案图纸一 X （三个位置绘成不同颜色， 同一机架， 在一 X 图上） 。 2) 任务及时间分配 a. 方案论证（型综合） 建议五周内必须完成。 要求至少给出 2 到 3 个方案。论证给出较优方案，论证主要考虑以下几方面： 满足运动要求方面； 动力性能方面； 制造、维护方面； 结构紧凑方面； 设计难易方面； b. 尺度综合与运动和力分析，以及校核 建议用八周时间完成。 要求： 建立机构尺度综合的数学模型； 绘出计算机程序框图及变量说明表； 编制程序及上机调试； 计算机打印结果及程序； 4 / 60 给出位移、速度和加速度与力或力矩（原动力）

6、的曲线； 验算机构是否到位（图解法） ，机构的传动角是否满足 40min; 结果分析及改进设想。 c. 整理设计说明书及答辩 建议用两周时间完成。 要求每一组写出一本说明书。 小组成员分别负责自己所承担部分的写作，由小组长负责整个说明书的统编。 四、 建议说明书目录如下（供参考） 第一章 高位自卸汽车 1-1 问题的提出 1-2 设计要求及有关数据 第章 TOPIC(I) ( I = 2，3，4 ) I-1 方案确定 I-2 机构设计 I-3 CAD（含程序框图、变量表，程序及其运算结果） I-4 评价及改进设想（含机构位置、传动角、油缸行程及输出力等的评价） 附录： 1. 高位自卸汽车的机构

7、运动简图 2. 各主动力输出曲线 3. 参考书目 注：I = 2，TOPIC(2)为举升机构 I = 3，TOPIC(3)为倾斜机构 I = 4，TOPIC(4)为后厢门启闭机构 5 / 60 五、 参考方案 以下方案均不一定是最佳方案，甚至不一定实用，列出供同学们扩展思路，从中择优。更好的方案，有待同学们去思考。 1) 举升机构 图 41 6 / 60 2) 倾斜机构 7 / 60 3) 后厢门启闭机构 8 / 60 六、 提示 以下是一个任意选定的方案及设计步骤供同学们参考。 1) 举升机构 a. 数学模型 sin)cos1 (MOAMS ) 1(cossinMOAM S 升高量 a后移量

8、 0.20.3M（限制倾斜后，Smax、a 有所减小） AM1.21.5M（限制整车高度） 选择 AM、MO 以满足升高和后移量。 b. 确定油缸 C、D 点位置 要求：lCD 500mm PCDmax 3W 尽量减少 PCD的波动。 c. 确定油缸 E、F 点位置 要求：lEF 600mm PEFmax 1.5 W 尽量减少 PEF的波动。 d. 检验传动角 min 40 9 / 60 2) 倾斜机构 a. 数学模型 0)H)(IH(I)H)(IHIT1111T2222( 其中： O)(HRO)H1552( G)(IRG)(I1GI2 可选定：G(Gx,Gy)，H1x，I1y，GI 解出 I

9、1x， 该部分的解法可参考第七部分。 b. 确定油缸 J 点的位置 要求：lJG 500mm PJGmax 3W PJG的波动尽可能小。 可用虚位移原理求 PJG 01JPSWGJHOg 求 J1，SHO，1J，HOS方法 10 / 60 c. 验算传动角（J 点） 3) 后厢门启闭机构 a. 数学模型 0)a)(aa(a)a)(aa(aT00T0j0j11 其中：111jjaD1a（i = 2 , 3 ） 其解法参见第七部分。 b. 综合 U1、S 点（U1a1，S=a0） 选定参考点：P1 (P1x，P1y)、P2 (P2x，P2y)、P3 (P3x，P3y)、12、13。 选择：S (S

10、x，Sy)、U1 (U1x，U1y)中的两个参数再解出另外两个。 c. 综合 T1、Z 点（T1a1，Z=a0） 11 / 60 方法同上。 d. 演算传动角条件及到位情况 可用图解法完成。 4) 联动机构 可参考第七部分。 a. 数学模型 0)W)(XW(X)W)(XW(XT1111Tjjjj 12 / 60 其中：H)(W(RH)(W1jj Z)(X(RZ)(X1jj j由设计倾斜机构的同学提供。 b.综合 X1、W1 选择 X1 (X1x，X1y)、W1(W1x，W1y)中的两个坐标，解出另外两个坐标。 c. 检验到位情况及传动角条件 七、 关于刚体的转杆导引和全铰四杆机构的函数综合问题

11、 1. 转杆引导的实现三位置刚体的综合问题 参考图 5-4。 回转矩阵 D1j1001111111111yjxjyjjyjxjxjjPSPPCSPCPPSC 设计方程 )3 , 2(11jCBaAajjyjx 其中：yjxjjjjjadadddddA02101123211311)1 ( xjyjjjjjadadddddB01202223221312)1 ( )(5 . 0223213023013jjyxjjddadadC（j = 2，3） 说明：1j逆时针为正，顺时针为负； d i k j1 列 j 位置的 DRj DRj中的 k 列 DRj中的 i 行 2. 全铰四杆机构函数综合问题 13

12、/ 60 旋转矩阵 100)()()1 ()()(1111111111jjjjjjjjjjRjSCSCSCD (j = 2 , 3 ) 设计方程 )3 , 2(11jCBaAajjyjx 其中： yjxjjjjjjbdbdddddA12111123211311)1 ( xjyjjjjjjbdbdddddB11212223221312)1 ( )(5 . 0223213123113jjyjxjjddbdbdC（j = 2，3） 说明： a. 1j、1j逆时针为正，顺时针为负； b. d1kj意义同前； c. 100ba实际机构的尺寸按比例缩放； d. b1(b1x，b1y)需根据情况设定； e.

13、 若解三位置问题，设计方程为二元一次方程组，若解二位置问题，需再给出 a1(a1x，a1y)中的一个坐标，通过设计方程解出另一个即可。 14 / 60 二、增力头 一、 问题的提出 铁路养护：将钢轨固定在混凝土轨枕上的构件是螺栓螺母，螺母需定期拧松、涂油、拧紧。目前工务部门普遍采用如图 1 所示的扳手，以螺母锁紧力矩为 15kgm 计，拧松螺母需要操作工人加在手上的圆周力达 30kg 以上，对连续操作来说，劳动强度很大，因此迫切需要一种扩大力矩即增力的部件， 且体积要小、重量要轻，以便于携带。 汽车修理与汽车发动：载重汽车的车轮螺母的锁紧力矩较大，除了在汽车修理店备有电动扳手或气动扳手外， 在

14、长途运输过程中及其某些修理情况下拆卸这种螺母是比较困难的。 因此也希望有一种增力部件以便用人力即可轻松地拆卸螺母。同样，寒冷地区的汽车、拖拉机发动也比较困难，常依靠人力用曲拐带动发动机曲轴旋转发动，这时所需要的驱动力矩也很大，同样迫切需要一种增力部件扩大人手臂的输出力矩，见图 2。 15 / 60 二、 设计要求和有关数据 根据上面三种应用场合，提出设计要求如下： 1. 为符合操作习惯，这个增力部件应具有力矩的同轴输入、输出功能。 2.根据使用要求，该增力部件的增力比（输出力矩与输入力矩之比）为 4、4.5、5 三种。 3. 该增力部件具有增力和不增力两种工作状态，且能快速切换， 以便能够在螺

15、母拧松后快速将螺母旋下。 4. 为了携带、使用的方便，要求该增力部件体积小、重量轻。 三、 设计任务及进度安排 1. 机构选型设计 机构选型设计的任务是根据设计要求，在课程所学习过的杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系、各种组合机构中选择一种机构满足设计要求。上述增力部件是一种力矩放大机构，力矩放大必然以减速为代价，所以从运动的角度上看，应选择一种减速比为 4、4.5 和 5 的同轴输入输出的减速机构。时间为二至四周。 2. 尺度综合及传动质量指标检验 机构选型设计完成后，尺度设计计算的任务就是对机构各构件的基本尺寸进行计算并检验有关传动质量指标，要求使用 FORTRAN 语言或 C 语言编制程序

16、上机计算。时间为 七周。 3. 变速机构的设计 开始拧松螺母时，希望增力部件能够扩大输入力矩；螺母拧松后，所需的扳动力矩减小，这时希望能以 1:1 的速比将螺母快速旋下，以提高工作效率。变换机构要实现的就是这个目的。要求能满足对增力部件体积小，重量轻，操作方便的要求。时间为二周。 4. 撰写设计计算说明书 撰写格式如下： 一、问题的提出 二、设计要求 三、机构选型设计 四、尺度综合、运动和力分析及传动质量指标的检验 五、变速机构的设计 16 / 60 六、附录（计算机程序，参考书目） 5. 答辩。时间为一周 四、参考方案 对于铁路、桥梁、化工容器、通用机械行业的大锁紧力矩螺栓联接，目前常用的增

17、力工具有以下几种： 1) 电动扳手 以电动机为动力、通过皮带减速器或其它减速器将电机的转动减速输出，从而扩大输出力矩，汽车修理业常用这种扳手。如图 3 所示。其特点是输出力矩大，可实现锁紧力矩控制；缺点是需要电源、整机体积较大，不能作为随车工具使用。 2) 液压扳手 如图 4 所示，这种扳手实际上是四杆机构中的一种导杆机构，其导杆是一种往复式油缸，通过向油缸两侧充油，实现油缸活塞的往复运动。活塞的往复运动带动摆杆摆动，通过棘轮机构使摆杆的往复摆动转化为螺母套筒单向间歇运动从而拧紧或拧松螺母，这种扳手可实现力矩控制，方法是采用溢流阀控制油缸的油压，使其达到一定压力时卸荷。 3) 长力臂扳手 这种

18、扳手适合于人力使用， 通过增长力臂扩大输出力矩， 为减少长度，力臂常作成伸缩式，由于操作习惯的问题使其力臂长度有限，从而增力比有限，使用起来不太方便。对于车辆维修尚可使用，但对于铁路养护，则很不方便。 以上介绍的几种增力扳手对于铁路养护、车辆维修并不十分理想。本17 / 60 课程设计要求设计一种人力驱动、满足铁路养护、车辆维修、易于携带的一种增力扳手。 五、补充知识 现将本课程设计过程中可能遇到的有关知识补充如下： 2) 一对外啮合直齿圆柱齿轮的传动质量指标检验 检验项目： a: 齿轮是否根切 b: 是否发生过渡曲线干涉 c: 重合度是否足够 d: 齿顶是否变尖 按机械原理教材覆盖的内容，要

19、求检验 a、c、d 三项指标。 下面将详细检验公式内容列出。 a: 齿轮是否根切 条件：17171min11zxx17172min22zxx式中，x1，x2 分别为齿轮 1、2 的变位系数，z1，z2分别为齿轮 1、2 的齿数，下同。 c: 重合度是否足够 条件：2 . 12/)()(221112wawatgtgztgtgz 式中：12重合度 a1、a2齿轮 1，2 的齿顶圆压力角 w齿轮 1，2 的啮合角 d: 齿顶是否变尖 条件：minvinvztgxzdSaaa2 . 0)/22/(111111 minvinvztgxzdSaaa2 . 0)/22/(122222 式中： Sa1、Sa2

20、齿轮 1，2 的齿顶厚度 da1、da2齿轮 1，2 的齿顶圆直径 分度圆压力角 a1、a2齿轮 1，2 的齿顶圆压力角 m齿轮模数 3) 一对内啮合直齿圆柱齿轮的传动质量指标检验 检验项目： 18 / 60 a: 是否发生过渡曲线干涉 b: 是否发生齿顶重迭干涉 c: 齿顶是否变尖 d: 是否发生根切 e: 重合度是否足够 f: 切齿过程中是否发生顶切（用齿轮插刀加工内齿轮时） g: 是否发生径向进刀干涉（用齿轮插刀加工内齿轮时） 按机械原理教材覆盖的内容，要求检验 c、d、e 三项。下面将详细检验公式内容列出。 c: 齿顶是否变尖 条件：对外齿轮 2 )/22/(222222aaainvi

21、nvztgxzdS 对内齿轮 3 )/22/(333333aaainvinvztgxzdS 式中： Sa2、Sa3外齿轮 2、内齿轮 3 的齿顶厚度 da2、da3外齿轮 2、内齿轮 3 的齿顶圆直径 分度圆压力角 a2、a3外齿轮 2、内齿轮 3 的齿顶圆压力角 d: 是否发生根切 条件：对外齿轮 2 17172min22zxx 内齿轮无根切现象 e: 重合度是否足够 条件：2 . 12/)()(332223wawatgtgztgtgz 式中：23内啮合的重合度 w内啮合的啮合角 六、本课程设计题目参考书目 渐开线齿轮变位系数的选择，朱景梓等编，人民教育。 机械原理电算程序集，高教，1987

22、。 19 / 60 三、载重汽车的起重后板 一、问题的提出 在汽车的装卸作业中，常常需要将货物由地面装到车厢上或将车厢上的货物卸到地面上。对有叉车的作业场合这是不成问题的，但如果没有叉车，则装卸比较费力费时。如能利用载重汽车的车厢后板设计出一个起重平台，则可以较好地解决这个问题。 二、设计要求和有关数据 汽车车厢的参数如图所示，有如下设计要求： 1. 后板起升过程中保持水平平动。 2. 后板在完成起升任务后可与车厢自动合拢。 3. 起升、合拢所用动力部件采用伸缩油缸，油缸应安装在车厢下面，且在后板与车厢合拢后，两只油缸的活塞杆应缩进油缸体内以防止在行车过程中飞石等碰伤活塞杆。 4. 最大起重量

23、分别为 0.3T、0.4T、0.5T。 5. 起升机构、合拢机构的最小传动角min40。 20 / 60 三、设计任务及进度安排 1. 机构选型设计 选择一种能够使后板水平平动且构件少、体积紧凑的机构。 选型往往与分析计算交叉反复进行。例如，选择了一种机构，经计算分析后发现该机构效果不好，就要否定这个机构，选择新的机构，直到满足设计要求。机构选型设计的时间为 23 周。 2. 尺度综合及运动、动力分析、传动质量指标检验 尺度综合即是要对所选机构的基本尺寸进行设计计算。 在动力分析中，要求求出在起升过程中起升油缸的输出力即起升机构的平衡力及各运动副反力、要求绘出各力的变化曲线。由于起升机构运动速

24、度较低，各构件重量相对于起升重量较小，所以在力分析过程中可省略各构件重力及惯性力。机构尺度综合后应检验min40。这部分工作的时间为六周。 3. 撰写设计计算说明书 撰写格式如下： 一 问题的提出、设计要求和有关数据 二 机构选型设计 三 尺度综合及运动、动力分析、传动质量指标检验 四 自我评价及展望 五 附录（计算程序、图纸和参考书目） 四、设计方法提示 机构选型设计是比较困难的工作，为了开阔同学们的思路，下面将介绍机构选型设计的一些方法和本课程设计题目的一些方案提示。 根据具体的设计要求，选择一种可行的机构。一般常用如下方法： 1. 借鉴参考法： 借鉴国内外同类设计的机构选型设计， 在此基

25、础上进行修改和改21 / 60 进，使其满足具体设计要求。这种参考资料可以从专利说明书、科技图书、 期刊、 产品样板中获得， 在机构选型设计中这是最常用的方法。在使用中注意不要照抄照搬，应结合具体情况有所改进和创新。 2. 功能分解选择法 将具体设计要求分解为一系列的功能。在现有机构中寻找可以满足各个功能的机构，然后将这些机构有机地综合起来，实现所有的功能、满足全部设计要求。目前国内已出版了许多机构应用图集，这些图集按机构功能分类编写，有较高的参考价值。采用这种方法往往可以得到创新性的设计。在可参考方案较少或无参考方案的情况下主要采用这种方法进行机构选型设计。 五、参考方案 采用功能分解选择法

26、，将起升和收拢分解为平动与摆动两个功能，然后在现有各种机构中选择能实现平动和摆动的机构。考虑到动力组件为伸缩式油缸，那幺主动构件可以是如图 3、图 4 所示的导杆和摆杆。 以图 3、图 4 所示的导杆和摆杆作主动件，选择机构转换成平动和摆动。下列几种机构可以实现平动： 22 / 60 1. 导杆机构 2. 平行四边形机构 3. 曲柄滑块机构 4. 凸轮机构 23 / 60 5. 齿轮齿条机构 6. 组合机构等 考虑到车厢的具体结构和使用要求，机构的机架只能固定在汽车车厢下面的底盘上，此外，还应考虑起升机构上升到上限位置时应与地面有一定距离以利于行车，根据这些限制在上述机构中选择一种可满足要求的

27、机构。 摆动机构也可以仿照平动机构列出许多，根据具体要求进行筛选即可。 六、本课程设计题目的参考书目 机械工程手册，第十八篇，机构选型与运动设计，机械工业，1978。 机构与机械控制装置， N.P.契罗尼斯着，郭景嘉等译，中国农业， 1984。 四、钢筋切断机 一、 问题的提出 24 / 60 钢筋在建筑上应用非常广泛，它可以用作预制构件，钢筋混凝土和箍筋等。为此， 需要钢筋切断机按所要求的钢筋的规格的长度将其切断。目前建筑工地使用的钢筋切断机虽能完成切断动作， 但其执行机构没有考虑到对切刀运动规律和动力特性的要求， 切刀工作过程中产生的冲击很大， 切断效率较低。 因此，有必要将现存的钢筋切断

28、机加以改进，重新设计， 以获得动态性能较好的钢筋切断机。 二、 设计要求和有关数据 1. 设计要求 a. 基本工作要求：用手工将不同规格的钢筋按所需长度送至刀口，将其切断；以后再次送入，作下次截断。 b. 运动要求：i) 在切断过程中，要求切断速度尽可能小，速度尽可能均匀，以保证切削质量，减少冲击; ii) 保证切刀行程 H; iii) 切刀空行程中速度尽可能快，以提高效率； iv) 保证切刀的每分钟切断次数（生产率） 。 c. 动力要求:切刀能产生足够的冲力克服工作阻力， 要有较好的传动性能。 2. 有关数据 拟采用三相异步电机作动力源，初定电机转速nd2880rpm；所切钢筋的最大直径dm

29、ax40mm，动刀通过的距离H=44mm，其生产率分型号依次为 34 次/ 分、 38 次/ 分、 42 次/ 分、 刀在切断过程中所受工作阻力P=400kN，其它行程无阻力。 整个机器的尺寸 X 围为： 长宽高1600500750mm。 三、 设计内容及任务进度安排 1. 分组：按题目所给出生产率要求分为三组 25 / 60 2. 任务和时间安排 (1) 确定机械的传动方案及执行机构的结构型式（要求对不同结构型式进行比较、评价、选择型综合） ；2 周 (2) 设计执行机构的运动简图，确定传动系统的运动参数（列出设计方程组、编制程序、上机运算、打印结果） ；3 周 (3) 对执行机构在一个工作

30、循环中进行运动分析、动力分析（列出运动分析、动力分析方程式，编制程序、上机运算、打印结果，画出一个工作循环中工作构件的运动线图和平衡力矩线图） ；3 周 (4) 设计飞轮：1 周 (5) 在三号图纸上绘制机构运动简图及传动系统示意图；1 周 (6) 完成设计计算说明书；1 周 格式：一、设计题目及设计要求 二、设计过程（原理和思路） 1. 传动方案及型综合 2. 尺度综合 3. 运动、动力分析 4. 飞轮设计 三、设计总结 四、附录（程序、参考书目） (7) 准备答辩。1 周 四、提示 1. 进行机构型综合时，从切刀的运动方式（往复摆动、往复直线运动）入手，考虑回转运动转换成直线或摆动运动可能

31、有的运动形式，如： 26 / 60 2. 尺度综合时，为简化程序设计计算过程，可不必采用建立优化模型的办法而把图解法与解析法相结合，用“试凑”的办法、获得若干组杆长，再用于运动、动力分析，从中寻找出最能符合设计要求的一组杆长。 五、参考书目 1.机构参考手册, 苏C.H.柯热夫尼柯夫等着 2.机构设计综合创造性设计与最优化, 美R.C.维翰逊着 3.机构设计的组合与变异方法, 洪允楣编着 4.FORTRAN 算法语言, 清华大学 5.平面连杆机构运动分析（C 语言版） , 本指导书 五、起道器 一、 问题的提出 27 / 60 铁路安全运输要求钢轨轨枕下的道喳坚实、钢轨平直（直道） 。但各种原

32、因常常导致道喳松动，钢轨一高一低，因此需要进行维护，在维护作业中需要一种特殊的起道机械， 其作用是将钢轨抬高至一定高度以便向轨枕下进行填喳作业，如图所示。 二设计要求和有关数据 1) 对起升量和起升重量的要求如下表所示： 起升量（mm） 120 120 100 100 起升重量（吨） 12 8 15 10 2) 为使用、携带方便，起道器为全机械式、起道器重量不得超过 20kg，其外形尺寸小于 300200150(mm3)(不包括摆杆)。 3) 摆杆长小于 1.5m，驱动力 F 小于 25kg，摆杆摆角小于 80。 4) 为保证轨距不变，钢轨只能受垂直力，不得受水平力。 5) 为保证行车安全，起

33、道器高不得超过 200mm。 6) 为保证行车安全，起道器在任何起升高度上都具有快速卸载能力。 三 计任务与进度安排 a) 设计该机构传动方案，从原理上进行可行性分析。时间 4 周。 b) 对各构件进行尺度设计。时间 3 周。 c) 调用或编制相应的程序，进行运动分析、力分析。时间 3 周。 28 / 60 d) 设计计算说明书的撰写及答辩。时间 2 周 撰写格式如下： a) 设计要求 b) 机构传动方案 c) 运动分析、力分析及相应的计算机程序框图、程序计算结果。 四该机构存在的问题及改进意见 五参考文献 六附录： 1. 计算机打印的程序 2. 用 3 号图纸绘制的机构简图 3. 本文设计的

34、收获及意见 四、 参考方案 以下从机械原理角度给出一些参考方案，希望同学们认真分析各种方案的优缺点，从中得出新的设计思路。另外也给出一些起道器的实际设计产品供参考。 (1) 实现将转动变成移动的机构 29 / 60 采用丝杆进给及利用弹簧快速返回的机构。齿轮代替螺母与丝杆啮合。齿轮销紧爪，爪操纵杆都安装于输出拖板上。前进端销子推动爪操纵杆使爪脱开，输出拖板在弹簧作用下快速返回。输出拖板作直线运动。 (2) 实现自锁与卸荷的机构（图 5图 11） 30 / 60 31 / 60 1) 目前的几种全机械式起道器（图 12图 13） 种类 公称载重(吨) 最大使用载重（公斤） 行程 毫米 压缩时的高

35、度(毫米) 其他 爪部 头部 爪部 头部 头部 宽长 (毫米) 柄长 (毫米) 柄外径 (毫米) 重量 (公斤) 齿条式 5 5000 6000 200 35 440 150230 1200 40 18 10 10000 15000 55 560 180280 2400 50 38 齿轮式 25 2500 3000 90 55 175 150280 950 22 18 5 5000 6000 100 55 190 160300 1200 22 15 螺旋式 5 5000 6000 90 65 180 150260 750 22 15 10 10000 15000 200 65 550 2003

36、00 550 36 33 油压式 6 6000 10000 90 55 180 150310 950 22 15 10 10000 15000 250 70 405 160280 1200 22 30 注：公称载重即爪部的最大使用载重 五、 提示 本设计从原理上讲是实现两个功能：将转动变为直线运动；接合与分离（快速卸载） 。因此，可分别设计单独实现一种功能的机构，然后再设计能同时实现两种功能的机械。 (1) 将转动变成直动的机构 曲柄滑块机构是最常见的一种机构， 以齿轮为主动件的齿轮齿32 / 60 条机构， 凸轮机构， 螺旋机构等等都是将转动变为直线运动的机构。第四节给出了一些将转动变成直线

37、运动的机构，更详细的说明请查阅参考文献。 (2) 接合与分离 离合器专门用于各种机械主、从动轴间的接合和分离。常用的离合器有牙嵌式离合器、摩擦式离合器。棘轮机构是最常用的实现反向自锁的机构。第四节给出了一些实现接合与分离的机构，更详细的说明请查阅参考文献。 第四节给出的实际机构仅供用于开拓思路。 由于本设计要求重量轻，换言之可理解为零件少。因此若单独设计两套机构分别实现这两个功能不能满足重量轻的要求。鉴于本设计的特点，可先不考虑实现接合和分离功能，仅设计满足将转动变为直线运动的机构，然后在不增加零件或少增加零件的条件下，再实现接合的分离功能。 四、 补充知识 以下给出一些参考文献，供查阅 (1

38、) 板芳雄， 椎名公一合着， 养路机械及使用方法 ，人民铁道， 1977年。 (2) 北方交通大学线路教研室编铁路线路工程与养护下册，1974年。 (3) 同济大学路桥系，XX 市城市建设工程学校合编路桥施工机械 (4) 西北工业大学机械原理及零件教研室，孙恒、傅则绍主编机械原理 (5) 国防工业自动化机构图例 (6) 机械工业机构和机械零部件优化设计 + 六、自动钻床送进机构 一问题的提出 钻床是一种常用的孔加工机床。在台式钻床中，钻床主轴的进给运动一般33 / 60 是用手操纵的，往往要耗费许多时间。据统计测算，在很多情况下，用于其它辅助工作的时间比真正用于钻孔的时间多好几倍， 而用于操纵

39、的时间又占其它辅助工作时间的 31%40%。因此，要提高生产率，就要对钻床进行自动化改装， 其中的一个重要方面就是实现钻削工作循环的自动化，即采用自动送进机构，以减少操纵所用的时间。 二 设计要求和有关数据 如图 1 所示、设送进机构的输入运动为构件 1 的匀速回转，其转速为 n1，输出运动为刀具（钻头）的直线往复运动，行程为 HH1H2， P 为钻削时所受到的阻力。 原始数据如下表所示： 构件 1 转速（转分） H1(mm) H2(mm) 钻削时的送进速度V(mm /S) 钻削时钻头所受到的阻力 P(N) 钻头其它行程受到阻力P0(N) 题 1 10 25 20 1.68 2300 0 题

40、2 15 30 25 1.33 3911 0 题 3 10 30 30 1.68 7511 0 题 4 15 35 30 1.59 10589 0 题 5 10 30 30 1.40 13172 0 对刀具运动的具体要求是 1) 由 A 到 B，刀具的行程为 H1，为刀具趋近工件的行程，要求刀具具有较高的速度； 2) 由 B 到 C，刀具的行程为 H2，为钻削时的送进行程。要求刀具能够以匀速 V 或近似匀速送进，以保证钻孔动作的完成和钻孔质量； 3) 由 C 返回到 A，刀具的行程 HH1H2，为刀具的抬起（退回）行34 / 60 程，要求刀具具有较高的速度，其平均速度与钻削时的平均速度之比（

41、行程速比系数）K 达到或接近于 2； 4) 刀具退回到 A 时，能够在此位置停歇 2 秒左右，以便装卸工件。 除了以上运动要求外， 还要求机构具有良好的传动性能， 结构紧凑、经济实用。 三 课程设计任务及时间安排 （1）设计计算任务： 1) 确定传动方案并进行机构的尺度综合； 2) 绘出刀具的运动线图和 T01线图（T0为作用于构件上的平衡力矩，1为构件 1 的转角） ； 3) 绘出 R011线图(R01为机架作用原动件 1 的运动副反力)。 （2）时间安排 本题目的完成共需 16 周，每周 2 学时（累计 1 周） 1 周3 周：收集资料，确定传动方案； 4 周12 周：进行机构尺度综合、机

42、构运动和动力分析； 13 周16 周：整理设计计算说明书，并进行答辩。 四 提示及参考方案 1. 提示 本题目主要是要求机构：实现将主动件的单向均速连续转动转变为刀具的直线往复运动；实现一定的行程速比系数；实现刀具的间歇运动。下面将工程常用的能够实现上述要求的机构归结如下： （1）将转动转变为移动的机构 连杆机构：如对心（偏置）曲柄滑块机构。 凸轮机构：如直动从动件盘形凸轮机构。 齿轮机构：如齿轮齿条机构。 螺旋机构： 组合机构：如凸轮连杆组合机构，齿轮连杆组合机构。 （2）具有急回特性的机构 a) 连杆机构：如曲柄摇杆机构，偏置曲柄滑块机构，摆动导杆机35 / 60 构。 b) 凸轮机构 （

43、3）实现间歇运动的机构 凸轮机构： 利用连杆轨迹曲线实现的间歇运动机构 组合机构：如齿轮连杆组合机构，凸轮连杆组合机构。 棘轮机构 槽轮机构 不完全齿轮机构 2. 参考方案 根据题目的设计要求，可以只采用一种机构或几种不同的机构组合在一起的组合机构。 参考方案 1：Z512 型台钻的改进型的送进机构采用的是尖底直动从动件盘形凸轮机构。 参考方案 2：利用连杆曲线的连杆机构，机构如图 2 所示。 七平动式装载机 一、 问题的提出 近代工程施工对装载机的工作 X 围、性能的要求不断提高。试设计一种平动式装载机的执行机构。 36 / 60 二、 设计要求和有关数据 装载机铲斗的工作 X 围参数如图所

44、示，另有如下设计要求： 1) 铲斗距地面最大高度不小于 3.26m。 2) 机身不动时，铲斗水平移动最大距离不小于 1.24m。 3) 铲斗在工作 X 围内运动到任何位置都能保持平动。 4) 铲斗最大倾倒角度不小于 110。 5) 采用液压驱动，各个传动角不得小于 35。 6) 不得发生杆件干涉现象。不得涉及高副机构。受力合理。 三、 设计任务及进度安排 1) 机构选型，25 周。 2) 尺度综合及位置分析及传动角校核，612 周。 3) 静力分析，13 周。 4) 用组合式可调平面连杆机构模型进行组装试验，辅助设计，713周。 5) 绘制铲斗在题给四位置时的机构运动简图（要求各位置不同颜色，

45、在一 X 图上） ，14 周。 6) 撰写设计说明书（参考第三题相应要求） ，15 周。 7) 答辩，16 周。 八、铁路散货自翻车 一、 问题的提出 一种铁路运输散装货物的车辆，具有两侧自翻，自动开、关门的功能（以下简称为自翻车） ，可节省人力，减轻劳动强度。试设计其自翻，37 / 60 自动开、关门机构。 二、 设计要求和有关数据 自翻车工作状态及原始参数如图所示，设计要求如下： 1) 车厢向一侧倾翻至给定角度时，该侧厢门联动打开，成为车厢底面的延伸面或平行延伸面。 2) 车厢向一侧倾翻时，另一侧厢门不得向内摆动挤压。 3) 车厢未倾翻时及恢复水平状态时，两侧厢门联动关闭，厢门不得在散货压

46、迫下自行开启。 4) 驱动和传动系统 在车厢下面，不 超出车厢侧面。 5) 采用液压驱动，各传动角不得小于30。 6) 不得发生杆件干涉现象。受力合理。 三、 设计任务及进度安排 1) 机构选型，25 周。 2) 尺度综合及位置分析及传动角校核，612 周。 3) 静力分析，13 周。 4) 用组合式可调平面连杆机构模型进行组装试验， 713 周。 5) 绘制车厢在水平状态和倾翻至给定角度时，这两个位置时的机构运动简图（要求两位置不同颜色，在一X 图上） ，14 周。 6) 撰写设计说明书（参考第三题相应要求） ，15 周。 7) 答辩，16 周 九、听课折椅 一、 问题的提出 多功能折迭式家

47、俱具有很多优点，适合我国国情。试设计一种既能坐，又便于记笔记，放书包的听课折椅。 38 / 60 二、 设计要求和有关数据 听课折椅的初始构思如图 1 所示，原始参数如图 2 所示，设计要求如下： 1) 除具有一般椅子的功能外，还有便于作笔记的书写扶手板和可用来放置书包的书包架。 2) 不用时可完全折迭（注意防止杆件干涉） 。 3) 尽可能不涉及高副机构，降低成本。受力合理。 4) 尽可能利用市售的型材，便于制造。 三、 设计任务及进度安排 1) 机构选型，25 周。 2) 尺度综合及位置分析及传动角校核，612 周。 3) 静力分析（保证使用时无倾倒趋势） ，13 周。 4) 用组合式可调平

48、面连杆机构模型进行组装试验，辅助设计，713周。 5) 绘制机构简图（两位置不同颜色，在一 X 图上） ，14 周。 6) 撰写设计说明书（参考第三题相应要求） ，15 周。 7) 答辩，16 周。 十、后装压缩倾卸式垃圾汽车 一、 课题背景介绍 1-1. 结构组成及总体布置 后装压缩式垃圾汽车主要用于收集、转运袋装生活垃圾。它与其39 / 60 它形式的垃圾运输汽车的区别是：能压缩、破碎垃圾，增大装载量。 后装压缩式垃圾汽车的专用工作装置主要由车厢和装载厢两部分组成。 后装压缩倾卸式垃圾汽车的运输状态如图1 所示。 车厢 2 置联于底盘车架上。 装载厢 3 位于车厢后端， 其上角与车厢铰接，

49、 并可由举升油缸驱动其绕铰接轴转动。 垃圾从装载厢后部入口处装入， 再经装载厢内的压缩机构进行压缩处理，然后将垃圾向前挤压入车厢内压实。 卸出垃圾时，如图 2 所示，首先装载厢被举升油缸 1 驱动摆转掀起， 使车厢后端呈敞开状， 然后车厢被举升油缸 2 驱动绕其下后部铰接轴摆转，前端升起向后倾斜，将垃圾卸出车厢。 在进行汽车总体布置时，装载厢的垃圾入口下缘离地距离应小于900mm。 1-2. 主要工作部件的结构与参数确定 1-2-1 车厢 后装压缩式垃圾汽车的车厢的纵截面一般为直角梯形，如图 3 所示。参考国内外同类车型即可确定额定装载质量 me5000kg。根据压缩后的垃圾密度400600k

50、g/m3，车厢容积 V 按下式确定： emV （m3） 车厢容积也可按图 3 确定： HWLLV)(2121（m3） 式中： 1L厢内顶纵向长度 (m)； 2L厢内底纵向长度 (m)； H 厢内高度(m)； W 厢内宽度 (W2m)； 1-2-2 车厢倾斜机构 40 / 60 为了使车厢可以前端升高向后卸出垃圾，须将车厢后端与底盘铰链连接， 并在车厢下面设置液压举升机构。 为了避免车厢重心过高影响其稳定性， 应该尽量减少举升机构所占用的高度空间。 运输时车厢在底盘上平放，举升油缸尾端不得低于车轮轮轴。 1-2-3 装载厢与压缩填装机构 装载厢总成是由装载厢体和安装在其内的压缩填装机构组成。其作

51、用是将垃圾填装在装载厢内进行压碎压实处理， 并将垃圾向车厢内挤压。 装载厢内的复合连杆式压缩机构的工作过程如图4 所示。状态(a)表示铲斗 DE 上一次工作循环结束和新一轮工作循环开始， 垃圾已倒入装载厢下腔的装填斗中；状态(b) 表示铲斗 DE 摆动上收；状态(c) 表示铲斗 DE 向下压缩垃圾；状态(d) 表示铲斗 DE 改变施力方向，将垃圾进一步压碎、压实，并开始向车厢方向推送；状态(e) 表示铲斗 DE将垃圾向车厢内压入并复位。 二设计要求和有关数据 1. 初步设计本车的外形轮廓。标注车厢和装载厢的主要几何参数。 2. 设计车厢倾斜机构 （1）采用油缸驱动，油缸级数不多于三级，确定其工

52、作长度 X 围 Lmin和 Lmax。 （一级 Lmax1.7Lmin， 二级 Lmax2.3Lmin， 三级 Lmax2.8Lmin） (2) 确定车厢与底盘铰接的铰链的位置。设计车厢倾斜机构，使车厢至少可以向后摆转倾斜40。 举升油缸工作过程中传动角2min30。 (3) 车厢在水平运输位置时，车厢下面的倾斜机构占用的高度尽可能小，举升油缸2 的尾端不得低于车轮轮轴。 3. 设计装载厢及其内的压缩填装机构 （1）采用油缸驱动，具体要求同上。 (2) 压缩填装机构须实现 1-2-3 和图 4 提出的工作要求，并防止垃圾逆向流41 / 60 动，至多两个自由度。 (3 ) 装载厢的底部曲线应该

53、是铲斗 DE 的端点的运动轨迹曲线。装载厢的垃圾入口下缘离地距离应小于 900mm。 4. 设计装载厢掀起机构。 掀起时旋转的角度值由设计者自定， 须保证垃圾顺利卸出。 举升油缸 1 工作过程中传动角1min30。 5. 上机计算，打印结果。 6. 选做机械方案创意设计模拟实施实验。 7. 用不同颜色绘出车厢及其倾斜机构的两个极限位置和装载厢及其内的压缩填装机构的五个工作位置。 8. 撰写设计说明书。 图 1 后装压缩倾卸式垃圾汽车的运输状态 42 / 60 十一、受电弓机构 一、 问题的提出 如图所示， 是从垂直于电力机车行使速度的方向看上去，受电弓的弓头的最低和最高位置。 理想情况是以车体

54、为参照系时，弓头沿垂直于车顶的方向平动直线上升、下降，最低 400mm，最高 1950mm。 43 / 60 二、 设计要求和有关数据 1) 在弓头上升、下降的 1550mm 行程内，偏离理想化直线轨迹的距离不得超过 100mm，弓头摆动的最大角位移不得超过 5。 2) 在任何时候，弓头上部都是整个机构的最高处。 3) 只有一个自由度，用风缸驱动。 4) 收弓后，整个受电弓含风缸不超出虚线所示 1400400mm 区域。 5) 在垂直于机车速度的方向，最大尺 寸不超过 1200mm。 6) 最小传动角大于或等于 30。 7) 用不同颜色画出机构的两个极限位置和一个中间位置。标注尺寸。 三、 设

55、计任务及进度安排 1) 机构选型，25 周。 2) 尺度综合及位置分析及传动角校核，612 周。 3) 静力分析,13 周。 4) 用“组合式可调平面连杆机构模型”进行组装试验，辅助设计，813周。 5) 绘制在题给的位置时的机构运动简图（要求各位置不同颜色，在一 X图上） ，14 周。 6) 撰写设计说明书（参考第三题相应要求） ，15 周。 7) 答辩，16 周。 十二、高速列车摆式车体 一、 问题的提出 对于高速列车，既有线路在转弯处的外轨超高所产生的水平分力已远远不足以提供高速转弯所需要的向心力。若采用控制式摆式车体，线路不需要改造，通过安装在车体和机架（下摇枕）之间的摆动机构使车体在

56、转弯时进一步向内侧倾斜，其效果是对于车体增大了向心力，等效44 / 60 于增大外轨超高，可满足高速转弯的需要。 二、 设计要求和有关数据 1) 车体必须悬挂在机架（下摇枕）上，以减少振动。 2) 车体顺、逆时针都能至多倾斜 8。 3) 车体倾斜时，其质心偏离未倾斜时质心的距离不超过 200mm。 4) 只有一个自由度，用一个或两个油缸驱动倾斜运动。 5) 除车体以外的其它杆件尽可能不占或少占车体地板以上面积。 6) 传动角大于或等于 30。 7) 已知数据如图中所示， 未注尺寸由同学们在图上量取后再按比例计算得出。 8) 用不同颜色画出车体放平和倾斜的两个极限位置。 标注尺寸。 三、 设计任

57、务及进度安排 1) 机构选型，25 周。 2) 尺度综合及运动分析及 传动角校核，612 周。 3) 静力分析 ,13 周。 4) 用组合式可调平面连杆机构 模型进行组装试验，813 周。 5) 绘制在题给的位置时的机构简图 （要求各位置不同颜色， 在一 X 图上） ，14 周。 6) 撰写设计说明书（参考第三题相应要求） ， 15 周。 7) 答辩，16 周。 十三、强制卸载式装载机 一、问题的提出 用一般的装载机装卸粘滞性物料时，会出现粘斗即卸不净的现象，使生产率降低。在铲斗中加装顶推板，实行强制卸载，可圆满解决这一问题。 二、设计要求和有关数据 45 / 60 1) 顶推板的运动，由转斗

58、油缸通过转斗机构操纵，不单独为其增设油缸。 2) 当铲斗在举升位置摆转卸载时，斗底近似呈水平位置，顶推板下边缘接触斗底向斗外运动刮料，可实现最大高度的强制卸载。当铲斗下降至铲掘位置时，顶推板联动回复到斗内位置，不减少铲斗容积。 3) 必须使铲斗卸载的摆转角度能够比普通装载机明显减小。 4) 顶推板须做成推土板的形状，以便在用推土方式分层铲土时效率较高。 5) 最小传动角大于或等于 30。 6) 尽可能不用高副。 7) 已知数据如图所示，未注尺寸由同学们在图上量取后再按比例计算得出。 8) 用不同的颜色画出这种机构的两个极限状态和一个中间状态。标注尺寸。 三进度安排 参照题七。 十四、飞机起落架

59、 一、 问题的提出 飞机起飞和着陆时，须在跑道上滑行，起落架放下机轮着地，如两种方案图中实线所示，此时油缸提供平衡力；飞机在空中时须将起落架收进机体内，如图中虚线所示，此时油缸为主动构件。 二、 设计要求和有关数据 46 / 60 1) 起落架放下以后，只要油缸锁紧长度不变，则整个机构成为自由度为零的刚性珩架，且处在稳定的死点位置，活塞杆伸出缸外。 2) 起落架收、放时，活塞杆往缸内移动，所有构件必须全部收进机体以内。不超出虚线所示区域。 3) 两种方案任选一种，采用平面连杆机构，油缸为单级。 4) 最小传动角大于或等于 30。 5) 已知数据如图所示， 未注尺寸由同学们在图上量取后再按比例计

60、算得出。 6) 用不同的颜色画出机构的两个位置。标注尺寸。 三进度安排 参照题七。 十五、步进输送机 一、 问题的提出 某自动生产线的一部分步进输送机。如图所示，加工过程要求若干个相同的被输送的工件间隔相等的距离a300mm， 在导轨上向左依次间歇移动，即每个零件耗时 t1移动距离 a 后间歇时间 t2，又耗时 t1移动距离 a 后停歇时间 t2。考虑到动停时间之比 Kt1/t2之值较特殊，47 / 60 受力较大，以及耐用性、成本、维修方便等因素，不宜采用槽轮、凸轮等高副机构直接实现上述要求，而应利用平面连杆机构轨迹曲线。 二、 设计要求和有关数据 1) 电机驱动，即必须有曲柄。 2) 输送

61、架平动，其上任一点的运动轨迹近似为虚线所示闭合曲线（以下将该曲线简称为轨迹曲线） 。 3) 轨迹曲线的 AB 段为近似的水平直线段，其长度为 a300mm，允差20mm，这段对应于工件的移动；轨迹曲线的 CDE 段的最高点低于直线段 AB 的距离至少为 b50mm，以免零件停歇时受到输送架的不应有的回碰） 。 4) 在设计图中用不同的颜色绘出机构的四个位置，AB 段和 CDE 段各绘出两个位置。须注明机构的全部几何尺寸。 三进度安排 参照题七。 十六、侧卸式翻斗车 一、 问题的提出 为运输某种胶状半流质化工原料，需设计专用车辆，其运输状态和侧卸状态分别如图(a)和图(b)所示。 二、 设计要求

62、和有关数据 1) 针对被运物品的物理性能，车体设计成厢门盖式。 2) 在图(a)所示运输状态，由于厢门 BQ 受较大的侧压力，应有锁钩 NP钩住厢门 BQ；为防止半流质溅出，顶盖 GQ 在点 G 与车厢铰接，在48 / 60 点 Q 与厢门 BQ 咬合。 3) 在图(b)所示侧卸状态，车厢倾斜 2737，锁钩和顶盖上扬，厢门BQ 向外开启成为车厢底面的延长面。 4) 车体复位放平时，顶盖、锁钩和厢门都按图(a)运输状态的要求复位。 5) 车厢的倾斜和复位用油缸伸缩驱动。 6) 各个传动角恒大于 30。 7) 运输时载荷及自重合计 8000kg， 卸车时厢门所受外载荷近似简化为作用在其中点的一个

63、 500kg 的向下的力。 8) 已知数据如图所示，其它尺寸同学们在图上量取后按比例计算得出。 9) 在设计图中用不同的颜色绘出运输状态和侧卸状态， 注明机构的全部几何尺寸。 三进度安排 参照题七。 十七、自装卸集装箱运输汽车 一、 问题的提出 十吨及以上的大型集装箱在装卸时需用较大型的起重机进行起吊搬移。这对安装了龙门式起重机的货场是不成问题的。但是处在运输环节两端的托运人和收货人往往为此犯难。小型企业不一定自有十吨以上起重机，将集装箱装上汽车或从汽车上卸下时须求助解决起吊问题。大型集装箱滞留数日的现象屡见不鲜。近十年来许多城市有了专业化的集装49 / 60 箱公司提供“一条龙服务” 。实践

64、表明，将一般运输车与起重车配套使用仍有一定不便。 “二合一”的自装卸集装箱运输汽车更受欢迎。 自装卸集装箱运输汽车工作状态如图 1 所示。车体和集装箱侧视时的位置和尺寸如图 2 所示。本题要求设计其随车自带的吊装及支撑机构。 二、 设计要求和有关数据 1) 采用一级液压油缸驱动吊装。确定其工作长度 X 围 Lmin和 Lmax。 （一级 Lmax1.7Lmin） 2) 设计折迭式支腿，吊装时支腿伸出较远距离接触地面起支撑作用，防止车体倾翻，吊装完毕后支腿收回到集装箱第位置的轮廓线以内，此项作业只能有一个自由度。 3) 设计起重装置，钩挂铁链将集装箱从地面的第位置平稳吊装平动到车上的第位置，为了

65、防止箱、车碰撞， 还须使集装箱经过第位置。吊装完毕后起重装置也收回到集装箱第位置的轮廓线以内。这一作业过程必须可以逆向进行，即可用同一套起重装置，将集装箱从车上的第位置平稳地卸下，放到地面的第位置。此项作业不超过两个自由度。 4) 除了钩挂铁链以外，操纵控制油缸可以完成集装箱装卸的全套作业，不需其它辅助装置和工序。 5) 上机计算，打印结果。 6) 选做机械方案创意设计模拟实施实验。 7) 用不同颜色绘出全套机构的三个装卸位置和一个运输位置。标注全部几何参数（含油缸的长度 X 围） 。 8) 撰写设计说明书。 50 / 60 十八、改型理发椅 一、 问题的提出 为使理发椅适合美容业的需要且更加

66、舒适和便于操作，现进行改型设计，用单一手柄可引动实现坐、半躺和全躺三种状态。 二、 设计要求和有关数据 1) 手柄的、位置分别对应于靠背和踏脚的、位置。 2) 采用平面连杆机构。 51 / 60 3) 最小传动角大于 30。 4) 已知尺寸及角度如图所注，其它几何参数由同学们确定并标注。 5) 在设计图中用不同的颜色绘出机构的三个位置。标注尺寸和角度。 三、 进度安排 1) 机构选型，25 周。 2) 尺度综合及传动角校核， 610 周。 3) 位置分析和静力分析， 1013 周。 4) 用组合式可调平面连杆 机构模型进行组装试验， 辅助设计，813 周。 5) 绘制在题给的位置时的机 构简图

67、（要求各位置不同颜 色，在一 X 图上） ，14 周。 6) 撰写设计说明书（参考第三 题相应要求） ，15 周。 7) 答辩，16 周。 十九、软片前进机构 一、 问题的提出 电影摄影机或放映机的基本原理是依次走片视觉暂留而摄下或映出连续的画面。走片部分可采用连杆机构。 二、 设计要求和有关数据 1) 连杆上一点 P 的运动轨迹为如图所示的闭合曲线 EFGHM。该闭合曲线称为轨迹曲线。 2) 轨迹曲线的 EF 段为近似直线段， 其长度为 23mm， 其直线度误差小于52 / 60 1.5mm。 3) 轨迹曲线的 GHM 段至直线 EF 段的最近距离不小于 4mm。 4) 上述点 P 须在连杆

68、的两个铰链中心的连线之外。 5) 对应于 EF 段机构急回，行程速比系数 K1.5。 6) 机构必须存在曲柄。 7) 在设计图中用不同颜色绘出机构的四个位置， 其中 EF 段和 GHM 段各绘出两个位置。标注尺寸。验算 K 值。 三、 设计任务及进度安排 1) 机构选型，25 周。 2) 尺度综合及位置分析及传动角校核， 612 周。 3) 静力分析，13 周。 4) 用组合式可调平面连杆机构模型进 行组装试验，辅助设计，813 周。 5) 绘制在题给的位置时的机构简图（要求各 位置不同颜色，在一 X 图上） ，14 周。 6) 撰写设计说明书（参考第三题相应要求） ，15 周。 7) 答辩，

69、16 周。 二十、机械手抽取器 一、 问题的提出 某工厂精密铸造工序，工艺需要当铸件尚未冷却时抽取，因此设计抽取机械手,称为机械手抽取器。 二、 设计要求和有关数据 1) 铸件在位置被抽取器上的机械手合拢夹住。 2) 抽取器移动，将铸件从位置拿到位置。 3) 抽取器上的机械手 X 开释放铸件。 4) 为避免与其它设备人员干涉， 任何杆件不得安装、 运动到虚线框外区域。 53 / 60 5) 采用平面连杆机构为主机构。 6) 采用液压油缸驱动，整个机构至多两个自由度。 7) 各传动角的最小值大于 25。 8) 已知数据如图所示。忽略其它杆件的质量。机构方案及其它尺寸由同学们设计。 9) 用不同颜

70、色绘出机构的两个位置及机械手合拢、 X 开的状态。 标注尺寸。 三进度安排 参照题七。 二十一、后装压缩推卸式垃圾汽车 一、 课题背景介绍 1-1. 结构组成及总体布置 后装压缩式垃圾汽车主要用于收集、转运袋装生活垃圾。它与其它形式的垃圾运输汽车的区别是：能压缩、破碎垃圾，增大装载量。 后装压缩式垃圾汽车的专用工作装置主要由车厢和装载厢两部分组成。 后装压缩推卸式垃圾汽车的运输状态如图1 所示。 车厢 2 固联于底盘车架上。 装载厢 3 位于车厢后端， 其上角与车厢铰接， 并可由举升54 / 60 油缸驱动其绕铰接轴转动。垃圾从装载厢后部入口处装入，再经装载厢内的压缩机构进行压缩处理，然后将垃

71、圾向前挤压入车厢内压实。车厢内设有油缸驱动的推板。卸出垃圾时， 首先装载厢被举升油缸驱动摆转向后掀起，车厢后端呈敞开状，然后推板将垃圾向后推出车厢。该车厢既可采用手工方式收集垃圾， 也可采用吊升机构将桶装垃圾倾倒入装载厢内。 在进行汽车总体布置时（见图 6） ，装载厢的垃圾入口下缘离地距离应小于 900mm。 1-2. 主要工作部件的结构与参数确定 1-2-1 车厢 后装压缩式垃圾汽车的车厢的纵截面一般为直角梯形，如图 2 所示。参考国内外同类车型即可确定额定装载质量 me5000kg。根据压缩后的垃圾密度400600kg/m3，车厢容积 V 按下式确定： emV （m3） 车厢容积也可按图

72、2 确定： HWLLV)(2121（m3） 式中： 1L厢内顶纵向长度 (m)； 2L厢内底纵向长度 (m)； H厢内高度(m)； W厢内宽度，W2m 。 1-2-2 推铲 必须要用专门设计的推铲将垃圾推出厢外。采用图 3 所示的推铲，在推出垃圾的过程中， 对垃圾有一个向上的分力， 这样可减少箱底面与垃圾之间的摩擦力。 55 / 60 当推铲将垃圾完全推出车厢时，推铲下端应接近车厢后端下缘并停止运动，为使推铲不脱出车厢，应使推铲尺寸a 和 h 符合 1ahaarctg 式中1a车厢后端斜角（） 。 推铲下端应装滑块，滑块与厢内专门设置的导轨配合并可在其上滑动。导轨既可以减轻推铲运动的阻力， 又

73、可以导向。当导轨设置在车厢两侧底部时， 导轨内及其附近的垃圾不易清除， 而且导轨和滑块可能长时间浸泡于污水之中。 克服这一缺陷的方法之一就是将导轨适当提高一些。一般导轨下平面距离车厢地板 100250mm 为宜。 设计要求车厢垃圾排空时，推铲停留在车厢后端，并且当填装力达到一定值时， 推铲方可向前退缩， 这样不仅可使车厢内垃圾受到均匀压缩，同时也避免了车厢没有装满。为此，推铲油缸采用单作用油缸，靠压缩垃圾向前的压缩力，使推铲回位。 1-2-3 装载厢与压缩填装机构 装载厢总成是由装载厢体和安装在其内的压缩填装机构组成。其作用是将垃圾填装在装载厢内进行压碎压实处理， 并将垃圾向车厢内挤压。 滑板

74、式压缩机构的工作原理如图4 所示。滑板 1 由油缸驱动，并沿装载厢侧壁导轨作斜向直线往复运动。 刮板 2 及其与它铰接的刮板油缸均铰接在滑板上， 因此刮板既可随滑板一起作往复运动， 又可绕固定在滑板上的铰链摆转。 装载厢底部靠近车厢的下半段应设计成与滑板运动方向平行的平面，因此在由状态(d)过渡到状态(e)时，驱动油缸的全部有效功率将垃圾向车厢内压实。 在这个过程中刮板施力方向始终保持不变，以一个固定角度施加斜向挤压力。为垃圾填装角，1是车厢后端面的安装斜角，2是滑板导轨线与装配结合面的夹角。21。填装角通常取 45左右（见图 5） 。 56 / 60 垃圾由装载厢入口倒入填装斗时，呈自然堆积

75、状态。其截面如图 6中的阴影所示。图中为垃圾的安息角。 二、 设计要求和有关数据 (1) 初步设计本车的外形轮廓。标注车厢和装载厢的主要几何参数。 (2) 设计车厢内的推铲驱动机构： 1) 采用油缸驱动，油缸级数不多于三级，确定其工作长度 X 围 Lmin和Lmax。 （一级 Lmax1.7Lmin，二级 Lmax2.3Lmin，三级 Lmax2.8Lmin） 2) 设计推铲驱动机构，使推铲平行于车厢底面作直线移动，有足够的行程移动到车厢的边沿。 3) 推铲复位到其在车厢最里面极限位置时，驱动机构占用的空间尽可能小。 (3) 设计装载厢内的压缩填装机构 1) 采用油缸驱动，油缸级数不多于二级，

76、确定其工作长度 X 围 Lmin和 Lmax。 2) 压缩填装机构和装载厢须实现 1-2-3 节和图 4 提出的工作要求，至多两个自由度。 3) 压缩填装机构在完成图 4（d）的动作时，同时将图 6 中实线所示的垃圾桶提升并旋转 140180至虚线所示位置，将桶装垃圾倾倒入装载厢内。 （不增加机构自由度） 。 (4) 设计装载厢掀起机构。 装载厢掀起时摆转的角度值由设计者自定， 须保证垃圾顺利卸出。传动角不得小于 30。 (5) 上机计算，打印结果。 (6) 选做机械方案创意设计模拟实施实验。 (7) 绘图 用不同颜色绘出推铲及其驱动机构的两个极限位置和装载厢及其内的压缩装填机构的五个工作位置。 (8) 撰写设计说明书。 57 / 60 58 / 60