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1、 机械设计基础A1课程设计1 1藤蔓课堂藤蔓课堂课程设计的目的课程设计的目的n n从系统方案设计出发，融会贯通各章的理论和从系统方案设计出发，融会贯通各章的理论和方法，分析和解决与实际问题。方法，分析和解决与实际问题。n n培养初步的机构选型及确定运动方案的能力培养初步的机构选型及确定运动方案的能力n n对运动学和动力学的分析与设计有一个较完整对运动学和动力学的分析与设计有一个较完整的概念的概念n n提高运算、绘图、运用计算机完成机械系统整提高运算、绘图、运用计算机完成机械系统整体分析和设计体分析和设计n n查阅有关资料的能力查阅有关资料的能力 n n培养学生表达、归纳、总结和独立思考与分析培
2、养学生表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力。的能力。2 2藤蔓课堂藤蔓课堂课程设计的意义课程设计的意义n n国民经济发展的要求：需质量优、性能国民经济发展的要求：需质量优、性能好、效率高、能耗低、价格廉的机械产好、效率高、能耗低、价格廉的机械产品，机械原理课程设计内容是产品设计品，机械原理课程设计内容是产品设计的重要内容。的重要内容。n n机械产品自动化的要求：各种机械均需机械产品自动化的要求：各种机械均需生产和操作过程的自动化，或者实现某生产和操作过程的自动化，或者实现某一工艺动作过程。一工艺动作过程。n n创新能力培养的要求创新能力培养的要求n n巩固、掌握、运用机械原理知识理论的巩固、
3、掌握、运用机械原理知识理论的要求要求3 3藤蔓课堂藤蔓课堂设计步骤设计步骤步骤步骤内容内容要求要求时间时间1 1上课、熟悉题目上课、熟悉题目 分组、定题、查资料分组、定题、查资料1 1天天2 2方案设计、分析方案设计、分析分析原理，提出方案、比分析原理，提出方案、比较，定一方案较，定一方案2 2天天3 3尺寸综合、绘图尺寸综合、绘图 图解法、解析法（编图解法、解析法（编程）等程）等2 2天天4 4编程（建模）、上编程（建模）、上机计算机计算编程、建模分析检验编程、建模分析检验机构机构3 3天天5 5写说明书写说明书统一格式（新封面）统一格式（新封面）1 1天天6 6答辩答辩1 1天天4 4藤蔓
4、课堂藤蔓课堂设计题目设计题目n n已按学号分发(共7组题目）n n可以自选其他已有的题目 （一周内找老师更改，登记）n n可以结合明年机械设计大赛自选题目（明年5月参赛， 主题为“珍爱生命，奉献社会”，内容为“在突发灾难中，用于救援、破障、逃生、避难的机械产品的设计与制作”）5 5藤蔓课堂藤蔓课堂时间安排时间安排n n学院安排的时间： 18191819周（专用周，但可能被占用）周（专用周，但可能被占用）n n提前下题，提前完成n n最后完成时间： 第19周周五下午3点前必须答辩结束6 6藤蔓课堂藤蔓课堂几点要求几点要求n n每班同一题目的同学组成一个小组 （一般为学号加减7）n n每组选出组长
5、一名，负责协调、组织本组成员的设计（定题后报给老师）n n答辩前每组自报每个组员的自评成绩（由高到低排序，由本组成员讨论、综合贡献大小而定）n n答辩时按组逐一进行n n充分发挥团结协作、群策群力的精神7 7藤蔓课堂藤蔓课堂答辩时完成的工作答辩时完成的工作n n图纸一张（A0/ A1，手绘/CAD）机构运动方案简图机构运动方案简图机械传动方案图机械传动方案图运动循环图运动循环图n n说明书一份（同一封面、纸张，左侧装订）（同一封面、纸张，左侧装订） 任务书；功能分析；功能分解及工艺动作；原始任务书；功能分析；功能分解及工艺动作；原始数据及计算；方案设计思路及讨论改进；执行机数据及计算；方案设计
6、思路及讨论改进；执行机构设计步骤；机构上机分析检验过程；对所设计构设计步骤；机构上机分析检验过程；对所设计的结果进行讨论；感想及建议；附录的结果进行讨论；感想及建议；附录( (程序源代码）程序源代码）8 8藤蔓课堂藤蔓课堂机械系统运动方案设计 1、机械系统设计的一般原则、机械系统设计的一般原则 1.1 1.1 机械的结构组成机械的结构组成机械动力机传动系统执行系统回转运动往复运动间歇运动轨迹要求机械液体电磁控制系统9 9藤蔓课堂藤蔓课堂1.2 机械系统设计的一般原则机械系统设计的一般原则n n采用简短的运动链n n有较高的机械效率n n合理安排传动顺序n n合理分配传动比（前小后大）n n保证
7、机械安全运转1010藤蔓课堂藤蔓课堂2、机械运动方案设计的过程和内容、机械运动方案设计的过程和内容1111藤蔓课堂藤蔓课堂1212藤蔓课堂藤蔓课堂一、功能原理设计一、功能原理设计 根据预期实现的功能考虑相应的原理根据预期实现的功能考虑相应的原理 常用功能原理机械推拉原理 摩擦传动原理 流体传动原理 电磁传动原理 材料变形原理 光电原理 功能原理设计思路是：分析功能要求，根据功能要求 提出可能实现它的功能原理 1313藤蔓课堂藤蔓课堂1414藤蔓课堂藤蔓课堂功能原理设计功能原理设计 实例实例1办公室取纸器设计预期实现的功能是：办公室取便条用，每 次取一张实现的原理有：摩擦力静电吸力切向力1515
8、藤蔓课堂藤蔓课堂功能原理设计功能原理设计 实例实例2自动送料板装置自动送料板装置 实现的原理有：n n用顶吸法吸走顶部一张料板n n用底部气吸法吸出料板的边缘，然后夹走 n n将料板从底部推出，然后用夹板抽走 n n用摩擦板从顶部推出一张料板，然后夹走 n n用摩擦轮将料板从底部滚出，然后夹走 1616藤蔓课堂藤蔓课堂二、执行系统的运动规律设计二、执行系统的运动规律设计 根据功能原理提出的工艺动作，进行运动根据功能原理提出的工艺动作，进行运动分解，构思出恰当的运动规律。分解，构思出恰当的运动规律。加工内孔机床加工内孔机床的运动规律设计：的运动规律设计： 工件作等速转动，刀具作纵向等速运动，进给
9、运动是刀具的径向进给（车床） 1717藤蔓课堂藤蔓课堂执行系统的运动规律设计执行系统的运动规律设计 根据功能原理提出的工艺动作，进行运动根据功能原理提出的工艺动作，进行运动分解，构思出恰当的运动规律。分解，构思出恰当的运动规律。加工内孔机床加工内孔机床的运动规律设计：的运动规律设计： 工件固定不动，刀具绕被加工孔的中心线转动，进给运动是刀具的径向、纵向运动。（镗床） 1818藤蔓课堂藤蔓课堂执行系统的运动规律设计执行系统的运动规律设计 根据功能原理提出的工艺动作，进行运动根据功能原理提出的工艺动作，进行运动分解，构思出恰当的运动规律。分解，构思出恰当的运动规律。加工内孔机床加工内孔机床的运动规
10、律设计：的运动规律设计： 工件固定不动，采用不同尺寸的专用刀具（钻头和铰刀）等速转动和纵向送进运动。(钻床) 1919藤蔓课堂藤蔓课堂执行系统的运动规律设计执行系统的运动规律设计 根据功能原理提出的工艺动作，进行运动根据功能原理提出的工艺动作，进行运动分解，构思出恰当的运动规律。分解，构思出恰当的运动规律。加工内孔机床加工内孔机床的运动规律设计：的运动规律设计： 工件和刀具均不转动，只让刀具作直线运动。（拉床） 2020藤蔓课堂藤蔓课堂计算机的绘图机的运动规律设计计算机的绘图机的运动规律设计 n n图纸固定不动，而绘图笔作横向和纵向的移动，从而在绘图纸上绘出任意形状复杂的平面曲线。n n绘图笔
11、仅作x方向运动，让绘图纸绕在卷筒上绕x轴作往复转动，这两个运动的合成可以在图纸上绘出复杂的平面图形。 2121藤蔓课堂藤蔓课堂n n3.1 动力机类型的选择n n电动机交流异步电动机（推荐使用）交流异步电动机（推荐使用）直流电动机直流电动机伺服电动机伺服电动机n n液动机（液压马达、液压油缸）n n气动机（气缸）需完成工作：选定电机，定出转速、功率三、机构构型设计三、机构构型设计2222藤蔓课堂藤蔓课堂3.2 机构选型机构选型3.2.1 传动系统机构选型传动系统：减速增力/(增速）n n带传动（含同步带）和链传动n n齿轮传动（轮系）n n螺旋机构n n其他新型减速机构n n连杆机构、凸轮机构
12、需完成工作：选定传动机构，定出各级传动比，图纸上画出传动系统图，并标出传动比2323藤蔓课堂藤蔓课堂3.2.2 执行机构选型执行机构选型选型方法：选型方法：1、按照执行构件所需的、按照执行构件所需的运动特性运动特性进行机构选型进行机构选型2、按照、按照动作功能分解动作功能分解与组合原理进行机构选型与组合原理进行机构选型 n执行系统是机械系统中的重要组成部分。执行系统是机械系统中的重要组成部分。n执行系统由一个或多个执行机构组成。执行系统由一个或多个执行机构组成。n机械执行机构选型是总体方案设计的核心。机械执行机构选型是总体方案设计的核心。 2424藤蔓课堂藤蔓课堂按照运动特性选型（1）定速比转
13、动变换机构）定速比转动变换机构n n齿轮机构n n蜗轮蜗杆n n轮系（定轴、周转、复合）n n带传动n n链传动n n摩擦轮n n特殊的连杆机构2525藤蔓课堂藤蔓课堂按照运动特性选型（2）连续转动）连续转动往复移动（摆动）往复移动（摆动）n n连杆机构曲柄滑块、曲柄摇杆、摆动导杆曲柄滑块、曲柄摇杆、摆动导杆多杆机构多杆机构n n凸轮机构n n组合机构凸轮连杆组合机构凸轮连杆组合机构齿轮连杆组合机构齿轮连杆组合机构2626藤蔓课堂藤蔓课堂按照运动特性选型（3）连续转动）连续转动变速转动变速转动( (周期性）周期性）n n双曲柄机构n n回转导杆机构n n多杆机构n n非圆齿轮机构2727藤蔓课
14、堂藤蔓课堂按照运动特性选型（4）连续转动）连续转动间歇运动间歇运动n n棘轮机构n n槽轮机构n n不完全齿轮机构n n凸轮性间歇机构n n齿轮连杆组合机构n n凸轮齿轮组合机构n n2828藤蔓课堂藤蔓课堂按照运动特性选型(5)连续转动连续转动轨迹运动轨迹运动n n连杆机构四杆机构四杆机构五杆机构五杆机构n n凸轮连杆组合n n齿轮连杆组合2929藤蔓课堂藤蔓课堂按照运动特性选型（6）运动的合成与分解）运动的合成与分解n n差动机构（2自由度）差动轮系差动轮系差动螺旋差动螺旋2 2自由度连杆机构自由度连杆机构2 2自由度组合机构自由度组合机构3030藤蔓课堂藤蔓课堂 功能求解功能求解 根根据
15、据机机构构的的基基本本功功能能，归归纳纳整整理理为为功功能能元元。任任何何一一个个复复杂杂的的机机构构系系统统所所要要实实现现的的运运动动，都都可可以以认认为为是是由由一一些些基基本本的的功功能能元元按按一一定定规规律律组组成成的的，根根据据功功能能元元就就易易于于找找到到相相应应的的功功能能载载体体，实实现现功功能元的求解。能元的求解。基本功能元及符号表示基本功能元及符号表示按照动作功能分解与组合原理进行机构选型按照动作功能分解与组合原理进行机构选型3131藤蔓课堂藤蔓课堂按照动作功能分解选型精锻机主机构设计（精锻机主机构设计（1） n n总功能：当加压执行构件（冲头）上下运动时，能锻出较高
16、精度的毛坯 n n要求：驱动轴必须水平布置 ，加压执行构件沿铅垂方向移动。 试构思该执行机构的若干方案。 3232藤蔓课堂藤蔓课堂按照动作功能分解选型精锻机主机构设计（精锻机主机构设计（2） 1、进行动作功能分解。根据题目要求，该执行机构应具有以下功能： n n运动形式变换功能：将驱动轴的转动变换为冲头的移动 n n运动轴线变向功能：将水平轴运动变换为铅垂方向运动 n n运动位移或速度缩小功能：减小位移量（或速度），以实现增力要求 3333藤蔓课堂藤蔓课堂按照动作功能分解选型精锻机主机构设计（精锻机主机构设计（3） 2、构思出完成加压执行机构总体功能的功能-技术矩阵图。 3434藤蔓课堂藤蔓课
17、堂3535藤蔓课堂藤蔓课堂按照动作功能分解选型精锻机主机构设计（精锻机主机构设计（4） 满足精锻机功能要求的六种基本功能结构满足精锻机功能要求的六种基本功能结构3636藤蔓课堂藤蔓课堂按照动作功能分解选型精锻机的四种方案精锻机的四种方案回设计过程回设计过程3737藤蔓课堂藤蔓课堂四、运动循环图设计四、运动循环图设计用来描述机构系统在一个工作循环中各执行构件运动间相互协调配合的示意图称为机构系机构系统运动循环图统运动循环图，简称运动循环图运动循环图。运动循环图形式：n n直线式运动循环图直线式运动循环图（或称矩形运动循环图）n n圆周式运动循环图圆周式运动循环图n n直角坐标式运动循环图直角坐标
18、式运动循环图3838藤蔓课堂藤蔓课堂实例：半自动制钉机实例：半自动制钉机 制造如图所示一枚鞋钉的工艺过程所绘制的运动循环图 该鞋钉分为钉头、钉杆、钉尖三部分，钉杆成四方锥形 3939藤蔓课堂藤蔓课堂实例：半自动制钉机实例：半自动制钉机 工艺过程示意图（俯视）所示. 整个机构系统由四个执行机构所组成（图中只画出各凸轮机构的执行构件），分别完成四个工序。 4040藤蔓课堂藤蔓课堂半自动制钉机半自动制钉机四个工序镦头镦头镦头镦头：冲头冲头1 1左进镦出钉头。在镦锻过程中，冲头左进镦出钉头。在镦锻过程中，冲头3 3压紧钢丝料。压紧钢丝料。送料送料送料送料：由送料夹持器由送料夹持器2 2分四次间歇送进，
19、前三次每分四次间歇送进，前三次每次送进量约为三分之一钉长度，第四次送进略次送进量约为三分之一钉长度，第四次送进略大于前三次送进量。大于前三次送进量。压紧、挤方压紧、挤方压紧、挤方压紧、挤方：由冲头由冲头3 3在前三次送料后的停歇时间在前三次送料后的停歇时间内将钉杆挤压成方锥，在其余工作循环中冲头内将钉杆挤压成方锥，在其余工作循环中冲头3 3保持与钉杆接触，起压紧作用。保持与钉杆接触，起压紧作用。挤尖、切断挤尖、切断挤尖、切断挤尖、切断：在第四次送料后，由切断刀在第四次送料后，由切断刀4 4同时完同时完成挤尖、切断工序，最后完成一枚鞋钉的制作。成挤尖、切断工序，最后完成一枚鞋钉的制作。4141藤
20、蔓课堂藤蔓课堂直线式运动循环图直线式运动循环图 绘制方法绘制方法：将机械在一个工作循环中各执行构件各运动区段的起止时间（或转角）和先后顺序，按比例绘制在直线轴上，形成长条矩形图 机构运动机构运动4242藤蔓课堂藤蔓课堂圆周式运动循环图圆周式运动循环图绘制方法绘制方法绘制方法绘制方法：以原：以原点点O O为圆心，作为圆心，作若干个同心圆若干个同心圆环，每一个圆环，每一个圆环代表一个执环代表一个执行构件。由各行构件。由各相应圆环分别相应圆环分别引径向直线表引径向直线表示个执行构件示个执行构件不同运动区段不同运动区段的起始和终止的起始和终止位置。位置。 4343藤蔓课堂藤蔓课堂直角坐标式运动循环图绘
21、制方法绘制方法：以横坐标轴代表机械的主轴或分配轴的转角，以纵坐标轴代表各执行构件的角位移或线位移，如图所示，实际上就是各执行构件的位移线图。机构运动机构运动44藤蔓课堂运动循环图设计运动循环图设计设计原则设计原则运动循环图需满足各执行机构：n n动作先后的顺序性要求 n n动作在时间上的同步性要求n n在空间布置上的协调性要求改进n n操作上的协同性要求n n的动作安排要有利于提高劳动生产率n n的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高4545藤蔓课堂藤蔓课堂机构尺寸设计机构尺寸设计n n连杆机构的各杆长连杆机构的各杆长n n凸轮机构的具体尺寸凸轮机构的具体尺寸n n齿轮机构的模数、齿数、中心
22、距等齿轮机构的模数、齿数、中心距等n n其他机构的关键尺寸其他机构的关键尺寸设计方法：设计方法：n n解析法解析法n n图解法图解法n n实验法实验法4646藤蔓课堂藤蔓课堂机构运动、动力分析机构运动、动力分析运动分析：n n解析法编程分析n n模型法利用已有软件n n图解法(多位置不方便）分析的结果需要详细说明，是否符合题目要求，如何体现。4747藤蔓课堂藤蔓课堂方案评价方案评价n n是否符合题目要求？是否符合题目要求？评价指标具体内容系统功能实现运动规律或运动轨迹、实现工艺动作的准确性、特定功能等运动性能运转速度、行程可调性、运动精度等动力性能承载能力、增力特性、传力特性、振动噪音等工作性
23、能效率高低、寿命长短、可操作性、安全性、可靠性、适用范围等经济性加工难易、能耗大小、制造成本等结构紧凑性尺寸、重量、结构复杂性等4848藤蔓课堂藤蔓课堂4949藤蔓课堂藤蔓课堂说明书包含的内容说明书包含的内容n n任务书；任务书；n n功能分析；功能分析；n n功能分解及工艺动作；功能分解及工艺动作；n n原始数据及计算；原始数据及计算；n n方案设计思路及讨论、改进；方案设计思路及讨论、改进；n n执行机构设计步骤；执行机构设计步骤；n n机构机构上机上机分析检验过程；分析检验过程；n n对所设计的结果进行评价；对所设计的结果进行评价；n n感想及建议；感想及建议；n n附录附录( (程序源
24、代码）程序源代码）5050藤蔓课堂藤蔓课堂洗瓶机推瓶机构洗瓶机推瓶机构 提示提示推头可走轨迹5151藤蔓课堂藤蔓课堂洗瓶机推瓶机构洗瓶机推瓶机构 提示提示5252藤蔓课堂藤蔓课堂洗瓶机推瓶机构洗瓶机推瓶机构 提示提示5353藤蔓课堂藤蔓课堂轧辊机构轧辊机构 提示提示5454藤蔓课堂藤蔓课堂轧辊机构轧辊机构 提示提示5555藤蔓课堂藤蔓课堂轧辊机构轧辊机构 提示提示5656藤蔓课堂藤蔓课堂铁板输送机构铁板输送机构 提示提示5757藤蔓课堂藤蔓课堂四工位机床四工位机床 提示提示5858藤蔓课堂藤蔓课堂四工位机床四工位机床 提示提示5959藤蔓课堂藤蔓课堂四工位机床四工位机床 提示提示6060藤蔓课
25、堂藤蔓课堂平压模切执行、传动机构平压模切执行、传动机构 提示提示6161藤蔓课堂藤蔓课堂平压模切执行机构平压模切执行机构 提示提示6262藤蔓课堂藤蔓课堂平压模切平压模切执行机构执行机构 提示提示6363藤蔓课堂藤蔓课堂平台印刷机板台移动机构平台印刷机板台移动机构 提示提示6464藤蔓课堂藤蔓课堂平台印刷机板台移动机构平台印刷机板台移动机构 提示提示6565藤蔓课堂藤蔓课堂平台印刷机滚筒传动平台印刷机滚筒传动 提示提示6666藤蔓课堂藤蔓课堂平台印刷机滚筒传动平台印刷机滚筒传动 提示提示6767藤蔓课堂藤蔓课堂精压机精压机 提示提示6868藤蔓课堂藤蔓课堂精压机精压机 提示提示6969藤蔓课堂藤蔓课堂精压机精压机 提示提示7070藤蔓课堂藤蔓课堂Working Model 简介简介n n简介及单摆n n连杆机构建模及分析n n凸轮机构建模n n齿轮机构建模7171藤蔓课堂藤蔓课堂
