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1、课程设计目的课程设计目的综合运用机械原理课程知识，培养机械运动方案设计能力。课程设计任务课程设计任务1张2号图，2张3号图，1份说明书。时间安排时间安排周一、二方案设计完成2号图；周二、三、四2张3号图机构的设计；周四写设计说明书；周五答辨。机械原理课程设计机械原理课程设计机械原理课程设计机械原理课程设计第十一章第十一章第十一章第十一章 机械系统的方案设计机械系统的方案设计机械系统的方案设计机械系统的方案设计11-1 11-1 11-1 11-1 概述概述概述概述机械系统机械系统机械系统机械系统 原动机原动机 传动系统传动系统 执行系统执行系统 操纵控制系统操纵控制系统 传传动动装装置置传传动
2、动路路线线分分配配传传动动比比功功能能分分析析协协调调配配合合方方案案评评价价运运动动分分析析类类型型转转速速容容量量机电、机液、电液、液压、机电、机液、电液、液压、气动、电气、微机等气动、电气、微机等11-2 11-2 11-2 11-2 执行系统方案设计执行系统方案设计执行系统方案设计执行系统方案设计一、选择执行机构一、选择执行机构一、选择执行机构一、选择执行机构 根据题目要求进行功能分析，需要完成那些动作？确定需要的执行机构的形式，需要几个执行机构，以及各执行机构的原动件、从动件的形式。 各执行机构的功能要求，运动要求，工艺要求，利用方框图方框图描述。子功能子功能1 1总总 功功 能能相
3、应工艺动作相应工艺动作执行机构执行机构执行动作执行动作子功能子功能2 2子功能子功能3 3子功能子功能n n相应工艺动作相应工艺动作相应工艺动作相应工艺动作相应工艺动作相应工艺动作执行机构执行机构执行机构执行机构执行机构执行机构执行动作执行动作执行动作执行动作执行动作执行动作功能方框图功能方框图（机器的功能、工艺动作及执行机构框图）（机器的功能、工艺动作及执行机构框图）具体实例见书199页附图1.3。二、画运动循环图二、画运动循环图二、画运动循环图二、画运动循环图a、直线式：、直线式：b、圆周式：、圆周式：c、直角坐标式：、直角坐标式： 描述各机构间有序、相互配合的运描述各机构间有序、相互配合
4、的运描述各机构间有序、相互配合的运描述各机构间有序、相互配合的运动关系的简单图形称为运动循环图。动关系的简单图形称为运动循环图。动关系的简单图形称为运动循环图。动关系的简单图形称为运动循环图。 将机械在一个运动循环中各执行构件各将机械在一个运动循环中各执行构件各将机械在一个运动循环中各执行构件各将机械在一个运动循环中各执行构件各行程区段的起止时间和先后顺序，按比例绘行程区段的起止时间和先后顺序，按比例绘行程区段的起止时间和先后顺序，按比例绘行程区段的起止时间和先后顺序，按比例绘制在直角坐标上。如图制在直角坐标上。如图制在直角坐标上。如图制在直角坐标上。如图11-111-111-111-1（书（
5、书（书（书188188188188页）页）页）页）如图如图如图如图11-211-211-211-2如图如图如图如图11-311-311-311-3 各执行机构之间的运动协调关系，利用运动循环图运动循环图确定。转角（度）转角（度）或时间（秒）或时间（秒）半自动钻床半自动钻床机械运动循环图机械运动循环图0 0O O360360O O9090O O240240O O150150O O270270O O180180O O3030O O6060O O1 112126 69 93 32 20 0送送 料料 夹夹 紧紧定定 位位 钻钻 孔孔停停 止止进进 刀刀停停 止止（1 1）（2 2钻孔）钻孔）退退刀刀
6、回回 程程近近休休远远 休休近近 休休升升程程回回程程近近休休远远休休近近 休休回回程程远远休休升升程程近近 休休升升程程1、直线式运动循环图、直线式运动循环图2、圆周式运动循环图、圆周式运动循环图排排气气阀阀门门开开启启胀胀进进气气阀阀门门开开启启进进气气阀阀门门关关闭闭排排气气阀阀门门关关闭闭进进气气排排气气缩缩压压膨膨0180360540720o曲轴曲轴0o180o360o540o720o排 气 门开闭点火进 气 门火 花 塞曲柄转角活 塞开开闭开下移上移下移上移图11.3 单缸四冲程内燃机直角坐标式运动循环图3、直角坐标式运动循环图、直角坐标式运动循环图11-3 11-3 11-3 1
7、1-3 传动系统方案设计传动系统方案设计传动系统方案设计传动系统方案设计一、选择传动类型一、选择传动类型一、选择传动类型一、选择传动类型 机械传动、机械传动、机械传动、机械传动、液压传动、气动、液压传动、气动、液压传动、气动、液压传动、气动、电动电动电动电动等。等。等。等。二、拟定传动路线及机构顺序二、拟定传动路线及机构顺序二、拟定传动路线及机构顺序二、拟定传动路线及机构顺序路线：路线：路线：路线： 串联、并联、串并混联串联、并联、串并混联机构顺序分配原则：机构顺序分配原则：机构顺序分配原则：机构顺序分配原则：2 2、有利于执行运动平稳确定，、有利于执行运动平稳确定，、有利于执行运动平稳确定，
8、、有利于执行运动平稳确定， 皮带传动放在皮带传动放在皮带传动放在皮带传动放在 第第第第1 1级减速。级减速。级减速。级减速。1 1、有利于减小结构尺寸，功率、有利于减小结构尺寸，功率、有利于减小结构尺寸，功率、有利于减小结构尺寸，功率“ “前大后小前大后小前大后小前大后小” ”。三、分配各级传动比三、分配各级传动比三、分配各级传动比三、分配各级传动比4 4、若传动比过大，应用混合轮系来传动。、若传动比过大，应用混合轮系来传动。、若传动比过大，应用混合轮系来传动。、若传动比过大，应用混合轮系来传动。1 1、单级：、单级：、单级：、单级：i i带带带带=2=2，2.52.5，3 3， i i锥齿锥
9、齿锥齿锥齿3 3 ， i i直，斜直，斜直，斜直，斜 5 5 i i蜗蜗蜗蜗20802080。2 2、当、当、当、当i i 810810时时时时，应用两级传动，一级应用两级传动，一级应用两级传动，一级应用两级传动，一级为带传动，另一级为齿轮传动；当为带传动，另一级为齿轮传动；当为带传动，另一级为齿轮传动；当为带传动，另一级为齿轮传动；当i i 3030时，一般应用两级以上的机械传动。时，一般应用两级以上的机械传动。时，一般应用两级以上的机械传动。时，一般应用两级以上的机械传动。3 3、传动比的分配原则：、传动比的分配原则：、传动比的分配原则：、传动比的分配原则：“ “前大后小前大后小前大后小前
10、大后小” ”。5、要求、要求i一对一对=无理数无理数 ，总传动比误差，总传动比误差2% 设计任务：对已加工好的带有凸台的盘形零件设计任务：对已加工好的带有凸台的盘形零件进行钻孔。其总功能应分解成如下几个工艺动作：进行钻孔。其总功能应分解成如下几个工艺动作：送料；送料；定位；定位；夹紧；夹紧；进刀（钻孔）。进刀（钻孔）。 设计参数：零件图如左图所示设计参数：零件图如左图所示 ，要求每分钟加工五个零件，要求每分钟加工五个零件， 电机的转速电机的转速n n电电=1440=1440r/minr/min。 现以设计半自动钻床为例说明运动方案现以设计半自动钻床为例说明运动方案设计的步骤和过程。设计的步骤和
11、过程。1818F40F40F20F20F30F301010 零件图零件图11-3 11-3 11-3 11-3 机械运动简图设计举例机械运动简图设计举例机械运动简图设计举例机械运动简图设计举例送料送料进刀进刀夹紧夹紧定位定位工作台工作台1 1）确定运动方案及机械运动循环图）确定运动方案及机械运动循环图功能原理构思功能原理构思在在工工件件上上钻钻孔孔子功能子功能1 1子功能子功能2 2子功能子功能3 3子功能子功能4 4送料送料定位定位夹紧夹紧进刀进刀从料斗推出工件从料斗推出工件及把钻好孔的工及把钻好孔的工件向前推进件向前推进定位挡块伸缩，定位挡块伸缩，挡住工件或让挡住工件或让出通道出通道夹具夹
12、紧或松开夹具夹紧或松开钻头的进给钻头的进给 与退出与退出 移动从动件移动从动件圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构移动从动件移动从动件盘形凸轮机盘形凸轮机构构摆动从动件摆动从动件盘形凸轮机盘形凸轮机构构齿轮齿条齿轮齿条 机构机构从从动动件件通通过过高高副副与与移移动动滑块相连滑块相连 从动件从动件往复移动往复移动 从动件从动件往复移动往复移动 滑块滑块往复移动往复移动齿条上下齿条上下往复移动往复移动总总功功能能半自动钻床的功能、工艺动作及执行机构框图半自动钻床的功能、工艺动作及执行机构框图相应的工艺动作执行机构执行动作转角（度）转角（度）或时间（秒）或时间（秒）半自动钻床半自动钻床机械运动循环图机械运动循
13、环图0 0O O360360O O9090O O240240O O150150O O270270O O180180O O3030O O6060O O1 112126 69 93 32 20 0送送 料料 夹夹 紧紧定定 位位 钻钻 孔孔停停 止止进进 刀刀停停 止止（1 1）（2 2钻孔）钻孔）退退刀刀回回 程程近近休休远远 休休近近 休休升升程程回回程程近近休休远远休休近近 休休回回程程远远休休升升程程近近 休休升升程程ACBDGHIEF动动力力头头齿轮齿轮齿条齿条齿扇齿扇料斗料斗214 38576J半自动钻床的运动方案图如下半自动钻床的运动方案图如下工作主轴（带动各机构运工作主轴（带动各机
14、构运动的主轴）动的主轴）一、机构简图设计一、机构简图设计计算总传动比，进行传动比分配计算总传动比，进行传动比分配 根据所给的设计参数，可算出执行构件主根据所给的设计参数，可算出执行构件主轴转速轴转速n主主=5=5转转/ /分，所以机械的总传动比为：分，所以机械的总传动比为：传动比分配传动比分配：i总总= =i皮皮i1 12 2i3434，各级分配情况应，各级分配情况应遵循遵循“前大后小前大后小”的原则的原则, ,以减小结构尺寸。以减小结构尺寸。传动比误差传动比误差= =（实际总传动比（实际总传动比- -理论总传动比）理论总传动比） 理论总传动比理论总传动比100%画机构运动简图画机构运动简图
15、取大多数构件运动平面相互平行的投影面为主视图。确定运动循环图确定运动循环图 首先在草纸上进行简图设计，先定执行机构位置，再联传动机构与电机。 用2号图纸画机构简图包括机构图、运动循环图、机构明细栏、标题栏。1、凸轮机构设计、凸轮机构设计在说明书中进行基本参数设计在3号图上进行凸轮廓线设计2、齿轮机构设计、齿轮机构设计写在说明书上3、其它机构设计、其它机构设计画1张3号图冷镦机设计必须是曲柄滑块机构健身球分类机可以是凸轮机构或其它机构二、典型机构设计二、典型机构设计对各主要执行机构进行运动分析对各主要执行机构进行运动分析三、撰写机械原理课程设计说明书三、撰写机械原理课程设计说明书 编写课程设计说
16、明书，内容见课程设计指编写课程设计说明书，内容见课程设计指导（见教材导（见教材P P201201）。）。 可再加上机构改进意见和课程设计体会。可再加上机构改进意见和课程设计体会。机械原理课程设计题目机械原理课程设计题目机械原理课程设计题目机械原理课程设计题目题目题目1:1:铆钉自动冷镦机设计铆钉自动冷镦机设计一、工作原理及工艺动作一、工作原理及工艺动作: : 采用采用冷镦的方法冷镦的方法将直径为将直径为f6,f6,钉长为钉长为2020mm的铝棒材制成圆头铆钉的铝棒材制成圆头铆钉. .工艺动作为：工艺动作为：二、原始数据及设计要求二、原始数据及设计要求: :冷镦机的工艺动作包括冷镦机的工艺动作包
17、括1)1)校直进料校直进料2)2)切料送料切料送料3)3)镦料镦料4)4)脱模脱模三、设计任务三、设计任务: : 制钉转速：制钉转速：n制钉制钉=4060rpm。铝棒材铝棒材直径为：直径为： f f=6 6mm，长度：，长度：L L= 2020mm，冷镦机冲头的行程为：冷镦机冲头的行程为：H=60mm，要求冷镦机构具有急回特性，要求冷镦机构具有急回特性，K=1.21.4，电机转速：电机转速：n电电=1440rpm。第一级减速用皮带第一级减速用皮带，第二、三级减速用齿轮等。第二、三级减速用齿轮等。二、原始数据及设计要求二、原始数据及设计要求: : 1 1、按工艺要求拟定、按工艺要求拟定冷镦机运动
18、方案简图和直冷镦机运动方案简图和直线式运动循环图线式运动循环图, ,画在画在2 2号图纸上。号图纸上。要求图解法设计要求图解法设计 2 2、按工艺要求排出按工艺要求排出冷镦机冷镦机的功能、工艺动作的功能、工艺动作及执行机构框图。及执行机构框图。 3、按给定的原始数据及参数算出总传动比按给定的原始数据及参数算出总传动比，然后拟定机械传动系统方案。然后拟定机械传动系统方案。 4、对传动机构和主要执行机构进行运动尺、对传动机构和主要执行机构进行运动尺寸计算。寸计算。 1 1） 连杆机构根据题目要求设计定出尺寸连杆机构根据题目要求设计定出尺寸, , 并绘出运动线图。并绘出运动线图。 2 2） 凸轮机构
19、运动规律自定，按凸轮机构运动规律自定，按 。要求画出从动件位移、速度、加速度曲线要求画出从动件位移、速度、加速度曲线 和凸轮和凸轮廓线。廓线。 3 3） 齿轮机构要求计算一对变位齿轮，参数齿轮机构要求计算一对变位齿轮，参数、尺寸自定。（校核尺寸自定。（校核sa和和 e ea a ) )。 5、完成上述图纸计算后写一份说明书（完成上述图纸计算后写一份说明书（ 10 10页左右）。要求见指导书。页左右）。要求见指导书。四、方案分析四、方案分析: :1.1.镦料机构镦料机构: :要求执行构件移动要求执行构件移动, ,并具有急回特性并具有急回特性. .2.2.校直进料机构校直进料机构: : 要求进料过
20、程有间歇要求进料过程有间歇, ,可用槽轮可用槽轮. .棘轮棘轮机构机构, ,校直用两摩擦轮压挤成形校直用两摩擦轮压挤成形. .3.3.切断送料切断送料: : 要求送料过程也有间歇要求送料过程也有间歇, ,也可将料切断也可将料切断由一个机构控制由一个机构控制. .进料进料镦镦料料4.4.脱模机构脱模机构: :直动从动件盘形凸轮机构直动从动件盘形凸轮机构, ,接触形式自定接触形式自定. .5.5.联接机构联接机构: : 用皮带用皮带. .齿轮将上述所有机构都联接齿轮将上述所有机构都联接上上, ,使之能够协调配合使之能够协调配合. .题目题目2:2:健身球自动分类机设计健身球自动分类机设计 设计直径
21、为设计直径为f40f46f40f46的健身球自动检验分的健身球自动检验分类机的运动方案简图类机的运动方案简图. .要求：要求：分类机应将健身球按分类机应将健身球按直径直径分分为为三类三类f40f42f40f42f42f44f42f44f44f46f44f46分类机中应有的工艺动作分类机中应有的工艺动作为为三部分三部分1 1）送料）送料2 2）检测）检测3 3）接料）接料一、工作原理及工艺动作一、工作原理及工艺动作: :工艺动作工艺动作为：为： 检球转速检球转速: :n制钉制钉=60rpm. .电机转速电机转速: :n电电=1440rpm。 分检健身球的三种尺寸分检健身球的三种尺寸: :小球小球
22、40 42mm;中球中球42 44mm; 大球大球 44 46mm. 要求送料滑块的行程要求送料滑块的行程H50mm，此分检机应为纯机械式的。此分检机应为纯机械式的。第一级减第一级减速用皮带速用皮带。第二、三级减速用齿轮等第二、三级减速用齿轮等二、原始数据及设计要求二、原始数据及设计要求: :三、设计任务三、设计任务: : 1 1、按工艺要求拟定、按工艺要求拟定分检机分检机运动方案简图和直运动方案简图和直线式运动循环图线式运动循环图, ,画在画在2 2号图纸上。号图纸上。 2 2、按工艺要求排出按工艺要求排出分检机分检机的功能、工艺动作的功能、工艺动作及执行机构框图。及执行机构框图。 3、按给
23、定的原始数据及参数算出总传动比按给定的原始数据及参数算出总传动比，进行传动比分配，校核误差，机械传动系统方案。进行传动比分配，校核误差，机械传动系统方案。 4、对传动机构和主要执行机构进行运动尺、对传动机构和主要执行机构进行运动尺寸计算。寸计算。 1 1） 凸轮机构要求上机计算，运动规律自定。凸轮机构要求上机计算，运动规律自定。要求画出从动件位移、速度、加速度曲线和凸轮廓要求画出从动件位移、速度、加速度曲线和凸轮廓线。画线。画1 1张张3 3号图。号图。 2 2） 齿轮机构要求计算一对变位齿轮，参数齿轮机构要求计算一对变位齿轮，参数、尺寸自定。校核尺寸自定。校核sa和和 e ea a。 3 3
24、） 其他机构要求画其他机构要求画1 1张张3 3号图，在说明书中。号图，在说明书中。 5、完成上述图纸计算后写一份说明书（完成上述图纸计算后写一份说明书（ 15 15页页左右）。要求见指导书。左右）。要求见指导书。四、可行性方案提示四、可行性方案提示: :f40f42f40f42f42f44f42f44f44f46f44f46送料机构送料机构检测机构检测机构接料机构接料机构1可变动送料机构，将此机构做成转盘可变动送料机构，将此机构做成转盘 可变动检测机构可变动检测机构送料机构送料机构运动方案设计图凸轮机构1、自行设计升程和转角的关系2、求r0。按 max对移动从动件=30o对摆动从动件=40o
25、 45o对于 max，等速：s=0；=0；余，正，等加：Vmax/ max3、 r050mm凸轮轴半径4、必须校核 max5、起始点为升程起始点。曲柄滑块机构注意：画一个一般位置代表各杆长。画注意：画一个一般位置代表各杆长。画S时，30度度一个一个间隔，隔，两个极限位置必须标出，两个极限位置必须标出，a图不画。不画。变位齿轮设计1、内容全部写在说明书上2、采用角度变位传动（取主减速器中的一对齿轮）即3、z1、z2自选，m=24mm为标准模数。(z1=1722)4、计算3高（ha、hf、h），4圆（d、da、df、db），3弧长（s、e、p），节圆直径（d1、 d2 ）。5、对于一对齿轮要计算a,保证1.2,小齿轮齿顶厚Sa(0.250.4)m6、必须计算最小变位系数，选择的变位系数xxmin；7、保证中心距为2或5的倍数；8、一对齿轮变位系数和要计算得出，由书213页图找出x1。根切限制线根切限制线选择变位系数界限图选择变位系数界限图选择变位系数界限图选择变位系数界限图
