机械基础综合课程设计(秦).ppt

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1、机械基础综合课程设计,机械工程学院 秦 伟,一、课程设计的目的、机械原理、机械设计是高等学校工科机械类和机电类专业学生的主干技术基础课程，在培养工科学生的综合素质、机械设计和创新能力方面占有不可替代的重要地位。与课程配套的机械基础课程综合设计是学生首次较全面地进行机械系统方案设计、运动学设计、动力学分析、零部件工作能力设计和结构设计的一个十分重要的实践性教学环节。,第一节 课程设计的目的、任务和要求,培养学生综合运用所学的课程理论知识去分析和解决工程实际问题的能力，使所学知识得到巩固和发展 初步具有机械系统运动方案设计、运动学设计、动力学分析以及强度和结构设计的能力 加强现代设计方法与手段的掌

2、握与应用 提高计算和绘图能力，具有运用设计标准、设计规范、设计手册、设计图册和查阅有关技术资料、表达设计成果、书写技术报告及科学研究论文的能力 培养创新意识与能力,机械产品设计的一般进程,二、课程设计的任务 进行机械系统运动方案设计和执行系统、传动系统零部件的工作能力和结构设计。,机械系统运动方案设计包括：执行系统的方案设计 根据机械系统的工作要求，确定执行系统的工作原理 拟定工艺动作和执行构件的运动形式 进行执行机构的选型与组合 进行执行系统的协调设计，绘制工作循环图 进行执行机构的尺度设计，绘制机构运动简图 进行机械动力学性能分析，设计调速飞轮 对执行系统运动方案进行评价与决策,原动机类型

3、的选择和传动系统的方案设计 选择原动机的类型和主要参数，确定传动系统的总传动比 选择机械传动装置的类型，拟定传动链的布置，分配各级传动比，确定各级传动机构的基本参数，对方案进行评价和决策 执行系统、传动系统零部件工作能力和结构设计 进行执行系统、传动系统主要零部件的结构设计和强度校核计算,三、课程设计的要求 了解机械产品设计过程和要求，以机械总体设计为出发点，采用系统分析的方法，合理确定机械运动方案和结构布局。以所学知识为基础，针对具体设计题目，充分发挥自己的主观能动性，独立完成课程设计分配的各项任务，并注意与同组其他同学进行协商与协调。在确定机械工作原理、构思机械系统运动方案等过程中，要有意

4、识地采用创新思维方法，设计出原理科学、方案先进、结构合理的机械产品。对设计题目进行深入分析，注意收集相关资料，通过分析比较，发挥自己的创造性，提出几种可行的运动方案。,正确使用课程设计参考资料和标准规范，认真计算和绘图，力求设计图样符合国家标准，计算结果正确。在条件许可时，尽可能多采用计算机辅助设计技术，完成课程设计中分析计算和图形绘制。在课程设计过程中应注意将方案构思、机构分析以及设计计算等所有工作都仔细记录在笔记本上，便于形成设计计算说明书。,一、课程设计的一般过程 1.了解设计任务 机械设计任务通常以设计任务书的形式提出。设计任务书详细规定了机械的用途、主要性能参数、工作环境条件、生产指

5、标和成本预算等。学生应首先对设计题目进行分析，了解设计任务和要求。,第二节 课程设计的一般过程与注意事项,2.机械系统运动方案设计 根据设计任务书的要求，广泛收集同类机器或相近机械的性能参数、使用情况、优缺点等技术资料和数据，进行机械系统运动方案设计。机械系统运动方案取决与机械的工作原理。完成同一生产任务的机器，可以有多种工作原理和运动方案，而同一种方案，有可以有不同的组合。设计者应根据具体要求，充分发挥自己的创造能力，设计出效率高、工作可靠、成本低的运动方案。机械运动方案设计的主要内容包括拟定机械的工作原理，确定执行构件的数目和运动形式，选择原动机类型，执行机构的选型与组合，绘制机构运动示意

6、图等。,3.机械运动设计 根据设计任务书的要求，对拟定的运动方案进行尺度综合，以满足根据该机械的用途、功能和工艺要求而提出的执行构件的运动规律、运动位置或轨迹等要求。机械运动设计的内容包括确定机构的主要尺寸，绘制机构运动简图，分析机构运动，绘制机械运动循环图等。在机械运动设计中，如果经过运动分析发现，所选择的运动方案没有满足或没有完全满足预期的运动要求，应修改运动方案，或调整构件尺寸、进行结构变异等，重新对机构进行运动分析。,4.机械动力设计 在机械运动设计基础上，确定作用在机械系统各构件上的载荷并进行机械的功率计算和能量计算。机械动力设计的内容包括动态静力分析，功能关系、真实运动规律求解，速

7、度波动的调节和机械的平衡计算等。根据机械各执行构件上承受的载荷性质和大小，考虑机械系统效率，计算出机械的输出功率，然后确定原动机应有的功率、转速，从而选择适宜的原动机型号。,5.机械传动系统设计 机械传动系统的功能是将原动机的转速和转矩进行传递和变换，以满足执行机构对速度和力的要求。传动系统通常有带传动、链传动以及各种齿轮传动组成。机械传动系统设计的具体内容是根据执行机构对输入运动和动力的要求以及机械的用途、工作环境、成本、效率等条件，选择合适的传动类型及其组合顺序，分配总传动比，并依据原动机的额定功率(或工作机所需功率)和转速，算出机械各传动轴的转矩(或力)、转速(或速度)。,6.主要零部件

8、工作能力设计 对执行系统和传动系统中的非标准零部件，进行工作能力和结构设计。设计时应根据机械零部件的工况条件和主要失效形式，选定零件的材料和热处理方式，依据设计准则，确定其合理的几何形状和结构尺寸，绘制机械装配图和零件工作图。在零部件工作能力和结构设计中，常需要进行强度计算、刚度计算、稳定性计算和热平衡计算等。,7.编写设计计算说明书 编写设计计算说明书是对整个设计工作的整理和总结，是课程设计的最终成果之一，是老师了解设计、审查设计是否合理的重要技术文件，也是评定课程设计成绩的重要依据。,二、课程设计的注意事项 1.机械设计是一个循序渐进、逐步完善和提高的过程。是一项复杂的系统工程，要从机械系

9、统整体需要考虑。设计和计算、绘图和校核、完善和提高，以及方案设计与结构设计常常需要交叉进行。2.巩固机械设计基本技能，注重设计能力的培养。机械设计内容繁多，所有的设计内容都要求设计者将其明确无误地表达为图样或软件形式，并经过制造、装配，才能成为产品。机构设计、工作能力计算和结构设计是机械设计中必备知识和基本技能，同学们应自觉加强理论与工程实践的结合，掌握认识、分析、解决问题的基本方法，提高设计能力。,3.机械基础综合课程设计题目多选自工程实际中的常见问题，设计中有很多前人的设计经验可供借鉴。同学们应注意了解、学习和掌握前人的设计经验，同时又要发挥主观能动性，勇于创新，锻炼发现问题、分析问题和解

10、决问题的能力。4.在设计过程中，注意先总体设计，后零部件设计；先概要设计，后详细设计；先运动设计，后结构设计。遇到设计难点时，要从设计目标出发，在满足巩固能力和工作环境要求的前提下，首先解决主要矛盾，逐渐化解其他矛盾；提倡使用成熟软件和计算机辅助设计。5.正确处理传统设计与创新设计的关系，优先选用标准化系列化产品，力求做到技术先进，安全可靠，经济合理，使用维护方便。,第三节 课程设计常用方法特点,机械基础综合课程设计的任务总体上可分为机械系统运动方案设计和零部件的结构设计两大部分，这两大部分也是机械产品设计的主体内容，其设计的常用方法可划分为传统设计方法和现代设计方法两大类 一、传统设计方法的

11、特点 以理论计算和长期设计实践而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比方法等进行设计，即传统设计，又称常规设计。传统设计在长期运用中不断得到完善，是符合当代技术水平的有效设计方法。,传统设计是以静态分析、经验设计、手工劳动为特征的设计方法，设计结果的近似性较大，难以获得最优方案,设计带有一定的局限性。二、现代设计方法的特点 科学技术的飞速发展和计算机技术的普及应用，给机械设计带来了革命性的突变。随着科技发展，新工艺、新材料的出现，微电子技术、信息处理技术及控制技术等对机械产品的渗透和有机结合，与设计相关的基础理论的深化和设计思想的更新，使机械设计跨入了现

12、代设计阶段，该阶段使用的新兴理论和方法称为现代设计方法。,现代设计方法的主要特点 研究设计的全过程 突出设计者创造性 用系统工程处理人机环境的关系 寻求最优的设计方案和参数 动态的、精确的分析和计算机械的工作性能 将计算机全面引入设计全过程,机械设计常用现代设计方法优化设计可靠性设计 计算机辅助设计有限元法动态设计虚拟设计 协同设计,一、执行系统的方案设计 1.执行系统的功能原理设计 确定产品工作原理的设计，即根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现所需的功能要求。实现某种预期的功能要求，可以采用多种不同的工作原理。不同的工作原理，需要不同的工艺动作，所设计出的机械其性能、结构、工作

13、品质、适用场合等都会有很大的差异，这必须根据更具体的工作要求，如强度、精度寿命以及产量、效率、成本、环保等诸多因素综合考虑确定，同时尽可能在满足要求的前提下多采用几个方案。,第四节 机械系统运动方案设计,功能原理设计的多解性,将一叠纸张逐一分开,重 力,离心力,摩 擦,推 刮,粘 力,静 电,气 吹,气 吸,自动输送料板装置的功能原理设计,气吸,要求吸头做L形运动，需要附加的气源,气吸,要求吸头做L形运动，需要附加的气源,自动输送料板装置的功能原理设计,机械推拉,运动规律简单，但要求料板必须有一定的厚度,需要实现摩擦板的接近料板运动、送料运动和回退运动等，规律复杂,摩擦传动,自动输送料板装置的

14、功能原理设计,摩擦传动,需要实现摩擦轮的接近料板运动、送料运动和回退运动等，规律复杂,2.执行系统的运动规律设计 实现同一工作原理，可以采用不同的运动规律。运动规律设计通常是对工艺方法和工艺动作进行分析，把其分解成若干个基本动作。工艺动作分解的方法不同，所形成的运动方案也不同。,刀具作复合运动,刀具与工作台分别运动,立式钻床工艺动作分解,工作原理不同，运动方案也不同。,齿轮加工,范成原理,仿形原理,工作原理相同，运动方案不同。,齿轮加工,插 齿,滚 齿,直线运动,曲线运动,复合运动,往复摆动,回转运动,每分钟转数 rpm,由两个以上单一运动合成,间歇转动,停歇往复直线运动,停歇单向直线运动,沿

15、可变曲线运动,连续转动,沿固定曲线运动,往复直线运动,每分钟转位次数、转角大小、运动系数,每分钟摆动次数、转角大小、行程速度变化系数,每分钟行程数、大小、行程速度变化系数,每次进给量的大小,每循环停歇次数、位置、时间、行程大小和工作速度,3.执行机构型式设计 实现同一种运动，可以选用不同型式的机构。所谓机构型式设计，是指究竟选择何种机构来实现上述运动。例如，为了实现刀具的上下往复运动，既可以采用齿轮齿条机构、螺旋机构；也可以采用曲柄滑块机构、凸轮机构；还可以机构组合或结构变异创造发明新的机构等。究竟选择哪种机构，还需要考虑机构的动力特性、机械效率、制造成本。,设计原则 满足执行构件所需的运动形

16、式、运动规律或运动轨迹方面的要求。尽量简化和缩短运动链，选择较简单的机构 实现同样的运动要求，应尽量采用构件数和运动副数最少的机构。这样可以降低制造费用，减轻机械重量；减少运动副摩擦带来的功率损耗，提高机械效率；有利于减少运动链的累积误差，提高传动精度和工作可靠性；有利于提高机构的刚性。,精确直线导向机构,近似直线导向机构,在同一制造精度条件下，前者的实际传动误差约为后者的23倍。,冲压床传动系统配置,尽量减小机构的尺寸 在满足工作要求的前提下，希望机械结构紧凑、尺寸小、重量轻。机械的尺寸和重量，随机构型式设计的不同而有较大差别。例如，在相同的运转参数下，行星轮系的尺寸和重量较定轴轮系显著减小

17、；在从动件移动行程较大的情况下，采用圆柱凸轮要比盘形凸轮尺寸更为紧凑。,滑块行程为曲柄长度的2倍,滑块行程为曲柄长度的4倍,选择合适的运动副形式 运动副在机械传递运动和动力的过程中起着重要作用，它直接影响到机械的结构形式、传动效率和灵敏度等。,用转动副代替移动副,采用高副易于实现执行构件较复杂的运动规律或运动轨迹，而且有可能减少构件数和运动副数，从而缩短运动链。缺点是高副元素形状复杂且易于磨损，一般用于低速轻载场合。,用高副机构实现复杂的运动规律,考虑动力源的形式 选择合适的动力源，有利于简化机械结构和改善机械性能。在进行执行机构型式设计时，应充分考虑工作要求、生产条件和动力源情况。常用原动机

18、类型 电动机 内燃机 液压马达、液压缸 气压马达、气压缸等,选择电动机作为动力源,选择往复式油缸作为动力源,使执行系统具有良好的传力条件和动力特性 进行执行机构的型式设计时，应注意选用具有最大传动角、最大增力系数和效率较高的机构。机构中若有虚约束，则要求提高加工和装配精度，否则将会产生很大的附加内应力，甚至会产生楔紧现象而使运动发生困难，因此应尽量避免采用虚约束。若为了改善受力状况、增加机构刚度等而必须引入虚约束时，应注意结构、尺寸设计的合理性。对高速运转机构中作往复平面运动或平面复杂运动的大惯性质量构件、或有较大偏心质量的转动构件，应考虑进行平衡设计。,存在4个过约束,存在3个过约束,存在1

19、个过约束,不存在过约束,使机械具有调节某些参数的能力 在某些机械的运转过程中，有些运动参数(如行程)需要经常调节；在另外一些机械中，为了安装调试方便，也需要机构中有调整环节。方法 选择具有两个自由度的机构，将其中一个原动件作为主原动件，驱动机构实现工艺动作所要求的运动，另一个原动件作为调节原动件，当调整到需要位置后，使其固定不动，整个机构成为具有一个自由度的系统。,保证机械的安全运转 进行机构的型式设计时，应考虑机械的安全运转问题，防止发生机械损坏出现生产和人身事故的可能性。例如，采用具有过载保安性的带传动或摩擦传动机构防止机械的过载损坏；设置具有自锁功能的机构防止起重机械的起吊部分在重物作用

20、下自行倒转等。,机构的选型 利用发散思维的方法，将前人创造发明出的数以千计的各种机构按照运动特性或动作功能进行分类，然后根据设计对象中执行机构所需要的运动特性或动作功能进行搜索、选择、比较和评价，选出执行机构的合适型式。,按照执行构件所需的运动特性进行机构选型,啮合传动机构,连杆机构,传递连续转动机构,摩擦传动机构,摩擦轮传动,蜗杆传动,链传动,齿轮传动,平行四边形机构,带传动,双曲柄机构,不完全齿轮机构,齿轮连杆机构,单向间歇转动机构,槽轮机构,凸轮式间歇运动机构,棘轮机构,按照执行构件所需的运动特性进行机构选型,凸轮机构,螺旋机构,传递往复运动机构,正弦机构,多杆机构,正切机构,曲柄滑块机

21、构,组合机构,齿轮齿条机构,液压缸、气缸,连杆机构,按照执行构件所需的运动特性进行机构选型,齿轮连杆组合机构,联动凸轮机构,再现轨迹机构,连杆机构,凸轮连杆组合机构,按照执行构件所需的运动特性进行机构选型,按照动作功能分解与组合原理进行机构选型,基本机构的功能符号,举例 设计题目 精锻机主机构 总功能 当加压执行构件(冲头)上下运动时，能锻出较高精度的毛坯。空间约束条件 驱动轴必须水平布置。,基本功能 运动形式变换 转动变换为移动,运动轴线变向 水平轴运动变换为铅垂方向运动,运动位移或速度缩小 减小位移量(或速度)，实现增力要求,基本功能结构,组合机构方案总数 N63216,精锻机组合机构方案

22、,机构的构型 当已有机构不能完全实现预期的要求，或虽能实现功能要求但存在结构复杂、运动精度不当、动力性能欠佳或占据空间较大等缺点时，设计者可先从常用机构中选择一种功能和原理与工作要求相近的机构，然后在此基础上重新构筑机构的型式。,扩展法 在原有机构基础上增加基本杆组，构筑出新的机构型式，可在不改变机构自由度的情况下，增加或改善机构的性能。,以摆动导杆机构为基本机构，在导杆延长线上的一点连接一个RRP级组，形成六杆机构，增加了执行构件滑块的行程，且具有工作行程近似等速的优点。,组合法 将几种基本机构用适当方式组合，来实现基本机构不易实现的运动或动力特性。串联组合 特点 前一级子机构的输出构件，作

23、为后一级子机构的输入构件，依次串联。,I型串联 后一级子机构的主动件为前一级子机构的一个连架杆。,II型串联 后一级子机构的主动件为前一级子机构的连杆。,齿轮连杆组合机构,并联组合 特点 两个或多个子机构并列布置。,I型并联,并联机构,II型并联,抓片机构采用了联动凸轮机构，通过两凸轮的联动作用，使抓片爪按矩形轨迹运动，从而达到间歇抓片的目的。,III型并联,装配线采用了联动凸轮机构，使笔芯托架沿着矩形轨迹运动，从而达到使圆珠笔芯步进式地向前送进的目的。,复合式组合 特点 将一个多自由度机构(称基础机构)中的某两个构件的运动用另外一机构(称约束机构)将其联系起来，使其成为一个单自由度机构的组合

24、。,基础机构为一个2自由度5杆机构，约束机构为槽凸轮机构(其中槽凸轮固定不动)。只要适当设计凸轮的轮廓曲线，就能使从动滑块按预定的复杂规律运动。,校正原理蜗杆主动，因制造误差使蜗轮运动精度达不到要求，由误差设计一凸轮机构，并驱动蜗杆轴移动，使其得到一附加运动，以校正误差。,反馈式组合 特点 多自由度机构(称基础机构)中的一个输入运动是通过单自由度机构从该多自由度机构的输出构件回馈的。,变异法 通过运动副形状、尺寸和位置安排上的变化生成新的机构型式。运动倒置 即机架变换。如四杆机构经过运动倒置能生成不同功能的机构；定轴齿轮机构经过运动倒置后可生成行星齿轮机构。,运动副变换 例如，转动副变异为移动

25、副、高副变异为低副、低副变异为高副等。,改变运动副元素的接触性质 移动副变异为滚滑副,构件形状变异,正弦机构变异,可调廓线凸轮,构件形状变异,4.执行系统的协调设计 一部复杂的机械，通常由多个执行构件及执行机构组合而成。当选定执行构件及其运动后，还必须使这些执行构件的运动以一定的次序协调动作，使其统一于一个整体，互相配合，以完成预期的工作要求。执行系统的协调设计，就是根据工艺过程对各动作的要求，分析各执行构件应如何协调和配合，设计出协调配合图。这种协调配合图通常称为机械的运动循环图，作为选择执行机构型式和拟定机械运动方案的依据。它具有指导各执行机构和控制系统的设计、安装和调试的作用。,执行系统

26、协调设计原则 满足各执行机构动作先后的顺序性要求 满足各执行机构动作在时间上的同步性要求 满足各执行机构在空间布置上的协调性要求 满足各执行机构在操作上的协同性要求 各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率 各执行机构的的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高,执行构件动作的协调配合,送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压,冲头上移一段距离后，进行下次送料动作,执行构件动作的协调配合,送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压,冲头上移一段距离后，进行下次送料动作,执行构件动作的协调配合,送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压,冲头上移一段距离后，进行下次送料

27、动作,执行构件动作的协调配合,送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压,折叠包装机构的两个执行构件的协调配合,饼干,2,折叠包装机构的两个执行构件的协调配合,饼干,2,1,3,4,折叠包装机构的两个执行构件的协调配合,折叠包装机构的两个执行构件的协调配合,饼干,2,1,3,4,折叠包装机构的两个执行构件的协调配合,两个构件不能同时位于区域MAB中，以免干涉。,折叠包装机构的两个执行构件的协调配合,执行构件运动速度的协调配合 范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。,执行构件运动速度的协调配合 范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。,执行构件运动速度的协调配合 范

28、成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。,执行构件运动速度的协调配合 范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。,执行构件运动速度的协调配合 范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。,执行构件运动速度的协调配合 范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。,执行系统协调设计方法 确定机械的工作循环周期 确定机械在一个运动循环中各执行构件的各个行程段及其所需时间 确定各执行构件动作间的配合关系,机械运动循环图 用于描述机械在一个运动循环中各执行构件运动间相互协调配合的图。通常选取机械中某一主要的执行构件为参考构件，以生产工艺的起始点作为运动循环的起始点，据此确定其

29、它执行构件的运动相对于参考构件的先后次序和配合关系。,机械运动循环图形式 直线式 圆周式 直角坐标式,圆周式工作循环图,图示单缸四冲程内燃机的工作循环图。曲轴为参考构件，转动两转为一个工作循环。,直角坐标式工作循环图,饼干包装机工作循环图中，横坐标表示参考构件的转角，纵坐标表示执行构件的转角。,5.方案评价与决策评价指标 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 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

30、复杂性等,评价方法评分法针对评价目标中各个项目，选择一定的评分标准和总分计分法对方案的优劣进行评价。,建立评价体系,选择评分标准,对各个项目进行评分,选择总分计分法，计算总分,选取高分者为优选方案,选择评分方法,二、原动机的选择,三、传动系统的方案设计 1.设计过程 确定传动系统总传动比 选择传动类型 拟定传动链布置方案 分配传动比 确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计算传动系统的各项运动学和动力学参数 绘制传动系统运动简图,绳传动,挠性(件)传动,2.传动类型选择类型与特点,摩擦轮传动,圆形齿轮传动,挠性啮合传动,带传动,机械传动,摩擦传动,单级齿轮传动,齿轮系传动,同步齿形带传动,

31、螺旋齿轮传动,蜗杆蜗轮传动,圆锥齿轮传动,圆柱齿轮传动,定轴轮系传动,周转轮系传动,链传动,非圆齿轮传动,行星轮系传动,差动轮系传动,啮合传动,液压、液力传动 利用液压泵、阀、执行器等元件实现的传动 气压传动 以压缩空气为工作介质的传动 电气传动 利用电动机和电气装置实现的传动,选择原则 执行系统的工况和工作要求与原动机的机械特性相匹配 考虑工作要求传递的功率和运转速度 有利于提高传递效率 尽可能结构简单的单级传动装置 考虑结构布置 考虑经济性 考虑机械安全运转条件,第五节 机械基础综合课程设计题目,牛头刨床外形图,一、牛头刨床机械系统 1.工作原理 牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金

32、属切削机床，多用于单件或小批量生产。,第五节 机械基础综合课程设计题目,牛头刨床外形图,一、牛头刨床机械系统 1.工作原理 为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。,一、牛头刨床机械系统 1.工作原理 刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。,第五节 机械基础综合课程设计题目,牛头刨床外形图,皮带传动(机构)小皮带轮2、皮带3和大皮带轮4(包括轴，

33、轴承、机架等)齿轮机构 齿轮6和10(或13和16，18和19，36和37等),牛头刨床结构组成,2.结构组成,2.结构组成,牛头刨床结构组成,螺旋机构螺杆46和螺母47摆动导杆机构大齿轮19(包括销钉20)，滑块21、导杆22，滑块24等凸轮机构凸轮33和从动件35(包括滚子34),2.结构组成,牛头刨床结构组成,棘轮机构扇形齿轮37，棘爪38和棘轮39,3.设计要求与技术条件,刨刀每分钟往复移动的次数可调，最小的每分钟往复移动次数为15次(第一档)，最大为80次(第六档)，共六档，相邻两档每分钟往复移动次数之比理论上应相等；刨刀的行程H 150650mm，可用人工无级调节；刨刀在一定范围内

34、可随小刀架实现手动无级垂直进给；刨刀往复运动的起始位置，在一定范围内可用人工无级调节；工作台自动实现横向进给，且进给量可由人工无级调节；,为了提高生产效率，要求刨刀的往复切削运动具有急回特性。当刨刀取最常用行程(400450mm)时，其行程速度变化系数K控制为1.41.5；第四档时，刨刀的行程H400450mm，刨刀的切削力不超过4200N，刨刀的切入、切出空行程均为5%H；许用速度不均匀系数 0.05；工作行程，切削平稳(刨刀切削速度尽可能近似为常数)。,3.设计要求与技术条件,4.设计任务,完成主执行机构、进给机构和传动系统的选型与设计计算，选择原动机，拟定机械传动方案，确定传动系统各轮齿

35、数和模数，画出机构运动简图和转速图；按工艺要求进行协调设计，画出主执行机构和进给机构的工作循环图；对主执行机构和进给机构用解析法进行运动分析，用相对运动图解法对主执行机构的一个位置加以验证，并根据计算机计算结果画出刨刀位移图，速度图和加速度线图；用图解法对主执行机构的一个位置进行动态静力分析。各构件的质量，质心的位置和过质心轴的转动惯量由设计者类比确定；,对指定零部件进行强度、结构设计，画出装配图及部分零件图；根据机电液一体化策略和现代控制(包括计算机控制)理论，大胆提出一种或一种以上与该机现有传统设计不同的创新设计方案。,4.设计任务,5.提交材料 设计计算说明书一份(含解析法计算结果与相应

36、线图)；1号图一张(主执行机构的运动分析和动态静力分析)；3号图一张(凸轮机构设计图和运动循环图)。3号图(或3号图)一张(含机械系统传动方案设计图，转速图)；1号图一张(传动装置装配图)；3号图一张(齿轮轴工作图)；3号图一张(大齿轮工作图)。,6.部分参考资料,主执行机构参考方案数据(长度单位mm),二、自动送料冲床,1.工作原理 自动送料冲床用于冲制、拉延薄壁零件。冲床的执行机构主要包括冲压机构和送料机构，其工作原理为：上模先以较大速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成型工作，然后上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模以后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环

37、。,2.结构组成 冲压机构 送料机构 传动系统,以电动机作为动力源，下模固定，从动件（执行构件）为上模，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等特性；,3.设计要求与技术条件,机构应具有较好的传力性能，工作段的传动角 大于或等于许用传动角 40；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)；生产率为每分钟70件；上模的工作段长度L30100mm，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；,3.设计要求与技术条件,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F15000N，其它阶段所受的阻力

38、F0 50N；行程速度变化系数K 1.5。送料距离H60 250mm。机器运转速度波动系数 不超过0.05。,3.设计要求与技术条件,对机构进行动力分析时，为方便起见，所需参数值建议按如下方式选取：,设连杆机构中各构件均为等截面均质杆，其质心在杆长的中点，而曲柄的质心则与回转轴线重合；设各构件质量按40kg/m计算，绕质心的转动惯量按2kgm2/m计算；转动滑块的质量和转动惯量忽略不计，移动滑块的质量设为36kg；传动装置的等效转动惯量(以曲柄为等效构件)设为30kgm2。,3.设计要求与技术条件,完成冲压机构、送料机构和传动系统的选型，拟定机械传动方案，确定电动机的功率和转速，进行传动系统中

39、齿轮传动设计(确定各轮齿数和模数)和皮带传动设计 按工艺要求进行冲压机构、送料机构的协调设计，画出执行机构的工作循环图；确定冲压机构、送料机构运动学参数，绘制机构运动简图。对冲压机构和送料机构用解析法进行运动分析，用相对运动图解法对冲压机构的一个位置加以验证，并根据计算机计算结果画出上模位移图，速度图和加速度线图；用图解法对冲压机构的一个位置进行动态静力分析。,4.设计任务,对指定传动部件进行强度、结构设计，画出装配图及部分零件图；根据机电液一体化策略和现代控制(包括计算机控制)理论，大胆提出一种或一种以上与该机现有传统设计不同的创新设计方案。,4.设计任务,5.提交材料 设计计算说明书一份(

40、含解析法计算结果与相应线图)；1号图一张(主执行机构的运动分析和动态静力分析)；3号图一张(凸轮机构设计图和运动循环图)。3号图(或3号图)一张(含机械系统传动方案设计图，转速图)；1号图一张(传动装置装配图)；3号图一张(齿轮轴工作图)；3号图一张(大齿轮工作图)。,6.部分参考资料,第六节 执行机构的尺度设计及计算机辅助分析,一、牛头刨床主执行机构的尺度设计,180(K1)/(K 1)LAB LACsin(/2)H EE DD,LCD(H/2)/sin(/2)L LCDcos(/2)h/2工作行程 BB空回行程 BB,实验法 要求AB、DE均为曲柄，两者转速相同，转向相反，在曲柄转角(1/

41、31/2)的范围内转动时，从动件滑块在L60mm范围内等速移动，且其行程H 150mm,二、自动送料冲床冲压机构的尺度设计,作一直线为滑块导路，在其上取长为L的线段，将其等分，的分点F1、F2、F5；选取LCF为半径，以Fi为圆心作弧得K1、K2、K5；,二、自动送料冲床冲压机构的尺度设计 步骤,选取LDE为半径，在适当位置上作圆，在圆上取圆心角为的弧长，将其与L对应等分，得分点D1、D2、D5；选取LDC为半径，以Di为圆心作弧，与K1、K2、K5对应交于C1、C2、C5；,二、自动送料冲床冲压机构的尺度设计 步骤,取LBC为半径，以Ci为圆心作弧，得L1、L2、L5；在透明白纸上作适量同心

42、圆弧，由圆心引5条射线等分；将作好的透明纸覆在Li曲线族上移动，找出对应交点B1、B2、B5，得曲柄长LAB及铰链中心A的位置；,二、自动送料冲床冲压机构的尺度设计 步骤,检查是否存在曲柄及两曲柄转向是否相反。同样，可先选定LAB的长度，确定LDE和铰链中心E的位置。也可先选定LAB、LDE和A、E点的位置，其方法与上述相同。,二、自动送料冲床冲压机构的尺度设计 步骤,参考尺寸 LABLDE 100mm LAE 200mm LBCLDE 283mm LCF430mm A点与导路的垂直距离为162mm，E点与导路的垂直距离为223mm。,二、自动送料冲床冲压机构的尺度设计,运动分析,将曲柄运动一

43、周的360分为12等份，得分点B1、B2、B12，针对曲柄的每一位置，求得C点位置，可以得到C点轨迹，然后可以逐个位置分析滑块速度和加速度。,由图可以看出，滑块在F4F8这段近似等速，这个速度约为工作行程最大速度的40%。,机构的行程速度变化系数为,运动分析,三、平面连杆机构常用运动分析子程序 曲柄运动分析 void crank(int n1,int n2,float r,float theta,float w,float a)虚参说明(全部为输入参数)n1曲柄回转中心点编号 n2曲柄上待求点编号 r曲柄长度 theta曲柄转角 w曲柄角速度 a曲柄角加速度 输出参数 存入pi j、vp i

44、j、ap i j(i 曲柄上待求点编号；j 0存放X分量值，j 1存放Y分量.标值)程序调用示例 crank(1,2,LAB,Phi,Omg,Alf),RRR级组运动分析,int kp21(int m,int n1,int n2,int n3,float r1,float r2,float&th1,float&th2)int kv21(int m,int n1,int n2,int n3,float r1,float r2,float&th1,float&th2,float&w1,float&w2)int ka21(int m,int n1,int n2,int n3,float r1,flo

45、at r2,float&th1,float&th2,float&w1,float&w2,float&a1,float&a2)虚参说明 输入参数,m装配模式 n1、n2参考点(外接运动副点)编号 n3待求点(内接运动副点)编号 r1，r1杆件长度,RRR级组运动分析,输出参数 th1，th2杆件角位移 w1，w2杆件角速度 a1，a2杆件角加速度,RRR级组运动分析,int kp21(int m,int n1,int n2,int n3,float r1,float r2,float&th1,float&th2)int kv21(int m,int n1,int n2,int n3,float

46、r1,float r2,float&th1,float&th2,float&w1,float&w2)int ka21(int m,int n1,int n2,int n3,float r1,float r2,float&th1,float&th2,float&w1,float&w2,float&a1,float&a2)虚参说明,程序调用示例 ka21(1,3,2,4,L1,L2,Theta1,Theta2,Omg1,Omg2,Alf1,Alf2),RRR级组运动分析,int kp21(int m,int n1,int n2,int n3,float r1,float r2,float&th1,

47、float&th2)int kv21(int m,int n1,int n2,int n3,float r1,float r2,float&th1,float&th2,float&w1,float&w2)int ka21(int m,int n1,int n2,int n3,float r1,float r2,float&th1,float&th2,float&w1,float&w2,float&a1,float&a2),RRP级组运动分析,m装配模式 n1参考点(外接运动副点)编号 n2参考点(滑块导路上选定点)编号 n3待求点(滑块中心点)编号,RRP级组运动分析,int kp22(int

48、 m,int n1,int n2,int n3,float r1,float&r2,float&th1,float beta)int kv22(int m,int n1,int n2,int n3,float r1,float&r2,float&th1,float beta,float&w1,float vbeta,float,&vr2)int ka22(int m,int n1,int n2,int n3,float r1,float&r2,float&th1,float beta,float&w1,float vbeta,float&vr2,float&a1,float abeta,flo

49、at&ar2)虚参说明 输入参数,RRP级组运动分析,r1连杆长度 beta滑块导路与水平线夹角 vbeta滑块导路角速度 abeta滑块导路角加速度,int kp22(int m,int n1,int n2,int n3,float r1,float&r2,float&th1,float beta)int kv22(int m,int n1,int n2,int n3,float r1,float&r2,float&th1,float beta,float&w1,float vbeta,float,&vr2)int ka22(int m,int n1,int n2,int n3,float

50、r1,float&r2,float&th1,float beta,float&w1,float vbeta,float&vr2,float&a1,float abeta,float&ar2)虚参说明 输入参数,RRP级组运动分析,int kp22(int m,int n1,int n2,int n3,float r1,float&r2,float&th1,float beta)int kv22(int m,int n1,int n2,int n3,float r1,float&r2,float&th1,float beta,float&w1,float vbeta,float,&vr2)int