机械原理课程设计任务书2015 (1).doc

机械原理课程设计任务书

设计题目一：四工位专用机床

1. 工作原理及工艺动作过程
四工位专用机床是在四个工位上分别完成工件的装卸、钻孔、扩孔、铰孔工作的专用加工设备。专用机床旋转工作台有四个工作位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（如图2所示），分别对应工件的装卸、钻孔、扩孔和铰孔。主轴箱上装有三把刀具，对应于工位Ⅱ的位置装钻头，Ⅲ的位置装扩孔钻，Ⅳ的位置装铰刀。刀具由专用电动机驱动绕其自身轴线转动。主轴箱每向左移动送进一次，在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔工作。当主轴箱右移（退回）到刀具离开工件后，工作台回转90º，然后主轴箱再次左移，这时，对其中每一个工件来说，它进入了下一个工位的加工，依次循环四次，一个工件就完成装、钻、扩、铰、卸等工序。由于主轴箱往复一次，在四个工位上同时进行工作，所以每次就有一个工件完成上述全部工序。
机床的执行动作有两个：一是装有工件的回转工作台的间歇转动；二是装有三把专用刀具的主轴箱的往复移动（刀具的转动由专用电机驱动）。两个执行动作由同一台电机驱动，工作台转位机构和主轴箱往复运动机构按动作时间顺序分支并列，组合成一个机构系统。
机床外形可参考图1，外形总体尺寸可用于检查所设计机构能否装入机体内部。

图1 专用机床外形及尺寸

2. 原始数据及设计要求
1） 刀具顶端离开工作表面65mm，快速移动送进60mm后，再匀速送进60mm（包括5mm刀具切入量、45mm工件孔深、10mm刀具切出量，如右图所示），然后快速返回。回程和进程的平均速度之比为K。
2） 刀具匀速进给速度为v，工件装卸时间t。
3） 机床生产率W。
4） 执行机构及传动机构能装入机体内。
5） 传动系统电机为交流异步电动机，功率1.5Kw，转速960r/min。

题号
1
2
3
4
5
6
K
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2
v （mm/s）
2.5
2.4
2.3
2.2
2.1
2
t≤（s）
20
18
16
14
12
10
W（件/h）
60
65
70
75
80
90
回转台的间歇转动
槽轮机构
不完全齿轮机构
凸轮间歇运动机构
主轴箱的往复移动
圆柱凸轮机构
盘形凸轮机构
凸轮－连杆机构

3. 设计方案提示
1） 回转台的间歇转动，可采用槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构。
2） 主轴箱的往复移动，可采用圆柱凸轮机构、移动从动件盘形凸轮机构、凸轮－连杆机构、平面连杆机构等。
3） 由生产率可求出一个运动循环所需时间T后，按照K、v值分配刀具匀速送进60mm所需时间t1以及刀具其余移动（包括快速送进60mm，快速返回120mm）所需时间t2，保证回转工作台静止时间大于工件装卸所需时间t。
4. 设计任务
1） 按工艺动作过程拟定运动循环图。
2） 进行回转台间歇转动机构、主轴箱刀具移动机构的选型，并进行机械运动方案的评价和选择。
3） 按照指定机械运动方案，根据电机参数和执行机构运动参数计算各构件运动尺寸。
4） 按比例绘制机械运动方案简图。
5） 编写设计说明书。（用B5纸张，封面用标准格式）
设计题目二：糕点切片机

1． 工作原理及工艺动作过程
糕点先成型（如长方体、圆柱体等）经切片后再烘干。糕点切片机要求实现两个动作：糕点的直线间歇移动和切刀的往复运动。通过两者的动作配合进行切片。改变直线间歇移动速度或每次间歇的输送距离，以满足糕点的不同切片厚度的需要。
2． 原始数据及设计要求
糕点厚度：10~20mm。
糕点切片长度（亦即切片高）范围：5~80mm。
切刀切片时最大作用距离（亦即切片宽度方向）：300mm。
切刀工作节拍：40次/min。
工作阻力很小。要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。
电机选用功率0.55KW（或0.75KW）、1390r/min。
3． 设计方案提示
糕点切片机要求完成两个动作：
a) 糕点的直线间歇运动；
b) 切刀的直线往复运动。
配合完成切片，并能改变间歇运动的速度或间歇的输送距离，来完成糕点不同的切片厚度。
切刀的往复直线移动可采用连杆机构、凸轮机构、齿轮齿条、组合机构等，切削速度较大时，切片刀口会整齐平滑，因此切刀运动方案的选择很关键，切口机构应力求简单实用、运动灵活和运动空间尺寸紧凑等。
糕点的直线间歇运动可选择连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构等。直线间歇运动机构如何满足切片长度尺寸的变化要求，是需要认真考虑的。调整机构必须简单可靠，操作方便。是采用调速方案，还是采用调距离方案，或采用其它调整方案，均应对方案进行定性分析比较。
间歇机构必须与切刀运动机构工作协调，即全部送进运动应在切刀返回过程中完成。需要注意的是，切口有一定的长度（即高度），输送运动必须在切刀完全脱离切口后方能开始进行，但输送机构的返回运动则可与切刀的工作行程在时间上有一段重叠，以利提高生产率，在设计机器工作循环图时，应按照上述要求来选择间歇运动机构的设计参数。
题号
1
2
3
4
5
6
糕点直线间歇运动
凸轮机构
凸轮机构
槽轮机构
槽轮机构
棘轮机构
棘轮机构
切刀直线往复运动
连杆机构
连杆机构
凸轮机构
凸轮机构
凸轮-连杆
组合机构
凸轮-连杆
组合机构
4． 设计任务
1）根据工艺动作顺序和协调要求拟订运动循环图。
2）进行输送间歇运动、切刀往复直线运动的选型，并进行机械运动方案的评价和选择。
3）根据选定的电机和执行机构的运动参数以及指定机械传动方案画出机械运动方案示意图。
4）对机械系统和执行机构进行尺寸设计。
5）画出机构运动简图。
6）对间歇机构和往复运动机构进行运动分析，绘制从动件的位移、速度、加速度曲线图。
8）编写设计说明书。（用B5纸张，封面用标准格式）

设计题目三：步进送料机

1． 工作原理及工艺动作过程
步进送料机为自动生产线的一部分。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a，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。考虑到动停时间之比K=t1/t2之值较特殊，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，而应设计平面连杆机构。
2． 原始数据及设计要求
1）电机驱动，即必须有曲柄。步进送料机一般至少包括连杆机构和齿轮机构二种常用机构。
2）输送架平动，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a，允差±c（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b，以免零件停歇时受到输送架的不应有的回碰。有关数据见表。
4）在设计图中绘出机构的四个位置，AB段和CDE段各绘出两个位。需注明机构的全部几何尺寸。

设计数据
题号
a
（mm）
c
（mm）
b
（mm）
t1
（s）
t2
（s）
1
300
20
50
1
2
2
300
20
55
1
2
3
350
20
50
1
3
4
350
20
55
1
3
5
400
20
50
2
4
6
400
20
55
2
4
3． 设计方案提示
1）由于设计要求构件实现轨迹复杂并且封闭的曲线，所以输出构件采用连杆机构中的连杆比较合适。
2）由于对输出构件的运动时间有严格的要求，可以在电机输出端先采用齿轮机构进行减速。如果再加一级蜗杆蜗轮减速，会使机构的结构更加紧凑。
3）由于输出构件尺寸较大，为提高整个机构的刚度和运动的平稳性，可以考虑采用对称结构（虚约束）。
4． 设计任务
1）设计传动系统并确定其传动比分配。
2）画出步进送料机的机构运动方案简图和运动循环图。
3）对平面连杆机构进行尺度综合，并进行运动分析；验证输出构件的轨迹是否满足设计要求；求出机构中输出件的速度、加速度，画出机构运动线图。
4）编写设计计算说明书。 （用B5纸张，封面用标准格式）
设计题目四：弓形锯床主传动及工作机构设计

1． 工作原理及工艺动作过程
弓形锯床是工厂常用的锯切下料机床，金属料固定在机床的卡钳中。电动机通过传动装置经曲柄滑块机构使装有锯条的锯弓作往复运动，进行锯切；锯架绕一支点摆动以实现进给。它结构简单、体积小，但由于回程时不进行切削，故效率较低。为减少回程的摩擦、磨损和功耗，锯床常配有液压缸在回程时抬起锯架，使锯条脱离工件，而在工作行程落下锯架，进行锯切。
工艺动作为：“落下－向前锯切－抬起－往回急回”。其中“抬起—落下”动作本次不作设计要求。

2． 原始数据及设计要求
弓形锯床工作参数见表，切削时切削力Fr视为常数，工作时有中等冲击，使用折旧期10年，每天一班制工作，工作环境为室内，三相交流电源，曲柄滑块机构的效率为0.9，顶起液压缸驱动功率约占输出功率的15%，为提高效率要求往复切削运动具有急回特性，行程速比系数K=1.2。一般机械制造厂制造，中批量生产。
(1)要求弓形锯床结构简单、紧凑、工作可靠，造价较低；
(2)弓形锯往复频率误差不大于±5%；
(3)机构的最小传动角不小于40°。
弓形锯床工作参数
题号
1
2
3
4
5
6
最大锯料直径mm
160
160
220
250
250
280
锯条行程mm
100
140
152
152
140
135
切削速度m/s
0.28
0.26
0.48
0.45
0.45
0.5
切削力N
850
900
2100
2200
2200
1700
往复频率1/min
85
92
75
91
80
63
锯条长度mm
350
350
450
500
500
450
3． 设计方案提示

1-小齿轮  2-大齿轮  3-连杆 4-摆动锯架  5-滑块6-液压缸
4． 设计任务
(1)拟定工作机构和传动系统运动方案，并进行多方案对比分析，选出优秀方案。
(2)画出机构系统运动方案简图；
(3)工作行程中，对从动大齿轮每转30°时，对工作机构各位置进行运动和动力分析；
(4)完成主传动部分设计，绘制齿轮传动装置（若第一级为V带传动则含大带轮）运动简图；
(5) 编写设计说明书1份。（用B5纸张，封面用标准格式）
设计题目五：洗瓶机
1． 工作原理及工艺动作过程
洗瓶机如图所示，待洗的瓶子放在两个同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转。当推头M把瓶子推向前进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净。当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。

2． 原始数据及设计要求
洗瓶机的技术要求见表。
题号
瓶子尺寸
（直径×长）
mm×mm
工作行程
mm
生产率
个/s
急回系数k
电动机转速
r/min
1
100×200
600
15
3
1440
2
80×180
500
16
3.2
1440
3
60×150
420
18
3.5
960
4
80×200
550
20
2.8
1440
5
100×150
400
15
2.6
960
6
60×180
650
14
2.4
960

3． 设计方案提示
分析设计要求可知：洗瓶机主要由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。设计的推瓶机构应使推头M以接近均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱离瓶子，然后，推头快速返回原位，准备第二个工作循环。
根据设计要求，推头M可走图示轨迹，而且推头M在工作行程中应作匀速直线运动，在工作段前后可有变速运动，回程时有急回。

实现本题要求的机构方案有很多，可以选择设计连杆机构，也可用多种机构组合来实现。
在设计组合机构时，一般可首先考虑选择满足轨迹要求的机构（基础机构），而沿轨迹运动时的速度要求，则通过改变基础机构主动件的运动速度来满足，也就是让它与一个输出变速度的附加机构组合。
1.凸轮－铰链四杆机构方案
铰链四杆机构的连杆2上点M走近似于所要求的轨迹，M点的速度由等速转动的凸轮通过构件3的变速转动来控制。由于此方案的曲柄1是从动件，所以要注意渡过死点的措施。

2.凸轮-全移动副四杆机构
全移动副四杆机构是两自由度机构，构件2上的M点可精确再现给定的轨迹，构件2的运动速度和急回特征由凸轮控制。这个机构方案的缺点是因水平方向轨迹太长，造成凸轮机构从动件的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大。

4． 设计任务
1）洗瓶机应包括齿轮、平面连杆机构等常用机构或组合机构。
2）设计传动系统并确定其传动比分配。
3）画出机器的机构运动方案简图和运动循环图。
4）设计组合机构实现运动要求，并对从动杆进行运动分析。也可以设计平面连杆机构以实现运动轨迹，并对平面连杆机构进行运动分析。绘出运动线图。
5）其他机构的设计计算。
6）编写设计计算说明书。（用B5纸张，封面用标准格式）
设计题目六：游戏机机构运动方案设计
1． 工作原理及工艺动作过程
某游乐场所游乐项目：在暗室中，让画有景物的屏幕（观众可以看见屏幕上的景物），由静止逐渐开始左右晃动，晃动的角度由小变大，并越来越大，最后屏幕旋转起来，转数周后，屏幕渐趋静止。
由于观众在暗室中仅能看见屏幕上的景物，根据相对运动原理，观众将产生一个错觉，他不认为是屏幕在晃动，反而认为是自己在晃动，并且晃动的越来越厉害，最后竟旋转起来，这是一个有惊无险的游乐项目。
现要求设计一机械传动装置，使屏幕能实现上述运动规律。
2． 原始数据及设计要求
屏幕由静止开始晃动时的摆角为φ，每分钟晃动次数n1，屏幕由开始晃动到出现整周转动，历时t，转n2圈后，屏幕又渐趋静止。
利用三相交流异步电动机驱动，其同步转速为n，功率约1kw。要求屏幕摆动幅度应均匀增大或稍呈加速的趋势。
题号
φ
n1(次/min)
t(min)
n2
n(r/min)
1
30°
20
2
15
1000
2
45°
18
2
12
1500
3
60°
16
2
10
1000
4
75°
14
3
15
1500
5
90°
12
3
12
1000
6
105°
10
3
10
1500

3． 设计方案提示
参考方案如图所示，由电动机通过一级带传动、一级蜗杆传动带动一曲柄摇杆机构ABCD，再通过一级齿轮传动带动屏幕左右晃动。

为了改变屏幕晃动幅度的大小，使之逐渐增大，并最终使屏幕作连续回转，可采用如下三种方法来实现：
l）摇杆长度不变，逐渐增大曲柄AB的长度。
2）曲柄长度不变，逐渐缩短摇杆CD的长度。
3）同时改变曲柄和摇杆的长度，但这样将使结构复杂，不足取。
为在不停车的状态下改变曲柄或摇杆的长度，以下两种方案可供参考。

4． 设计任务
1）至少提出两种传动方案，然后进行方案分析评比，选出一种传动方案进行设计。
2）确定电动机的型号。
3）设计传动系统中各机构的运动尺寸，并绘制出机构运动简图。
4）作必要的运动分析和动力分析。
5）设计V带传动和蜗杆传动，对所用到的齿轮进行强度计算，确定其尺寸。
6）进行传动系统结构设计，绘制其装配图。
7）编写课程设计说明书。