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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 机械原理课程设计指导书机械设计制造及自动化等专业适用北京林业高校工学院机械设计教研室 司慧北京市高等学校训练教学改革立项项目专项资助2007-342022年 3 月名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录目 录 . 2第 1 章 概述 . . 41.1 机械原理课程设计的目的和任务. . 41.1.1 课程设计目的 . . 41.1.2 课程设计任务 . . 41.2 课程设计所采纳方法. . 4课程设计详细要求 . . 5 任务书 . . 5 目录 . . 6 实
2、习 . 6 要求 . . 7 实习地点 . . 7 第 2 章 设计示范 . . 8 概述 . 8 方案设计实例 . . 8牛头刨床传动方案设计；. . 8方案评判准就 . . 102.2.3 蛙式打夯机和2K-V 型行星传动机构方案设计简介. 102.3 用解析法进行机构的运动综合和分析复数矢量法. 12牛头刨床主体机构的设计 . . 122.3.2 导杆机构的运动分析 . . 132.3.3 运算流程图 . . 142.4 应用图解法进行平面机构的运动综合和分析. 14设计题目 . . 142.3.2 设计要求 . . 142.4.2 机构简图和已知数据 . . 142.4.3 设计步骤
3、. . 15第 3 章 课程设计题目、原始数据及要求. . 173.1 课程设计题目 . . 17 要求 . 17牛头刨床主体机构的设计. . 17自动包装机传动系统的争论和设计 . . 182 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 自行车制动系统及传动系统的争论和综合. . 18机械手传动机构的争论与设计4 个不同机械手. 18缝纫机送布机构等的争论与设计. . 19多功能清洁车的争论与设计 . . 19摆式运输机的设计 插床主体机构的设计. . 19 . . 203.2.9 齿轮机构的设计 . . 21关于自选题目
4、 . . 22第 4 章 课程设计成果评判体系. . 224.1 方案、图纸和设计报告评判 . . 224.1.1 方案分析与评判 . . 224.1.2 图纸评判 . . 22设计报告评判 . . 224.2 成果评定 . . 22第 5 章 往届同学的设计感想. . 23机械设计感想 . . 23机械原理课程设计感想 机械原理课程设计感想 机械原理课程设计感想 机械设计课程设计感想. . 27 . . 28 . . 29 . . 303 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第1章 概述机械原理课程设计是机械类各专
5、业同学第一次课程设计,是重要的实践性教学环节,对于培育同学气械系统运动方案设计和创新设计才能、有着特别重要意义；解决工程实际中机构分析和设计才能等1.1 机械原理课程设计的目的和任务 课程设计目的 1综合运用机械原理课程的理论和实践学问,分析和解决与本课程有关的实际问题,促进所学理论学问的稳固、深化和归纳；2培育同学的创新设计才能、综合设计才能与团队协作精神；3加强同学动手才能的培育和工程实践的训练,综合和工艺制作等实际工作才能；提高同学针对实际需求进行创新思维、4提高同学运算、绘图、表达、运用电脑、搜集和整理资料才能；5为将来从事技术工作打基础；1.1.2 课程设计任务结合一个简洁或中等复杂
6、程度的机械系统,让同学依据使用要求和功能分析,开拓思路,敢于创新, 奇妙地构思其工作原理和挑选工艺动作过程；由所挑选的工作原理和工艺动作过程综合应用所学过的各类常用机构的结构组成、运动原理、 工作特点及应用场合等学问,进行机构的选型、创新与组合,构思出各种可能的运动方案,并通过方案评判、优化挑选,选择最正确方案； 就所挑选的最正确运动方案,应用电脑帮助分析和设计方法也可以使用图解法进行机构尺度综合和运动分析；由运动方案和尺度综合结果绘制机构系统运动简图；课程设计所采纳方法机械原理课程设计的方法原就上可以分为两类；1） 图解法运用某些几何关系式或已知条件等,通过几何作图求得结果,所需尺寸可直接从
7、图上量取；其显著优点是可以将分析和综合结果清晰地表示在图纸上,直观、形象、 便于检查正确与否；缺点是作图繁琐,精度不高；2） 解析法以机构参数来表达各构件间的函数关系,建立机构的位置方程或机构的封闭环路方程,解方程求得未知量；利用电脑可以运算大量重复工作,快速获得运算结果,且精度较高,能解决较复杂问题；以上两种方法各有特点,可以互为补充；4 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 课程设计详细要求机械原理课程设计最终上交的材料为图样,设计或争论报告以及编写的程序等；图样主要包括的内容为运动方案中的机构系统运动简图及其运动
8、循环图,图解及解析 法分析和设计的某些机构位置图；要求图样比例合适、布置合理、线条分明、清晰精确、曲线光滑,运动副等符号符合国家标准；设计或争论报告内容主要包括,设计任务书与给定条件、题目及设计争论背 景分析、资料搜集与整理、机构系统运动方案的论证与比较、某些机构分析与设计的原理与方法、分析思路、运算程序及其说明、运算结果分析、收成与体会、参考文献等,详细 内容与格式如下；1.3. 如自拟题目 自拟题目的设计参数需要依据背景调查,结合设计自行拟定；1.3. 1绘制整机工作的运动循环图 2设计减速系统 3设计执行机构 1.3. 1设计报告正文中包含：必要的图示说明、解析式推导过程 编制程序的流程
9、框图 解析式与程序中的符号对比表 源程序清单 打印结果含量纲的数表、图形2设计报告格式要求 word 打印设计报告标点符号正确,无错别字,用语标准 C 语言或其它进行运动分析与受力分析 excel或其它打印数表与曲线 cad 绘制机构运动简图 Flash、 PPT或 Inventor 或其它表现运动情形；3课程设计报告装订次序 统一格式的封皮 统一格式的任务书 统一格式的目录正文5 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 设计总结心得体会、建议等言简意赅统一格式的参考文献机器简介 1机器功能简介 2设计参数 3设计任务
10、绘制整机工作的运动循环图设计减速系统 1运算减速比 2传动方案：构思 2-3 种方案,绘制传动简图 3安排各级减速比,说明过载爱护装置 4设计齿轮传动 对其中的齿轮机构进行变位传动设计,编程运算主要几何尺寸,校核啮合性能 设计执行机构如刨床主传动机构 1运动方案论证 至少构思 3 个运动方案,绘制机构示意图 选定运动方案,设计机构运动尺寸,绘制机构运动简图 2机构运动分析 如凸轮机构设计：设计从动件运动规律,初选基圆半径等,设计凸轮廓线,校 核压力角、曲率半径,输出最终结果 绘制输出构件的位移、速度、加速度图 运动分析后对运动方案的修正与说明 3机构受力分析主传动机构有此项内容运算等效驱动力矩
11、、等效阻力矩 绘制等效驱动力矩、等效阻力矩图 设计飞轮转动惯量,确定电动机功率 受力分析后对运动方案修正与说明 设计总结 参考文献1.4 实习实习环节是学完机械原理课程后对机器的再行熟悉,使同学对机器设备有较完整的认 识；但设计时不能依靠这些设备,即不能完全抄袭现有设备；要有自己的构思和创新点；6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.4.1 要求1机器动力源、工作原理、主要技术参数如生产率、电机型号、电机转速、电机 功率、适应参数范畴等；2包含哪些执行机构,执行机构自由度是多少；3从电机到执行构件的传动比是多少,
12、传动方案等；4分析存在的不足,不拘泥于“ 机械、机构” 的争论范畴,尝试从功能角度提出改 良创意；1.4.2 实习地点主要实习地点为金工厂及试验室工 402；7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第 2 章 设计示范2.1 概述提高产品的科技含量和技术创新水平,就需要提高对产品设计和开发的才能,加强对产品设计技术的争论；英国从 20世纪 60岁月开头, 就以国家政策和财力来支持进展与推广设计新技术；德国提出“ 设计就是科学” ,且其设计学的进展已初具规模；美国设有“ 设计委员会” ；日本同样也特别重视设计技术的进展
13、,将设计看作是技术、经济、美学和人机学的一体化整体,并极力推广和采纳新技术,从而大大提高了机械产品在国际市场的竞争力；争论把握产品创新设计的理论与方法,并应用于产品设计中,提高产品综合设计技术,通过制造,使设计的产品能够在产品质量、价格、交货期及功能、款式 造型、颜色 等方面满意用户不断进展的需求,供应优质高效、 价廉物美的产品,才能在猛烈的市场竞争中取得优势,赢得用户,取得较好的经济效益；机械产品的设计开发,第一是机械系统方案的创新构思和设计；机械系统方案设计的好坏,对产品设计的成败起打算性作用,对保证机械能否完成预定的功能,能否正常、稳固、牢靠地工作及工作质量的优劣都是特别关键的；胜利的设
14、计往往是基于系统方案的突破和创新,系统方案设计是富有制造性的工作；机械系统方案设计是一项综合的、复杂的、涉及知识面和体会等因素的任务,它有规可循,但无定律可守； 它需要宽广的学问积存,需要丰富的实践体会支持,更需要思维扩展、发散和创新意识；机械原理作为机械工程专业的一门技术基础课,帮忙同学明白、 熟悉机械的基本工作原理,懂得和把握机械的共性的基本结构组成、功能特点等理论学问,把握机构运动学和机器动力学的基本理论学问和分析方法,成对机构的选型、组合、变异和演化的设计才能,进而建立对机械系统运动方案的构思和设计才能；机械原理课程与其它机类的专业基础课相比,特殊强调创新训练,培育创新意识和创新才能,
15、把创新训练渗透到各个教学环节,贯穿整个培育过程； 特殊是通过生动的案例分析,激发同学的爱好和创新欲望,从而加强培育创新意识,激发创新精神；2.2 方案设计实例2.2.1 牛头刨床传动方案设计；已知数据：曲柄转速nAB90r/min ,刀架行程H,行程速比系数K1.2 ；如下图,可以归纳出下面八种传动方案；8 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 5 方案 6 方案 7 方案 8 图 2-1 牛头刨床传动方案设计分析9 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共
16、32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表 2 1 牛头刨床运动方案评判方案构件数目运动副数目高副数目最大压力角项目1 6 7 0 较小2 6 7 0 较小3 6 7 0 中等4 4 4 0 较大5 6 7 0 较大6 6 7 0 中等7 3 3 1 中等8 5 5 1 中等2.2.2 方案评判准就1从实现功能的质量考虑,机构应尽可能工作构件在工作行程有较平稳的速度,且速度应可调；同时仍要保证机构具有较小的压力角；2从结构的合理性、经济性考虑,机构应简洁,构件数目和运动副数目越少造价越低；对于运动副型式来说,低副能传递较大的力,且制造简洁, 而高副可以精的确现给定运动规律,但
17、加工困难,易磨损,不能传递较大的力；表 2-1 为从构件数目、 运动副数目、 高副数目、 最大压力角四个方面对八种牛头刨床运动方案进行评判的情形；由于机械压力角的大小不但由传动方案打算,仍与机构尺寸有关,在仅给出机构外形尺寸、刨头行程和行程速比系数的情形下,只能定性地对各个方案中的压力角大小进行比较,所以以较小、中等、较大来表示各方案中最大压力角的大小程度；方案7、8 采纳了凸轮机构,凸轮机构能得到抱负的运动规律,但凸轮制造困难且不宜用在切削阻力较大的场合；方案 5、6 中的机构是由两个四杆机构串联得到的,两级机构都有压力角存在,其传力性能不抱负；方案 4 最简洁,但最大压力角较大；方案 1、
18、2、3 采纳导杆机构串联滑块机构的形式,由于导杆机构压力角为零,所以机构压力角仅由后一级基本机构的压力角打算；这其中,方案1、2 的最大压力角可以取得较小值,是较抱负的方案；进一步考虑,由于移动副与转动副相比,其摩擦阻力较大、协作精度低、易产生楔紧及自所现象,因此,具有较少移动副的方案 1 更抱负；除了以上从传力性能和结构的经济性方面进行评判外,仍要评判方案实现刨头具有平稳工作速度的质量；因此,挑选方案 1、3、4、5,利用电脑帮助分析绘出运动线图,通过四种运动线图的比较,方案 1、3可以实现较平稳的运动速度,而方案 4的速度最不平稳；2.2.3 蛙式打夯机和 2K-V 型行星传动机构方案设计
19、简介1蛙式打夯机蛙式打夯机是回转件不平稳状态的有效利用10 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 一偏心重锤形成的不平稳质量,产生一个较大的离心惯性力,当其向上时, 带动夯靴提升离开地面, 向前时拉动打夯机向前移动,向下时以其离心惯性力与夯机的重力形成合力借助夯靴冲击打实地面； 仅仅简洁的在回转件上加这个偏心重锤,既实现了打夯功能,又起到移动夯机的作用,这一机械系统的运动方案构思可谓奇妙之作；图 2-2 蛙式打夯机22K-V型行星传动机构如图 2-3 所示,是2K-H型行星传动与 K HV型行星传动复合组合而成的一种
20、新型行星传动机构； 第一从总体结构上看,由12 4一H形成 2KH型结构, 即以 2个中心轮 1 和4 和一个行星架 H为基本构件, 所以具有 2KH型的架体结构； 认真分析其内部结构,主要传动结构H 一 34一V仍属于 KH 一V型,只是将原始单一转臂中心输入变为多个分布的转臂 H 旁路输入,行星轮的自转直接由多个分布的转臂 H 同步传递到输出构件 V上；这里 2KH 中的行星架 H不再是一般的行星架,而是KH 一V中的输出构件 V；因此从机构的详细组合来分析,这不是 2KH型与 KHV型的一般串联, 也不是这两者的简洁的并联组合,而是两者的一种奇妙的结合； 这种组合方式与串联和并联既有相同
21、处又有不同处,所以是一种复合；这样的复合机构不能再用现有的行星机构类型来表示,所以按库氏的分类方法来表示,称之为 2KV型较为合适；按啮合特点来分类,2K V型传动机构仍属于 NW 型；在机构组合上, 由于是 NW 的啮合方式 负号机构 ,具有高效率的特点,内啮合又采纳了少齿差的减速方式,可获得大的传动比,形成紧凑的小体积结构；所以在机构组合上,兼顾了2KH负号机构的高效率和少齿差的大速比特点；这种机构组合可谓是机械系统运动方案设计中一个胜利的创新；图 2-3 2K-V 型行星传动机构简图11 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 32 页精选学习资料 - - - - -
22、- - - - 2.3 用解析法进行机构的运动综合和分析复数矢量法2.3.1 牛头刨床主体机构的设计1原始数据如下：曲柄转速 nAB90r/min刀架行程 H机架长度 AC2导杆机构主体机构的综合依据方案设计,挑选方案1；=m由行程速比系数K 运算极位夹角K1 18010K12.10 18016 .3636012.1由刀架的行程H运算导杆长度,导杆的摆角CD1 2H20 .32/2 1 .124sin 16.0 3636sin2曲柄长度 AB ABACsin2. 363600. 0925mAB.065sin162AB.0092m连杆长度 DE DE DE 为了使连杆 GF的中点,如图CD.02
23、5 CD.0251. 1240. 281m.028mDE和滑枕之间传力良好,保证传动角尽量最大,可取滑枕的运动轴线位于 2-4 所示,即CDcos2yE2 myE1. 11812 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - H ExEL E G F ED xER DDB A BBYE C 图 2-4 牛头刨床主体机构的综合2.3.2 导杆机构的运动分析1 位置分析j1. E xE 4 由封闭矢量图可写出位置方程r.ej.3rACjrABeBC和.EyEjrCDej3rDEe. j4 1C 1 B YE X2 速度分析：将位
24、置方程对时间求导；3 加速度分析：分别将速度方程对时间求导；A 3 图 2-5 牛头刨床运动分析13 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.3.3 运算流程图start 输入 :AC,AB,CD,DE,yE, 1, 14 , x E1= 5I /180 1= 5I /180 位置分析：式 1 2 , r BC, 2速度分析：加速度分析：输出运动分析结果End 2.2.4 电算程序略2.4 应用图解法进行平面机构的运动综合和分析2.4.1 设计题目以插床主体机构为例,如图 2.3.2 设计要求2-6 所示,说明运动
25、综合和分析的步骤、方法；2.3.2.1 依据给定的行程速比系数,综合插床的主体机构；2.3.2.2 对插床主体机构进行运动分析：写出运动分析的数学模型,运算流程和运算程序,并上机运算,打印运算结果,并利用运算结果绘出滑枕的运动线图可用坐标纸S ,V ,a ；利用图解法对机构的两个位置进行运动分析,将解析法和图解法的结果进行比较；2.4.2 机构简图和已知数据该机构是由曲柄1,滑块 2,导杆 3,连杆 4 和装刀具的滑块5 以及机架6 所组成；当2曲柄 2 以等角速度1回转时,滑枕5 往复移动,从而带动刀具进行工作；已知数据见表2；表 22 插床主题机构设计原始数据符号LODH BD/BC K
26、1单位mm mm 1 2 rad/s 数据150 150 1 14 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.4.3 设计步骤2.4. 依据已知条件,进行综合见图2-6 1求曲柄 OA长度运算极位夹角 ：1800K1600OAAD, OAD为直k1选取比例尺l：取 OD 50mm,代表 LOD,当导杆在两个极限位置时,角三角形,由图1 可知, ,那么OAODsin2OAODsin2OA25mm 2或由图中直接取OA 25mm；H由比例尺物理量/ 代表物理量的线段长；于是,l LOD/OD,l 0.15 m / 50m
27、m ,l / mm；曲柄实际长度 LOAOA l ；按给定的冲程H,确定 BD杆的长度LBD；当导杆在两个极限位置时,C1C2之间的距离即为冲程H,对应 B1B2之间距离也是图解得 H50mm；由图中几何关系可得H2,BD50mm5 C2 BDsin2于是, LBDBD l , LBD；C1 4 F B1 H G B2 3 D /2 /2 2 A2 1 1 A1O 6图 2-6 插床主机构15 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3确定导路的位置为使滑枕5 在整个行程中有较小压力角,滑枕的导路应通过FG的中心,如图
28、2 6 所示；4选取适当比例尺,绘制机构运动简图例如取曲柄 LOA的图长为 25mm,就曲柄长为 25mm 0.003 ；绘制机构运动简图如图 27 所示；注：曲柄回转一周共取 12 个位置,每个同学绘制四个位置,假如 A2图纸,曲柄图长 OA可以取 50mm；2.3. 用相对运动图解法进行运动分析1 求机构上各点的速度VA1VA2LOA1,VA1,VA2的方向垂直于OA,指向与1相同；VVA0.075m/s1A2VVA3A2可解；VA3A2./DA.V3DVAVA3D.DA.VB利用影像法求得；V C V B V CB. CB 可解；选适当比例尺做速度都多边形四个位置,如图 28 所示；2.
29、3.4.3 求机构上各点的加速度略B10 B8 5 C2C10 C8 C4P B2 4 B43 D 6 5 4 3 2 l0.003mmmA2 1O 1 1 0 7 8 6 11 9 10 图 27 机构位置图 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - a1 a2 p b a3p c b p a 3c p a1 a 2 a 3c a1 a 2 b c a 3b a1 a2 图 28 机构在 2、 4、 8、10 四个位置的速度图 V-1/mm第 3 章 课程设计题目、原始数据及要求课程设计题目课程设计题目如下表；每
30、个组自选题目,班内不要选重复；表 31 课程设计题目序号题目名称实习地点备注1 牛头刨床主体机构的分析与设计金工厂2 自动包装机传动系统的争论与设计工 402 3 自行车掌握系统和传动系统的争论与设计金工厂4 机械手传动机构的争论与设计4 个题目工 402 5 缝纫机送布机构等的争论与设计工 402 6 缝纫机缝纫机构等的争论与设计工 402 7* 多功能清洁车的争论与设计工 402 8 自选题目9 参赛题目10 摆式运输机的设计11 插床主体机构的设计12 *齿轮机构设计注：全部题目以班级进行划分,每班3.2.1 牛头刨床主体机构的设计3 人一组,每组二个题目,其中齿轮机构设计为必做题目；要求题目：牛头刨床主体机构的设计 , 见设计示范 . 要求 : 1 牛头刨床机构运动简图 1 #图纸 ；#图纸 ；2 导杆机构的设计 1 3 导杆机构的运动分析 分析方法不限 ；4 运算流程图；5 电算程序；17 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.2.2 自动包装机传动系统的争论和设计自动包装机在工 402；要求：1） 明确包装机的功能及传动线路；2） 测绘包装机传动系统主要尺寸,挑选适当比例绘制机器运动简图；3） 绘制该机器的工作循环图；4） 测定传动系统主要运动参