第13章 机械原理课程设计题目汇编1

第第 1313 章章 机械原理课程设计题目汇编机械原理课程设计题目汇编 近几年来，随着机械原理课程教学改革的不断深入，机械原理课程设计的重点应放在机 械系统运动方案的构思和设计上，以激发和培养学生的创新意识和创新设计能力,这已成为 共识。本书从这一认识出发，并根据机械原理课程教学基本要求中对机械原理课程设计 提出的要求，汇编了二十个课程设计题目，供教师选用和参考。 13.1 四工位加工机床的刀具进给系统和工作台转位系统设计四工位加工机床的刀具进给系统和工作台转位系统设计 (1) 功能要求及工艺动作分解提示 1) 总功能要求 实现对工件的装卸、钻孔、扩孔、铰孔。 2) 工作原理及工艺动作分解提示 四工位加工系统的工作原理及工艺动作分解如图 13.1 所示。该系统由安装工件的回转 工作台和装有刀具的主轴箱及传动部分组成。工作台有四个工位，能绕自身回转轴线作间歇 转动。主轴箱上装有三把刀具，对应工作台位置装钻头，位置装扩孔钻头，位置装铰 刀。刀具的旋转运动由主轴箱系统提供，主轴箱能实现静止、快进、进给、快退的工艺动作。 主轴箱完成一次静止、快进、进给、快退的循环运动，在四个工位上分别完成相应的装卸、 钻孔、扩孔、铰孔工作，在刀具退出工件期间，工作台完成一次回转 90 度的转动。依次循 环四次，一个工件就完成了装、钻、扩、铰、卸等工序。 (2) 原始数据和设计要求 1) 刀具顶端离开工件表面 65mm 开始动作(图 13.2)，快速移动 60mm 距工件 5mm 时匀 速送进 60mm，然后快速返回，回程和工作行程的平均速比(行程速度变化系数)K2。 2) 刀具匀速进给速度为 2mm/s；工件装卸时间不超过 10s。 图 13.1图 13.2 2 3) 生产率为每小时约 74 件。 (3) 运动方案构思提示 1) 工作台的间歇转动可采用槽轮机构、不完全齿轮机构，曲柄摇杆棘轮机构、蜗杆凸 轮间歇机构、圆柱凸轮间歇机构等。 2) 主轴箱的移动可采用移动推杆圆柱凸轮机构、移动推杆盘形凸轮机构、摆动推杆盘 形凸轮与摇杆滑块机构、曲柄滑块机构、带滑块的六杆机构等。 3) 传动部分的二级减速可采用带、链、蜗杆、齿轮、行星和摆线针轮传动等。 4) 四工位加工系统外形长宽高为 150012001000。 (4) 建议完成的设计工作量 1) 本题设计时间为一周。 2) 根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3) 按工艺动作过程拟定运动循环图。 4) 构思系统运动方案(至少二个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 5) 对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 6) 绘制系统机械运动方案简图。 7) 编写设计说明书。 13.2 铁板输送机设计铁板输送机设计 (1) 功能要求及工艺动作分解提示 1) 总功能要求 间断输送成卷的板料，每次输送铁板到达规定的长度后，铁板稍停，以待剪板机将其剪 断。 2) 工作原理及工艺动作分解提示 要满足上述的总功能要求，必须从下述两个方面考虑机器的工作原理和分功能要求，从 而选择合适的机构。 a) 如何夹持和输送铁板，并在停歇时保持铁板的待剪位置； b) 如何实现间歇送进，并能使铁板停歇时，运送铁板的构件的速度和加速度曲线仍然 连续，使整个机构的运转比较平稳。 (2) 原始数据和设计要求 1) 每次输送铁板长度为 1900、2000 或 2200mm(设计时任选一种)； 2) 剪断工艺所需时间约为铁板输送周期的 1/15，要求铁板停歇时间不超过剪断工艺 时间的 1.5 倍，以保证有较高的生产率； 3) 输送机构运转应平稳，振动和冲击应尽量小(即要求输送机构从动件的加速度曲线连 续无突变)。 (3) 运动方案构思提示 3 执行构件的间歇送进运动可以考虑采用两个辊轮将铁板压紧，依靠辊轮和铁板间的摩擦 力将铁板从卷料上拉出并推向前进的输送方式。棘轮机构，槽轮机构和不完全齿轮机构等都 有可能改造成使辊轮作短暂停歇的机构，它们具有结构简单、制造方便、运动可靠等优点， 但在动力性能和动停比等方面不能满足设计要求，所以应该采用组合机构。图 13.3、图 13.4、图 13.5、图 13.6 等都可改造成满足本设计要求的机构，而图 13.6 所示机构的综合 性能更好一些。 (4) 建议完成的设计工作量 1) 本题设计的时间为一周。 2) 根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3) 按工艺动作过程拟定运动循环图。 4) 构思系统运动方案(至少二个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 5) 对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 6) 绘制系统机械运动方案简图。 图 13.3 图 13.4 图 13.6图 13.5 4 7) 编写设计说明书。 13.3 平压模切机设计平压模切机设计 (1) 功能要求及工艺动作分解提示 1) 总功能要求 实现对各种规格的白纸板，厚度在 4mm 以下的瓦楞纸板，以及各种高级精细的印刷品进 行压痕、切线、压凹凸，沿着压出的压痕可折叠成各种纸盒、纸箱或制造凹凸的商标。 2)工作原理及工艺动作分解提示 平压模切机的工作原理及工艺动作分解如图 13.7 所示，压制纸板的工艺过程分“走纸”和“模切”两部 分。 “走纸”部分由图中所示的 1、2、3 组成， “模切” 部分由 5、6 组成，4 为工作台面。工作时，工作台面下 方的控制机构操纵 7 向上运动，推动与双列链 1 固联的 走纸横块上的夹紧装置，使夹紧片张开，操作者可将纸 板 8 喂入。夹紧后，1、2 开始运动，将纸板送到具有上 模 5(装调后固定不动)和下模 6 的位置后，1、2 停歇， 此时，在工作台面下部的主传动系统中的执行构件 滑块 6 和下模为一体向上移动，实现纸板的压痕，切线， 完成模切。此后链条再次运行，当夹有纸板的横块走到 某一位置，受另一机构(图中未表示)作用，使夹紧片张 开，纸板落到收纸台上，此时，后一个走纸模块进入第 二个运动循环，连续不断地完成上述的动作。 (2)原始数据和设计要求 1)每小时压制纸板 3000 张。 2)传动机构所用电机转速 n1450r/min，滑块推动下模 向上运动时所受生产阻力如图 13.9 所示，图中 Pc2106N，回程时不受力，回程的平均速度为工作行程速 度的 1.3 倍，下模移动的行程长度 H500.5mm。下模与滑 块的质量约 120kg。 3)工作台面离地面的距离约 1200mm。 4)所设计机构的性能要良好，结构简单紧凑，节省动力，寿命长，便于制造。 (3) 运动方案构思提示 1) 设计实现下模往复移动的机构时，要同时考虑满足运动条件和动力条件，凸轮机构， 曲柄滑块机构，螺旋机构等简单机构都能实现往复直线移动，但因压制纸板时受力较大，宜 图 13.7 图 13.8 5 选用如图 13.9 所示有增力作用的六杆机构，或采用图 13.10 或图 13.11 所示的机构。 2)设计推动夹紧装置使夹紧片张开的控制机构时，考虑到夹紧片张开后要停留片刻，让 纸板送入后才能夹紧，因此可选用具有一端停歇的往复直移运动机构，如凸轮机构，具有圆 弧槽的导杆机构等。 3)传动部分可考虑采用带与齿轮传动串联，带与行星轮系等串联或单纯行星齿轮系等方 案。 (4) 建议完成的设计工作量 1)本题设计的时间为一周。 2)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3)按工艺动作过程拟定运动循环图。 4)构思系统运动方案(至少两个以上)，进行方案评价，选出 较优方案。 5)对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 6)绘制系统机械运动方案简图。 7)编写设计说明书。 13.4 医用棉签卷棉机设计医用棉签卷棉机设计 (1) 功能要求及工艺动作分解提示 1) 总功能要求 用机器完成医用棉签的卷制。 2)工作原理及工艺动作分解提示 用机器卷制棉签，可仿照手工方式进行动作分解及提出分功能要求见如下所示的系统功 能图: 图 13.9图 13.10 图 13.11 6 (2) 原始数据和设计要求 1)棉花：条状脱脂棉，宽 2530mm，自然厚 45mm。 2)签杆：医院通用签杆，直径约 3mm，杆长约 70mm，卷棉部分长 约 2025mm。 3)生产率：每分钟卷 60 支，每支卷取棉块长约 2025mm。 4)卷棉签机体积要小，重量轻，工作可靠，外形美观，成本低， 卷出的棉签松紧适度。 (3) 运动方案构思提示 1) 选择送棉机构时考虑到棉花很软，要实施持棉和直线、间隙、 定长地将适量条状棉送入压(夹)棉、揪棉机构,可用带剌构件走直线 轨迹段时把棉条拉向前进，走非直线段时从棉条中退出，但此时要将棉条压住。也可用图 13.12 所示的两滚轮压紧棉条实现滚送进，但需与棘轮，槽轮或不完全齿轮机构联接，以实 现间隙送进的功能。 医用棉签卷棉机系统 定量送棉持定量棉花，以直线、间隙、定长送进。 进 压(夹)棉、揪棉 将条状棉 的原料压 紧在固定 面上，在 另一端既 实 现 压 紧，又实 现拉扯动 作。 完成压棉动作的机构，其压头对条棉有一 定的压力，并且将压力保持一定时间，使 揪棉时，压头下的条棉不致滑移。 完成揪棉动作的机构，其压头一方面有压 紧条棉的功能，又要使压头在保持压紧力 的状态下有向某个方向运动的可能，以完 成揪棉动作。 采用适当的压头形式，使条棉容易揪断， 揪断后自行落入导棉槽中。 机构能调整压紧力 送签 卷棉 使一堆签杆分成一根一根送至确定位置， 与揪下的棉块会合。 签杆与棉块相遇，签杆作自转，将棉块卷 上签杆。 图 13.12 7 2) 实现压(夹)棉、揪棉功能的机构可在图 13.12图 13.19 中选择。图 13.13 、图 13.15、图 13.18 中的凸轮是主动件，构件 3 由凸轮带动实现压棉动作，依靠凸轮轮廓的圆 弧持续压紧一定时间。图 13.13、图 13.15 中的构件 3 只实现压棉动作，图 13.18 不仅实现 压紧，还可完成揪棉动作。图 13.14 所示爪轮 1 上的爪 2 转到与支承在弹簧 5 上的滚轮 3 压 紧条棉 4 后，爪轮继续转动并压缩弹簧 5，使条棉受到的压紧力增大，当转过一定角度时， 条棉被揪断。当轮爪与滚轮分离时，被揪下的棉块落入下面的导棉槽中待签杆来卷。图 13.17 中，嵌入两爪轮 1 和 3 的两块橡胶块相遇时，将条棉 4 夹在其间，靠弹性压紧，继续 转动时，将条棉揪断。图 13.19 是由两条齿形带 1 和带轮 3 组成。当齿形带紧边的外凸部分 相遇时，夹紧条棉，在继续运动中揪断。 3) 实现送签的功能是使一堆签杆分成一根一根送至确定位置，有很多办法，常见的方 法如图 13.20 所示，将一堆签杆放入漏斗状的签箱 1 中，漏斗口限制签杆 2 只能一根一根地 通过，由漏斗口下的输送构件 3 将签杆送去。为防止签斗内签杆相互挤卡住，可设法使漏斗 振动或用其它方法使斗内签杆获得松动的机会，使签杆顺利漏出斗口。 图 13.13图 13.14图 13.15图 13.16 图 13.18图 13.19图 13.17 8 4) 实现卷棉功能所需的动 作是使签杆一边自转，一边沿导 棉槽移动完成卷棉动作如图 13.20、图 13.21 所示。图 13.20 为签杆 2 被卷轮 3 带离签箱，进 至与静止摩擦片 4 接触后，在摩 擦力作用下签杆一面前进，一面 自转，此时签杆外露在卷轮外的 头部(约长 25mm)与导棉槽中的棉 花相遇，且有一定的压紧力，使棉块卷在签杆上。图 13.21 是用有槽的带 3 取签杆，5 为静 止摩擦片，由于带是挠性体，需用托板 7 支承，使签杆能与板 5 压紧，产生摩擦而自转。 5)满足各分功能动作的机构选定后，合理布置各机构位置，并要求各机构主动轴之间用 齿轮或链条传动连接，保证送棉一次，揪棉一次，卷签一个。 (4) 建议完成的设计工作量 1)本题设计的时间为一周。 2)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3)按工艺动作过程拟定运动循环图。 4)构思系统运动方案(至少两个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 5)对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 6)绘制系统机械运动方案简图。 7)编写设计说明书。 13.5 平压印刷机设计平压印刷机设计 (1) 功能要求及工艺动作分解提示 1)总功能要求 印制各种资料、名片、表格。 2)工作原理及工艺动作分解提示 平压印刷机的工作原理及工艺动作分解如图 13.22 所示，将油墨定量输送至墨盘 2，令墨盘 作间歇转动，使墨辊 1 蘸墨时能较均匀地得到供 墨；墨辊沿墨盘面和铜锌板面 11 上下运动，完 成蘸墨和刷墨动作；放有白纸的压印板 3 绕一固 定点 D 来回摆动，其工作行程终点使白纸与涂有 油墨的铜锌板压合，完成印刷工艺。当空回行程时便可取出成品。 (2) 原始数据和设计要求 1)实现印头、油辊、油盘运动的机构由一个电动机带动，通过传动系统使该机具有 图 13.20图 13.21 图 13.22 9 16001800 次/小时的印刷能力。 2)电动机功率 P0.8kw，转速 n电 930r/min，电动机放在机架的左侧或底部，可自行 决定。 3)根据印刷纸张幅面(280406mm2)，最大印刷幅面为 260380mm2，设定 lCD250mm。 4)印头摆角为 70，要求印头返回行程与工作行程的平均速度之比(行程速度变化系数) K1.118。 5)油辊摆角为 110，油辊在上极限位置时，恰与油盘的上边缘接触，油盘直径为 400mm。 6)要求机构传动性能良好，即印头和油辊在两极限位置处的传动角 大于或等 于许用传动角40。结构应紧凑，制造方便。 (3) 运动方案构思提示 1) 由于只有一个动力源， 因而实现三个分功能运动的机构 必须联动，并且其主要动作必须 协调。要首先构思实现动作要求 的执行机构，然后勾划描述各机 构动作协调配合关系的运动循环 图，最后按执行路线连成整机， 力求结构简单、紧凑。 2) 印头和油辊的运动由两 个曲柄摇杆机构按时序式联接来 实现如图 13.23 所示。曲柄摇杆 机构 O1ABO2实现印头的往复摆动； 曲柄摇杆机构 O3CDO1实现油辊的往复摆 动。电机带动双联齿轮 2、4 输入运动， 通过齿轮 1、3 分别驱动曲柄 O1A 和 O3C。 3)印头和油辊的运动由曲柄摇杆机构 和双摇杆机构的串联来实现如图 13.24 所 示。电机通过齿轮机构带动曲柄摇杆机构 实现印头的往复摆动。同时，摇杆(印头) 又带动另一摇杆实现油辊的往复摆动。 4)印头和油辊的运动由凸轮机构和连 杆机构按时序式联接来实现如图 13.25 所示。 由凸轮驱动双摇杆机构 O1ABO2完成印头的往 复摆动；由同轴传动的凸轮 2 通过齿轮驱动 摆杆 O1E 摆动。调整两凸轮的相位和从动 件的角位移以协调印头和油辊的运动。 5)实现油盘间歇运动的机构方案有很多， 图 13.24 图 13.23 图 13.25 10 仅以图 13.26 的两个方案供参考。右图为圆锥齿轮与间歇运动机构(如槽轮、棘轮、不完全 齿轮机构等)的组合，左图为油盘转轴下端布置三、四个叉枝，由固定在轴 O1上的拔杆和凸 轮间歇推动叉枝 2，使油盘得到间歇转动。 (4) 建议完成的设计工作量 1)本题设计的时间为一周。 2)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3)按工艺动作过程拟定运动循环图。 4)构思系统运动方案(至少两个以上)， 进行方案评价，选出较优方案。 5)对传动机构和执行机构进行运动 尺寸设计。 6)绘制系统机械运动方案简图。 7)编写设计说明书。 13.6 精压机冲压及送料精压机冲压及送料 系统设计系统设计 (1) 功能要求及工艺动作分解提示 1)总功能要求 将薄铝板送到待加工位置后，一次冲压成 深筒形，并将成品推出模腔。 2)工作原理及工艺动作分解提示 精压机的工作原理及工艺动作分解如图 13.27 所示。要求从侧面将坯料送至待加工位 置，上模先以较大速度接近坯料，然后以匀速 下冲，进行拉延成形工作，以后上模继续下行 将成品推出型腔，最后快速返回，完成一个工 作循环。 (2) 原始数据和设计要求 1)以转动的电机为动力，从动件(执行构件)为上模，作 上、下往复直移运动，其运动规律如图 13.28 所示，具有快 速下沉，等速工作进给和快速返回的特性。 2)机构应具有较好的传力性能，工作段的传动角应大 于或等于许用传动角40。 3)上模到达工作段之前，送料机构已将坯料送至待加工 图 13.26 图 13.27 图 13.28 11 位置(下模上方)。 4)生产率为每分钟 70 件。 5)执行构件的工作段长度 l30100mm，对应曲柄转角 (1/31/2)；上模行程 长度必须大于工作段长度的两倍以上。 6)行程速度变化系数 K1.5。 7)送料距离 H60250mm。 8)电机转速为 1500r/min。 (3) 运动方案构思提示 1)冲压机构原动件为曲 柄，从动件为滑块，行程中 有等速运动段，并具有急回 特性，还应具有较好的动力 特性。要满足这些要求，单 一的曲柄滑块机构是难以胜 任的，需用组合机构。送料机构仅要求作间歇送进，可结合冲压机构一并考虑。 2)如图 13.29 所示的是冲压机构采 用双曲柄七杆机构，用齿轮副将其封闭， 使自由度由 2 降为 1。由齿轮 2 固联凸 轮，联结连杆机构，按机构运动循环图 确定凸轮工作角和从动件运动规律以确 保在规定时间将坯料送至待加工位置。 3)如图 13.30 所示的冲压机构是在 导杆机构的基础上串联一个摇杆滑块机 构组合而成。由给定的行程速比系数 K 确定导杆机构的几何尺寸。适当选择导 路位置，可使工作段满足匀速要求，工 作段的传动角满足设计要求。送料由凸 轮机构控制。 4)如图 13.31 所示的冲压机 构由铰链四杆机构串联摇杆活动 机构组合而成，送料机构由凸轮 机构控制。 (4) 建议完成的设计工作量 1)本题设计的时间为一周。 图 13.29 图 13.30 图 13.31 12 2)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3)按工艺动作过程拟定运动循环图。 4)构思系统运动方案(至少两个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 5)对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 6)绘制系统机械运动方案简图。 7)编写设计说明书。 13.7 平台印刷机主传动系统设计平台印刷机主传动系统设计 (1) 功能要求及工艺动作分解提示 1)总功能要求 实现将往复直线移动的铅板上凸出的痕迹借助于油墨压印到作圆周运动的滚筒表面的纸 上。 2)工作原理及工艺动作分解提示 平台印刷机的工作原理及工艺动作分解如图 13.32 所示。机器由一台电动机驱动。运动由电 动机经过减速装置 i 后分成两路，一路经传动机 构 I 带动版台作往复直线移动，另一路经传动机 构带动滚筒作回转运动。当版台与滚筒接触时， 在纸张上压印出字迹或图形。 (2) 原始数据和设计要求 1)要求构思合适的机构方案实现平台印刷机 的主运动：版台作往复直线运动，滚筒作连续或间歇运动。 2)为了保证印刷质量，要求在压印过程中，滚筒与版台之间无相对滑动，即在压印区段， 滚筒表面点的线速度与版台移动速度相等。 3)为了保证整个印刷幅面上的印痕浓淡一致，要求版台在压印区内的速度变化限制在一 定的范围内(应尽可能小)。 4)设计参数为：印刷生产率 2000 张/小时，版台行程长度 730mm，压印区段长度 440mm，滚筒直径 232mm，电动机功率 1.5KW，转速 940r/min。 5)要求机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。 (3) 运动方案构思提示 1)版台传动机构可在图 13.33 中的四个方案选择。(a)所示六杆机构结构简单、加工制 造容易，构件 5(即版台)的速度是变化的，有急回特性。(c)所示曲柄滑块机构与齿轮齿条 机构组合，下齿条固定，上齿条与版台固连，版台的行程比铰链中心 C 的行程大一倍，并有 急回特性。(d)所示双曲柄机构、曲柄滑块与齿轮齿条的组合，下齿条固定时与(c)所示机构 类似，下齿条可动时，则由下齿条输入另一运动，以得到所需的合成运动。(b)所示的齿轮 图 13.32 13 为滑移齿轮，上、下齿条均可动，并与版台固联，采用凸轮机构(图中未示)拨动齿轮沿其轴 向移动时，可分别与上、下齿条啮合，实现版台往复移动，若使齿轮作匀速转动，版台就能 作匀速往复移动。 2)滚筒传动机构可在图 13.34 中的四个方案选择。(a)所示的滚筒是由版台上的齿条带 动与滚筒同轴的齿轮而转动的。当版台空回时，滚筒应停止转动，应设置如(c)所示的滚筒 与版台运动的脱离装置。(b)所示双曲柄机构与齿轮机构串联而成的滚筒传动机构，滚筒非 匀速转动，若设计合适，可使滚筒在压印区段转速变化平缓。(d)所示滚筒由电机通过带传 动及齿轮减速后，由齿轮机构直接带动的，因而转速是常量。当与其配合的版台由非匀速机 构带动时，很难满足速度同步的要求，因而只能与图 13.33 中(b)配合使用。 图 13.33 a)b) c)d) 14 3)平台印刷机的主传动机构要考虑版台传动与滚筒传动机构之间的配合。采用图 13.33(a)与图 13.34(a)和图 13.33(a)与图 13.34(c)配合时，应加设滚筒与版台的运 动脱离机构及滚筒定位机构。采用图 13.33(d)与图 13.34(d)配合时，为了保证 滚筒在版台上作纯滚动，应加设运动补偿 机构如图 13.35 所示。其他的配合可由设 计者自己构思和评价。 (4) 建议完成的设计工作量 1)本题设计的时间为一周。 2)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3)按工艺动作过程拟定运动循环图。 4)构思系统运动方案(至少两个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 5)对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 6)绘制系统机械运动方案简图。 7)编写设计说明书。 图 13.34 d)c) b)a) 图 13.35 15 13.8 半自动钻床设计半自动钻床设计 (1) 功能要求及工艺动作分解提示 1)总功能要求 在工件上钻孔：间断输送待钻孔的圆盘 状工件至指定位置，夹紧钻孔后将工件推走。 2)工作原理及工艺动作分解 半自动钻床的工作原理及工艺动作分解 如图 13.36 所示，该系统由电机驱动，通过 带传动将运动传给控制各分功能的传动轴， 与传动轴相连的各机构控制送料、定位、夹 紧和进刀等工艺动作，最后由动力头控制的 钻头完成钻孔。 (2) 原始数据及设计要求 1)被钻工件的外形如图 13.37 所示，要求加工生产率 为 300 件/小时。机床的外形尺寸：长宽高为 1000600800mm。 2)各工艺动作的位移距离为：送料：40mm，定位： 30mm，夹紧：14mm，钻头快速趋近：15mm，钻头快速切削 工作行程：27.5mm。 3)所设计的机构传动性能良好，结构简单、紧凑、便于制造。 (3) 运动方案构思提示 1)半自动钻床外形尺寸较小，因而送料、定位、夹紧、进刀等分功能运动均由在同一主 轴上的不同构件驱动。在一个运动循环中，各分功能运动交替进行，因此各分功能运动属间 歇运动，能作间歇运动的机构有很多种，能满足设计要求的间歇运动机构首选凸轮机构。 2)实现送料分功能运动的机构可以是移动从动杆圆柱凸轮机构。该机构可以保证从动推 头沿传动轴轴向(也是圆柱凸轮的轴向)作往复移动，实现送料所需的运动。 3)实现定位和夹紧分功能运动的机构可以是双联盘形凸轮机构。其一是移动从动件盘形 凸轮，移动从动件控制定位挡块伸缩，实现定位功能。其二为摆动从动件盘形凸轮，从动件 未端用高副与移动滑块相连，滑块控制夹具夹紧和松开，实现夹紧功能。 4)实现进刀分功能运动的机构可以是摆动从动件盘形凸轮机构，摆杆的另一端串联一个 平行四边形机构和齿轮齿条机构，控制钻头上下往复移动，实现进刀功能。 (4) 建议完成的设计工作量 1)本题设计的时间为一周。 2)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3)按工艺动作过程拟定运动循环图。 图 13.36 图 13.37 16 4)构思系统运动方案(至少两个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 5)对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 6)绘制系统机械运动方案简图。 7)编写设计说明书。 13.9 推瓶机设计推瓶机设计 1、功能要求及工艺动作分解提示 1)总功能要求 实现推头(动点)在工作行程中作直线匀速运动，在其 前后作变速运动，回程时有急回运动特性。 2)工作原理及工艺动作分解提示 推瓶机推头的运动轨 迹要求如图 13.38 所示。 洗瓶机有关部件的工作原 理和工艺动作分解如图 13.39 所示。待洗的瓶子放 在两个转动的导辊上，导 辊带动瓶子旋转。当推头 M 把瓶子向前推进时，转动着的刷子把瓶子外面洗净。当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) 原始数据和设计要求 1)瓶子尺寸：大端直径 d80mm，长 200mm。 2)推进距离600mm。 3)推程时速度要求为 v45mm/s，返回时的平均速度为工作行程的 3 倍。 4)机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。 (3) 运动方案构思提示 1)对总功能的运动要求，若用单一的常用基本机构是不容易实现的。通常，要用若干 基本机构的组合，各司其职，协调动作，才能实现总功能要求。 2)实现总功能运动要求的机构组合可以有很多，如图 13.40 所示凸轮铰链四杆机 构的连杆 2 上的 M 点能基本实现所要求的轨迹，但曲柄 1 是从动件，要考虑克服死点的措施。 图 13.41 所示的双凸轮机构也能实现 M 点特殊轨迹的要求。 3)要实现总功能要求的平面曲线轨迹可以用具有两个自由度的连杆机构，通过控制两 个输入构件间的运动关系来得到。如图 13.42 所示全移动副四杆机构是两自由度机构，点 M 点可精确再现总功能的轨迹要求。该机构缺点是由于要求的水平方向轨迹太长，势必造成凸 轮尺寸过大。 图 13.38 图 13.39 17 (4) 建议完成的设计工作量 1)本题设计的时间为一周。 2)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3)按工艺动作过程拟定运动循环图。 4)构思系统运动方案(至少两个以上)，进行方案评 价，选出较优方案。 5)对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 6)绘制系统机械运动方案简图。 7)编写设计说明书。 13.10 自动打印机设计自动打印机设计 ( (1)功能要求及工艺动作分解提示 1)总功能要求 在产品上打印记号。 2)工作原理及工艺动作分解提示 自动打印机系统的工作原理及工艺 动作如图 13.43 所示，该系统由电机驱 动主轴上的三个执行机构，完成送料、 夹紧和打印、输出的任务。 (2) 原始数据和设计要求 1)待打印产品尺寸，长 100150mm、宽 70100mm、高 3050mm。 2)产品重量，约 510N。 3)自动打印机的生产率，80 次/min。 4)要求机构的结构简单紧凑，运动灵活可靠、易于加工制造。 (3) 运动方案构思提示 1)实现送料夹紧功能的机构可以采用凸轮机构或有一定停歇时间的连杆机构。当送 图 13.43 图 13.40图 13.41 图 13.42 18 料、夹紧机构的执行构件将产品推至指定位置，执行构件停止不动，维持推紧力(前有挡块 挤压)，待打印机构执行件打完印记后，被推走。 2)实现打印功能的机构可以采用平面连杆机构或直动(摆动)凸轮机构。 3)实现输出功能的机构可以采用与送料、夹紧机构相类似的机构。为简化结构，可考虑 固定定位挡块，而将输出运动与送料运动的方向互相垂直。 4)自动打印机系统采用一个电机驱动主轴控制三个机构的执行构件完成各自的功能运动， 如何将三个执行机构的主动件均固定在主轴上而达到设计要求是需要认真考虑的。 (4) 建议完成的设计工作量 1)本题设计的时间为一周。 2)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3)按工艺动作过程拟定运动循环图。 4)构思系统运动方案(至少两个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 5)对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 6)绘制系统机械运动方案简图。 7)编写设计说明书。 13.11 三面切书自动机设计三面切书自动机设计 (1) 功能要求及工艺动作分解提示 1)总功能要求 切去书籍的三个余边。 2)工作原理及工艺动作分解提示 三面切书自动机系统的工作原理及工艺动作分解如图 13.44 所示。该系统由送料机构 1，压书机构 2，侧刀机构 3 和横刀机构 4 四部分组成。在一个循环周期中(主轴旋转 一周)各机构的执行构件完成对书籍的送料、压书、切去余 边的工作任务。 (2) 原始数据和设计要求 1)被切书摞长宽高尺寸为 26018590mm，质量为 5kg。 2)推书行程为 370mm，压头行程为 400mm， 侧刀行程为 350mm，横刀行程为 380mm。 3)生产率为 6 摞/分钟。 4)要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可 靠。 (3) 运动方案构思提示 1)由于推书运动是间歇往复直线运动，能满 图 13.45图 13.46 图 13.44 19 足该运动规律的机构有移动推杆圆柱或盘形凸轮机构、凸轮与摆杆滑块机构及带滑块的六杆 机构等。 2)压书机构的压头作间歇往复运动，在切书过程中始终压住书籍，故停歇时间较长，适 用的机构有凸轮机构，带凸轮的组合机构或采用如图 13.45 所示的机构。 3)侧刀机构的侧刀共两把，分别切除书籍的上下两边，机构简图如图 13.46 所示。 4)横刀机构的运动简图如图 13.47 所示，由空间曲柄连杆机构驱动横刀滑板在横刀斜导 轨中滑动，使横刀下滑，切除书籍右侧多余的纸边。 5)上述四个机构的主动构件需用同一主轴驱动，方能在一个 循环周期内，各机构的执行构件各自完成分功能运动要求，因此 如何进行连接，是需要认真加以考虑的。 (4) 建议完成的设计工作量 1)本题设计的时间为一周。 2)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3)按工艺动作过程拟定运动循环图。 4)构思系统运动方案(至少两个以上)，进行方案评价，选出 较优方案。 5)对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 6)绘制系统机械运动方案简图。 7)编写设计说明书。 13.12 破碎机设计破碎机设计 (1) 功能要求及工艺动作分解提示 1)总功能要求 实现对矿石、石块的破碎工作。 2)工作原理及工艺动作分解提示 破碎机系统的工作原理及工艺动作分解如图 13.48 所示。该系统 由原动部分(电动机)、传动部分(带传动和组合机构)和执行部分组成。 电机的驱动力矩由传动部分传给动颚板，使其作往复摆动。当动颚板 向左摆向与机架固连的定颚板时，石块即被轧碎，当动颚板向右摆离 定颚板时，被轧碎的石块即下落。 (2) 原始数据和设计要求 1)动颚板压石时摆动角速度为 0.3rad/s，行程速比系数 K1.4。 2)动颚板重 7000N，转动惯量为 35kgm2，主传动构件重 4000N，转动惯量为 20kgm2，其 它构件的重量及转动惯量忽略不计。 3)生产率为每小时 2030 吨。 4)破碎机总体尺寸为 200014001200mm 图 13.47 图 13.48 20 5)运转不均匀系数 0.1 (3) 运动方案构思提示 1)能实现动颚板运动规律的机构有很多。最简单的是曲柄摇杆机构，电机驱动曲柄，摇 杆摆动碎石，还能满足急回运动要求，但因碎石时生产阻力较大，宜采用具有增力效果的组 合机构。 2)组合机构由起增力作用的传动机构和碎石的执行机构组成。传动机构可在凸轮机构或 曲柄摇杆机构中选择，执行机构是从动件作摆动的铰链四杆机构。 3)破碎机在工作过程中，由于载荷变化很大，引起主轴转速的波动和电机功率的损失， 所以在主轴上除装有皮带轮外，还装有调节主轴速度波动的飞轮。 (4) 建议完成的设计工作量 1)本题设计的时间为一周。 2)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3)按工艺动作过程拟定运动循环图。 4)构思系统运动方案(至少两个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 5)对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 6)绘制系统机械运动方案简图。 7)主轴两侧为皮带轮和飞轮，试确定它们的尺寸。 8)编写设计说明书。 13.13 15 吨压片机设计吨压片机设计 (1) 功能要求及工艺动作分解提示 1)总功能要求 将干粉料压制成圆形片坯。 2)工作原理及工艺动作分解提示 15 吨压片机系统的工作原理及工艺动作分 解如图 13.49 所示。移动粉筛 3 至模具 1 的型腔 上方等待装料，并将上一循环已成型的工件 2 推出(卸料)；然后粉筛振动，将粉料筛入型腔； 下冲头 5 下沉一定深度，以防止上冲头 4 向下压制时将粉料扑出；然后上冲头向下，下冲头 向上加压，并在一定时间内保持一定的压力；而后上冲头快速退出，下冲头随着将成型工件 推出型腔。 (2) 原始数据和设计要求 1)被压工件的外形是直径 34mm，厚度 5mm 的圆形片坯。 2)冲头压力为 15 吨(150000N)。 3)生产率为每分钟 25 片。 4)机器运转不均匀系数为 10%。 5)驱动电机的功率为 2.2KW，940r/min。 图 13.49 21 6)各执行构件的运动参数为： 上冲头行程为 90100mm； 下冲头 5 先下沉 3mm，然后上升 8mm 后停歇(保压)，继而上升 16mm 后停歇，等粉筛将 片坯推离冲头后下移 21mm； 粉筛 3 在模具 1 的上方往复振动筛料，然后向左退回，待坯料成形并被推出型腔后，粉 筛复在台面上右移约 4550mm 推卸成形片坯。 (3) 运动方案构思提示 1)由上所述，压片机系统由一个电机驱动 三个机构各自执行分功能运动，在一个运动循 环中，各机构的执行构件交替运动，不发生干 涉，是要认真思考的。 2)上冲头的加压机构需完成减速、运动交 替和转换、停歇和增力的功能，可供选择的方 案如图 13.50 所示。其中(a)、(b)图所示的机 构采用转动凸轮推动从动件，当与从动件行程 末端相应的凸轮廓线采用同心圆弧廓线时，从 动件在行程末端停歇。(c)图采用曲柄滑块机构， 结构简洁，尺寸较小，但滑块在行程末端只作 瞬间停歇，运动规律不理想。(d)图将曲柄摇杆 机构和曲柄滑块机构串联，可得到较好的运动 规律。 3)下冲头的运动机构的位移量比上冲头小， 但运动规律复杂，宜采用两个盘状凸轮推动同 一个从动件的方式。 4)粉筛驱动机构的运动含有振动动作，可 采用凸轮轮廓连续凹凸廓线来实现，为了完成 粉筛运动的转换和放大，可采用凸轮机构串联 连杆机构的运动方案。 (4) 建议完成的设计工作量 1)本题设计的时间为一周。 2)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3)按工艺动作过程拟定运动循环图。 4)构思系统运动方案(至少两个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 5)对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 6)绘制系统机械运动方案简图。 7)编写设计说明书。 图 13.50 22 13.14 书本打包机设计书本打包机设计 (1) 功能要求及工艺动作分解提示 1)总功能要求 将若干本一摞的书用牛皮纸包成一包，并在两端贴好封签。 2)工作原理及工艺动作分解 书本打包机系统的工作原理及工艺动作分解如图 13.51 所示：横向送一摞书纵向推 一摞书到工位 a，使它与工位 bg 上的六摞书贴紧。书推到工位 a 前，包装纸已先送到 图 13.51 1011 13 23 位。包装纸原为整卷筒纸，由上向下送够长度后进行裁切。继续推书前进至工位 b，由于 在工位 b 的书摞上下方设置有挡板，以挡住书摞上下方的包装纸，所以书摞推到 b 时实现包 三面，这个工序中推书机构共推动 ag 的七摞书。推书机构回程时，折纸机构动作，先 折侧边(将纸卷包成筒状)，再折两端上、下边。继续折前角。上步动作完成后，推书机 构已进到下一循环的工序，此时将工位 b 上的书推到工位 c。在此过程中，利用工位 c 两 端设置的挡板实现折后角。推书机构又一次循环到工序时，将工位 c 的书摞推到工位 d，此位置是两端涂浆糊的位置。涂浆糊。在工位 e 贴封签。在工位 f、g，用电热器 把浆糊烘干。在工位 h 时，用人工将包封好的书摞取下。 (2) 原始数据与设计要求 1)书本打包机总体设计规定的各部分 的相对位置及有关尺寸见图 13.52 所示， 其中轴 O 是机器主轴的位置。 2)机构的尺寸范围及其它数据 机器中机构的最大允许长度 A 和高度 B：A2000mm；B1600mm。 工作台面高度：距地面 y700mm； 距主轴 y0400mm。 主轴水平位置：x10001100mm 为了保证工作安全、台面整洁，推书 机构最好放在台面以下。 3)工艺要求的数据 书摞尺寸：a130140mm；b180220mm。 推书起始位置：xo200mm。 推书行程：H400mm。 推书次数(主轴转速)：n10r/min (3) 运动方案构思提示 1)要求推书机构执行构件的运动为间歇往复直线移动。能满足这一运动要求的有移动从 动杆圆柱凸轮机构，移动从动杆圆盘凸轮机构或凸轮机构与曲柄滑块机构的组合机构等，可 从中进行比较选择。 2)送纸机构可采用橡胶摩擦轮传动，将纸自上而下地传送，传送定量距离后，与最后一 个摩擦轮同轴的盘形凸轮推动裁纸刀将纸裁断。 3)折边机构的执行构件可采用曲柄摇杆机构或摆动凸轮机构的摆杆来担任。 4)实现各分功能要求的机构由同一主轴驱动，在一个循环周期内，各执行构件交替动作， 不能互相干涉和延迟，在设计中应考虑给予一定的余量。 (4) 建议完成的设计工作量 1)本题设计的时间为一周。 2)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3)按工艺动作过程拟定运动循环图。 图 13.52 24 4)构思系统运动方案(至少两个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 5)对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 6)绘制系统机械运动方案简图。 7)编写设计说明书。 13.15 锁梁自动成型机床运动方案设计锁梁自动成型机床运动方案设计 （1）功能要求及工艺动作分解提示 1)总功能要求 图 13.53 所示为挂锁的一个零件，称为“锁梁” 。锁梁自动成型机床的功能是将金属材 料自动加工成“锁梁” 。 2)工作原理及工艺动作分解提示 金属卷料切削：将金属材料加工成图 13.53 所示零件，可采用直径与零 件外径相同的圆形卷料，只需加工出沟槽和搬弯即可。加工沟槽的常用方法 可采用“车削” 。车削有两种加工方式，一种是常规加工方式，即工件旋转， 刀具只作切削进给运动；另一种加工方式是“飞刀切削” ，即工件不动，刀 具绕工件旋转并作切削进给运动。由于设计要求为连续自动生产，因此，原 材料选用断面为圆形的卷料，采用“飞刀切削”方式较为合理。图 13.54 为 飞刀切削的工作原理。 金属卷料校直：原材料用断面为圆形的卷料金属，卷料在加工前需要校直，校直可用校 工件 前夹紧夹头 后夹紧夹头 切槽刀具 切断刀具 切槽刀具 切断刀具 工件 图 13.54 图 13.53 25 直器进行校直。校直器的工作原理如图 13.55 所示。带轮带动一系列交错安装的滚子旋转， 卷料从一系列滚子中穿过，当卷料通过校直器后就被校直。 金属卷料送料： 用一自锁式夹持器作间歇往复直线运动实现送料。如图 13.56 所示， 夹持器由构件 455组成，夹持器由凸轮机构通过摆动导杆驱动作间歇往复直线运动， 当夹持器向左运动时，由推爪 5 和 5利用自锁的摩擦力推动卷料 7 向左运动，以实现送料， 当夹持器向右运动时，推爪 5 和 5在卷料 7 上打滑，从而实现单向送料。 工件夹紧：采用弹簧夹头进行夹紧，弹簧夹头的结构如图 13.57 a）所示，它是切有沟槽 淬过火的钢套，其夹爪具有弹性，夹爪外部成锥体，在弹簧夹头的外面有一具有内锥的夹紧 管，当夹紧管左右移动时，利用夹紧管与弹簧夹头的锥面实现夹紧与松开，夹紧管的左右移 动由图 13.57 b） 所示的凸轮机构实现。 卷料 滚子 带轮 图 13.55 图 13.56 36 1 2 3 4 5 6 7 5 卷料 弹簧夹头 夹紧管 凸轮 摆杆 图 13.57 a) b) 机架 26 工件搬弯：用一搬弯滚子将工件压在一固定圆弧模块上，然后绕固定滚轮圆弧模块转一 角度，即可将工件搬成与圆弧模块半径相对应的弧形，其搬弯原理如图 13.58 所示。 （2）原始数据和设计要求 1)生产率 10 件/分 2)工件尺寸：展开长度 L = 250 外径 D1= 10 沟槽直径 D2=7 （3）运动方案构思提示 送料夹持器间歇往复移动：可选用凸轮机构、连杆机构、组合机构（如凸轮机构连杆 机构）等； 弹簧夹头夹紧管间歇往复移动：同样可选用凸轮机构、连杆机构、组合机构（如凸轮机 构连杆机构）等； 刀具的复合运动：如采用“飞刀切削” ，则刀具作回转和径向进给的复合运动，对于复 合运动的回转运动，可选用齿轮机构、带传动机构；对于复合运动的间歇往复进给运动，可 选凸轮机构、齿轮摆杆机构、组合机构（如空间凸轮机构移动凸轮机构等） ； 搬弯架的间歇往复回转运动：可选用凸轮机构、齿轮摆杆机构、组合机构（凸轮机构 连杆机构链传动等） ； （4）建议完成的设计工作量 1)本题设计时间为二周。 2)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3)按工艺动作过程拟定运动循环图。 4)构思系统运动方案(至少二个以上)，进行方案评价，选出较优方案。 5)对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 图 13.58 27 6)绘制系统机械运动方案简图。 7)编写设计说明书。 13.16 糕点切片机运动方案设计糕点切片机运动方案设计 （1）功能要求及工艺动作分解提示 1)总功能要求 将预先成型的糕点（如长方形、圆柱形等）切成薄片。 2)工作原理及工艺动作分解提示 糕点切片机要求实现两个工艺动作：糕点的直线间歇进给移动和切刀的往复切削运动。 通过改变直线间歇进给移动距离，实现切削不同厚度的糕点。 （2）原始数据和设计要求 1) 糕点厚度：1020 mm； 2) 糕点切片长度（亦即切片的高）范围：580 mm； 3) 切刀切片时最大作用距离（亦即切片的宽度方向）：30