机械原理课程系列教具的设计开题报告

1、机械原理课程系列教具的设计（2）开题报告 班级（学号） 机械1104 （）姓名 亢中惠 指导教师 王科社一、综述 1.1研究的意义作为机械类学生的必修课，机械原理需要一些实体化教具用于演示各种机构和常见机器的运作过程。这些教具用于让学生对所学内容有一个形象的认识。现有的机械原理教具大多内容单一、使用过程枯燥甚至不能完整正确的表达所要传授的知识。因此，我们小组设计制作的机械原理教具应该达到如下要求：（1） 表达更简单直接，方便学生理解，避免教学过程过于枯燥。（2） 教具实现模块化、可扩展化，部分模块可以通过电动机实现自动演示。（3） 可以实现拆装和自由调节参数，改变单一模块的运行方式，实现理论和

2、实践相结合，寓教于乐，帮助学生亲自动手动脑。1.2研究的现状及已有成果 当前机械原理课程大多为原理概念和理论计算，课堂上的实例运用非常少。这直接导致了当代大学生理论知识和实践有所脱节，不能很好地理论联系实际，把所学知识灵活运用到实际当中。通过观看学校现有教具以及查阅有关机械原理教具的资料，我发现现在市场上所提供的各种教具均是单一的原理图例展示或各种相对独立的小型机构模型。虽然在初次接触时能给学生带来新鲜感，并起到一定的教学效果，但由于缺少动手的乐趣，常规的机械原理教具并不能有效地提高学生的探索热情和自主学习的主观能动性。机械原理课程系列教具的设计（2）设计内容包括：（1）机械原理课程系列教具的

3、总体设计；（2）平面四杆机构典型运用平台，凸轮机构轮廓设计及从动件运动特性测绘平台的装配图的设计。（3）传动部分运动与动力学计算；（4）零部件的工作能力计算；（5）平台的工作动画；典型平台的实物制作。有的教具实现了组合但缺乏可调节性和模块化程度：有的教具虽然可以实现亲自动手调节，但松散单一不方便，易丢失：一些做的比较好的教具价格可以卖出比较好的价钱，不过也应该尝试控制成本：货号配 合 教 材件数单位材料单价 ( 元 )DMB1劳动社会保障出版社，职业技术学校机械类通用教材机械制图第五版 一书造型120套硬塑6500DMB2劳动社会保障出版社，职业技术学校机械类通用教材机械制图习题集第五版 一书

4、造型140套硬塑7000DMB3劳动社会保障出版社，职业技术学校机械类通用教材机械制图第五版画法几何 25 25 多面投影箱27套外壳有机玻璃 投影箱4500DMB4劳动社会保障出版社，职业技术学校机械类通用教材机械制图第四版 一书造型120套硬塑6500DMB5劳动社会保障出版社，职业技术学校机械类通用教材机械制图习题集第四版 一书造型140套硬塑7000DMB6劳动社会保障出版社，职业技术学校机械类通用教材机械制图第四版画法几何 25 25 多面投影箱27套外壳有机玻璃投影箱4500DMB7劳动社会保障出版社，职业技术学校非械类通用教材机械制图 ( 非机类 ) 一书造型 ( 第二版 )11

5、0套硬塑6000DMB8劳动社会保障出版社，职业技术学校非械类通用教材机械制图习题集 ( 非机类 ) 一书造型140套硬塑7000DMB9高等教育出版社，中等职业教育国家规划教材王幼龙主编机械制图一书造型110套硬塑6000DMB10黑龙江省教育学院王幼龙主编机械制图一书造型110套硬塑6000DMB11黑龙江省教育学院王幼龙主编机械制图习题集一书造型115套硬塑6500DMB12国家教委规划教材王幼龙主编机械制图一书造型100套硬塑5500DMB13中等职业学校机械类金大鹰主编机械制图第六版 一书造型110套硬塑6000DMB14中等职业学校机械类金大鹰主编机械制图习题集第六版 一书造型14

6、0套硬塑7000DMB15中等职业学校非机类机械制图第五版 金大鹰主编 一书造型100套硬塑5500DMB16中等职业学校机械类金大鹰主编机械制图第四版 一书造型120套硬塑6500DMB17中等职业教育国家规划教材 金大鹰主编机械制图 ( 机械类 ) 一书造型120套硬塑6500DMB18中等职业教育国家规划教材 金大鹰主编机械制图 ( 非机类 ) 一书造型90套硬塑5000DMB19技工学校规划教材 金大鹰主编机械制图一书造型100套硬塑5500DMB20技工学校规划教材 金大鹰主编 机械制图习题集一书造型120套硬塑6500DMB21机械版专业少学时金大鹰主编机械制图一书造型80套硬塑4

7、500DMB22高职高专规划教材金大鹰主编机械制图（非机类）一书造型90套硬塑5000DMB23中等职业教育国家规划教材毛之颖主编机械制图（非机类）一书造型100套硬塑5500DMB24中等专业学校教材机械制图 ( 非机类 )毛之颖主编一书造型110套硬塑6000DMB25中等专业学校教材 毛之颖主编机械制图习题集（非机类）一书造型80套硬塑4500DMB26高职高专推荐教材周鹏翔主编工程制图一书造型80套硬塑4500DMB27高职高专规划教材 胡建生主编工程制图第二版一书造型80套硬塑4500DMB28高职高专规划教材 胡建生主编工程制图习题集第二版一书造型110套硬塑6000DMB29高职

8、高专机械类专业规划教材 吕素霞主编 现代机械制图一书造型90套硬塑5000铁柜价格:78000元机械原理陈列柜，各柜内容如下： 序号与名称陈 列 柜 内 容第一柜机器与机构前言、内燃机、蒸汽机、缝纫机、牛头刨床、球面高副、螺旋副、移动副、曲面副、球面副、圆柱副、转动副第二柜平面连杆机构的基本形式铰链四杆机构：曲柄摇杆机构2件、双曲柄机构、双摇杆机构2件。单移动副机构：曲柄滑块机构、曲柄摇块机构、转动导杆机构、移动导杆机构双移动副机构：曲柄移动导机构、双滑块机构、双转块机构第三柜平面连杆机构机构运动简图：泵2件、泵的简图2件、颚式破碎机与间图。连杆机构：飞剪、压包机、翻转机构、摄影升降机、天平、

9、起重机。第四柜凸轮机构的形式盘形凸轮3件：滚子、尖端、平面、移动凸轮轮、槽凸轮机构、交叉槽凸轮机构、等径凸轮机构、等宽凸轮机构、主回凸轮机构、球面凸轮机构、圆锥凸轮机构、圆柱凸轮机构。第五柜齿轮传动的各种类型平行轴传动：外啮合直齿圆柱齿轮机构、内啮合直齿轮机构、直齿轮齿条机构、斜齿圆柱齿轮机构、人字圆柱齿轮机构。相交轮传动：直齿圆锥齿轮机构、双曲线圆锥齿轮机构、斜齿圆锥齿轮机构相错轴传动：螺旋齿轮机构、螺旋齿轮齿条机构、圆柱蜗杆蜗轮机构、弧面蜗杆蜗轮机构。第六柜轮系的基本形成渐开线齿轮各部分名称、浙开线的形成、摆线的形成、齿数、模数、压力解、齿高系数。第七柜轮系的基本形成周转轮系、差动轮系、行

10、星轮系、定轴轮系合并一件、获得大传动比，实现特定的运动、运动的合成、旋转线、用于传递、运动的分解、谐波运动减速器，摆线针轮行星减速器、汽车差速器两种动作。第八柜间歇运动机构齿式棘轮机构2件、摩擦式棘轮机构、外啮合槽轮机构，内槽轮机构，球面槽轮机构、渐开线不完全齿轮机构、摆线针轮不完全轮机构（2件）、凸轮式间歇机构2件、停歇连杆机构、停歇导杆机构第九柜组合机构串联组合：行程扩大机构、换向传动机构并联组合：齿轮连杆曲线、实验给定轨迹的机构2件、实验变速运动的机构、同轴槽轮机构，误差校正机构、电动马游艺机装置。第十械空间连杆机构空间四村结构：RSSR空间四杆机构、RCCR联轴节、单万向节、双万向节、

11、4R揉面机构、RRSRR角度传动的空间五杆机构、空间六杆机构的萨勒特机构。二、研究内容（1）铰链四杆机构所有运动副均 为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的基本形式，其他四杆机构都可以看成是在它的基础上演化而来的。选定其中一个构件作为机架之後，直 接与机架链接的构件称为连架杆，不直接与机架连接的构件称为连杆，能够做整周回转的构件被称作曲柄，只能在某一角度范围内往复摆动的构件称为摇杆。如果以 转动副连接的两个构件可以做整周相对转动，则称之为整转副，反之称之为摆转副。铰链四杆机构中，按照连架杆是否可以做整周转动，可以将其分为三种基本形 式，即曲柄摇杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构。平

12、面四杆机构曲柄摇杆机构，两连架杆中一个为曲柄一个为摇杆的铰链四杆机构双曲柄机构，具有两个曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。其特点是当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般做不等速转动。在双曲柄机构中，如果两对边构件长度相等且平行，则成为平行四边形机构。这种机构的传动特点是主动曲柄和从动曲柄均以相同的角速度转动，而连杆做平动。双摇杆机构。双摇杆机构是两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。定理* 杆长之和条件：平面四杆机构的最短杆和最长杆的长度之和小于或者等于其余两杆长度之和。* 在铰链四杆机构中，如果某个转动副能够成为周转副，则它所连接的两个构件中，必有一个为最短杆，并且四个构件的长度关系满足杆长之和条

13、件。* 在有整装副存在的铰链四杆机构中，最短杆两端的转动副均为周转副。此时，如果取最短杆为机架，则得到双曲柄机构；若取最短杆的任何一个相连杆为机架，则得到曲柄摇杆机构；如果取最短杆对面构件为机架，则得到双摇杆机构。* 如果四杆机构不满足杆长条件，则不论选取哪个构件为机架，所得到机构均为双摇杆机构。* 上述系列结论称为格拉霍夫定理。急回特性在曲柄摇杆机构中，当摇杆位于两个极限位置时，曲柄两个对应位置夹的锐角被称为极位夹角。用表示通常用行程速度变化系数K来衡量急回运动的相对程度。偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构同样具有急回特性。对心曲柄滑块机构无急回特性。（2）凸轮机构由凸轮的回转运动或往复运动推动

14、从动件作规定往复移动或摆动的机构。凸轮具有曲线轮廓或凹槽，有凸轮机构盘 形凸轮、圆柱凸轮和移动凸轮等，其中圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线，因而属于空间凸轮。从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子从动件、平底从动件和尖端从 动件等。尖端从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可实现任意运动，但尖端容易磨损，适用于传力较小的低速机构中。为了使从动件与凸轮始终保持接触，可 采用弹凸轮机构簧或施加重力。具有凹槽的凸轮可使从动件传递确定的运动，为确动凸轮的一种。一般情况下凸轮是主动的，但也有从动或固定的凸轮。多数凸轮是单自由度的，但也有双自由度的劈锥凸轮。凸轮机构结构紧凑，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。

15、它与液压和气动的类似机构比较，运动可靠，因此在自动机床、内燃机、印刷机和纺织机中得到广泛应用。但凸轮机构易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂，制造要求较高。三、实现方法及预期目标 3.1实施初步方案 （1）平面四杆机构的各种类型： 图3.6 铰链四杆机构运动简图本章节教具分为两部分：第一部分是一个四杆机构，此部分完全是手动控制，通过调节四杆机构中机架和主动连架杆的长度，达到了四杆变换的效果。第二部分是一个可以调节偏心距的曲柄滑块机构，用一个直流电机带动主动曲柄的运动，用升降机来调节偏心距，观察偏心距的改变与机构运动情况的关系。（一）平面四杆机构的基本形式是铰链四杆机构。在铰链四杆机构中，各运

16、动副均为转动副，其固定不动的构件称为机架、与机架相连的构件称为连架杆，其中能做整周转动的称为曲柄，不能做整周转动的称为摇杆、不与机架相连的构件称为连杆，连杆做复杂的平面运动。 铰链四杆机构曲柄存在的条件为：1.最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。2.连架杆和机架中必有一杆是最短杆。在当各构件长度不变，且满足2 的情况下，若取不同构件作为机架时，可得到以下三种形式的铰链四杆机构：3.以最短杆的相对杆为机架时，得到双摇杆机构。图3.7 铰链四杆机构初步设计方案是在连架杆1 中间铣了一个槽，通过螺母把连杆的一端铰接在连架杆上，连架杆和机架的固定方式也是如此。设计两个长度的杆长，所以需

17、要固定三个杆长，然后通过变化可变杆的杆长，确定存在曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆的条件。根据上述条件设计四杆的长度，满足双曲柄、曲柄摇杆、双摇杆的转换。（2） 曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式,由若干刚性构件用低副(回转副、移动副)联接而成的一种机构。是由曲柄（或曲轴、偏心轮）、连杆、滑块通过移动副和转动副组成的机构。根据结构特点，我们将其分成3 大类：对心曲柄滑块、偏置曲柄滑块、偏心轮机构。我们设计的此款教具，主要是讨论曲柄滑块中偏心距对曲柄存在的影响，了解曲柄滑块中最小传动角出现的位置。我们在已知曲柄和连杆长度的情况下，通过实验的方式，让学生亲自动手，使用升降架来调整偏心距，来讨论曲柄滑块机

18、构曲柄存在的条件。在试验中我们可以很明显的观察到，在曲柄滑块机构运动到近极位置和远极位置时，此时曲柄和连杆是重合的，而偏心距就决定了机构是否能够通过死点位置（1）凸轮机构各种类型：凸轮机构的分类：形状分1）盘形凸轮2）移动凸轮3）圆柱凸轮动件型式1）尖底从动件；2）滚子从动件；3）平底从动件高副接触（锁合）1）力锁合：弹簧力、重力等；2）几何锁合：等径凸轮、等宽凸轮；该教具主要进行轮廓设计及从动件运动特性测绘。四、对进度的具体安排表4.1 进度安排表周次计 划 完 成 工 作11. 了解设计题目，接受设计任务；2. 借设计手册和资料；阅读老师提供的资料；阅读毕业设计工作手册，初步了解其内容，以

19、后各部分按其规定的执行；3. 拟定调研计划（调研方法、对象、内容、路线、测试题或调查问卷或访谈提纲的设计、文献调研等）及调研；21 调研实习；确定设计题目涉及的关键词（keyword）(包括中文和英文的)；查阅文献资料（校园网、图书馆、情报所、专利局、研究所、书店、工厂、公司、学校等）；特别是在校园网下述网站下载需要的资料：http：/；http：/5；http：/08:85；http：/；http：//tools/en/gsearch.html。2 阅读资料；开始外文翻译（5000汉字以上）； PRO/E等软件的学习;

20、 31 编写调研报告（2000字左右）；撰写文献综述报告（40008000字,参阅文献资料不少于15篇，其中最少两篇外文资料）；2 设计对象的功能分析，确定出合适的功能参数；3 分析研究同类设备的技术方案与功能原理，拟订多种可能的设计方案（原理图或机构运动简图），并进行分析比较，确定初步设计方案。 41 写开题报告；拟定第513周的工作进度计划初稿，经与老师讨论定稿后，写在下面计划完成工作栏中（下面栏的工作计划作为参考，要根据自己的设计题目补充和完善，必要具体化列出相应的工作），并严格执行；完成外文资料翻译（5000汉字以上）；2 作开题报告。51 根据做开题报告时老师提出的修改意见，对设计方

21、案进行修改完善；2 设备的运动学设计：根据确定的结构方案，确定原动件的参数（功率、转速、线速度等），通过运动学计算，确定各运动构件的运动参数（转速，速度，加速度等）。3 动力学计算：结合各部分的结构和运动参数，计算各主要零件所受的载荷的大小及特性。4 设计对象的的机构设计，运动和运动关系设计，关键零件的强度校核。61 零件的工作能力设计；2 部件装配草图的设计。3 总装配草图的设计。71 设计对象参数的优化设计。81 根据优化的参数设计设计对象的装配图。91 关键零件图的设计。101 编写设计说明书的提纲；毕业设计小论文的构思与选题，拟定初步题纲；2 整理前期的设计工作，接受学校与系的期中检查。 111 设计对象中零件的三维图制作。121 演示动画制作。2 典型平台的实物制作。131 完成毕业设计要求的小论文的撰写；2 典型平台的实物制作。141 检查并完善设计图并打印；整理设计说明书并装订。151 毕业设计总结；必要的资料和成果刻光盘存档；答辨准备，写答辩提纲；2 在小组内进行预答辨。161.答辩；2.归还学校和老师提供的图书资料。五、参考文献1