机械原理课程设计多功能课堂实验展示仪

1、机械原理课程设计说明书提供完整版的毕业设计机械原理课程设计说明书设计题目 多功能课堂实验展示仪 专 业： 机械设计制造及其自动化班 号： 05021103 设 计 者： 指导教师： 完成时间： 2014 年 4 月 29 日 目录1.1 设计题目11.2机械系统的方案拟定11.2.1工作原理确定11.2.2执行构件及其运动设计21.2.3原动机的选择21.2.4执行构件的运动协调性设计21.2.5机构选型及组合41.2.6方案评价及优选51.3相关机构的尺度综合101.4机械系统的运动简图绘制及说明151.5创新点与应用161.6课程设计体会及建议17主要参考文献171.1 设计题目：多功能课

2、堂实验展示仪摘 要：随着学校教学方法的提高和教学内容的丰富，将实验室搬进课堂必将引发一场教育教学方法的革命。在课堂中演示生动形象的机构实物演示实验，在机械理论知识的学习中结合科学实验，必将使教师教学、学生学习更为方便、快捷、高效。关键词：课堂；演示实验；机构；方便快捷；多功能1.1.1 设计要求及技术指标 本作品跟据本届机械创新设计大赛的主旨要求而设计，属于“课堂用机械”。此机械以两块可横向滑动的黑板和中间固定的演示台为组合，演示台为多孔演示插板，尺寸1200mm1100mm24mm，板后安装电机驱动装置实现机械驱动，演示版配套特定演示教具，黑板可横向滑动显示和隐藏演示板。1.1.2 研制背景

3、及意义 随着学校教学方法的提高和教学内容的丰富，将实验室搬进课堂必将引发一场教育教学方法的革命。在课堂中演示生动形象的机构实物演示实验，在机械理论知识的学习中结合科学实验，必将使教师教学、学生学习更为方便、快捷、高效。而本作品的设计即在尽量少的占用空间和低成本下，实现方便、快捷的进行演示实验。1.2 机械系统的方案拟定1.2.1 工作原理确定本作品首先借助于两块可沿横向曲线导轨滑动的黑板实现演示台的显示与隐藏，黑板中间安装演示台，演示台一端安装合页可实现如橱柜门一样翻转，方便台后电机等设备的安装、检查等操作，演示台具有一定厚度，台后可盛放一定数量的教具或其他小型工具设备，演示台上设有方阵式教具

4、安装插孔，孔上安装金属轴承，可插入轴或其他零件。演示台后为电机和驱动控制装置，人为操作下可实现四组主动轴单独驱动，从而进行实验演示。演示时，只需要将黑板横向推开，将相关教具安装在演示台方阵孔上，连接传动件并控制电机即可进行演示实验。演示实验可包括：多杆机构运动、齿轮或齿轮齿条啮合传动、蜗轮蜗杆传动、凸轮传动等，也可演示简单电路实验。1.2.2 执行构件及其运动设计 执行构件主要为课程教具：凸轮机构、齿轮机构、连杆机构等1.2.3 原动机的选择 原动机：单相异步电动机 由于是在室内常温下工作且载荷不大，单向运转，环境有灰尘。 电压为220v，所以选用单相电动机。 主要参数：电压220v，频率50

5、hz，转速900（rpm）r/min，功率0.25kw，型号yl71261.2.4 执行构件的运动协调性设计演示机构3d运动仿真图传动机构3d运动仿真图整体3d运动分析示意图设计分析：通过三维绘图、装配以及运动协调性分析，通过设计教具的尺寸参数以及传动系统部件相关参数，在合理的装配条件下，该演示台可基本实现电动驱动控制以及基本的机械机构演示，并有较好的展示效果，可以实现预期的基本功能。1.2.5 机构选型及组合表1 选型组合方案结构名称材料主要数据（mm）备注主体部分面包板硬质木材1200110024减速机构蜗轮蜗杆低碳钢标准传动结构1v带复合材料标准传动结构2四连杆低碳钢设计尺寸双曲柄机构演

6、示机构普通教具铝合金或硬质塑料设计尺寸其他结构标准标准1.2.6 方案评价及优选1） 传动系统方案 方案一方案一系统机构图原理介绍：图示为演示台后驱动控制系统简图，箭头表示轴承可由开关控制传动轴的运动方向，通过轴承控制可实现不同的驱动轴的驱动或四组主动轴的同时驱动，最上端和最下端的四组独立齿轮可由开关控制实现上下运动，当向下运动时开将相互啮合的两个齿轮实现分离通过独立齿轮传动并使中间位置两组圆锥齿轮同时与上级传动圆锥齿轮啮合，同时通过控制中间横向轴的轴向运动实现四组主动轴同时驱动。优点：方便控制和操作缺点：结构复杂，成本较高 方案二方案二系统机构图原理说明： 图示为演示台驱动系统简图，面包板共

7、有4个主动件驱动插孔，即图上如1所示结构，均匀分布在面包板上。面包板为机架，结构9为电动机，通过联轴器与蜗杆连接，借助蜗轮蜗杆机构实现减速，蜗轮与v带轮固连在面包板上，通过v带传动扭距到结构2处，结构2带轮与连杆固连，带动连杆作整周转动，通过四连杆机构完善传动系统最终输出结构，实现面包板上连接教具的主动件的驱动。结构2带轮位于面包板正中，与四个主动轴孔距离相同，四连杆机构可以实现无拆卸而与各个孔轴的连接，形成各个主动轴的单独驱动。优点：结构简单，成本低，占用空间少，传动稳定缺点：增加了人工操作，不能实现多组实验同时演示方案三方案三系统机构图原理说明：图示为驱动方案三机构简图，由电机通过联轴器与

8、锥齿轮2连接，锥齿轮2与锥齿轮1啮合，实现变向和减速，锥齿轮1和直齿轮1固连于同一轴，直齿轮1与直齿轮2啮合，直齿轮2带动演示教具主动轴转动，整套驱动设备可实现拆卸和安装于操作台，即实现对四个演示件主动轴单独驱动。优点：结构非常简单，传动稳定缺点：拆卸、安装麻烦，且实现减速需要较大直径的锥齿轮，占用空间大且成本高综合考虑：选择【方案二】作为优选方案2） 演示机构与连接结构方案 面包板和演示教具主动件连接方案一 光轴+滚动轴承（紧连接）轴与轴承配合三维图 轴与滚动轴承采用紧连接 缺点：拆卸困难，容易造成零件损伤影响使用寿命方案二 平键+轴套与滑动轴承配合连接用轴三维图采用键连接，保证轴和轴承以及

9、零件与原动件的连接缺点：无法限制其沿轴向滑动方案三 固轴卡瓣+台阶轴与滑动轴承配合固轴卡瓣三维图固轴卡瓣固定在面包板上，通过卡台阶轴的固定槽内来限制轴的轴向松动，但不限制轴的转动，方便牢固。采用滑动轴承。缺点：可能会产生一定噪音和零件磨损综合考虑：选择【方案二】为优选方案 特殊教具件安装连接固定用支架三维图可插到面包板上作固定轴承1.3 相关机构的尺度综合1.3.1 3d仿真三维演示件运动仿真示意图三维传动系统运动仿真示意图1.3.2 尺寸设计设计尺寸（单位：mm）：1）面包板：12001100242）插 孔：15110 3）轴 承：lb 81524 套筒型直线运动轴承4）蜗轮蜗杆（传动系统）

10、:表2 基本参数传动比蜗杆头数模数压力角齿 数蜗杆分度圆直径蜗杆直径系数蜗杆导程角蜗轮分度圆直径蜗杆导程角r 当蜗杆的q和z1选定后，在蜗杆圆柱上的导程角即被确定：tan r= = = = =1/11.2 中心距a 蜗轮与蜗杆两轴中心距a与模数m、蜗杆直径系数q以及蜗轮齿数z2间的关系式如下：a=71.2 蜗轮蜗杆主要参数有：模数（m）、蜗杆分度圆直径（d1）、导程角（r）、中心距（a）、蜗杆头数（或线数z1）、蜗轮齿数（z2）等，根据上述参数可决定蜗杆与蜗轮的基本尺寸，其他尺寸参数计算参照表2计算关系式。 表2 基本几何尺寸计算关系式 名 称 代 号 计算关系式 中心距 a a=( d1+

11、d2+2x2m)/2 蜗杆头数 z1 蜗杆齿数 z2 模数 m m=ma=mn/cos 传动比 i i=n1/n2 齿数比 u u=z2/z1当蜗杆主动时，i=u 蜗杆分度圆直径 d1 d1 =mq 蜗杆齿顶圆直径 da1 da1= d1+2ha1= d1+2ha *m 蜗杆齿根圆直径 df1 df1= df 2hf1= d1-2(ha *m +c) 顶隙 c c= c*m 蜗杆齿顶高 ha1 ha1= ha *m=1/2(da1- d1) 蜗杆齿根高 hf1 hf1=( ha +c*)=1/2(d1- df1) 蜗杆齿高 h1 h1 = ha1 + hf1 =1/2(da1 df1) 蜗轮分

12、度圆直径 d2 d2=m z2=2a- d1-2 x2m 蜗轮齿根圆直径 df2 df2= d2+2hf2 蜗轮齿顶高 ha2 ha2=1/2(da2- d2)=m(ha*+ x2) 蜗轮齿根高 hf2 hf2=1/2(d2- df2)=m(ha* x2+c*) 蜗轮齿高 h2 h2 = ha2+ hf2=1/2(da2- df2) 蜗杆节圆直径 d1 d1= d1+2x2m=m(q+2x2) 蜗轮节圆直径 d2 d2= d2 5）v带轮：经过蜗轮蜗杆减速设计v带轮尺寸由于v带功能主要用于传递运动，可取传输距离即中心距选择v带类型为a型，直径设计v带尺寸 查手册基准长度圆整为1250，即6）

13、四连杆机构左图中，主动件b和连架杆c作整周转动，四杆机构为双曲柄机构。设计依据：b和c连杆基座间距离为mm设计尺寸a b&cabc7） 蜗杆支架8） 轴1.4 机械系统的运动简图绘制及说明1.4.1 传动系统说明： 图示为演示台驱动系统简图，面包板共有4个主动件驱动插孔，即图上如1所示结构，均匀分布在面包板上。面包板为机架，结构9为电动机，通过联轴器与蜗杆连接，借助蜗轮蜗杆机构实现减速，蜗轮与v带轮固连在面包板上，通过v带传动扭距到结构2处，结构2带轮与连杆固连，带动连杆作整周转动，通过四连杆机构完善传动系统最终输出结构，实现面包板上连接教具的主动件的驱动。结构2带轮位于面包板正中，与四个主动

14、轴孔距离相同，四连杆机构可以实现无拆卸而与各个孔轴的连接，形成各个主动轴的单独驱动。1.4.2 演示机构说明：图示为几种简单的机械机构演示3d仿真示意图，通过简单的安装和调节即可方便的展示机械机构的各种运动形式，具有较好的演示效果1.5 创新点及应用1）将有关教具有机的结合在一起，解决了老师在上课的时候携带教具不方便的问题。2）黑板和教具演示仪的结合，省去了学生去实验室参观的麻烦。3）通过通用零件的使用，有效的减少了连接教具所用的时间，为上课节约了时间，也为老师减轻了负担。1.6 课程设计体会及建议经过几周的辛劳，我们的课程设计终于完成了，在这次课程设计中我学到得不仅是专业的知识，还有的是如何

15、进行团队的合作，因为任何一个作品都不可能由单独某一个人来完成， 它必然是团队成员的细致分工完成某一小部分，然后在将所有的部分紧密的结合起来，并认真调试它们之间的运动关系之后形成一个完美的作品，当然，设计的成果与老师的耐心指导也是密不可分的，同样感谢老师不厌其烦的解疑答惑。这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在设计过程中，我们通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式， 使自己学到了不少知识，对于pro/e、autocad、solidworks等绘图软件以及相关的设计分析软件的使用更加熟练，通过查找问题不断的提

16、高自己的操作和计算水平，其中经历了不少艰辛，但收获同样巨大。 在整个设计中我懂得了许多东西，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的可能不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。在这次课程设计中小组同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，积极听取其他小组同学的意见和建议，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋