机械原理课程设计题目综合

1、第四章 课程设计题选§4.1 推瓶机构设计一、设计题目设计洗瓶机的推瓶机构。图4.1是洗瓶机有关部件的工作情况示意图。待洗的瓶子放在两个转动着的导辊上，导辊带动瓶子旋转。当推头M把瓶推向前进时，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人导辊待推。图4.1 洗瓶机有关部件的位置示意图二、原始数据和设计要求设计推瓶机构时的原始数据和要求为(1) 瓶子尺寸：大端直径d80mm，长200mm。(2) 推进距离l600mm。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。(3) 按生产率的要求，推程平

2、均速度为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。三、设计方案及讨论根据设计要求，推头M可走图4.2所示轨迹，而且在l600mm的工作行程中作匀速运动，在其前后作变速远动，回程时有急回运动特性。对这种运动要求，若用单一的常用基本机构是不容易实现的。通常，要用若干个基本机构的组合，各司其职，协调动作，才能实现。在选择机构时，一般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，则往往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。读者可查找相关资料“实现预定轨迹的机构选例”，“具有急回特性

3、的机构选例”以及“实现预定轨迹的曲柄摇杆机构连杆曲线图谱”等作为进行本题方案设计时的参考。了解到怎样组成机构才能得到所需的轨迹和急回运动特性(如机构中作平面运动的构件上的点才可能产生一定的轨迹；又如，要使机构具有急回运动特性，就必须使作匀速运动的主动件在工作行程和空回行程中的转角大小不同)，以期对新的构思有所启迪。实现本题要求的机构方案可以有很多，可用多种机构组合来实现。下面仅介绍几例供参考。更多的方案有待读者去构思。 图4.2 推头M的可走轨迹之一 图4.3 凸轮铰链四杆机构方案1凸轮四杆机构如图4.3所示，铰链四杆机构1234的连杆2上点M走近似于所要求的轨迹，点M的速度由匀速转动的凸轮通

4、过构件3的变速转动来控制。此方案的曲柄1是从动件，所以要注意增设渡过死点的措施。 图4.4 五杆组合机构方案2凸轮(或齿轮、或四连杆)五连杆机构图4.5 凸轮全移动副四杆机构方案确定一条平面曲线，有两个独立变量。因此，具有两自由度的连杆机构，都具有精确再现给定平面轨迹的特性。点M的速度和机构的急回特性可通过控制该机构的两个输入构件间的运动关系来得到，如用凸轮机构、齿轮或四连杆机构来控制等等。图4.4所示构件12345构成两自由度五杆低副机构，1、4为它的两个输入构件，这两构件之间的运动关系用凸轮、齿轮或四连杆机构来实现。 3凸轮全移动副四杆机构图4.5所示全移动副四杆机构1234是两自由度机构

5、，构件2上的点M可精确再现给定的轨迹，构件2的运动速度和急回特性由凸轮控制。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1的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大，应设法子以解决。四、设计步骤 1设计和选择方案分析设计要求、确定方案的过程已如前述。对于上述设计方案的选择，需根据机器的工作要求，从以下几点出发来考虑。(1) 应能实现给定轨迹、速度和急回特性等要求。(2) 应有较高的生产率(可从改变工件的输送方式、选择合适的轨迹形式等方面来考虑)。(3) 机构的运动简图在结构上能否实现(例如就本题而言，凸轮与从动件的锁合用什么形式为好)；机构在机器中是否有合适的位置布置。(4) 机构尺寸应尽

6、量紧凑，结构简单，构件数少。(5) 机构传力特性好，推头与工件的接触和脱离过程应能平稳过渡(无冲击)。(6) 制造方便。2确定设计路线以图4.4d所示方案为例。机构的设计路线和传动路线是不同的。机构运动传递路线是：两凸轮的匀速转动，推动五杆机构12345中的两输入构件1、4分别作变速住复摆动和移动，使构件2上的点M实现给定的轨迹和运动规律。而机构的设计路线则相反，它是根据给定的轨迹和运动规律要求，以及机器的总体配置和结构要求，从执行构件开始，先确定五连杆机构各构件的尺寸，然后确定五连杆机构两输入构件应有的运动规律，再按此规律要求设计凸轮(驱动)机构。 3五连杆(执行)机构设计(1) 取定长度比

7、例尺(m/mm)，画出给定的轨迹。(2) 根据机器和推瓶机构的总体配置和结构情况，选定固定铰链A的位置（点A位置适当与否会影响到构件1、4的位移量和位移规律，也就是影响到凸轮机构的升程和运动规律，从而影响到凸轮的尺寸和廓线形状），以点M能走到轨迹上的任何一点为条件(点A距轨迹的最远距离，最近距离)，确定AB和BM的长度。(3) 从结构需要和改善机构的受力情况等着手，确定构件4的位置。(4) 根据点M在工作行程中部为匀速运动的要求，等分相应的轨迹段（首尾为变速运动，不等分轨迹段)，求得与各分点对应的构件1、4的位移(位置)。 4凸轮(驱动)机构设计(1) 根据急回运动的特性要求，确定相应工作行程

8、段中，匀速转动的凸轮6(和7)应占有的角度(升程角)，并对应于轨迹段上的分点等分该角度。(2) 根据上述得到的凸轮6(和7)和构件1(和4)的转角与位移曲线 (和)，设计凸轮机构。(3) 凸轮机构回程段的设计方法与工作行程段设计方法类同。选定运动规律后，求取匀速转动的凸轮和构件1(4)之间的位移曲线，再设计凸轮机构。(4) 检验压力角和最小曲率半径。(5) 根据工作需要确定凸轮的结构型式，并根据从动件端部型式求凸轮实际廓线。(6) 根据点M的速度要求确定凸轮转速。5组合机构运动分析在23个位置上检验机构的位置与运动参数是否符合设计要求。6整理设计说明书设计说明书应包括设计题目、设计要求、方案设

9、计和方案选择、机构尺寸和运动参数的确定。电算部分还应有标识符说明表和计算框图，并附上打印的源程序和计算结果。五、建议完成的工作量本题设计时间为2周。凸轮从动件运动规律、凸轮理论廓线设计用解析法进行。凸轮机构从动件运动规律、理论廓线设计应分段进行和分段检查。应完成图纸包括机构运动简图，机构运动分析和设计结果及其检查，凸轮理论廓线压力角和最小曲率半径的检验，凸轮的实际廓线等和说明书一份。§4.2 轧辊机构的设计一、设计题目设计一初轧机的轧辊机构。图4.6 轧辊工作情况图4.6 所示轧机是由送料辊送进铸坯，由工作辊将铸坯轧制成一定尺寸的方形、矩形或圆形截面坯料的初轧轧机。它在水平面内和铅垂

10、面内各布置一对轧辊（图中只画了铅垂面内的一对轧辊）。两对轧辊交替轧制。轧机中工作辊中心M应沿轨迹mm运动，以适应轧制工作的需要。坯料的截面形状由轧辊的形状来保证。二、原始数据及设计要求根据轧制工艺，并考虑减轻设备的载荷对轧辊中心点M的轨迹可提出如下基本要求：(1) 在金属变形区末段，应是与轧制中心线平行的直线段，在此直线段内轧辊对轧件进行平整，以消除轧件表面因周期间歇轧制引起的波纹。因此，希望该平整段L尽可能长些。(2 轧制是在铅垂面和水平面内交替进行的，当一个面内的一对轧辊在轧制时，另一面内的轧辊正处于空回行程中。从实际结构上考虑，轧辊的轴向尺寸总大于轧制品截面的宽度，所以，要防止两对轧辊在

11、交错而过时发生碰撞。为此，轧辊中心轨迹曲线mm除要有适当的形状外，还应有足够的开口度h，使轧辊在空行程中能让出足够的空间，保证与轧制行程中的轧辊不发生“拦路”相撞的情况。(3) 在轧制过程中，轧件要受到向后的推力，为使推力尽量小些，以减轻送料辊的载荷，故要求轧辊与轧件开始接触时的啮入角尽量小些。约取25º左右，坯料的单边最大压下量约50mm，从咬入到平整段结束的长度约270mm。(4) 为调整制造误差引起的轨迹变化或更换轧辊后要求开口度有稍许变化，所选机构应能便于调节轧辊中心的轨迹。(5) 要求在一个轧制周期中，轧辊的轧制时间尽可能长些。三、机构方案讨论能实现给定平面轨迹要求的机构可

12、以有连杆机构、凸轮机构、凸轮连杆机构、齿轮连杆机构等。下面列举其中的几个方案，如：1、铰链连杆机构(图4.7)利用铰链四杆机构ABCD连杆上某一点M，可近似实现要求的轨迹。2、双凸轮机构(图4.8)图4.7 铰链四杆机构双滑块构件3上点M的运动分别由凸轮1和5来控制。一般来说，点M可精确实现任意给定的轨迹。3、铰链五杆机构(图4.9)出于铰链五杆机构是两自由度机构，所以可精确实现要求的任意轨迹，且构件尺寸可在很大范围内任选，但需要给两个主动件，如取连架杆AB、DE为主动件，它们的转角与所要实现的轨迹mm有关，即与，有关。通常，要精确实现该两主动件间的运动关系是比较麻烦的，如无必要，可用近似方法

13、实现。联系两主动件间运动关系的机构常用齿轮机构、凸轮机构、连杆机构等。 4.8 双凸轮机构 图4.9铰链五杆机构4、凸轮连杆机构(图4.10)利用凸轮连杆机构一般可以精确实现要求的轨迹。5、齿轮五连杆机构(图4.11)利用构件BC上的点M可近似实现要求的轨迹，且调节AB与DE两构件间的相对位置即可调节点M的轨迹，故调节较方便。 图4.10 凸轮连杆机构 图4.11 齿轮连杆机构四、设计步骤1、选择方案可根据机器的工作要求，从以下几点出发来考虑：（1） 能否实现给定的轨迹。（2） 能否按要求布置在机器中，结构上是否便于实现。（3） 由于本机器中机构的受力较大，应考虑到工作寿命要求。（4） 轨迹和

14、开口度的调节是否可能和方便。下面以齿轮五杆机构为例，介绍设计步骤。2、按工艺要求确定理想的轨迹通常可先按轧制最常用规格的钢材来确定该轨迹，以此进行机构综合，然后调节AB、DE间的相对位置，再画出点M的轨迹，以检验是否能满足不同轧制工艺的要求(如轨迹、咬入角、平整段长度L等)。由于该机构只能近似实现给定的轨迹，或只能精确实现轨迹上若干点，所以根据工艺要求重点，考虑水平平整段和咬入角后，在轨迹上取五个点，其坐标如下(单位为米) (图4.12)： M1：(-0.15306，0.60113) M2：(-O.04l40，0.63996) M3：(0.06187，0.65492) M4：(0.10243，

15、0.65575) M5：(0.1229lP，0.65497)图4.12 轧辊机构参数 3、确定AB、BM的长度及位置可先用图解法按给定轨迹大致选择AB和BM的长度。要使M能达到轨迹上的任何一点，AB能作360º转动，则A点到轨迹的最大距离应为，最小距离。再根据选定的AB、BM长度算出点M在M1M5时对应的连架杆AB的转角；或者直按选定与该五点所对应的连架杆AB的转角，如， (要注意AB是作匀速转动)。取定齿轮1、3(图7)间的传动比，可考虑取，即使两曲柄AB、DE作同向且角速度相等的转动。利用导向两杆组综合(设计)方法求得机构参数、。其中为度量曲柄AB转角的起始线AI与x轴的夹角，设

16、定逆时针向度量为正。4、选定C点后，求CD和DE的长度和位置取定b和，如取be，51.5º，由导向两杆组连杆上的点M的坐标求出所对应的点C的坐标。因为： 式中，、分别为、与x轴的夹角所以：，由点和 (因为，且构件AB与DE同向转动，所以)，同样利用导向两杆组综合法求得参数，其中为度量构件DE与转角的起始线E与x 轴的夹角。5确定齿轮尺寸以点A和E作为主、从动齿轮中心，设计传动比的齿轮传动。 6对设计所得的机构进行全面分析、检验对上面设计所得的机构进行轨迹、速度、加速度等性能分析，检验是否满足设计要求，若有不满足处，应进行适当修改，直至满足要求。五、设计内容与建议(1) 本题适于用计算

17、机辅助设计。(2) 在编制程序时，最好将导向两杆组综合编成一独立程序，它可适用于任意给定轨迹上五个点及其对应的连架杆转角的导向两杆组的设计。(3) 最后要求画出机构运动简图和整理说明书一份。机构运动简图可用2号或3号图纸做出，要求按比例作图，图上应画出工作辊中心M在整个运动循环中的轨迹和改变构件AB和DE的相对位置后，点M的轨迹。图上应标出必要的尺寸和符号。说明书内容应包括设计题目，原始数据和设计要求，机构方案比较，设计步骤，所用设计方法(包括简明的计算过程)，所得结果及对设计所得机构的评价，并附全部电算程序，标识符说明表和打印结果。§4.3 铁板输送机构设计一、设计题目设计一剪板机

18、的铁板输送机构。二、原始数据和设计要求(1) 原材料为成卷的板料。每次输送铁板长度为l1900或2000或2200 mm(设计时任选一种)。(2) 每次输送铁板到达规定长度后，铁板稍停，以待剪板机构将其剪断。剪断工艺所需时间约为铁板输送周期的十五分之一。建议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)。三、方案设计将卷料展开并剪成一定长度铁板的剪板机，可以有两种剪断方式。一种方式是板料匀速连续送进，剪刀在和铁板同步(同速)前进的运动中剪断铁板，即飞剪机。另一种是本题所采用的方式，即将

19、板料作定长度的间歇送进，在板料短暂的停歇时间内，剪刀在一定位置上将铁板剪断。将铁板作间歇送进的机构方案设计，可从下述两个方面考虑机构的选择：(1) 如何夹持和输送铁板，并使停歇时保持铁板的待剪位置；(2) 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，这样，送进机构的运转就比较平稳。大致有几条途径：(1) 利用机构中运动构件暂时脱离运动链，使后续构件实现停歇；(2) 利用构件上一点在圆弧段或直线段上运动，使与之相连的构件实现停歇；(3) 利用两种运动的叠加使构件实现间歇运动；图4.13 钢板输送机方案(4) 其它。工业上常用的简单间歇机构，如棘轮机构、槽轮机构和不

20、完全齿轮机构等，虽具有结构简单、制造方便运动可靠等优点，但在动力性能、动停比(运动时间和停歇时间之比)方面很难满足设计要求。所以常用组合机构来满足设计要求。如果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，如采用图4.13所示的方案。图4.13中构件234H组成两自由度的差动轮系，以它作为基础机构。内齿轮4和输送辊固接在一起作为输出构件。除H 作为一个输入构件外，还可取2或3作为另一个输入构件，由于差动轮系中各轮之间有如下的运动关系： 或： 所以，若其中一构件(如2或3)作匀速运动输入，另一构件(H)作连续非匀速运动输入，则总可以使构件4在某一段时间内

21、的角速度为零。图4.13中采用齿轮1向齿轮2传送匀速转动。同时1通过曲柄摇杆机构ABCD将变速运动输送给转臂H这种机构可使构件4(近似)停歇时，构件1的转角大于20º。四、设计步骤1方案设计和选择方案方案设计过程见上节所述。选择方案时可以从下述几方面进行方案比较：(1) 机构能否满足所提出的设计指标；(2) 机构结构是否简单、可行，工作可靠；(3) 铁板厚薄规格变化时机构能否调充；(4) 其它。2根据选用方案，找出实现输送辊停歇的条件和明确设计思路。以选用图4.13所示齿轮连杆组合机构为例。由上述已知差动轮系各构件间的运动关系为：因为： 所以：由此得出位移关系：轮4是在时停歇，故轮4

22、 的停歇条件是：这个公式也就是铰链四杆机构两连架杆CD (即)和 AB (即)之间必须满足的运动关系。至此，我们可以明确理出设计这种机构的思路：先设计齿轮机构，确定出各轮齿数；然后按满足两连架杆对应角位移(、)的命题设计铰链四杆机构。3基础机构(齿轮机构)设计主要目的是确定差动轮系各齿轮的齿数，同时也可确定齿轮1、 2的齿数。(1) 根据机器结构和强度要求，选取输送辊的外径D、轮齿模数m和输出构件(内齿轮)的齿数(2) 由输送铁板长度l和输送辊外径D，计算输送铁板时构件(内齿轮)4的转角(3) 设齿轮1一转为一个输送周期(时间为T)，将公式在(o，T)区间积分，求出齿轮2、4的转角和齿数关系：

23、因为：所以：由上式可求出齿轮1的齿数。(4) 若选用标准齿轮，则根据同轴条件可选齿数和。(5) 选行星轮个数用公式检验安装条件。若所得不为整数，应重选齿数和。(6)按公式检验邻接条件，若不满足，应重选齿数和。4附加机构(铰链四杆机构)设计(1) 根据输送周期和剪板工艺对停歇时间的要求，确定停歇角，即对应于输送辊停歇时，机构主动构件转过的角度。(2) 对图4.13所示机构，上述导出的输送辊停歇条件 就是铰链四杆机构的设计条件。这是“给定两连架杆对应角位移，要求设计铰链四杆结构”的命题。由于铰链四杆机构最多只能解决“给定两连架杆四对对应角位移”的命题，所以，为了考虑到机构要有合适的尺寸比、合适的传

24、动角和机构运动空间等附加条件，常常以实现“给定两对(或三对)对应角位移”作为命题，以便能从众多解中选出合适的一组解。今以满足停歇要求的“两对对应角位移”的命题为例。给定的两对角位移为根据这两对对应角位移，即可设计铰链四杆机构。（3）检验曲柄存在条件和运动连续性。（4）检验传动角，可取。（5）确定的两连架杆的初始位置、，用解析法精确求解四杆的相对长度。5铁板输送机构运动分析根据执行构件位移、速度、加速度公式，计算并作出输送辊轮的位移线图、速度线图和加速度线图。分析评估机构是否满足设计要求，提出改进意见。图4.13所示机构的角位移、角速度和角加速度公式为6整理设计说明书设计说明书应包括设计题目、设

25、计要求、方案设计和选择、机构尺寸和运动参数的确定。电算部分应有标识符说明表和计算程序框图，并附打印的源程序和计算结果。五、建议完成的工作量本题设计时间为2周。组合机构运动分析用解析法进行。编写程序时可根据具体情况，并用图解法求出在停歇区内某一位置时的、和。检验解析法计算结果是否正确。铰链四杆机构尺寸的精确计算可借助计算机，也可用计算器。在此种情况下，应完成说明书一份和3号图纸一张，图内应包括组合机构运动简图、运动线图。图解法设计铰链四杆机构。§4.4 半自动平压模切机机构设计一、设计题目设计半自动平压模切机的模切机构。半自动平压模切机是印刷、包装行业压制纸盒、纸箱等纸制品的专用设备。

26、该机可对各种规格的白纸板、厚度在4mm以下的瓦愣纸板，以及各种高级精细的印刷品进行压痕、切线、压凹凸。经过压痕、切线的纸板，用手工或机械沿切线处去掉边料后，沿着压出的压痕可折叠成各种纸盒、纸箱或制成凹凸的商标。 图4.14 平压模切机动作示意图 图4.15 模切机生产阻力曲线压制纸板的工艺过程分为“走纸”和“模切”两部份，如图4.14所示，4为工作台面，工作台上方的1为双列链传动，2为主动链轮，3为走纸横块(共五个)，其两端分别固定在前后两根链条上，横块上装有若干个夹紧片。主动链轮由间歇机构带动，使双列链条作同步的间歇运动。每次停歇时，链上的一个走纸模块刚好运行到主动链轮下方的位置上。这时，工

27、作台面下方的控制机构，其执行构件7作往复移动，推动横块上的夹紧装置，使夹紧片张开，操作者可将纸板8喂入，待夹紧后，主动链轮又开始转动，将纸板送到具有上模5(装调以后是固定不动的)和下模6的位置，链轮再次停歇。这时，在工作台面下部的主传动系统中的执行构件滑决6和下模为一体向上移动，实现纸板的压痕、切线，称为模压或压切。压切完成以后，链条再次运行，当夹有纸板的横块走到某一位置时，受另一机构(图上未表示)作用，使夹紧片张开，纸板落到收纸台上，完成一个工作循环。与此同时，后一个横块进入第二个工作循环，将已夹紧的纸板输入压切处，如此实现连续循环工作。本题要求按照压制纸板的工艺过程设计下列几个机构：使下压

28、模运动的执行机构；起减速作用的传动机构，控制横块上夹紧装置(夹紧纸板)的控制机构。二、原始数据和设计要求(1)每小时压制纸板3000张。 (2)传动机构所用电动机转速n1450r/min，滑块推动下模向上运动时所受生产阻力如图4.15所示，图中，回程时不受力，回程的平均速度为工作行程平均速度的1.3 倍，下模移动的行程长度。下模和滑块的质量约120 kg。(3)工作台面离地面的距离约1200 mm。(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。三、设计方案及讨论根据半自动平压模切机的工作原理，把机器完成加工要求的动作分解成若干种基本运动。进行机械运动方案设计时，最主要

29、的是要弄清设计要求和条件，掌握现有机构的基本性能，灵活地应用现有机构或有创造性地构思新的机构，以保证机器有完善的功能和尽可能低的成本。完成一项运动，一般来说总有几种机构可以实现，所以，不同的机构类型及其组合将构成多种运动方案。对本题进行机械运动方案设计时应考虑以下问题： (1) 设计实现下模往复移动的机构时，要同时考虑机构应满足运动条件和动力条件。例如实现往复直线移动的机构，有凸轮机构、连杆机构、螺旋机构等。由于压制纸板时受力较大，宜采用承载能力高的平面连杆机构，而连杆机构中常用的有四杆机构和六杆机构，再从机构应具有急回特性的要求出发，在定性分析的基础上，选取节省动力的机构。当受力不大而运动规

30、律又比较复杂时，可采用凸轮机构。例如本题中推动夹紧装置使夹紧片张开的控制机构，由于夹紧片张开后要停留片刻，让纸板送入后才能夹紧，因而推杆移动到最高位置时，有较长时间停歇的运动要求，故采用凸轮机构在设计上易于实现此要求，且结构简单。 (2) 为满足机器工艺要求，各机构执行构件的动作在规定的位置和时间上必须协调，如下压模在工作行程时，纸板必须夹紧；在下压模回程时，纸板必须送到模压位置。因此，为使各执行构件能按工艺要求协调运动，应绘出机械系统的机构运动循环图。(3) 根据机器要求每小时完成的加工件数，可以确定执行机构主动构件的转速。若电动机转速与执行机构的主动件转速不同，可先确定总传动比，再根据总传

31、动比选定不同的传动机构及组合方式，例如带传动和定轴轮系串联或采用行星轮系等；有自锁要求而功率又不大时，可采用蜗杆蜗轮机构。对定轴轮系要合理分配各对齿轮的传动比，这是传动装置的一个重要问题，它将直按影响机器的外廓尺寸、重量、润滑和整个机器的工作能力，这个问题将在机械设计课中解决。 (4) 在一个运动循环内仅在某一区间承受生产阻力很大的机器，将引起等效构件所受的等效阻力矩有明显的周期性变化，若电动机所产生的驱动力矩近似地认为是常数，则将引起角速度的周期性波动。为使主动作的角速度较为均匀，应考虑安装飞轮。可适当选择带传动的传动比，使大带轮具有一定的转动惯量而起飞轮的作用，通常应计算大带轮的转动惯量是

32、否满足要求，如不满足，则需另外安装飞轮。 实现本题要求的机构方案有多种，现介绍几例： (1) 实现下模往复移动的执行机构具有急回或增力特性的往复直移机构有曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构(或导杆机构)与摇杆滑块机构串联组成的六杆机构等(图4.16、4.17、4.18)。 (2) 传动机构连续匀速运动的减速机构有带传动与两级齿轮传动串联、带传动与行星轮系串联和行星轮系(需安装飞轮)等。 (3) 控制夹紧装置的机构具有一端停歇的往复直移运动机构有凸轮机构、具有圆弧槽的导杆机构等。图4.16所示方案的主要优点是滑决5承受很大载荷时，连杆2却受力较小，曲柄1所需的驱动力矩小，因此该机构常称为增力机构，它具有

33、节省动力的优点。此外，图4.17、4.18所示为另外两种六杆机构供分析比较。其它方案可由设计者自行构思。图4.16 模切机执行机构和传动机构方案之一 图4.17 执行机构方案之二 图4.18 执行机构方案之三四、设计步骤1构思、选择机构方案机构方案的构思和选择讨论，已如上述。下面以图4.16所示方案为例介绍设计步骤。2计算总传动比、分配各级传动比和确定传动机构方案本题总传动比3机构设计按选定的平面连杆机构，由已知参数用解析法计算机构尺寸。由于本题是具有短暂高峰载荷的机器，应验算其最小传动角，并尽可能保证压模工作时，有较大的传动角，以提高机器的效率。4. 运动分析和力分析 在完成平面连杆机构设计

34、的基础上，进行运动分析和动态静力分析(仅考虑滑块和下模的惯性力)，包括用解析法建立数学模型，绘制程序框图，用计算机打印源程序与计算结果，并根据计算结果绘制运动线图(位移、速度、加速度线图)和平衡力矩线图。5选择控制夹紧装置的机构方案6绘制所设计方案的机构运动简图(3号图纸)7编写说明书说明书内容包括设计题目、机构方案设计和选择、机构设计、机构运动分析、力分析及其结果等。五、应完成的工作量本题设计时间为2周。应完成：(1) 包括执行机构、传动机构、控制机构的机械运动方案选择。(2) 绘制机构运动简图一张(3号图纸)。(3) 设计执行机构并进行运动分析和动态静力分析。(4) 机械原理课程设计说明书

35、一份。 §4.5 专用机床的刀具进给机构和工作台转位机构设计一、设计题目设计四工位专用机床的刀具进给机构和工作台转位机构。图4.19 专用机床外形及尺寸工作台有、四个工作位置(图4.19)，工位是装卸工件，是钻孔，是扩孔，是铰孔。主轴箱上装有三把刀具，对应于工位的位置装钻头，的位置装扩孔钻，的位置装铰刀。刀具由专用电机带动绕其自身的轴线转动。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、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

36、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。二、原始数据和设计要求 (1) 刀具顶端离开工件表面65mm(图4.20)，快速移动送进60mm接近工件后，匀速送进60 mm(前5mm为刀具接近工件时的切入量，工件孔深45mm，后10mm为刀具切出量)，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 (3)生产率为每小时约74件。 (4)机构系统应装入机体内，机床外形尺寸见图4.19。三、方案设计与选择图4.20 运动循环图图4.21 专用机床

37、方案之一图4.22 专用机床方案之二图4.23 专用机床方案之三回转工作台作单向间歇运动，每次转过90º；主轴箱往复移动各120mm，在工作行程中有快进和慢进两段，回程为快退(急回行程)。实现工作台单向间歇运动的机构有棘轮、槽轮、凸轮、不完全齿轮机构等，此外，还可采用某些组合机构；实现主轴箱往复急回运动的机构有连杆机构和凸轮机构等，两套机构均由一个电机带动，故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。图4.21、4.22、4.23所示为其中的三个方案。图4.21、4.22中，工作台回转机构为槽轮机构，图4.23中为不完全齿轮机构其余方案可由设计者自

38、己构思。选择方案时，特别要注意以下几个方面：(1) 工作台回转以后是否有可靠的定位功能，主轴箱往复运动的行程在120mm以上，所选机构是否能在给定空间内完成该运动要求。(2) 机构的运动和动力性能、精度在满足要求的前提下，传动链是否尽可能短，且制造、安装简便。(3) 加工对象的尺寸变更后，是否有可能方便地进行调整或改装。四、设计步骤1. 方案设计根据设计题目提出的要求构思和选择方案，见上节所述。2确定行程时间根据生产率要求及刀具匀速进给的要求和K值，确定工作行程和回程时间。3选择电机及总传动比确定执行机构(工作台回转机构和主轴箱往复运动机构)主动作的转速；选择电机及其转速；确定电机到执行机构的

39、总传动比及各级传动比，并选择相应各级机构的类型。4拟订机构运动循环图按选定的方案，拟定机构的运动循环图。5机构设汁设计工作台转位机构及其定位装置；设计主轴箱往复运动机构。6机构运动分析用解析法对执行机构进行运动分析。7编写设计说明书说明书包括设计题目、原始数据和设计要求、方案设计及选择、机构设计的有关参数选择、设计和计算结果及其评价等。五、工作量建议(1) 本题设计时间为2周。(2) 完成2号或3号图纸四张。内容为：最后确定的机构方案及运动循环图（如图4.20所示)；设计工作台回转机构及主轴箱往复运动机构(保留作图辅助线)；用解析法对工作台回转机构或主轴箱往复运动机构进行运动分析，绘出从动件的

40、位移、速度、加速度曲线图，应附计算程序及打印结果。(3) 编写设计说明书。§4.6 医用棉签卷棉机机构设计一、工作原理及工艺动作过程医院用棉签的日耗量很大，以往均由医护人员在值班间歇中用手工卷制，工作量很大，为提高工效拟用机器代替手工卷制棉签。棉签卷制过程可以仿照手工方式进行动作分解，亦可另行构想动作过程。按照棉签的手工卷制方法进行分解后得到：（1） 送棉：将条状棉通过机构定时、适量送入；（2） 揪棉：将条状棉压（卷）紧并揪棉，使之揪下定长的条棉；（3） 送签：将签杆送至导棉槽上方与定长棉条接触；（4） 卷棉：签杆自转并延导棉槽移动完成卷棉动作。二、原始数据及设计要求（1） 棉花：条

41、状脱脂棉，宽2530 mm，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。三、设计方案提示（1） 送棉可以采用两滚轮压紧棉条、对滚送进，送进的方式可采用间歇机构，以实现定时定量送棉；也可以采用直线送进方式，则送棉机构必须有持棉和直线、间歇、定长送进等功能。（2） 揪棉时应采用压棉和揪棉两个动作，压棉可以采用凸轮机构推动推杆压紧棉条，为使能自动调整压紧力中间可加一弹簧。楸棉可以采用对滚爪轮在转动中楸断

42、棉条。（3） 送签可采用漏斗口均匀送出签杆，为避免签杆卡在漏斗口，可以将漏斗作一定振动。（4） 卷棉可将签杆送至导棉槽，使签杆作自转并移动而产生卷棉，如采用带槽形的塑料带通过挠性传动来实现。四、设计任务（1） 根据工艺动作要求拟定运动循环图；（2） 进行送棉、揪棉、送签、卷棉机构的选型，实现上述4动作的配合；（3） 机械运动方案的评定和选择；（4） 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案；（5） 画出机械运动方案简图；（6） 对机械传动系统和执行机构进行尺度设计。§4.7 平压印刷机机构设计一、设计题目根据平压印刷机的主要动作要求，进行机构运动方案和主要机构的设计。平压

43、印刷机是印刷行业广泛使用的一种脚踏、电动两用简易印刷机，适用于印刷各种八开以下的印刷品。图4.30是该类印刷机主要部件的工作情况示意图。它们实现的动作如下： (1) 印头往复招认其个是压印位置，即此时印头上的纸与固定的铅字版(阴影线部分)压紧基础；而是取走印好的纸和置放新纸的位置。 (2) 油辊上下滚动。在印头自位置运动至位置的过程中，油辊从位置经油盘和铅字版向位置运动，并同时绕自身的轴线转动。油辊滚过油盘使油辊表面的油墨涂布均匀；滚过固定铅字版给铅字上油墨。压印头返回时，油辊从位置回到。油辊摆杆是一个长度可伸缩的构件。 (3) 油盘转动。为使油辊上的油墨均匀，不仅应将油辊在油盘面上滚过，而且

44、应在油辊经过油盘往下运动时油盘作一次小于180º而大于60º的间歇转动，使油盘上存留的油墨也比较均匀。 上述三个运动和手工加纸、取纸动作应协调配合，完成一次印刷工作。图4.30 平压印刷机有关部件示意图二、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16001800次/小时的印刷能力； (2) 电动机功率P0.8 kW，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(280×406mm2)，最大印刷幅面为260×380 mm2，设定； (4) 印头摆角，且

45、要求印头返回行程(自位置至)和工作行程(自位置至)的平均速度之比(行程速度变化系数)K1.12； (5) 油辊自铅垂位置运动至的摆角，油辊在位置时，恰与油盘的上边缘接触，油盘直径为400 mm； (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子或等于许用传动角。结构应紧凑，制造方便。三、设计方案及讨论 根据设计要求，三个主要动作必须协调，这是方案设计的出发点。由于只给出一个动力源，因此实现这些动作的机构必须联动。其次，三个动作中，印头运动需具有急回特性，油辊可看作是实现两个位置的运动(油辊摆杆的伸缩运动也是由一机构控制的)，而油盘是实现间歇运动。完成这些运动的机构以及将它们

46、连成整机，均应力求结构简单、紧凑。 拟定运动方案时，应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，最后再确定各机构前面的传动路线，以满足生产率的要求。 1实现本题前两个动作要求的机构运动方案 方案：两个曲柄摇杆机构按时序式联接。如图4.31所示，曲柄摇杆机构实现印头的往复摆动，曲柄摇杆机构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分别驱动曲柄和。此方案的优点是印头和油箱均有急回作用，且两套机构可分开进行位置调整。缺点是结构稍复杂一些。图4.31 两个曲柄摇杆机构的联接 方案：曲柄摇杆机构和双摇杆机构串联。如图4.32所示，曲柄摇杆机构

47、实现压印头的往复摆动(与方案I相同)，曲柄动力由电机通过齿轮机构输入。而双摇杆机构是以曲柄摇杆机构的从动件为主动件，使油辊实现往复摆动。它与方案比较，在满足同样要求的情况下结构较为紧凑。图4.32 曲柄摇杆机构和双摇杆机构串联方案：凸轮机构和连杆机构按时序式联接。 如图4.33所示，由凸轮1驱动双摇杆机构完成印头的往复摆动；由同轴传动的凸轮2通过齿轮驱动摆杆摆动。利用凸轮机构同样可方便地满足印头的急回作用，并通过两凸轮的相位和从动件的角位移规律协调印头和油辊的运动，且可使它们在极限位置有停歇时间，对操作有利。其它机构组合方案，由学生自行构思。图4.33凸轮机构和连杆机构按时序式联接 2实现油盘

48、间歇运动的机构方案 视油盘中心轴线对输入轴线的不同布局而有不同的机构方案。 方案：如图4.34所示，它由圆锥齿轮和间歇运动机构(如槽轮机构，不完全齿轮机构或棘轮机构等)组成。此方案可用于油盘轴线与轴线相交或交错的情况。 方案：如图4.35所示，是用拨杆机构来实现间歇运动。在油盘转轴下端布置三个或四个叉枝2，再由固定在轴上的拨杆或凸轮1间歇推动叉枝2，使油盘得到间歇转动。此方案用于油盘轴线与轴线交错的情况。 因轴线就是油辊摆杆的转轴，故凸轮的安装相位必须恰当。其它方案由学生白行构思，上述方案仅供参考。 图4.34 圆锥齿轮和间歇运动机构 图4.35 拨杆机构 四、一些机构的设计要点 1印头往复运

49、动机构曲柄摇杆机构的设计 以方案(图4.32)为例，要求在满足传动角条件下合理设计机构的几何尺寸。可先设计曲柄摇杆机构，然后设计双摇杆机构。在曲柄摇杆机构中未定参数是曲柄长度、连杆长度、机架长度和的倾斜角。按解析法设计，这四个参数按以下顺序确定： (1) 确定轴线的位置。这是设计的主要工作，要求独立选择。曲柄摇杆机构有四个未定参数，但由机构的两个极限位置和急回特性的关系只可建立三个运动方程式，所以必须在四个参数中选定一个。因为的位置取决于参数和，所以，可从上述三个运动方程中解得只有、的函数方程，再选定后即可知。 (2) 按曲柄摇杆机构的运动几何关系求解连杆和曲柄长度。 (3) 校验机构的传动角

50、，应满足。并检查在、之间是否有容纳油盘的足够空间。 (4) 若不满足传动角条件或无法安放油盘，则改变角，重复上述过程求解机构尺寸。必须注意，初始选取角时，应使落在机器外形尺寸之内，同时要考虑油盘和齿轮1的尺寸，其中齿轮1的尺寸不能超出墙板边界(图4.30中的尺寸750)太多。这一步可先用图解法试作，取得的大致范围(主要检验传动角)，然后在的初始值左右搜索，取得满足传动角要求的最佳尺寸。 2油辊往复运动机构双摇杆机构的设计 因机构中主动连架杆的长度和位置已确定，同时伸缩杆的摆动中心设定在轴线上，两个标线位置也已给定，故此题属两连架杆两对对应位置的设计。这样和的长度将有无穷解，但在满足两极限位置处

51、传动角要求的条件下，本题可得有限范围的解，此铰链点可选在标线扩大体上的某一点。图4.36 双摇杆机构的设计图4.36为本题的一种解法：设定坐标系，将图形绕向反转得点的转化位置，、连线的垂直平分线上的点即为铰链点，为一极限位置的传动角。用解析法可建立线的直线方程，然后通过、的搜索，求得满足两极限位置传动角要求的最佳位置，和即为未知连架杆和连杆的长度。 3间歇运动机构的设计 可先用图解法确定油盘轴线对轴线的相对位置，然后进行机构方案的设计。 4凸轮连杆机构设计 若选用图4.33所示的机构运动方案，其设计顺序如下： (1) 根据印头的急回特性确定凸轮1的升程运动角和回程运动角。 (2) 选定印头摆动

52、的运动规律，再由已选定的双摇杆机构确定摇杆的运动规律，然后根据的运动规律与凸轮转角的对应曲线设计凸轮1的廓线，为摆杆的转角。 (3) 凸轮2的设计。为了防止油辊摆杆与印头的运动干涉，可选定升降停运动规律，按曲线设计凸轮2的廓线，为摆杆的转角。五、设计步骤及建议完成的工作量 1拟定运动系统方案，并进行方案的分析比较，拟定运动循环图。 2机构设计 (1) 用图解法和解析法相结合设计连杆机构。选一个机构用解析法设计其尺度参数，然后用图解法校核。另一个机构用图解法设计。 (2) 若用凸轮连杆机构，则用图解法和解析法相结合设计凸轮机构。印头的运动规律要求自选，写出运动方程。并用解析法计算连杆机构主动件的

53、运动规律，得摆杆的运动方程式，并作出、线图。再用解析法设计凸轮廓线。用图解法校验凸轮理论廓线压力角，及核定基圆半径。(其中凸轮机构和连杆机构的相对位置自行确定。) (3) 用图解法和解析法相结合，设计间歇运动机构。 (4) 设计齿轮机构。 以上设计任务的侧重面由指导教师指定。建议选择一或两个机构作解析法设计，其余可用图解法完成。 3正确绘制机构运动简图 (1) 拟定自电动机至曲柄转轴的传动链方案，并进行传动比分配，需要满足曲柄转速26.730 r/min的要求。 (2) 进行各传动机构的最终布置；画出机构运动循环图。 (3) 按比例绘制运动简图，每人完成1号或2号图纸一张(图纸内还包括图解法设

54、计的机构图并保留设计作图辅助线，解析法设计的机构用图解法进行校核的校核图，凸轮廓线图等)。 4整理设计说明书§4.8 冲压机构及送料机构设计一、设计题目 设计冲制薄壁零件(图4.37a)的冲压机构及与其相配合的送料机构。 如图4.37a所示，上模先以比较小的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成形工作，以后，上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模以后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。 （a） （b）图4.37 加工工件及上模运动规律本题要求设计能使上模按上述运动要求加工零件的冲压机构和从侧面将坯料推送至下模上方的送料机构。二、原始数据和设计要求(1) 动力源是电动机，作转动；从动件(执行构件)为上模，作上下往复直移运动，其大致运动规律如图2.43b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，特别是工作段的压力角应尽可能小(见图4.39、4.40、4.41)；传动角大于或等于许用传动角。(3) 上模到达工作段之前，送料机构已将坯料送至待加工位置(下模上方)。(4) 生产率约每分钟70件。(5) 执行构件(上模)的工作段长度l30100mm，对应曲柄转角，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。(7) 许用传动角。(8) 送料距离。(9) 若对机构仅进行运动分析，为使