机构运动创新设计

1、课 程 设 计 报 告学生姓名:学 号：学 院:班 级:题 目:机构运动创新设计指导教师： 苏天一 2015 年 1 月5日目录一、概述 1二、课程设计目的 1三、课程设计要求和内容 1四、 原始数据及技术参数 2五、设计原理及设备 2六、机构自由度计算 5七、机构动力分析与计算 7 八、机构运动分析与计算 9 九、心得体会 9十、参考文献 12一、概述： 机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步，机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行，一般比较复杂的机构都有多个方案，需要制作模型来试验和验证，多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型，组装

2、调整机构尺寸等功能，能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案，较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况二、课程设计目的：1、培养学生对连杆机构的理解掌握与创新设计能力，加强学生的工程实践背景的训练，拓宽学生的知识面，培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2、通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，要求学生在拼装一个已有模型之外，自己通过对现实生产和生活中的连杆机构机械产品的观察和理解，通过试验台设备进行拼装和仿真。通过解决实际问题，促进学生理论联系实际，学以致用；锻炼学生独立思考能力和动手能力。 3、加深学生对连杆机构组

3、成原理的认识，进一步掌握连杆机构的创新设计方法。4、学习机构运动简图的测绘与自由度的计算。三、课程设计要求和内容：实验设备和工具 CQJP-D机构运动创新设计方案拼装及仿真实验台，包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具（扳手、螺丝刀）。其中构件包括机架、连杆、圆柱齿轮、齿条、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等；运动副包括转动副、移动副、齿轮副、槽轮副等。实验原理 平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零，且原动件数和机构的自由度相等。所拼接的机构必须满足以上两个条件。将主要由连杆构成的连杆机构（可加入一个其他类型构件如齿轮、凸

4、轮、槽轮等）进行拼装，计算分析其自由度后，输入动力源进行机构运行。实验内容与步骤 1、开启计算机，打开仿真软件，从“装配训练”的平面机构中的19种连杆机构任选其一。 2、观察其运动方式。 3、记录所需要的零件。 4、上实验台架进行搭装。 5、使用油壶给传动接触部分添加润滑油。 6、搭装结束后，以手动方式输入运动，确认机构拼接无误后，经指导教师许可后再用电机驱动，进行照相和录像。 7、拆卸零部件，擦拭后归于原位。 8、自己设计一个连杆机构，要求有功能分析。 9、自由度分析（填于附录1中表1） （1）计算机构自由度n活动构件数；PL转动副和移动副总数（低副数）；PH高副数。 （2）核对计算结果是否

5、正确 即给予机构原动件一运动时，可如果观察到机构各构件运动均是确定的，即可推算出计算结果符合要求。 10、检查无误后进行拼装，并以手动方式输入运动，观察运转情况。设计要求：a. 程中应保证，机构的自由度数等于原动件数；b. 根据拟定的设计方案，选择所需的零件，利用机构运动方案创新设计实验台将零件按机构运动的传递顺序进行连接；c. 分清机构中各构件所占据的运动平面，避免各运动构件发生运动干涉；d. 实物连接完成后，需检验机构的自由度是否合理，机构是否能满足要求，完成预定运动，之后才可以连接电机，进行仿真运动。设计内容和步骤：a. 掌握本课程设计的基本原理；b. 熟悉CQJP-D机构运动创新设计方

6、案拼接及仿真实验台的使用方法；c. 确定本组的机构运动创新设计方案，保证方案的合理性和可行性，并根据所设计的方案连接实物；d. 画出结构简图，正确计算机构自由度，并对所设计的机构进行运动学和动力学分析。四、原始数据及技术参数：（1） 原始数据： CQJP-D机构运动创新设计方案拼接及仿真实验台，YY系列电机一台，皮带轮和皮带各一个，主动轴一个，转动副轴三个，齿轮三个，连杆1一个，连杆2一个，连杆3一个，槽轮一个，齿条一个，紧联接螺钉若干，松连接螺钉若干，六角扳手和活动扳手。（2） 主要技术参数： 电机的技术参数为：P=60W ，U=220V ，I=0.95A ，n=1350r/min , i0

7、=50齿轮1：d=88mm , z=42齿轮2：d=120mm , z=56齿轮3：d=88mm , z=42连杆1：L=120mm , 数量为1连杆2：L=120mm , 数量为1连杆3：L=200mm , 数量为1齿条1：L=350mm , 数量为1槽轮1：d=88mm五、设计原理及设备：一 设计的机构目的实现间歇式的往复运动二 机构的原理电动机先通过带与一对齿轮减速，再通过槽轮将连续的圆周运动转换为间歇的圆周运动，通过齿轮齿条与连杆使运动进一步转化为齿条的往复直线运动。槽轮机构原理：由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构。它用于来将主动件的连续转动换成从动件的带有间歇的单向周期转动。槽轮机

8、构有外啮合和内啮合两种形式。本次采用为外啮合式，外啮合槽轮机构的槽轮和转臂转向相反。单臂外啮合槽轮机构由带圆柱销的转臂、具有4条径向槽的槽轮和机架组成。当连续转动的转臂上的圆柱销进入径向槽时,拨动槽轮转过一定角度。当圆柱销转出径向槽后,槽轮停止转动。转臂转一周，槽轮完成一次转停运动。为了保证槽轮停歇，可在转臂上固接一缺口圆盘，其圆周边与槽轮上的凹周边相配。这样,既不影响转臂转动,又能锁住槽轮不动。为了使槽轮能完成周期性的转停运动，槽轮上的径向槽数不能少于3，这次设计中的槽轮槽数为4。三 所设计机构的应用场合本设计中主要的创新点在于槽轮机构的应用。槽轮机构结构简单，易加工，工作可靠，转角准确，机

9、械效率高。但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起、停时的加速度大，有冲击，故不宜用于高速。通过与齿条齿轮的配合故可用在低速下的轧钢机中，大功率切割中应用。四 实体图图1 机构实物样品图 图2 槽轮机构实体图1 图3槽轮机构实体图2图4 齿轮齿条啮合处实体图图5 连杆处实体图六、机构运动简图及其自由度计算 自由度的计算公式为： F=3n-2Pl-Ph （Pl为低副，Ph为高副）由图2可知： 此机构中共有11个低副；还有四个平面高副。（小齿轮3处为局部自由度）则，可知： n=9, Pl=11 , Ph=4即，自由度数F为： F=3×9-2×11-1×4=1由机构简

10、图可知，此机构中只有一个原动件，而成机构的自由度也为1，故，所设计的机构能够稳定运行。七、机构运动分析与计算(1)由电机铭牌可知：P2=60w , n0=1350r/min ,i0=50由减速器传动比为：i0=50 ，可知：n1=n0/i0=1350/50=27r/min由公式 和n1=27r/min，可知：n2=27×42/56=20r/min则 n2=20r/min由W2=2n=2×n2 和 V=WR ，可知：大齿轮的线速度为：V2=2n×R2=2×3.14×20×60=0.126m/s齿条由杆1上的齿轮带动，当槽轮上与连杆1组成

11、的机构处于右极点位置时，连杆1与齿条平行，此时齿条的速度为槽轮的线速度，槽轮在间歇运动中作旋转运动时，其线速度与大齿轮线速度相同，V3=V2此时齿条速度：V4=0.126m/s齿条间歇运动中停止运动的时间t为大齿轮转动周期t1四分之一，n2=20r/min t1=n2/60=0.33s则t=t1/4=0.086s.八、机构动力分析与计算 （1）由 P=UI,可知：P1=U1×I1=220V×0.95A=209w由 Tn=9550×P1/n0 ，可知：Tn=9550×209/1350=1.5N·m由减速器的传动比为 i0=50，可知：n1=n0/

12、i0=1350/50=27r/min由公式 和n1=27r/min，可知：n2=27×42/56=20r/min则大齿轮的转速： n2=20r/min由P2=60w ，可知：大齿轮的转矩T=9.55槽轮转矩与大齿轮相同 九、心得体会： 经过一周的机械机构创新课程设计，虽然有点短，但我从中学到了许多。 通过这次设计实践，我学会了如何树立了正确的设计思想，了解了一些零件的相关知识，掌握了机械设计的一般规律，也有了一些分析和解决问题的能力，而且自己得到了一个全面的机械设计基本技能的训练机会。在制作机构过程中，从设计到计算、分析道绘图，让我更进一步交接了零件与零件之间的关系，作为一个设计人员

13、，重要的是要有清晰的头脑和整体的布局，不仅要有严谨的态度和不厌其烦的细心，还要有要有精益求精、追求完美的一种精神。从开始的传动方案的设计当中，让我清楚的知道了自己的任务并不是那么简单，单这也是很好的锻炼自己自主学习能力的机会。在这个过程中也遇到了些许的问题，在面对这些问题的时候自己曾焦虑，但最后还是通过努力解决了。才发现到我们面对很多困时候所采取的具体行动也是不同的，这势必也会影响我们的结果，那是一种态度的端正和目的的明确，只有这样把自己置身于具体的问题中，我们才能更好的解决问题。这次做课程设计让我提升了动手能力，培养了我的创新意识，和认真观察的重要性，这有利于发现问题并想办法解决。团队合作和协调沟通的重要性也是必不可少的，每个组员都应了解自己应该做什么，在该小组中担任什么样的角色，最终达到什么样的结果。在这个过程中应该与他人充分沟通，吸取他人的失败点和创新点，并用于结构设计中。本次课设将很多知识都结合到了一起，只有把学到的东西用出来才是最重要的。从设计传动方案的过程，使