机械原理课程设计-脚踏式洗衣机

1、曷次膜Z疙a旁1972世巴/ Wuhan Institute of Technology机械原理课程设计说明书课题名称：脚踏式洗衣机指导教师：学生姓名：学生学号：专业班级：09机制01学生成绩：小组成员：课题工作时间：2011.8.29 至2011.9.11目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 绪论1第一章机械原理课程设计简介 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 1.1机械原理课程设计目的、任务和方法 5 HYPERLINK l bookmark24 o Curren

2、t Document 1.1.1机械原理课程设计的目的5 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 1.1.2机械原理课程设计的任务5 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 1.1.3机械原理课程设计的方法5 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 1.2机械原理课程设计步骤和说明书的内容 6 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 1.2.1机械原理课程设计的步骤6 HYPERLINK l bookmark49 o C

3、urrent Document 1.2.2机械原理课程设计说明书的内容6第二章产品的说明 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 2.1设计此产品的原因8 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 2.2此产品的特点8 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 2.2.1此产品的优越性9 HYPERLINK l bookmark81 o Current Document 2.2.2此产品的价值与需求9 HYPERLINK l bookmark84 o Current

4、Document 2.3设计的收获10第三章机构的设计原理及方案比较 HYPERLINK l bookmark93 o Current Document 3.1机构的设计原理10机构的设计思想 10 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 3.1.2机构的结构分析与原理分析10 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document 3.2各种设计方案的拟定 11 HYPERLINK l bookmark105 o Current Document 设计方案一 11 HYPERLINK l bookmark108 o C

5、urrent Document 3.2.2设计方案二 11 HYPERLINK l bookmark111 o Current Document 3.3方案的比较与最终确定 12 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 3.3.1两种方案的比较 12 HYPERLINK l bookmark121 o Current Document 3.3.2最后设计方案的确定 12第四章设计方案的运动分析与计算 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark124 o Current Document 4.1设计方案的运动分析134.2设

6、计方案的各尺寸分析与计算134.2.1机构的速度与加速度分析144.2.2结果分析14 HYPERLINK l bookmark130 o Current Document 参考文献14 HYPERLINK l bookmark133 o Current Document 心得体会15附录一：源程序代码17附录二：运行结果18附录三：机构实物图19绪论前言机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的 传递方式、各个零件的材料和形状尺寸以及润滑方式等进行构思、分析和计算， 并将其转化为制造依据的工作过程。机械设计是机械产品生产的第一步，是决定 机械产品性能的最主要环节，整个

7、过程蕴涵着创新和发明。为了综合运用机械原 理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学知识进一步巩 固和加深，我们参加了此次的机械原理课程设计。本组成员发明了一种脚踏式洗衣机，本发明不需要耗电，还可以洗衣的同 时让用户锻炼身体；节约了生产和安装成本。摘要本论文主要论述了一个脚踏式洗衣机的设计过程及其运动分析，并根据其机 构特性作出它的功能判断及改进方案。从总体上讲，该设计从生产、社会效益角。 的度出发，灵感来源于实践，设计又服务于生活。关键词脚踏式洗衣机曲柄摇杆机构皮带传动机构设计 VB编程第一章机械原理课程设计简介1.1机械原理课程设计目的、任务和方法1.1.1机械原理课程设计

8、的目的机械原理课程设计是使学生较全面、系统巩固和加深机械原理课程的基本 原理和方法的重要环节，是培养学生“初步具有确定机械运动方案，分析和设 计机械的能力”及“开发创新能力”的一种手段。其目的是：1）以机械系统运动方案设计与拟定为结合点，把机械原理课程中分散于各 章的理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理论知识。2）使学生能受到拟定机械运动方案的训练，具有初步的机构选型与组合和 确定运动方案的能力。3）使学生在了解机械运动的变换与传递及力传递的过程中，对机械的运动、 动力分析与设计有一个较完整的概念。4）进一步提高学生运算、运用流行软件编写应用程序和技术资料的能力。5）通过编写说

9、明书，培养学生表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力。1.1.2机械原理课程设计的任务要达到课程设计的目的，必须配以课程设计的具体任务：按照选定的机械 总功能要求，分解成分功能，进行机构的选型与组合；设计该机械系统的几种 运动方案，对各运动方案进行对比和选择;对选定方案中的机构连杆机构、 凸轮机构、齿轮机构，其他常用机构，组合机构等进行运动分析与参数设计； 通过计算机编程，将机构运动循环图在计算机屏幕上动态地显示出来，并给出 相应的运动参数值。1.1.3机械原理课程设计的方法机械原理课程设计的主要方法，是采用解析法建立求解问题的数学模型， 在此基础上应用目前流行的可视化编程语言（例如VB）编写

10、求解程序，显示 所设计机构的运动图形，运动参数值及机构仿真。1.2机械原理课程设计步骤和说明书的内容1.2.1机械原理课程设计的步骤功能原理方案的设计和构思根据所选机械所要实现的功能（功用）采用有关的工作原理，由工作原理出发设计和构思出工艺动作过程。机械运动方案的设计机械运动方案通常用机械运动示意图来表示，它 是根据功能原理方案中提出的工艺动作过程及各个动作的运动规律要求，选 择相应的若十个执行机构，并按一定的顺序把它们组合成机械运动示意图。 这个机构系统应能合理地、可靠地完成上述工艺动作。机械运动方案中所画 出的表示机构结构型式、机构相互联接情况的示意图是进行机械运动简图设 计尺度设计的依据

11、。机械运动模型的建立 确定已知参数；作所选机构的封闭矢量图形，并 建立相应的机构的位置矢量多边形方程；将矢量方程转换为直角坐标方程， 求出机构各关键点的位置坐标方程；将位置方程两边对时间分别求一次、二 次导数，联立求出机构的速度和加速度方程。根据所求出的位置、速度、加速度方程，应用可视化编程语言编制可视 化的计算和动画显示程序，上机调试、运行通过。编写设计说明书1.2.2机械原理课程设计说明书的内容课程设计说明书是技术说明书中的一种，每个学生毕业后都要接触实际的 技术工作，都要会写技术报告、可行性论证报告、产品说明书等文件。因此学 生在校期间应受到这方面的训练，掌握这一必须的基本技能。编写课程

12、设计说明书，是学生对课程设计的总结，内容大致包括：1）设计题目（包括设计条件和要求）。2）原动机的选择。3）机械系统运动方案的拟定与比较。4）所选机构的运动分析与设计。5）画出运动方案布置图及机械运动简图。6）完成设计所用方法及其原理的简要说明。7）列出必要的计算公式及所调用的子程序名。8）写出自编的主程序，子程序及编程框图。打印出自编的全部程序，对程序中的符号变量作出说明，并列出数学模型中的符号与程序中符号的对照表。9）画出速度、加速度曲线图。10）对结果进行简要的分析讨论。11）列出主要参考资科并编号。第二章产品的说明2.1设计此产品的原因设计此产品主要是考虑到现在市场上的各类洗衣机都非常

13、的耗力耗电，清洁 性不佳，衣物易缠住，对衣物的损坏大，噪音也大，并且非常耗时，一旦关上门， 洗衣过程中无法打开等等问题。2.2此产品的特点2.2.1此产品的简图洗福图二机箱简图2.2.2此产品的优越性此产品主要有三大部件组成，第一部分曲柄摇杆机构，此机构就可以把 人力转换成动力，从而代替普通洗衣机的电力。对于第二部分皮带传动机构， 轴间距离较大，工作平稳无噪声，能缓冲吸振，摩擦式带传动有过载保护作 用。结构简单，安装要求不高。第三部分洗衣机的箱体部分，整体只有一根 主轴，主轴上端安装搅拌叶，搅拌时于水流洗涤桶摩擦达到仿生手搓的洗涤 效果。下端连接传动装置，中部为离合机构，洗涤时主轴于洗涤桶分离

14、有相 对摩擦，脱水时主轴于洗涤桶连结达到不用变速也有甩十的效果。2.2.3此产品的价值与需求通过对市场调查发现人们对于普通的洗衣机耗时耗电都有不满，运动的 机会越来越少，利用家务时间健身是很多人愿意做的事情。因此有了这款综 合踏步机和洗衣机功能的新设计。你将脏衣服放到滚筒里面，然后走上踏步 机做运动，利用动能带动电机，促使洗衣机工作，锻炼洗衣一举两得。因此 此产品的市场需求还是很大的，而且此产品由于部件相对普通因此其成本不 是很高，所以其市场价格应该说相对低廉。所以此产品具有相当大的市场潜 力。2.3设计的收获在设计机构过程中，我们要充分利用自身学习的机械原理知识，特别是 对四杆机构的灵活运用

15、，而这次设计也正好激发了我们掌握知识的热 情。所设计的机构要投入实际运用还要求我们考虑实际情况并测量实际数 据来确定机构尺寸，对我们来说既是考验也是挑战。完成机构设计的是一个团队，这也正好锻炼我们团队协作的能力，为以 后走向工作岗位打下基础。第三章机构的设计原理及方案比较3.1机构的设计原理3.1.1机构的设计思想(包括题目及原动件的选择)由于现在洗衣机是一种生活中必须的电器，而在用电情况下，非常耗时 耗电，所以考虑到设计一个机构来达到用人力带动洗衣机。所以我们小组就 以脚踏式洗衣机为题目来进行机构的设计。3.1.2机构的结构分析与原理分析结构分析：该机构中踏板为原动件，轮一和轮三为从动件，杆

16、一和杆二 连接，轮一和轮二同轴转动，轮二通过皮带与轮三连接带动轮三转动，轮三 连接洗衣机的拌叶转动。运动分析：人在踏板处对踏板施加向下的力，使杆一带动杆二运动，从 而使得轮一转动，通过皮带传导，带动轮三转动，就可以带动机箱内的拌叶 转动，轮二作为一个惯性轮，可以使得杆二转过死点，连续的转动。3.2各种设计方案的拟定3.2.1设计方案一P 洗涤机构曲柄摇杆机构D传动机构一一涡轮蜗杆机构D构思：在此机构中有两个原动件。电动机使蜗杆转动带动涡轮从而洗衣箱体做 连续转动，其中传动没有皮带噪声较小，也易于实现。右部曲柄转动通过连杆使 尾部拌勺做圆周运动，达到使衣物双重旋转，洗衣更彻底的效果。3.2.2设

17、计方案二D洗涤机构离合机构D传动机构一一曲柄摇杆机构由构思；此机构只有一个原动件，踏板做上下摆动使曲柄做连续的转动，曲柄轮 通过皮带带动小轮快速转动，小轮连结洗衣机主轴转动，从而完成洗涤动作。3.3方案的比较与最终确定3.3.1两种方案的比较方案一：此方案能够实现机箱转动的同时，还可以有搅拌的作用，但是由于有蜗杆 的减速作用，使得机箱转动很慢。而且同时的两种作用会使得衣物容易打结， 对衣物的损坏会比较大。方案二此方案所运用到的机构主要是曲柄摇杆机构，在机构的机构上较为简单， 而且易于实际制造，具有制造简单，将电驱动改为健身驱动的优点。3.3.2最后设计方案的确定综合方案一、二、，我们最终认为方

18、案二为最佳方案！第四章设计方案的运动分析与计算岸4.1设计方案的运动分析为了对此方案进行全面的运动分析，我们分别对传动机构的速度及加速度 进行了详细的计算。4.1.1曲柄摇杆机构的速度分析有矢量方程式：l ei! + l e 由2 = l + l ei03 TOC o 1-5 h z 1243对时间求导，可得：l ei0i + l ei02 = l ei031 123 3将实部虚部分离，得到：l cos 0 + l cos 0 = l cos 0111222333l sin 0 + l sin 0 = l sin 0111222333联立以上两式求得未知两个角速度 2，也即:-6 2）1222

19、-气I=必 l sin（6 - 6 ）/ b sin（631112、3= l sin G - 6 ）/ l sin（64.1.2曲柄摇杆机构的加速度分析继续求导得:il 2ei6j +1 a ei62 + il 2ei62 = l a ei63 + il 2ei63 TOC o 1-5 h z 1 12 22 23 33 3将其实部虚部分离，得到：l 2cos6 + l a sin6 + l 2cos6 = l a sin6 + l 2cos61 112 222 223 333 33-1 2sin6 + l a cos 6 - l 2sin6 = l a cos6 - l 2sin61 112

20、 222 223 333 33联立节的两个未知的角加速度a 2, a 3,即 21 cos（0 - 6 ）+ 21 一 21 cos（0 -6 ）a = 1_212-72_2r3_332313sin（63 -6 2 ）一 21 cos（6 - 6 ）+ 21 一 21 cos（6 - 6 ）a = i_2i3-3_3r-2223213sin（63 -6 2 ）4.2.结果分析经过对该机构的反复计算，最后得出各杆件尺寸，相对位置，以及各个 杆之间的相互运动关系，进行数据分析，得出速度关系以及加速度关系。经 过VB动画操作设计验证该方案切实可行！参考文献机械原理第七版 主编孙桓陈作模葛文杰高等教育

21、出版社机械原理与设计课程设计王三民主编机械工业出版社2005年Visual Basic程序设计案例教程计算机专用主编梁芳清华大学出版社Visual Basic程序设计教程彭辉罗强等编著清华大学出版社Visual Basic 6.0入门与提高王钦编著 人民邮电出版社2002年心得体会时光飞逝，两周的课程设计很快就要接近尾声。从六月二十二号起，我们小 组在老师的指导下开始了设计，第一堂课老师讲得非常精彩，激发了我们的设计 热情。在我们小组的积极思考下，初步想出了几套方案，秦老师对我们全班同学 的方案进行了点评和指导。屡次受挫并没有影响我们的士气，我们重整旗鼓，分 析我们设计过程中存在的问题，终于想

22、到另一套方案，即多功能表面纹理成型机。机械原理课程设计主要是为了把我们学到的东西要运用到实际过程中，以 利于我们对机械原理的理论知识的深刻理解。在设计过程中，我们不断的提出问 题和发现问题，也在解决问题的过程中对课程的精髓有进一步加深了认识。同时 由于在实践过程中也涉及到书本上的一些理论的知识，这样在实际过程中运用理 论知识让我们对书本上的知识点更深理解。我们小组分工合作，虽然在其中有许 多争论但最后还是达到一致意见，充分得理解了团队合作在解决问题过程的核心 作用。机械原理课程设计过程中要用到VB和CAD还有其他软件，由于这些软件我 们接触不多，操作不熟，所以在课程设计当中经常到图书馆进行资料查询。这样 让我们在短暂的时间学到这么多的知识，的确收益匪浅，提高了自己的自学能力。 同时我们也充分得理解了一些软件在课程设计中的作用。通过此次课程设计，我们在思想上和行动上都得到一定的锻炼，明白解决 问题的具体方法和具体步骤，为以后的工作和学习做好了准备。附录一：源程序代码Private x1, y1, x2, y2 As Integer Dim 11, 12, 13, 14Const pi = 3.14159Private Sub Comm