机械原理课程设计2013

机械原理课程设计2013.第一页，共52页。二、机械产品设计的一般过程1。规划设计

进行需求分析、市场预测、可行性分析，确定设计参数及制约条件，最后给出详细的设计任务书，作为设计、评价和决策的依据。2。总体方案设计

在功能分析的基础上，通过创新构思、搜索探求、优化筛选取得较理想的工作原理方案。进行工艺动作构思和工艺动作分解，初步拟定各执行构件动作相互协调配合的运动循环团，进行机械运动方案的设计(即机构系统的型综合和数综合)、机器的运动学/动力学设计等。3。详细设计

将机械的构形构思和机械运动简图具体转化为机器及其零部件的合理结构，即完成机械产品的总体设计、部件和零件设计，完成全部生产图纸并编制设计说明书等有关技术文件。

第二页，共52页。详细设计：进行零、部件的工作能力计算，零件、部件设计满足运动学/动力学要求；整机性能分析，满足强度、刚度、振动等要求；零件结构形状要便于制造加工；常用零件尽可能标准化、通用化、系列化；总体设计还应满足人机工程、造型美学等方面的要求。4。设计质量评估

各种设计分析软件、物理样机试验5。样机批量制作6。批量生产

《机械原理》课程设计涉及产品设计过程的关键环节：

总体方案设计第三页，共52页。三、机器设计时所应遵循的基本原则1。满足使用要求1）能够根据设计要求顺利执行机器的全部功能。2）能在预定的寿命期间可靠地工作。机器在使用中不致过度磨损或产生过度变形而导致机器的失效；机器的运转准确；避免冲击和振动等影响机器的正常工作。2。满足经济性的要求

机器的经济性是一个综合指标，在设计、制造过程中成本低，生产周期短；在使用上生产率高，效率高，能源消耗少，以及维护费用低廉等。1)产品系列化、部件通用化、零件标准化。2)尽量采用新技术、新工艺，新材料。

第四页，共52页。3。满足工艺性要求应具有良好的工艺性。在保证机器的工作性能条件下，应使结构尽可能简化，尽量采用标准零、部件及优先配合、优先系列和标准结构要素等，制造及装配的劳动量要少，装拆维修要方便。4。满足劳动保护的要求1）注意技术安全；2）最大限度地减少工人操作时的体力及脑力消耗；3）努力改善操作者的工作环境。5。满足其他要求例如：飞机的构件要求重量轻；机床要求长期保持精确度；经常搬动的机器(如建筑起重机、钻探机等)要求便于安装、拆卸和运输；食品，纺织，造纸机械要求不得污染产品等。

第五页，共52页。

四、设计题目

1）牛头刨床机械系统设计2）插床设计设计条件与要求、基本设计参数见任务书。

五、设计任务1）根据设计任务书，调查研究、查阅收集资料，完成各执行机构的选型与设计计算，选择原动机，拟定机械传动方案并画出机构运动简图；完成时间：0.5周2）按工艺要求进行协调设计，画出系统工作循环图；第六页，共52页。3）运动分析对主执行机构用解析法进行运动分析，用相对运动图解法对其中的一个位置加以验证，并根据计算机计算结果画出执行件的位移图，速度图和加速度线图；4）力分析对主执行机构用图解法进行动态静力分析。5）凸轮机构设计上述分析完成时间：1周6）编写设计说明书。完成时间：0.5周

第七页，共52页。第二节总体方案设计

产品功能是否齐全、性能是否优良、经济效益是否显著，在很大程度上取决于总体方案设计的构思和方案拟定时的设计思想。

机械系统主要由原动机、传动系统、执行系统和控制系统组成，总体方案设计主要围绕这几部分进行方案设计。

六、提交的设计资料具体要求参见设计任务书第八页，共52页。执行系统的方案设计执行系统方案评价与决策执行系统协调设计执行机构选型设计运动规律设计系统功能原理设计机构尺度设计运动和动力分析一、机械执行系统方案设计的内容第九页，共52页。功能原理设计根据需要制定机械的总功能，拟定实现总功能的工作原理和技术手段，确定机械所要实现的工艺动作运动规律设计通过对工作原理所提出的工艺动作进行分解，决定采用何种运动规律来实现工作原理执行机构选型设计决定选择何种机构实现给定的运动规律子系统协调设计执行机构尺寸设计根据工艺过程对各动作的要求，分析各执行机构应当如何协调配合，设计出系统运动循环图确定各执行机构的运动尺寸，绘制出各执行机构的运动简图运动和动力分析检验执行系统是否满足运动要求和动力性能方面的要求方案评价与决策对方案进行定性评价和定量评价并从中选出最佳设计方案二、机械执行系统方案设计流程第十页，共52页。三、执行系统的选型设计工艺动作分解是运动规律设计的基础，工艺动作分解的方法不同，形成的运动方案也不相同。内孔加工车床

拉床钻床镗床第十一页，共52页。简化结构减轻重量冲压机：保证曲柄转速不变

1.执行机构型式设计的原则1）满足执行构件的工艺动作和运动要求运动形式、运动规律和运动轨迹；2）尽量简化和缩短运动链；第十二页，共52页。3）尽量减小机构的尺寸保证滑块行程不变利用杠杆行程放大原理

利用活动齿轮倍增行程原理

s=4as=2aS≈4a第十三页，共52页。4）选择合适的运动副形式运动副直接影响到机械的结构形式、传动效率、寿命等。一般来说，转动副易于制造，易于保证运动副元素的配合精度，且效率较高；移动副制造较困难，不易保证配合精度，效率低且易自锁或楔紧，故一般只宜用于作直线运动或将转动变为移动的场合。5）考虑动力源的形式选择合适的动力源，有利于简化机构结构和改善机械性能。第十四页，共52页。例：执行构件作等速往复直线运动需要单独的电动机和传动机构驱动原动件，且采用连杆机构把转动变为执行机构的等速往复直线运动，结构复杂。不仅省去了传动机构，而且一个动力源可以驱动多个执行机构，机构简单紧凑，反向时运转平稳，易于调节移动速度。第十五页，共52页。6）使执行系统具有良好的传力条件和动力特性选用具有大传动角、大增力系数和高效率的机构，以减小主动轴上的力矩和原动机的功率，减小机构的尺寸和重量；尽量避免采用虚约束；高速运转机构考虑平衡设计等。7）使机械具有调节某些运动参数的能力具有调节滑块最大行程功能的机构摆杆1可绕铰链转动，调节该铰链的位置不同，滑块的最大行程也随之变化。第十六页，共52页。8）保证机械的安全运转必须考虑防止出现机械意外损坏或生产、人身事故。例如：采取具有过载保护功能的带传动，设置具有自锁功能的蜗杆蜗轮机构等。2.机构的选型

1)根据执行构件所需的运动特性从具有相同运动特性的机构中进行搜寻。当有多种机构均可满足所需要求时，可根据上述原则，对初选的机构进行分析和比较，从中选择出较优的机构。第十七页，共52页。第十八页，共52页。2)机构变异3）组合法

当所选择的机构型式不能完全实现预期要求，或虽能实现功能要求但存在着或结构较复杂、或运动精度不当和动力性能欠佳，可在常用机构中选择一种功能和原理与工作要求相近的机构，在此基础上重新构筑机构的型式。

复合式组合反馈式组合并联式组合串联式组合常用组合方式第十九页，共52页。1）串联组合前一级子机构的输出构件，作为后一级子机构的输入构件，依次串联的组合方式。输入输出子机构II子机构I后一级子机构的主动件为前一级子机构的一个连架杆。III512341第二十页，共52页。2）并联组合几个子机构共用同一个输入构件，而它们的输出运动又同时输入给一个多自由度的子机构，从而形成一个自由度为1的机构系统的组合方式。子机构n1子机构III子机构I子机构II子机构n输入输出直线电机襟翼直线电机某型飞机的襟翼操纵机构第二十一页，共52页。3）反馈式组合在机构组合系统中，其多自由度子机构的一个输入运动，是通过单自由度子机构从该多自由度子机构的输出构件反馈的方式。校正原理蜗杆主动，对传动误差检测，通过凸轮机构、齿轮齿条、差动机构K使蜗杆得到一附加运动，以校正误差。输入输出4凸轮机构2自由度蜗杆蜗轮机构机床校正机构输入414213K2第二十二页，共52页。4）复合式组合由一个或几个串联的基本机构去封闭一个具有两个或多个自由度的基本机构的组合方式5杆机构输入输出凸轮机构第二十三页，共52页。例：设计一个急回特性比较显著、运动行程较大的执行机构以摆动导杆机构ABC为基本机构，在其导杆CB的延长线上D点处连接一个双杆组，形成六杆机构，满足急回、扩大行程等工作要求。第二十四页，共52页。四、执行系统的协调设计

当机械的工作原理和各执行机构的运动规律、各执行机构的型式及驱动方式确定了后，还必须考虑各执行机构工艺动作、运动时间或速度的协调配合关系。1。执行系统协调设计的基本要求

满足各执行机构动作先后的顺序性要求；满足各执行机构动作在时间上的同步性要求；满足各执行机构在空间布置上的协调性要求；满足各执行机构速度要求2。执行系统协调设计的方法

机械中各执行机构的运动是周期性的机械执行系统协调设计的方法。第二十五页，共52页。集中驱动：通常用分配轴或主轴与各执行机构的主动件联接起来，或者用分配轴上的凸轮控制各执行机构的主动件。各执行机构主动件在主轴上的安装方位，或者控制各执行机构主动件的凸轮在分配轴上的安装方位，均是根据系统协调设计的结果来决定的。3。协调设计的步骤1)确定机械的工作循环周期机械的运动循环是指产品在加工过程中的整个工艺动作过程（包括工作行程、空回行程和停歇阶段）所需要的总时间。

Tp＝t工作＋t空程＋t停2)确定机械在一个运动循环中各执行构件的各个行程段及其所需时间

第二十六页，共52页。3）确定各执行构件动作间的协调配合关系根据机械生产过程对工艺动作先后顺序和配合关系的要求，协调各执行构件各行程段的配合关系。考虑动作的先后顺序，还应考虑各执行机构在时间和空间上的协调性。即不仅要保证各执行机构在时间上按一定顺序协调配合，而且要保证在一定过程中不会产生空间位置上的相互干涉。根据机器生产工艺过程，分别确定各个执行机构的工作行程段、空回段和可能具有的若干个停歇段。确定各执行构件在每个行程段所需花费的时间及对应于原动件（主轴或分配轴）的转角。第二十七页，共52页。执行构件动作的协调配合●

送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压第二十八页，共52页。●

冲头上移一段距离后，进行下次送料动作执行构件动作的协调配合●

送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压第二十九页，共52页。●

冲头上移一段距离后，进行下次送料动作执行构件动作的协调配合●

送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压第三十页，共52页。●

冲头上移一段距离后，进行下次送料动作执行构件动作的协调配合●

送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压第三十一页，共52页。执行构件运动速度的协调配合0范成运动切削运动i00让刀运动范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。第三十二页，共52页。4。机械运动循环图

描述各执行构件运动间相互协调配合的图—机械运动循环图由于机械在主轴或分配轴转动一周或若干周内完成一个运动循环，故运动循环图常以主轴或分配轴的转角为坐标来编制。表示方式通常有三种：1）直线式运动循环图。把运动循环各运动区段的时间和顺序按比例绘制在直线坐标上；特点：清楚表示运动循环内各执行构件行程之间的相互顺序和转角关系，绘制简单。但不能清楚的表示与其它机构动作间的相互关系，直观性差2）圆形运动循环图。将运动循环的各个区段的时间及顺序按比例绘于圆形图标上；直观性，清楚的表示与其它机构动作间的相互相位关系。但执行机构太多时，同心圆环太多时看起来不很方便。3）直角坐标运动循环图。以直角坐标表示各执行机构构件的运动状态。实际上就是各执行构件的运动线图，只不过简化为各区段用直线表示。第三十三页，共52页。退回停止冲制

进给冲头送料器曲柄转角

0º90º180º270º360º直线式工作循环图例：冲压主轴作为参考构件第三十四页，共52页。

圆周式工作循环图牛头刨床：曲轴为参考构件，转动两转为一个工作循环。180-θ180-（θ-2φ）刨刀工作行程刨刀回程φφ摇杆回程摇杆推程棘轮转动棘轮不动第三十五页，共52页。

六、方案评价与决策由于工作原理、工艺动作分解方法及机构型式的不同，会形成多种设计方案。通过科学的评价、决策来优选出最佳的方案。评价指标系统功能：实现运动规律或运动轨迹、实现工艺动作的准确性、特定功能等；运动性能：运转速度、行程可调性、运动精度等；动力性能：承载能力、增力特性、传力特性、振动噪音等；工作性能：效率高低、寿命长短、可操作性、安全性、可靠性、适用范围等；经济性：加工难易、能耗大小、制造成本等；结构紧凑性：尺寸、重量、结构复杂性等。第三十六页，共52页。

七、执行机构运动方案设计

课程设计任务一、牛头刨床主传动机构

1。设计要求

牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的切削机床

第三十七页，共52页。第三十八页，共52页。基本要求：将连续回转运动转换为往复直线移动；刨刀在切削过程中的移动速度应近似等速；刨刀具有急回特性；安装工件的工作台应具有横向进给，以完成平面的加工；有良好的传力特性，行程可调。第三十九页，共52页。2。设计参数

刨刀的行程H：400－450mm行程速比系数：K=1.4－1.5最大切削速度：Vmax=1.2m最大切削阻力：Q=2000N凸轮机构中心距：L=150mm凸轮机构摆杆最大摆角：Φmax=15°－20°凸轮机构推程许用压力角：[α]推=40°凸轮机构回程许用压力角：[α]回=70°凸轮机构滚子半径rt=10mm，刀具半径rc=0.075mm许用速度不均匀系数：[]=0.05第四十页，共52页。3。牛头刨床设计任务（1）完成各执行机构的型式设计，拟定机械传动系统方案。（2）按工艺要求进行执行系统协调设计，画出执行机构的工作循环图；（3）确定各执行机构的运动学尺寸，绘制机构运动简图。（4）运动分析对主执行机构用解析法进行运动分析，用相对运动图解法对指定的一个位置加以验证，并根据计算机计算结果画出主执行机构位移、速度和加速度线图；第四十一页，共52页。（5）动态静力分析用图解法对指定的一个位置进行机构动态静力分析。（6）凸轮机构设计合理选用从动杆推程和回程时的运动规律；用解析法计算凸轮的理论轮廓曲线和实际轮廓曲线及刀具中心轨迹曲线上各相应点的坐标；用图解法绘制凸轮理论廓线和实际廓线。（7）编写设计计算说明书。第四十二页，共52页。推荐牛头刨床执行机构第四十三页，共52页。0.05HH0.05HP(N)PrS(mm)牛头刨床切削阻力图O第四十四页，共52页。LACLDE/LCDLCS3XS5YS5G3(N)G5(N)G1(N)JS1(kgm2)JS3(kgm2)5000.2~0.3中点2505020064090481.0主执行机构参考方案数据(长度单位mm)14CB32A65EDYPrXS