2011-2012(2)机械创新设计论文考试用试卷

···················装······························订····························线······················考生答题不得过此线你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。============================================================================第4页共３页命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中==============================================================课程代号：课程代号：0104009潍坊学院2011-2012学年第2学期《机械创新设计》试卷（论文类）考生姓名学号年级所在院系专业班级考生成绩阅卷人考生答题不得过此线···················装·····························订····························线······················（（命题要求，内容要求，格式要求，其它要求，等等）１、试卷完成时间：不得迟于2012年6月29号。２、考试方式、分制与分数解释采用提交设计/论文的方式，成绩按优秀、良好、中等、及格、不及格五级制评定。３、开卷考试要求：(1)试卷采用B4纸质横向排版，论文或设计、字数不少于3000。(2)设计/论文必须横排。(3)必须独立完成，若有雷同，均按零分处理。４、下列内容：(1)运用创造原理与创新技法进行机构创新设计、结构创新设计(2)反求设计与技术引进的应用(3)原理方案的创新设计(4)其他形式的创新设计或论文亦可西瓜植前自动作业机——电机与地面保持相对静止机构的设计引言：为了更好发挥机械设备在生产生活中的作用，扩大生产的规模，更好的解放劳动力，减轻人在生产中的劳动强度，需要对现有的机构进行改造，进行创新设计，以实现更多的功能。设计背景：现有的西瓜植前设备已包含起垄、铺地膜、铺水管等功能，但仍然不具备自动打孔的功能，现有的打过程，为人工打孔，工程量较大，耗时较长，也比较辛苦。现考虑在原有西瓜植前设备的基础上加入自动打孔的机构。以实现更强大的功能，更好的减轻人在整个过程中的负担。图为现有的自动植前装备,包括起垄、铺地膜、铺水管等功能初步在该机构的基础上，设计一个工作台，悬挂在农用拖拉机后面，在该工作台上安装自动打孔机构。打孔机构工作时，保持与地面相对静止，通过电机完成打孔作业。然后电机被机构迅速带回原位置。完成一个周期的所有运动。根据上述内容，该机构拥有两个主要特点，一是在打孔过程中，打孔电机需与地面保持相对静止。二是在不打孔的过程中，机构能迅速带动打孔电机返回工作图原位。根据上述两个特点采用齿轮机构，配合齿条机构来实现该功能。机构原理及设计参数由于该机构在一个运动周期内具有保持电机与地面相对位置静止和复位两组运动，则考虑通过一个特殊机构将整个机械系统分为两个阶段。拟采用一个只有半齿的齿轮，通过半齿齿轮的不同时啮合特性（不同时啮合即不同时参与工作）来将该机构分为两个不同的运动阶段。动力传动（速度调整）的设计采用齿轮组传动将传输的动力转化为打孔电动机的打孔运动采用曲柄滑块机构轮子的速度通过轴传动到齿轮上，再由齿轮组调速以及控制伸缩装置（齿条）的前后运动。从而实现打孔处能和地面相对静止。一、传动机构的设计齿轮传动机构分为两组，一组用来实现打孔的相对静止，一组用来实现快回。在打孔过程中，传动机构的速度传递部分设计如下车轮与齿轮A1同轴，车轮带动A1旋转，齿轮A2为惰轮，通过齿轮传动将动力传送到A3上，提高了A3的转速，A4与A3同轴，A4半径大于A3，从而将线速度还原为与车轮线速度相同，再通过与A4啮合的齿条1，将速度输出。具体计算如下：设小车直径为80cm则半径为4小车的速度为60cm／1s＝60cm∕s匀速行驶。小车车轮的转速3rad∕s。当机构工作时齿条1的速度为60cm∕s与车轮前进方向相反。设与车轮固定在同一轴上的特殊齿轮（四分之一齿齿轮）：半径rA1=12cm则ωA1=ω车轮=3rad∕s。设rA2=3cm∵ωA1／ωA2=ra2／ra1∴ωA2=12rad∕s方向与车轮前进方向相反。设rA3=3cm则ωA3=12rad∕s方向与车轮前进方向相同设rA4=5cm与rA3同轴则VA4＝60cm∕s方向与车轮前进方向相同齿条1方向与车轮方相反V＝60cm∕s∵3rad∕s=0.775r∕s0.5s共转0.25圈。rA1=60mmMA1=1.5mmZA1rA2=15mmMA2=1.5mmZA2rA3=15mmMA1=1.5mmZA3rA4=25mmMA1=1.5mmZA1齿条1M=1.5mmZ≈32齿在快回过程中，传动机构如下车轮与齿轮B同轴，其余原理如上，布置一对惰轮B2、B3齿轮的原因是为了防止产生干涉。当机构快回时齿条2的速度为120cm∕s方向与车轮前进方向相同设与车轮固定同一轴上的特殊齿:半径rB1=12cm则ωB1=ω车轮=3rad∕s。设rB2=3cm∵ωB2／ωB1=rB1／rB2∴ωB2=12rad∕s方向与车轮前进方向相反。rB5与rB4同轴rB5=6.5cm则ωB5=18.46rad∕sVB5=120cm∕s齿条2方向与车轮方相同V＝120cm∕s特殊齿rB1=60mmMB1=1.5mmZB1rB2=15mmMB2=1.5mmZB2rB3=15mmMB3=1.5mmZB3rB4=15mmMB4=1.5mmZB4rB5=25mmMB5=1.5mmZB5=3齿条2M=1.5mmZ≈32齿（二）、打孔机构的设计方案一：为采用曲柄滑块式的设计已知曲柄滑块机构具有将水平运动转换为垂直运动的特性，适当调整各曲柄长度既可以，调整垂直运动的速度为所需要的速度。机构工作情况如图所示：将整个结构安装在箱体中，将箱体固定在拖拉机上的后架上，结合其他机构组成西瓜植前自动作业机。该机构创新方案优缺点该机构的主要创新点在于通过一对不同时啮合，即不同时参与工作的特殊齿轮来将整个运动周期分为保持恒定打孔阶段以及快速复位阶段。该机构的该特点具有很大的柔性，即不仅在西瓜植前种植的设计可以采用上述的机构，任何具有保持相对位置恒定且周期运动的机械设备都可以采用上述机构（主要是半齿齿轮和速度调整的结合）。但该机构仍然具有不少缺点，如曲柄滑块机构的运动不精确性，打孔电机不能