机械原理课程设计指导.docx

机械原理课程设计指导 机械原理课程设计指导 一、课程设计的目的和内容 1 课程设计的目的 1巩固并灵活运用所学相关知识； 2具有初步的设计机械运动方案的能力； 3提高分析问题、解决问题的能力； 4提高创新意识和能力； 5培养运用现代设计方法解决工程问题的能力。 2. 课程设计的任务 (进行机械系统的运动方案和传动系统设计) 确定工作原理和运动形式，绘制工作循环图； 设计几种运动方案并进行分析、比较和选择； 对选定运动方案进行运动分析与综合，并绘制机构运动简图； 进行机械动力性能分析与综合； 编写说明书及相关程序。 3课程设计的内容 机械原理课程设计，通常以满足一定使用要求或工艺要求的机械为设计对象。 机械原理课程设计，通常包括下列内容： 机械系统方案的拟定; 机械系统运动动力参数计算; 设计计算说明书一份。 完成规定的全部工作后，应进行设计答辩。 二、课程设计的一般步骤 1. 设计准备 1）阅读和研究设计任务书，明确设计内容和要求，分析原始数据及工作条件。 2）借阅（图书馆）、搜集（含网上搜集）有关设计信息、资料及机构设计手册；复习课程有关内容，熟悉有关机构的设计方法，拟定设计计划，准备设计资料。 2. 机械系统的方案设计 机械产品是以机械运动为特征的技术系统，机械系统方案设计的核心是机械运动方案设计，它在机械系统设计的总体中，占有十分重要的地位，也是最具创造性和综合性的内容。 1）机械执行系统运动方案设计 执行系统是机械系统中的重要组成部分，是直接完成机械系统预期工作任务的部分。执行系统由一个或多个执行机构组成。 执行构件是执行机构的输出构件，其数量及运动形式、运动规律和传动特性等要求，决定了整个执行系统的结构方案。机械执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计的核心，是整个机械原理工作的基础。 执行系统方案设计的内容 功能原理设计：就是根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现这一功能要求。 运动规律设计：是指为实现上述工作原理而决定选择何种运动规律。 执行机构型式设计：是指究竟选择何种机构来实现上述运动规律。 执行机构的协调设计：就是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和配合，设计出协调配合图。 机构尺度设计：是指对所选择的各个执行机构进行运动和动力设计，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：即对整个执行系统进行运动分析和动力分析，以检验其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：方案评价包括定性评价和定量评价。前者是指对结构的繁简、尺寸的大小、加工的难易等进行评价，后者是指将运动和动力分析后所得的执行系统的具体性能与使用要求所规定的预期性能进行比较，从而对设计方案作出评价。 2）机械传动系统方案设计 传动系统位于原动机和执行系统之间，将原动机的运动和动力传递给执行系统。除进行功率传递，使执行机构能克服阻力作功外，它还起着如下重要作用：实现增速、减速或变速传动；变换运动形式；进行运动的合成和分解；实现分路传动和较远距离传动；实现某些操纵控制功能(如启动、离合、制动、换向)等。 传动系统方案设计是机械系统方案设计的重要组成部分。当完成了执行系统的方案设计和原动机的预选型后，即可根据执行机构所需要的运动和动力条件及原动机的类型和性能参数，进行传动系统的方案设计了。 传动系统方案设计内容： （1）确定传动系统的总传动比。 （2）选择传动类型。即根据设计任务书中所规定的功能要求，执行系统对动力、传动比或速度变化的要求以及原动机的工作特性，选择合适的传动装置类型。 （3）拟定传动链的布置方案。即根据空间位置、运动和动力传递路线及所选传动装置的传动特点和适用条件，合理拟定传动路线，安排各传动机构的先后顺序，以完成从原动机到各执行机构之间的传动系统的总体布置方案。 （4）分配传动比。即根据传动系统的组成方案，将总传动比合理分配至各级传动机构。 （5）确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计算传动系统的各项运动学和动力学参数，为各级传动机构的结构设计、强度计算和传动系统方案评价提供依据和指标。 （6）绘制传动系统运动简图。 3整理编写设计计算说明书 说明书内容： 目录 设计题目 传动方案的拟定及说明 机构的尺寸综合 机构的运动分析、动力分析 分析、计算程序及说明 设计小结 参考资料 4设计总结与答辩 三、课程设计中应注意的事项 1. 设计态度 机械原理课程设计是第一次较全面的设计训练，它对以后的设计工作打好基础具有重要意义。在设计过程中必须严肃认真，刻苦钻研，一丝不苟，精益求精，才能在设计思想、方法和技能方面获得较好的锻炼和提高。 2. 设计思想 必须发挥设计的主动性，主动思考问题，独立完成设计任务。设计能力是依于长期的设计实践逐渐提高的，在设计工作中能否很好地利用已有的设计资料继承和发展这些经验和成果、加快设计进度，是设计工作能力的重要体现。但是根据新的设计任务和具体工作条件进行具体分析，在参考已有资料的基础上创造性地进行设计、构思，更是工程技术人员不可缺少的能力。所以，在课程设计中正确处理参考现有资料和创新的关系，才能保证设计质量，提高设计能力。认为设计必须全部是独创的想法 是不现实的。但忽视创新就会陷于盲目抄袭资料、照猫画虎，设计能力也不能得到培养和提高。 四、执行机构的运动方案 1执行构件的运动形成与基本机构 为使执行机构满足机械的功能要求，首先应将机械的总功能分解成若干个分功能，每个分功能由一个执行机构去完成。执行构件就是根据执行机构的功能要求去完成规定的动作。如图1所示冲压机的总功能就分解为滑块5上下移动的冲压功能和滑块8的自动送料功能。 执行构件的运动形式有回转运动、直线运动和曲线运动三种。按运动有无往复性和间歇性，基本运动分为：单向转动，往复摆动，单向移动，往复移动和间歇运动。曲线运动则是由两个或两个以上基本运动合成的复合运动。 原动机最普遍的运动形式是转动。原动机运动的单一性与生产要求执行机构具有运动的多样性之间要靠应用各种不同的机构进行运动变换。运动变换包括运动形式，运动速度和运动方向的变换及运动合成（或分解）等。实现运动变换的基本机构类型、特点及适用性见表2.1。 图2 基本机构的运动形式变换 (A连杆滑块组 B铰接二杆组) 表1 基本机构类型、特点及适用性 机构名称运动变换特点 适用范围或应用 举例 平面连杆机构可将单向转动变换为往复 摆动或移动，一般具有运 动可逆性 1.改变各构件相对长度可实 现不同的运动要求 2.连杆曲线可满足不同的轨 主要用于运动形 式和运动速度的 变换,不适于高 迹设计要求 3.低副机构,磨损小,承载 能力高 速运动凸 轮机构盘形凸轮 移动凸轮 可将凸轮的转动(往复移 动)变成推杆的往复移动 或摆动 1.推杆可实现预期任意运 动规律的往复运动 2.高副接触,易磨损,承载不 宜太大 3.受压力角和机构紧凑性限 制,推程不宜太大 适用于各种机械 的控制及辅助传 动,应用于自动 机床、印刷机械 等自动、半自动 机械中 圆柱凸轮 可将凸轮的转动变成与之 垂直方向的往复移动或摆 动 间 歇运动机构 棘轮机构 可将往复摆动变为间歇的 转动 可实现有单向停歇的转动， 但高速运动时冲击、噪声较 大 用于各种转位机 构或进给机构， 适于低速机械槽轮机构 不完全齿轮机构 可将单向连续转动变为单 向停歇的转动 斜面机构 将移动变为另一方向的移 动，时有自锁性 1.面接触,可承受较大的载 荷 2.位移小,增力较大 斜面压力机 螺旋机构将转动变为与之垂直方向台虎钳,螺旋压 的移动,时有自锁 性 3.效率低力机,千斤顶等 摩擦轮机构圆柱摩擦轮可传递两平行轴运动 1.靠两轮间摩擦传递运动和 动力,结构简单 2.具有过载保护性 3.效率低 用于转动比要求 不严格,载荷不 大的高速传动圆锥摩擦轮可传递两相交轴运动 齿轮机构 圆柱齿轮传递两平行轴匀速运动 1.瞬时转动比恒定 2.传递功率大,速度高 3.精度高,效率高,寿命长 广泛用于各种机 械的传动系统和 变速机构中,用 以变换速度大小 和运动轴线的方 向锥齿轮可传递两相交轴匀速运动 交错轴斜齿轮 可传递两相错轴匀速运动 点接触,易磨损,承载能力小蜗杆蜗轮 转动比大,平稳,发热量大, 效率低 带传动V带传动可变换运动速度 1.摩擦传动,具有过载保护 性能 2.有弹性滑动,传动精度低 可实现较远距离 的传动,适于较 高转速 平带传动可变换运动速度和方向 链 传动 滚子链传动可变换运动速度 啮合传动,有多边形效应,运 动均性较差 可实现较远距离 的传动,适于低 速传动 基本机构所能实现的运动规律或运动轨迹都具有一定的局限性。为使机构获得更复杂的运动特性， 扩大其使用范围，可对基本机构进行演化或采用组合法来创造出新的机构。组合法是运用串联、并联、时续等方式，将两个或多个基本机构按一定关系连接组成具有复杂功能的新机构或机构系统。图3所示的冲压机就可看成曲柄摇杆机构与曲柄滑块机构串联组成，也可看成是在曲柄摇杆机构的摇杆上加接一个连杆滑块组扩充而成的。关于机构组合请参见机械原理教材的有关内容。 2. 机构类型选择的一般要求 1）必须实现功能要求 这是选择机构类型的先决条件，且满足这一条件的运动方案也只是待选方案，还应进一步分析比较做出挑选。 2）必须满足功能质量要求 机构方案的多解性使设计者可以拟出许多不同的方案,但彼此功能质量差异却可能十分悬殊。从运动功能质量来看，应选择实现所需运动规律、运动轨迹、运动参数准确度高的机构，对有急回，自锁，增程，增力或利用止点位置要求的，也应选择具有相应性能且可靠性高的机构。从动力功能质量来看，应选择传力性能好，冲击，振动，磨损，变形小，运动平稳性好的机构。 3）必须满足经济适用性要求 为减少功耗，应优先选用机械效率高的机构，而且机构运动链要尽量短，即构件和运动副数目要尽量少。 此外，所选机构类型还应符合生产率高，体积小，工艺性好，易于维修保养等技术经济要求。3执行机构运动方案 1）机构的选择与评价 将机械的总功能分解为各执行机构的运动后，应考虑选用哪种类型的机构来实现。选择机构时可按着运动形式，运动速度和运动方向变换等需要，通过检索表1和图2选取合适的机构,如图3中冲压机构的方案1,2,5等；运用机构组合法构思出适合功能要求的机构,如图3中的方案3,4,5,6等就是运用机构串联组合法构思出来的;对现有功能类似机械中的机械进行分析,取其精华，在继承的基础上构思出适合设计要求的机构。这样便可以构思出众多满足运动要求的机构方案。对这些方案应根据机构选择的一般要求，从机构功能，功能质量和经济适用性三方面列出相关项目进行分析比较，从中选出最佳方案对难以直接做出判断的，经定量评价再选出最佳方案。 例如，冲压机的冲压机构，根据功能要求，考虑功能参数（如生产率、生产阻力、行程和行程速比系数等）及约束条件，可以构思出一系列运动方案。如图3所示。 机构运动方案1和2 机构运动方案3和4 机构运动方案5和6 机构运动方案7和8 图3 机构系列运动方案