学位论文-—机械创新设计.doc
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1、 目 录内容摘要2正 文.3 引 言.31 机械创新设计的概念,过程及特点综述.42 机械创新设计的理论方法概述.63 机械运动方案创新设计实验及试验设备.74 凸轮机构设计. 115 多杆行程放大机构方案设计.146 凸轮的加工.197 结论.358 参考文献.35谢辞.36评语.36机械创新设计 机制ZSB031班 王林林摘要:机械创新设计(Mechanical Creative Design,MCD) 是充分发挥设计者的创造力,利用人类已有的相关科学技术成果(含理论,方法,技术,原理等),进行创新构思设计出具有新颖性,创造性及实用性的机构或机械产品(装置)的一种实践活动。而机械运动方案创
2、新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步,是确定机械产品质量好坏,性能优劣和紧急效益高低的关键步骤。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。而创新机构实验台为学生提供了一个工程实践动手能力的工具,培养学生创新意识及综合设计的能力。关键词:创新设计 制作模型 数控加工 方案选择Summary: The machine innovation design( the Mechanical Creative Design, MCD) is the full exertive design creative p
3、ower, making use of related science technique result( contain the theories, method, technique, principle etc.) that the mankind already have, carrying on innovations conceive outline to design to have the novel, creating the organization or the machine product( equip) of sex and function a kind of t
4、o practice the activity.But the creative design of the machine sport project is a decisive one step in each kind of complicated machine design, is a certain machine product quantity quality, the function good and bad and urgent high and low key step of performance.The design of the organization choo
5、ses the type to pass to make the diagram and calculations generally and first to carry on, generally and more complicated organizations all have several projects, needing to manufacture the model to experiment and verify, many improvements then can get the best project and parameters behind.But the
6、creative organization experiment pedestal pursues studies to living to provide an engineering to practice the tool of begin the ability, training the student the ability of the innovation consciousness and comprehensive design . Keyword: Innovation design, Manufacture model, Number controlling manuf
7、acture, Scheme selecting 机械创新设计毕业设计论文【引言】在世界进入知识经济时代,创新是技术和经济发展的源泉,也是培养和造就科技人才的重要途径,更是一个国家国民经济发展的基石。对与一个国家而言只有拥有了持续的创新能力和大量高素质的人力资源,才具备了发展知识经济的巨大潜力。当今世界创新能力的大小已成为决定一个国家综合国力强弱的重要因素。结合我们所学的机械设计课程,训练学生的工程实践动手能力,培养学生创新意识及综合设计的能力以及改善在校大学生对平面机械原理,机械设计的学习和设计只留在理论设计“纸上谈兵”的状况就显得尤其重要。同时,世界各国高校对学生的机械创新设计的培养也在不
8、断的加强,许多高校和公司也相继推出了旨在培养学生创新能力的实验工具和产品。其中比较出名的当属闻名于世的国际智能教育跨国公司德国慧鱼公司( FischerTechnik )的高科技产品“慧鱼创意”组合模型(Fischer Technik),适合理工科大学、师范院校、职业大学、各种办学形式的中、小学的各类系列创意模型,代表了当代高科技的许多领域,受到各地学者和教育工作者的注视和认真思考,它不但集能源(包括太阳能)、液压、气动、自控、程控等多学科的知识于一身,而且通过学生的动手在千变万化的硬件组合、装配和电脑语言的编程过程中,有声有色地制造出各种逼真的智能机器在性能上、外观上几乎与真正的智能机器无区
9、别,它们有的是在现实生产实践和生活活动中的常接触和应用的,这对学生创新思维的培养大有裨益。而本次实验所用搭接试验台,能够任意选择平面机构类型,组装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。使学生在设计中掌握机构运动方案的优选,加深对平面机构的组成原理及其运动特性的理解和感性认识,训练学生的工程实践动手能力,培养学生创新意识及综合设计的能力。1 机械创新设计的概念,过程及特点综述机械创新设计(Mechanical Creative Design,MCD) 是充分发挥设计者的创造力
10、,利用人类已有的相关科学技术成果(含理论,方法,技术,原理等),进行创新构思设计出具有新颖性,创造性及实用性的机构或机械产品(装置)的一种实践活动。它包括两个部分:一是改进完善生产或生活中现有机械产品的技术性能,可靠性,经济性适用性等:二是创造设计出新机器,新产品,以满足新的生产或生活的需要。由于MCD过程凝结了人们的创造性智慧,因而MCD的产品无疑是科学技术与艺术结晶的产物,具有美学性,反映出和谐统一的技术美。总的来说,机械创新设计是建立在现有的机械设计理论基础上,吸收科技哲学,认识科学,思维科学设计方法学,发明学,创造学等相关学科的有益成分,经过交叉而成的一种设计技术和方法。1.1机械创新
11、设计的一般过程下1.1.1 确定机械的基本原理 它可能涉及机械学对象的不同层次,不同种类的机构组合,或不同学科知识,技术的问题。1.1.2 机构结构类型综合及优选 优选的结构类型对机械整体性能和经济性具有重大的影响,机械发明专利的大部分属于结构类型的创新设计。1.1.3机构运动尺寸综合及其运动参数优选 其难点在于求的非线性方程组的完全解,为优选方案提供较大的空间。随着优化法,代数消元法等数学方法,引入机构学使该问题有了突破性的进展。1.1.4 机构动力学参数综合及其动力参数优选 这一难点在于动力参数量大,参数值变化域广的多维非线性动力学方程组的求解,这是一个急待深入研究的课题。完成了上述机械工
12、作原理,结构学,运动学,动力学分析与综和的四个阶段,便形成了机械设计的优选方案。而后,即可进入机械结构创新设计阶段。主要解决基于可靠性,摩擦学的结构设计问题。1.2机械创新设计的特点1.2.1 涉及多学科,如机械,液压,电力,气动,热力,电子,光电,电磁及控制等多种科技的交叉,渗透与融合。机械设计的任务与要求基本工作原理 (融合学科范围及学科层次)改变结构类型类型 否 是机构结构类型综合及其优选否改变尺寸综合方案?拓扑结构分析机械运动尺度综合及其方案优选机构运动(位置,速度加速度)分析机械的优选方案动力学特性分析动力参数综合及其方案优选否否否改变动力学参数?满足动力学要求?满足运动要求?是 图
13、1-1 机械创新设计的一般过程1.2.2 设计工作中相当部分工作是非数据性,非计算性的,必须依靠在知识和经验积累基础上思考,推理,判断以及创造性发散思维(灵感,形象的突发性思维)相结合的方法。1.2.3 应尽可能在较多方案中进行方案优选,即在大的设计空间内,基于知识,经验,灵感与想象力的系统中搜索并优化设计方案。1.2.4机械创新设计是多次重复多次筛选的过程,每一设计阶段有其特定内容与方法,但各阶段之间又密切相关,形成一个整体的系统设计。2 机械创新设计的理论方法概述 2.1 机构组合原理与创新:机构的组合原理是指将几个基本机构按一定的原则或规律组合成一个复杂的机构,这个复杂的机构一般有两种形
14、式:一种是几种基本机构融合成性能更加完善,运动形式更加多样化的新机构,被称为组合机构;另一种则是几种基本机构组合在一起,组合体的各基本机构还保持各自特性,但需要各个机构的运动或动作协调配合,以实现组合的目的,这种形式被称为机构的组合。机构的组合方式可划分为以下几种:串连式机构组合,并联式机构组合,复合式机构组合,叠加式机构组合。 2.2机构演化,变异原理与创新:机构的演化或变异是指以某机构为原始机构,在其基础上对组成机构的各个元素进行各种性质的改变或变换,而形成一种功能不同的机构。其中各种性质的改变与变换主要包括:对机构各个元素形状和尺寸上的改变, 运动形式的变换,运动等效的变换以及组成原理的
15、仿效。通过演化和变异形成的变异机构可使机构实现更多的功能要求,也为机构的组合提供了更多的基本机构。 2.3 机构再生运动链原理与创新:构思设计是机械设计的重要阶段。仅考虑运动副的类型机构运动简图就形成机构示意图,通过释放原动件,机架将机构示意图转化为运动链,基于某些原则及约束条件,演化出众多的再生运动链,将再生运动链生成机构运动简图除去原始机构运动简图,运动链机构化便获得众多的机构,从中挑选创新机构。 2.4 机构运动方案与创新设计。后有详细论述,此处略。 2.5 反求工程与创新设计:反求设计是对已有的产品或技术进行分析研究,掌握其功能原理,零部件的设计参数,材料,结构,尺寸关键技术等指标,再
16、根据现代设计理论与方法,对原产品进行仿造设计,改进设计与创新设计。具体请查阅相关资料 3 机械运动方案创新设计实验及试验设备3.1 概述机械运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步,是确定机械产品质量好坏,性能优劣和紧急效益高低的关键步骤。机械运动方案设计的主要内容包括:机构功能目标的拟定,机械工作原理的拟定,机构的选型与组合及机械运动方案创新设计的评价。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,组装调整机构尺寸等功能,能够比较直观、方便的搭接、验
17、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。3.2试验目的 可培养学生对机构运动系统方案创新设计、自己动手搭接、研究机构运动动态参数,了解传感器安装调试,软件系统调试,测试数据,分析比较。掌握机构创新机构实验台的使用方法及实验原理。训练学生的工程实践动手能力,培养学生创新意识及综合设计的能力。加深对平面机构的组成原理及其运动特性的理解和感性认识。3.3 实验原理 任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次连接到原动件和机架上去的方法来组成,这是机构的组成原理,也是本实验的基本原理。3.4 实验设备及功用机构运动方案创新设计实验台设
18、备包括机架及其组件,分别详述如下。1 机架实验台机架如图所示:机架中有5根铅垂立柱,它们可沿方向移动。移动时请用双手推动、并尽可能使立柱在移动过程中保持铅垂状态。立柱移动到预定的位置后,用螺栓将立柱上、下两端锁紧(*安全注意事项:不允许将立柱上、下两端的螺栓卸下,在移动立柱前只需将螺栓拧松即可)。立柱上的滑块可沿y方向移动。将滑块移动到预定的位置后,用螺栓将滑块紧定在立柱上。按图示方法即可在x、y平面内确定一个固定点,这样活动构件相对机将滑块紧定在立柱上。按图示方法即可在x、y平面内确定一个固定点,这样活动构件相对机架的连接位置就确定了。2 凸轮和高副锁紧弹簧 凸轮基圆半径为18mm,从动推杆
19、的行程为30mm。从动件为正弦加速度运动规律;凸轮与从动件的高副形成是依靠弹簧力的锁合,各4件。3 齿轮 模数2,压力角20,齿数分别为34和42,两齿轮中心距为76mm。各4件。齿条 模数2,压力角20,单根齿条全长为422mm,为4件。4 槽轮拨盘 两个主动销,为4件。5 扁头轴 又称从动轴,轴上无键槽,主要起支撑及传递运动的作用。L为5mm、20mm、35mm、50mm、65mm,分别为16件、12件、12件、10件和8件。6 主动滑块插件 与主动滑块座固联,可组成做直线运动的主动滑块。L为40mm、55mm,各一件。7 主动滑块座 与直线电机齿条固连形成主动件,且随直线电机齿条作往复直
20、线运动,为1件。8 小构件 (1) 连杆(或滑块异向杆) 其长槽与滑块形成移动副,其圆孔与轴形成转动副。L为50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm,各8件。(2) 压紧连杆用特制垫片 将连杆固定在主动轴或固定轴上时用。6.5为16件。(3) 转动副轴(或滑块) 与固定转轴块配用时间可在连杆长槽的某一选定位置形成转动副或做滑块。L为5mm、20mm,各8件。(4) 转动副轴(或滑块) 用于两构件形成转动副或作滑块用,为16件。(5) 带垫片螺栓 转动副轴与连杆之间构成转动副或移动副时用带垫片螺栓连接,用于加长转动副轴或固定轴的轴长,规格M6,为48件。(
21、6) 压紧螺栓 转动副轴或固定轴与连杆形成同一构件时用该压紧螺栓连接,规格M6,为48件。(7) 运动构件层面限位套 用于不同构件运动平面之间的距离限定,避免发生运动构件间的运输干涉。L为5mm、15mm、30mm、45mm、60mm,分别35件、40件、20件、20件、10件。(8) 带轮 大孔轴,用于旋转电机,为3件。(9) 主动轴带轮 小孔轴,用于主动轴,为3件。(10) 盘杆转动轴 盘类零件或与其他构件(如连杆)构成转动副时用。L为20mm、35mm、45mm,分别为6件、6件、4件。(11) 固定转轴块 用螺栓将固定转轴块锁紧在连杆长槽上,构件可与该连杆在选定位置形成转动副,为8件。
22、(12) 加长连杆和固定凸轮弹簧用螺栓、螺母 用于两杆加长时锁紧的连接件,固定弹簧,M10,各为18件。(13) 曲柄双连杆部件 偏心轮与活动圆环形成转动副,且已制作成一组合件,为4件。(14) 齿条导向板 将齿条夹紧在两块齿条导向板之间,可保证齿轮与齿条的正常啮合,为8件。(15) 转动副轴(或滑块) 轴的扁头主要用于两构件形成转动副;轴的圆头主要用于两构件形成移动副,或做滑块时用,为16件。(16) 安装电机座行程开关座用内六角螺栓、平垫 标准件M825,8,各32件。(17) 内六角螺钉 标准件M615,为2件,用于将主动滑块固定在直线电机齿条上。(18) 内六角紧定螺钉 标准件M66,
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