抽油烟机系统设计
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机械原理课程设计-抽油烟机系统设计
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机械原理课程设计指导
附录 1机械原理课程设计指导一、 机械原理课程设计的目的和要求 机械原理课程设计是工科院校机械类学生在大学期间利用已学过的知识和计算 机工具第一次比较全面的、具有实际内容和意义的课程设计，也是机械原理课程的 一个重要的实践教学环节。机械原理课程设计是将知识转化为能力的桥梁，其主要 目的是进一步巩固和加深学生所学的理论知识，并将其系统化；培养学生综合运用 所学知识独立解决实际问题的能力；使学生初步掌握机械运动方案设计，并在机构 分析与综合方面受到一次比较全面的训练。 随着生产技术的不断发展和人民生活水平的日益提高， 机械产品种类日益增加。 例如：各种金属切削机床、仪器仪表、重型机械、轻工机械、纺织机械、石油化工 机械、交通运输机械、海洋作业机械、钢铁成套设备以及办公设备、家用电器、儿 童玩具等。各种机械设备一般均需实现生产和操作过程的自动化，或者实现某一工 艺动作过程。因此，机械设备设计首先需要进行机械运动方案的设计和构思，各种 传动机构和执行机构的选用和创新设计。这些新机械设备的创新设计要求设计者除 了掌握各种典型机构的工作原理、结构特点、设计方法和应用场合等知识外，还要 考虑如何选择巧妙的工艺动作过程来达到预定的机械功能要求，如何选用或创新机 构型式并组合成机械运动方案完成上述选定的工艺过程。 机械运动方案及机械运动简图设计是机械产品设计的第一步，也是决定机械产 品质量水平高低、性能优劣和经济效益好坏的关键性的一步。机械原理课程设计要 求针对某种简单机器（工艺动作过程比较简单）进行机械运动简图设计，其中包括 机器功能分析、工艺动作确定、执行机构选择、机械运动方案评价和机构尺度综合 等。通过机械原理课程设计，更为重要的是培养学生开发和创新机械的能力。创新 能力的培养在机械原理课程设计中占有十分重要的位置。 二、 机械原理课程设计的内容和步骤 1、机械设计的一般过程 不论哪一类设计，为了提高机械设计的质量，必须有一个科学设计的程序，机 械设计的一般进程可分为四个阶段：产品规划阶段、方案设计阶段、详细设计阶段 和改进设计阶段。通常广泛实施和应用的程序可归纳成附表 1 所示的框图程序。 1）产品规划阶段 其中心任务是进行需求分析、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（或要求表） ，作为设计、评价和 决策的依据。 2）方案设计阶段 需求是以产品的功能来体现的，功能与产品设计关系是因果 关系，但又不是一一对应的。体现同一功能的产品可以有多种多样的工作原理，因 此，这一阶段是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。对于机械产品来说，在功能分析和工作原理确定的基础上进209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 环图，进行机械运动方案的设计（即机械系统的型综合和数综合）等。这就是机械 产品方案设计的主要内容。 附表 1 机械设计的一般程序框图 设计阶段 设计程序内容与设计步骤市 场 需 求 产 品 规 划 需求水平分析 明确任务要求 功能分析和工作原理确定 方 案 设 计 机械运动方案的设计与评价 评价优化 机械运动简图 机械运动简图优化 机械构形构思与设计 施 工 图 详 细 设 计 机械部件设计 标准、通用件明细表 机械零件设计 使用说明书 技术文件编制 样机试制工作总结 改 进 设 计 样机试用情况报告 性能测试报告 针对存在问题进行技术完善 改进设计图纸 进行改进完善设计 研 制 报 告 样机性能试验检测 用户试用报告 机械总装图设计 设计计算说明书 设计计算说明书 工艺动作分析、执行动作确定 可行性研究报告 任务要求明细表 提出设计任务 设计任务书阶段设计目标2103） 详细设计阶段 主要是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。也就是要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。 4）改进设计阶段 根据样机性能测试数据，用户使用以及在鉴定中所暴露的各 种问题进一步做出相应的技术完善工作，以确保产品的设计质量。这一阶段是设计 过程不可分割的一部分，通过这一阶段的工作可以进一步提高产品的效能、可靠性 和经济性，使产品更具有生命力。 2、机械运动简图设计 机械运动简图设计主要包括下列内容： 1）功能原理方案的设计和构思 根据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 和构思出工艺动作的过程就是功能原理方案设计。在功能设计中，应将机械将要达 到的总功能，分解成多个功能元的运动和动作，确定运动方案。在确定功能元中还 应考虑各执行机构间的协调配合关系，画出机械运动循环图。值得指出的是，一个 灵巧的功能原理方案是创新机械的出发点和归宿。如下图所示。 ………子功能 1 相应工艺动作 相应工艺动作 相应工艺动作 执行机构 执行机构 执行机构 执行动作 执行动作 执行动作总 功 能子功能 2 子功能 3………子功能 n………相应工艺动作………执行机构………执行动作………附图 1.1 机器的功能、工艺动作及执行机构框图2）机械运动方案设计 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，选择相应的若干个执行机构，并按一定 的顺序把它们组合成机械运动示意图，这个机械系统应能合理地、可靠地完成上述 工艺动作。机械运动方案就是机械运动简图设计中的型综合，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 综合的依据。 3）机械运动简图的尺度综合 将机械运动方案中各个执行机构根据工艺动作运动规律和机械运动循环图的要 求进行尺度综合。机械运动简图中各机构的运动尺寸（如有高副机构还应包括高副 的形状）都要通过分析、计算加以确定。当然在设计机械运动简图进行尺度综合时，211应该同时考虑其运动条件和动力条件，否则不利于设计性能良好的新机械。 3、机械运动简图设计举例 现以设计半自动钻床为例说明运动方案设计的步骤和过程。 设计任务：对已加工好的带有凸台的盘形零件进行 Φ30 钻孔。 其总功能应分解成如下的几个工艺动作： ①送料； ②定位；③夹紧；④进刀（钻孔） 。 设计参数：零件图如附图 1.2 所示，要求每分钟送 Φ20 Φ40 五个零件，电机的转速 n 电=1440r/min。 1）确定运动方案及机械运动循环图 附图 1.2 零件图 根据半自动钻床设计所提出的总功能和工艺动作 的要求，构思实现这些工艺动作的执行机构和运动形式。其构思框架如下：18 10子功能 1 送料 总 功 能 在 工 件 上 钻 孔 子功能 2 定位 子功能 3 夹紧从料斗推出工件及把钻 好孔的工件向前推进 定位挡块伸缩，挡 住工件或让出通道 夹具夹紧或松开移动从动件 圆柱凸轮机构 移动从动件 盘形凸轮机构 摆动从动件 盘形凸轮机构 从动件叉头通过高 副与移动滑块相连从动件 往复移动 从动件 往复移动 滑块 往复移动子功能 4 进刀钻头的进给与退出齿轮齿条机构齿条上下 往复移动附图 1.3 半自动钻床的功能、工艺动作及执行机构框图通过对上述框图及运动过程的分析，应定出各执行机构相互之间协调配合的关 系，即要制定各机构间的运动循环图。机械的运动循环图在机械系统运动方案设计 一章中已讲述，其表达方式有三种：直线式、圆周式和直角坐标式。在这里主要采 用直线式运动循环图。 设计运动循环图时，应选择某一主要机构中的一个构件作为标定件，以其工作 起点作为基准，用它的运动位置（转角、时间或位移）来确定其它执行构件运动的 先后次序或相位。在半自动钻床中，以带动各机构运动的主轴为标定件，其各机构 的直线式运动循环图如附图 1.4 所示。转角（度） 0O20O30O50O60O 90O 或时间（秒） 0 送 定 夹 钻 料 位 紧 孔 1 2 3近 近 远 进 （1） 刀 （2 钻孔） 休 退刀 回 程 停 止 升 程 远休 回程 升 近休 程 远休 回程 近休 升程 停 止150O 180O 6240O270O 9休 休 近 休360O 12附图 1.4 212机械运动循环图根据上述构思和分析画出半自动钻床的运动方案图如附图 1.5 所示。齿条料斗C8齿扇DE齿轮动 力 头17B A 6 F 5 附图 1.5 G 4 3J H 2I半自动钻床的运动方案图除上述方案外，还可以提出不同的方案进行比较，并从中选出最佳者。 1）计算各主要机构参数 ①计算传动机构 根据所给的设计参数，可算出执行构件主轴转速 n 主=5 转/分，所以机械的总传 动比为：i总 =n电 n主=1440 = 288 5可根据总传动比设计传动机构。一般一级减速用皮带轮 i 皮≤5～8，二级减速用 齿轮，传动比的各级分配情况应遵循“前小后大”的原则分配较为有利。即：i1＜i2 ＜…＜in，且相邻两级传动比的差值不要太大，运动链这样逐级减速，使各级中间轴 有较高的转速及较小的转矩，从而使轴与轴间的零件有较小的尺寸，机构较为紧凑。 ②设计计算各主要执行机构 a 送料、定位及夹紧凸轮机构的设计，首先要确定从动件的运动规律，确定凸 轮的几何尺寸。计算凸轮在转动一周过程中的理论和实际廓线的坐标值，并验算 αmax，使αmax≤[α]。绘出凸轮轮廓曲线。 b 钻孔机构中连杆机构和齿轮机构的设计，包括杆件长度、齿轮参数及尺寸等。 然后计算各有关的运动参数，并画出运动参数曲线；对于齿轮机构应校核εα，应使 εα≥[ εα] ，以及小齿轮的齿顶厚 sa1，使 sa1≥（0.25～0.4）m (m 为模数)。 ③对各主要执行机构进行受力分析。213三、 机械原理课程设计的总结 1、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、可行性论证报告和产品说明书等文件。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）传动机构的选择与比较； 4）执行机构的选择与比较； 5）机械系统运动方案的拟定与比较； 6）制定机械系统的运动循环图； 7）画出运动方案布置图及机械运动简图； 8）完成设计所用的方法及其原理的简要说明； 9）所选各主要机构的运动、动力分析与设计； 10）在说明书中列出必要的计算公式、设计计算的全部过程。若上机设计，应 打印上机设计的程序清单、结果及主要的曲线图。对于程序中的符号和变量要做出 说明，并列出数学模型中的符号与程序中符号的对照表等； 11）对设计计算结果进行分析讨论； 12）列出主要参考资料并编号。 2、编写说明书的注意事项 1）预备好草稿本。每个学生在接到课程设计题目后，要备一草稿本。记录你在 课程设计过程中查阅摘录的资料、初步的运算、编程的草稿、设计构思的草图、心 得思路、书写的草稿等都记录在案，不要轻易散落和丢失，因这些材料是写正式说 明书的基本素材。 2）说明书应该用钢笔写在 16 开报告纸上，要求字迹端正，文句通顺，步骤清 楚，叙述简明。通过课程设计说明书的编写，学生应学会整理设计数据、绘制图表 和简图、用工程术语表达设计成果的方法。说明书是每个学生治学态度、独立分析 问题的能力、归纳总结表达能力的综合反映，每个学生必须下工夫斟字酌句，写出 自己的水平与风格，也为书写其他课程设计、毕业设计和论文打下基础。 3）说明书中所用的公式和数据应说明来源，参考资料应编号和书写页次。 4）说明书中每一自成单元的内容都应有大小标题，使其醒目突出。 5）说明书中应附有相应的简图和计算程序，图纸的数量要达到规定的要求，提 倡用计算机绘图。电算程序要整理好与说明书订在一起。 6）说明书应加上封面与目录装订成册，说明书封面与图纸标题栏格式如下：214机械原理课程设计 说明书 设计题目系 设计者 指导教师 年 附图 1.6专业班月 说明书封面日（ 设 计 题 目 ）机 课械 原 理 程 设 计1050设 计 审 阅 成 绩（日期）方案号 （日期） 图 号（ 校 名 ） 系 专业 20 班1010图总号15201515 135附图 1.7标题栏格式四、 机械原理课程设计题目题目一 铆钉自动冷镦机设计1、工作原理及工艺动作 采用冷镦的方法将铝棒材的铆钉头镦出。铆钉自动冷镦机主要完成以下几个工 艺动作：①自动间歇校直送料，②截料并运料，③镦料，④顶料脱模。 2、原始数据及设计要求 铆钉自动冷镦机的制钉速度为每分钟冷镦钉头 m 个，铝棒材的直径φ=6mm，长215度 L=20mm，冷镦的冲头行程 H=60 mm，要求冷镦机构具有急回特性，行程速比系 数为 K，电动机的转速为 n。设计数据如下附表 1.1。附表 1.1 铆钉自动冷镦机设计数据 方 案 号 1-1 40 1.2 910 1-9 52 1.3
40 1.21 940 1-10 52 1.31
42 1.22 960 1-11 54 1.32 980 1-4 44 1.23 970 1-12 54 1.33
45 1.24 980 1-13 56 1.34
60 1.38 1420钉头个数 m 行程速比系 数K 电机转速 n 方 案 号钉头个数 m 行程速比系 数K 电机转速 n3、设计任务 ①按工艺动作要求拟定总体机械运动方案简图和直线式运动循环图。 ②按四种工艺动作要求对送料机构，载、运料机构，镦料机构和脱模机构进行 选型，并排出功能、工艺动作及执行机构框图。 ③按给定的电机和执行机构的运动参数算出总传动比，然后拟定机械传动系统 方案。 ④在 A2 图纸上画出机械运动方案简图和直线式运动循环图，提倡用计算机出 图。 ⑤对传动机构和主要执行机构进行运动尺寸计算。 o o o a、对冷镦机构进行尺寸设计,图解其机构简图。求出曲柄转角为 0 、90 、180 、 o 270 和两极限位置时滑块的速度和加速度值。并将该机构的设计图、位置图和速度、 加速度曲线图画在 A3 图纸上。 b、对机械中的凸轮机构进行设计计算。其结构尺寸，从动件运动规律根据设计 题目要求自定。并将该机构的从动件运动规律及凸轮机构的设计简图画在 A3 图纸 上。在说明书中说明基圆半径的确定过程。 c、对于机械传动系统，要求设计一对变位齿轮。根据方案简图确定参数，选择 变位系数，设计计算各齿轮的几何尺寸。该对齿轮的几何尺寸确定后，应计算一下 该对齿轮的重合度εα， 应使εα≥[ εα] ； 校核小齿轮的齿顶厚 sa1， sa1≥ 使 （0.25～0.4） m。并说明该两项指标是否满足要求。将该部分的设计计算过程和结果写在说明书 中。 ⑥写一份设计说明书。 4、设计方案提示 ①自动间歇校直送料 校直可用两摩擦轮挤压完成。但对两摩擦轮的运动应间 歇控制，可采用槽轮机构、棘轮机构和不完全齿轮机构等间歇运动机构。 ②截料并运料 可采用切割后旋转运料或采用移动凸轮机构推动进刀并送料。 ③镦料机构 可采用具有滑块的四杆机构或六杆机构，但应满足具有急回特性 的要求。216④顶料脱模机构 可采用凸轮机构或连杆机构。 ⑤机械传动系统 可采用皮带、轮系或齿轮机构，首先通过传动比将转速降下 来。在传递运动中，若两轴平行、相交或相错可采用直齿、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿 轮和蜗轮蜗杆机构。要注意传动比的分配。题目二 健身球自动检验分类机设计1、 工作原理及工艺动作 该机的功能是将直径大小不等的健身球（φ=40～46mm） ，经过送球机构间歇地 把球送至尺寸检测工位，由检测机构将三种尺寸的球一个不漏地分别检测出来，最 后经分类接球机构将三种尺寸的球分别装入各自的存放处，完成一个自动检测运动 循环。健身球自动检验分类机应有以下几个工艺动作：①送料，②检测，③接料。 2、 原始数据及设计要求 健身球自动检验分类机的电机转速为 n，检球速度为每分钟 m 个。分检健身球 ②中球 42 mm ＜φ≤44 mm， ③大球 44 mm 的三种尺寸为： ①小球 40mm＜φ≤42mm， ＜φ≤46 mm。要求送料滑块的行程 H 大于 50 mm，此分检机应为纯机械式的。设计 数据如下附表 1.2。附表 1.2 方 案 号 2-1 30 910 2-9 50
35 940 2-10 52 1400 每分钟检球个数 m 电机转速 n 方 案 号 每分钟检球个数 m 电机转速 n 健身球自动检验分类机设计数据 2-3 40 960 2-11 54 980 2-4 40 970 2-12 56
42 980 2-13 56
60 14203、 设计任务 ①按工艺动作要求拟定总体机械运动方案简图和直线式运动循环图。 ②按三种工艺动作要求对送料机构、 检测机构、 接料机构进行选型， 并排出功能、 工艺动作及执行机构框图。 ③按给定的电机转速和执行机构的运动参数算出总的传动比，然后拟定机械传动 系统方案。 ④在 A2 图纸上画出机械运动方案简图和直线式运动循环图，提倡用计算机出图。 ⑤对传动机构和执行机构进行运动尺寸计算。 a、对送料机构进行尺寸设计计算。送料机构若是杆件机构，求出曲柄转角为 o o o o 0 、90 、180 、270 和两极限位置时滑块的速度和加速度值。并将该机构的设计图、 位置图和速度、加速度曲线图画在 A3 图纸上；若不是杆件机构，应将所选机构的参 数、运动规律和设计图画在 A3 图纸上。 b、对机械中的凸轮机构进行设计计算，其结构尺寸，从动件运动规律根据设 计题目要求自定。 并将该机构的从动件运动规律及凸轮机构的设计简图画在 A3 图纸 上。在说明书中说明基圆半径的确定过程。 c、在传动系统中计算一对变位齿轮，根据方案简图确定参数，选择变位系数，217设计计算各齿轮的几何尺寸。该对齿轮的几何尺寸确定后，应计算一下该对齿轮的 重合度εα，应使εα≥[ εα] ；校核小齿轮的齿顶厚 sa1，使 sa1≥（0.25～0.4）m。并 说明该两项指标是否满足要求。将该部分的设计计算过程和结果写在说明书中。 ⑥写一份设计计算说明书。 4、 设计方案提示 ①送料机构 应满足间歇送料的要求，可采用圆柱凸轮机构或用槽轮机构间歇 带动转盘转动送料。 ②检测机构 可采用平面盘状凸轮机构，从动件即为检测板，但此时从动件应 是回程检测。检测小、中、大三种球也可以采用通道式检测，利用平面凸轮机构辅 助检测。 ③接料机构 可采用转盘式，也可采用固定式。如用通道式检测时，每个通道 口可安装一固定的接料箱，以达到分检小、中、大三种球的目的。 ④机械传动系统 可采用轮系或齿轮机构，首先通过传动比将转速降下来。在 传递运动中，若两轴平行、相交或相错可采用直齿、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮和蜗 轮蜗杆机构。要注意传动比的分配。题目三 牛头刨床1、 工作原理 牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面 切削加工的机床。附图 1.8 为其参考示意图。电动机经过减速传动装置（皮带和齿 轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨刀的往复运动和间歇移动。 刨床工作时，刨头 6 由曲柄 2 带动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。在切削行 程 H 中，前后各有一段 0.05H 的空刀距离，工作阻力 F 为常数；刨刀左行时，即为 空回行程，此行程无工作阻力。在刨刀空回行程时，由摆动从动件盘形凸轮机构通 过四杆机构带动棘轮机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方 向上做一次进给运动，以便刨刀继续切削。 2、 设计要求 电动机轴与曲柄轴 2 平行，刨刀刀刃 E 点与铰链点 C 的垂直距离为 50mm，水 平距离为 1.2H。使用寿命 10 年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄 2 转速偏差为±5％。要求导杆机构的最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角 应在许用值[α]之内，摆动从动件 9 的升、回程运动规律均为等加速等减速运动, 其 它参数见设计数据。执行机构的传动效率按 0.95 计算，系统有过载保护。按小批量 生产规模设计。 3、 设计数据（见附表 1.3） 4、设计内容及工作量： 机械原理部分（分散一周进行） 机械原理部分（分散一周进行） 1)根据牛头刨床的工作原理，拟定 2～3 个其他形式的执行机构（连杆机构） ， 并对这些机218构进行分析对比。 2)根据给定的数据确定机构的运动尺寸。要求用图解法设计，并将设计结果和 步骤写在设计说明书中。 3)导杆机构的运动分析。将导杆机构放在直角坐标系下，建立参数化的数学模 型。利用 ADAMS 软件分析出刨头 6 的位移、速度、加速度及导杆 4 的角速度和角 加速度运动曲线，并打印上述各曲线图。要求将参数化建模过程详细地写在说明书 中。 4)导杆机构的动态静力分析。通过参数化的建模，细化机构仿真模型，并给系 统加力，写出外加力的参数化 IF 函数语句，打印外加力的曲线，并求出最大平衡 力矩和功率。 5)凸轮机构设计。根据所给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸（基圆半径 ro、 ，并将运算结果写在说明书中。将凸轮机构放在直角坐标 机架 lO2O9 和滚子半径 rr） 系下，在 ADAMS 软件中建模，画出凸轮机构的实际廓线，打印出从动件运动规律 和凸轮机构仿真模型。要求将从动件运动规律的 IF 函数语句写在说明书内。 6)编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。以上 工作完成后准备机械原理部分的答辩。F 执 传 电机 a）机械系统示意图 b）刨头阻力曲线图 动 装 行 置 机 构 FmaxF0.05H0.05HHsC滑块 65 B D 3 A滑块 3 曲柄 O26 E 工件 7 工作台 8 O9 9 10 O4 1 c）执行机构运动简图 附图 1.8 牛头刨床机械示意图连杆 导杆2n212 114219附表 1.3 方 案 号导 杆 机 构 运 动 分 析 导 杆 机 构 动 态 静 力 分 析转速 n2 机架 lO2O4 工作行程 H 行程速比 系数 K连杆与导杆 之比 lBC/ lO4B牛头刨床设计数据3-1 48 380 310 1.46 0.25
1.1 15o 125 40o 75o 10o 75o3-2 49 350 300 1.40 0.3
1.1 15o 135 38o 70o 10o 70o3-3 50 430 400 1.40 0.36
1.2 15o 130 42o 65o 10o 65o3-4 52 360 330 1.44 0.33
1.2 15o 122 45o 60o 10o 60o3-5 50 370 380 1.53 0.3
1.2 15o 123 43o 70o 10o 70o3-6 48 400 250 1.34 0.32
1.3 15o 124 44o 75o 10o 75o3-7 47 390 390 1.50 0.33
1.2 15o 126 41o 65o 10o 65o3-8 55 410 310 1.37 0.25
1.1 15o 128 40o 60o 10o 60o3-9 60 380 310 1.46 0.28
1.2 15o 130 42o 72o 10o 72o3-10 56 370 320 1.48 0.26
1.2 15o 132 45o 74o 10o 74o工作阻力 Fmax(N) 导杆质量 m4(kg) 滑块 6 质 量 m6(kg)导杆 4 转动惯 量 JS4(kgm2) 从动件最大 摆角ψmax凸 从动件杆 轮 长 lO9D 机 许用压力 构 角[α] 设 推程运动 计 角δO远休止角 δS 回程运动 角δO’机械设计部分（集中三周进行） 机械设计部分（集中三周进行） 1)确定传动装置的类型，画出机械系统传动简图。 2)选择电动机，进行传动装置的运动和动力参数计算。 3)传动装置中的传动零件设计计算。 4)绘制传动装置中减速器装配图一张（A0） 。 5)绘制减速器箱体零件图一张（A1） 、齿轮及轴的零件图各一张（A2） 。 6)编写设计计算说明书一份。完成以上工作后准备机械设计部分的答辩。题目四 插床机械1、工作原理： 插床机械系统的执行机构主要是由导杆机构和凸轮机构组成。附图 1.9 为其参 考示意图，电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动曲柄 2 转动，再通过 导杆机构使装有刀具的滑块 6 沿导路 y―y 作往复运动，以实现刀具的切削运动。刀 具向下运动时切削，在切削行程 H 中，前后各有一段 0.05H 的空刀距离，工作阻力 F 为常数；刀具向上运动时为空回行程，无阻力。为了缩短回程时间，提高生产率，220要求刀具具有急回运动。刀具与工作台之间的进给运动，是由固结于轴 O2 上的凸轮 驱动摆动从动件 lO8D 和其它有关机构（图中未画出）来完成的。 2、设计要求： 电动机轴与曲柄轴 2 平行， 使用寿命 10 年， 每日一班制工作， 载荷有轻微冲击。 允许曲柄 2 转速偏差为±5％。要求导杆机构的最小传动角不得小于 60o；凸轮机构 的最大压力角应在许用值[α]之内， 摆动从动件 8 的升、 回程运动规律均为等加速等 减速运动，其它参数见设计数据。执行机构的传动效率按 0.95 计算，系统有过载保 护。按小批量生产规模设计。 3、设计数据（见附表 1.4） 4、 设计内容及工作量：F 执 行 机 构F0.05HFmax0.05H传 电机动装置Ha）机械系统示意图 b）插刀阻力曲线图sy d6 C 滑块 连杆 5 B 1 D O4 4 导杆 4 凸轮 7 O2y从动件 8 O8n2 2曲柄滑块 3 A c）执行机构运动简图 附图 1.9 插床机械示意图机械原理部分（分散一周进行） 机械原理部分（分散一周进行） 1）根据插床机械的工作原理，拟定 2～3 个其他形式的执行机构（连杆机构） ， 并对这些 机构进行分析对比。 2）根据给定的数据确定执行机构的运动尺寸。要求用图解法设计，并将设计结 果和步骤写在设计说明书中。 3）导杆机构的运动分析。将导杆机构放在直角坐标系下，建立参数化的数学模 型。利用 ADAMS 软件分析出滑块 6 的位移、速度、加速度及导杆 4 的角速度和角 加速度运动曲线，并打印上述各曲线图。要求将参数化建模过程详细地写在说明书 中。221附表 1.4 插床机械的设计数据 方 案 号 导 杆 机 构 运 动 分 析 导 杆 机 构 动 态 静 力 分 析转速 n2 力臂 d(mm) 曲柄 lO2A(mm) 插刀行程 H(mm) 行程速比系 数K4-1 50 120 75 130 2.04-2 48 110 70 120 1.94-3 46 100 60 110 1.64-4 45 120 80 140 2.04-5 50 115 85 140 1.84-6 50 120 70 120 1.74-7 47 120 65 120 2.04-8 52 110 78 100 1.84-9 48 100 75 110 2.04-10 46 110 70 100 1.8连杆 lBC=(0.3～0.5)lBO4工作阻力 Fmax(N) 导杆质量 m4(kg) 滑块 6 质量 m6(kg)导杆 4 质心转 动惯量 JS4(kgm2)120013001350128011001250135014801360137020 40 1.1 20o 125 40o 60o 10o 60o20 40 1.1 20o 135 38o 70o 10o 70o22 44 1.2 20o 130 42o 65o 10o 65o20 40 1.2 20o 122 45o 60o 10o 60o22 44 1.2 20o 123 43o 70o 10o 70o24 48 1.3 20o 124 44o 75o 10o 75o26 52 1.2 20o 126 41o 65o 10o 65o28 56 1.1 20o 128 40o 60o 10o 60o26 52 1.2 20o 130 42o 72o 10o 72o22 44 1.2 20o 132 45o 74o 10o 74o凸 轮 机 构 设 计从动件最大 摆角ψmax 从动件杆长 lO8D 许用压力角 [α] 推程运动角 δO 远休止角δS回程运动角 δO’4）导杆机构的动态静力分析。通过参数化的建模，细化机构仿真模型，并给系 统加力，写出外加力的参数化 IF 函数语句，打印外加力的曲线，并求出最大平衡力 矩和功率。 5）凸轮机构设计。根据所给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸（基圆半径 ro、 机架 lO2O8 和滚子半径 rr） ，并将运算结果写在说明书中。将凸轮机构放在直角坐标系 下，在 ADAMS 软件中建模，画出凸轮机构的实际廓线，打印出从动件运动规律和凸 轮机构仿真模型。要求将从动件运动规律的 IF 函数语句写在说明书内。 6）编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。以上 工作完成后准备机械原理部分的答辩。 机械设计部分（集中三周进行，内容同上述题目三。 机械设计部分（集中三周进行，内容同上述题目三。 述题目三 ）222题目五 压床机械1、工作原理： 压床机械是由六杆机构中的冲头 （滑块） 向下运动来冲压机械零件的。 附图 1.10 为其参考示意图，其执行机构主要由连杆机构和凸轮机构组成。电动机经过减速传 动装置（齿轮传动）带动六杆机构的曲柄转动，曲柄通过连杆、摇杆带动滑块克服 阻力 F 冲压零件。当冲头向下运动时，为工作行程，冲头在 0.75H 内无阻力；当在 工作行程后 0.25H 行程时，冲头受到的阻力为 F；当冲头向上运动时，为空回行程， 无阻力。在曲柄轴的另一端，装有供润滑连杆机构各运动副的油泵凸轮机构。 2、设计要求： 电动机轴与曲柄轴垂直，使用寿命 10 年，每日一班制工作，载荷有中等冲击。 允许曲柄转速偏差为±5％。连杆机构和凸轮机构的参数见设计数据，要求凸轮机构 的最大压力角应在许用值[α]之内。执行机构的传动效率按 0.95 计算。按小批量生 产规模设计。 F执 传 动 装 行 置 机 构Fmax F0.75H 0.25H电机sa）机械系统示意图Hb）冲头阻力曲线图C 5 滑块 6 DB4 摇杆 ?1 1 3 从动件 8 连杆 凸轮 7 O2 ?2 O4yn2A2 曲柄x1x2c）执行机构运动简图 附图 1.10 压床机械示意图3、设计数据（见附表 1.5） 4、设计内容及工作量：223附表 1.5 方 案 号曲柄转速 n2压床机械设计数据5-1 95 50 140 160 1505-2 95 40 170 180 180o5-3 92 40 200 180 2105-4 89 40 135 160 1405-5 98 30 140 160 150o5-6 95 50 190 200 2005-7 93 40 150 140 1605-8 89 40 180 180 1905-9 90 45 160 170 1705-10 92 40 160 165 170连 杆 机 构 运 动 分 析 连 杆 机 构 动 态 静 力 分 析距离 x1(mm) 距离 x2(mm) 距离 y(mm) 冲头行程 H(mm)摇杆上极限角?1=120 ； 摇杆下极限角?2=60 ； lBC=0.5 l04B ； lCD=0.25 l04C 。连杆质量 m3(kg)连杆 3 质心 转动惯量 JS3(kgm2)66 0.2 44 0.21 34430070 0.32 52 0.28 38460065 0.30 44 0.2 34410080 0.40 60 0.31 40450065 0.34 44 0.2 34420074 0.33 54 0.3 40380082 0.46 61 0.28 52420078 0.38 56 0.32 46440080 0.42 58 0.34 42430072 0.33 54 0.3 404500摇杆质量 m4(kg)摇杆 4 质心 转动惯量 JS4(kgm2)滑块质量 m6(kg) 工作阻力 Fmax(N)从动件最 大升程 h20余弦20正弦20等加 等减20余弦20正弦20等加 等减20余弦20正弦20等加 等减20正弦凸 轮 机 构 设 计从动件运 动规律 许用压力 角[α] 推程运动 角δO 远休止角 δS 回程运动 角δO’30o 60o 10o 60o30o 70o 10o 70o30o 65o 10o 65o30o 60o 10o 60o30o 70o 10o 70o30o 75o 10o 75o30o 65o 10o 65o30o 60o 10o 60o30o 72o 10o 72o30o 74o 10o 74o机械原理部分（分散一周进行） 机械原理部分（分散一周进行） 1）根据压床机械的工作原理，拟定 2～3 个其他形式的执行机构（连杆机构） ， 并对这些机构进行分析对比。 2）根据给定的数据确定机构的运动尺寸,要求用图解法设计，并将设计结果和 步骤写在设计说明书中。 3）连杆机构的运动分析。将连杆机构放在直角坐标系下，建立参数化的数学模 型。利用 ADAMS 软件分析出滑块 6 的位移、速度、加速度及摇杆 4 的角速度和角 加速度运动曲线，并打印上述各曲线图。要求将参数化建模过程详细地写在说明书 中。 4）连杆机构的动态静力分析。通过参数化的建模，细化机构仿真模型，并给系 统加力，写出外加力的参数化 IF 函数语句，打印外加力的曲线，并求出最大平衡力 矩和功率。 5）凸轮机构设计。根据所给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸（基圆半径224ro 和滚子半径 rr） ，并将运算结果写在说明书中。将凸轮机构放在直角坐标系下，在 ADAMS 软件中建模，画出凸轮机构的实际廓线，打印出从动件运动规律和凸轮机 构仿真模型。要求将从动件运动规律的 IF 函数语句写在说明书内。 6）编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。以 上工作完成后准备机械原理部分的答辩。 机械设计部分（ 周进行，内容同上述题目三） 机械设计部分（集中 2 周进行，内容同上述题目三） 五、变位齿轮机构选择变位系数的简易线图法简介 如附图 1.11 所示，该图分为左、右两部分，右边线图的横坐标为两齿轮的齿数 和 z∑，纵坐标为变位系数和 x∑。阴影线内的区域为许用区，许用区内的各射线为同 一啮合角（如 18°、19°、20°、…24°、25°）时 x∑与 z∑的函数线。左边线图的 ，纵坐标仍为 x∑。 横坐标为 x1（x1 取为由坐标原点 O 向左为正值） 用该线图选取变位系数时，先按齿数和 z∑及啮合角α′等在右边的许用区选取 合适的变位系数和 x∑，然后按左边的线图，根据 x∑及齿数比 i=z2/z1，即可确定 x1， x2= x∑- x1。举例说明如下： 例 1：已知某机床变速箱中的一对齿轮,z1=21,z2=33, α=20°,h*a=1，m=2.5mm, 实际中心距 a′=70mm。试确定变位系数 x1，x2。 解：1）根据中心距 a′求啮合角α′2 .5 m ( z1 + z 2 ) cos α = (21 + 33) cos 20° = 0.90613 2α ′ 2 × 70 ∴ α ′ = arccos 0.90613 = 25°1′ 25′′ cos α ′ =2)确定总变位系数和 x∑ 在附图 1.11 中，从 0 点按 α ′ = 25°1′ 25′′ 作射线，与 z∑=21+33=54 处向上引的 垂线相交于 A1 点，A1 点的纵坐标值即为所求的 x∑，x∑=1.125，又 A1 点在许用区内， 故可用。 3）确定变位系数 x1，x2 根据齿数比 i=z2/z1=33/21=1.57，故应按界限图左侧的斜线②分配变位系数。自 A1 点作水平线与斜线②相交于 C1 点，C1 点的横坐标即为所求的 x1 值。图中 x1=0.55， 故 x2= x∑- x1=1.125-0.55=0.575。 例 2：一对齿轮的齿数 z1=17，z2=100， α=20°,h*a=1，要求尽可能地提高接触 强度，试选择变位系数 x1，x2。 解：为提高接触强度，应按最大啮合角选取总变位系数 x∑。如图，自 z∑= z1+ z2=17+100=117 处向上引垂线，与线图的上边界交于 A2 点。A2 点处的啮合角值，即为 z∑=117 时的最大许用啮合角。而 A2 点的纵坐标值，即为所求的总变位系数和 x∑，图 中 x∑=2.54。 齿数比 i=z2/z1=100/17=5.9＞3.0，应按斜线⑤分配变位系数。自 A2 点作水平线 与斜线⑤交于 C2 点，由此可得 x1=0.77，x2= x∑- x1=2.54-0.77=1.77。225
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