機械原理課程設(shè)計目的和任務(wù)

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一、機械原理課程設(shè)計的目的

機械原理課程設(shè)計是使學(xué)生較全面、系統(tǒng)把握機械原理課程的基本原理和方法的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生“初步具有確定機械運動方案，分析和設(shè)計機械的能力〞及“開發(fā)創(chuàng)新能力〞的一種手段。其目的是：

1)以機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計與擬定為結(jié)合點，把機械原理課程中分散于各章的理論和方法融會貫穿起來，進一步穩(wěn)定和加深學(xué)生所學(xué)的理論知識；

2)通過擬定機械運動方案的訓(xùn)練，使學(xué)生初步具有機構(gòu)選型與組合和確定運動方案的能力；

3)使學(xué)生在了解機械運動的變換與傳遞及力傳遞的過程中，對機械的運動、動力分析與設(shè)計有一個較完整的概念；

4)進一步提高學(xué)生運算、繪圖、運用計算機和技術(shù)資料的能力；

5)通過編寫說明書，培養(yǎng)學(xué)生表達(dá)、歸納、總結(jié)和獨立思考與分析的能力。

二、機械原理課程設(shè)計的任務(wù)

對給定的設(shè)計要求進行分析，將總功能分解；制定機構(gòu)運動循環(huán)圖；設(shè)計實現(xiàn)各個分功能的機構(gòu)運動原理，構(gòu)成幾種運動方案，對各運動方案進行對比和選擇；對選定方案中的機構(gòu)進行分析與設(shè)計，畫出機構(gòu)運動簡圖；設(shè)計飛輪；對機構(gòu)進行必要的運動和動力分析。

三、機械原理課程設(shè)計進行的方式

根據(jù)具體狀況有以下幾種方式可供選擇。

1)集中式：在機械原理課程課堂教學(xué)完成后，集中一段時間進行；2)分散式：將課程設(shè)計與課程教學(xué)平行安排；3)集中與分散：在機械原理課程教學(xué)的中后期先進行課程設(shè)計的調(diào)研及部分工作方案設(shè)計工作，課程終止后集中一段時間進行繪圖、分析、編寫說明書等工作。

上述三種方式中，第一種與第三種對進行機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計有利，其次種對密切聯(lián)系每章中的理論教學(xué)較好，適合于解析法為主要手段的機構(gòu)分析與綜合類的課程設(shè)計題，而對機械運動方案設(shè)計類的題目較難進行。

四、課程設(shè)計的一般步驟和方法

機器主要是由原動部分、傳動部分和執(zhí)行部分三大部分組成，傳動部分和執(zhí)行部分又主

要由各種機構(gòu)組成，機械原理課程設(shè)計要求針對某種簡單機器進行機械運動設(shè)計，最終獲得機械運動簡圖。機械運動設(shè)計的一般步驟是：

1、確定執(zhí)行構(gòu)件的運動及運動參數(shù)

所謂執(zhí)行構(gòu)件的運動，是指完成機器預(yù)定功能所需的所有執(zhí)行構(gòu)件的運動形式、運動參

數(shù)和變化規(guī)律，以及它們之間的相互協(xié)同關(guān)系。當(dāng)機器的工作要求確定之后，根據(jù)對所需的功能要求進行分析，可確定出實現(xiàn)功能的原理，進一步便可確定執(zhí)行構(gòu)件的運動。

這一步包括將兩個工作：

1)通過對設(shè)計功能的分析,確定完成功能所需的工藝動作的數(shù)量和類型，并將設(shè)計要求

由功能要求細(xì)化為對各個執(zhí)行構(gòu)件的運動形式和運動參數(shù)的要求。

2)依照功能要求，設(shè)計出所有各個執(zhí)行構(gòu)件之間在運動上的協(xié)調(diào)關(guān)系，繪制出機械運動

循環(huán)圖。

2、確定原動機的類型和運動參數(shù)

原動機的類型和運動參數(shù)影響機械傳動的形式、機構(gòu)類型的選擇和機械系統(tǒng)的繁雜程

度，因此應(yīng)首先選好原動機。

常用原動機有三相異步電動機、調(diào)速電動機和往復(fù)式油缸（或氣缸）等。機器中一般多

采用三相異步電動機為原動機，同時對電動機的運動參數(shù)的選擇應(yīng)綜合考慮電動機和傳動部分的重量、尺寸、價格、機構(gòu)系統(tǒng)的繁雜程度以及機械效率等各方面的因素。

3、確定機器的運動方案此部分包括兩個內(nèi)容：

1)機器運動方案的設(shè)計。當(dāng)執(zhí)行構(gòu)件的工藝動作和原動機的運動確定后，就可以選擇適

當(dāng)?shù)臋C構(gòu)及其合理組合，形成完成各個工藝動作的機器工作原理以及原動機與執(zhí)行機構(gòu)之間的傳動方案。設(shè)計機器運動的工作原理，其基礎(chǔ)是對機械原理課程中所陳述的各種常用機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成、運動特點、工作原理的把握。同時，在擬定機器工作方案時還應(yīng)遵循以下原則：

①采用完可能簡短的運動鏈這有利于降低機械的重量和制造成本，也有利于提高機械效

率和見小累積誤差。

②優(yōu)先選用基本機構(gòu)基本機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計便利、技術(shù)成熟，故在滿足功能要求的條

件下，應(yīng)優(yōu)先選用。

③應(yīng)使機械有較高的機械效率。

④合理安排不同類型傳動機構(gòu)的順序一般來說，尋常將轉(zhuǎn)變運動形式的機構(gòu)安排在運動

鏈的末端，與執(zhí)行構(gòu)件靠近；其次，帶傳動等摩擦傳動，一般都安排在轉(zhuǎn)速較高的運動鏈起始端，以減少其傳動的轉(zhuǎn)矩，從而見小其外廓尺寸。

⑤合理分派傳動比運動鏈的總傳動比合理的分派給各級傳動機構(gòu)。具體分派時應(yīng)注意：

一是每一級傳動的傳動比應(yīng)在尋常的范圍內(nèi)選??；二是當(dāng)運動鏈為減速傳動時，一般狀況下，依照“前小后大〞的原則分派傳動比。

⑥保證機械的安全運轉(zhuǎn)。2)選擇最優(yōu)機器運動方案

同一個運動可以由多種實現(xiàn)方法，因此可以設(shè)計出多種運動方案，這就設(shè)計方案的選擇

問題。最為機械原理課程設(shè)計，僅要求完成方案的初步訓(xùn)練，大致可從以下幾個方面進行分析、比較：

①機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量這里主要包括工作的確切性、穩(wěn)定性、適應(yīng)性和擴展性等。②機械的工作性能機械在滿足功能要求的條件下，還應(yīng)具有良好的工作性能。如運轉(zhuǎn)的

平穩(wěn)性、傳力性能及承載能力等。

③機械的動力性能如沖擊、振動、噪聲及磨損性等。

④機械結(jié)構(gòu)的合理性結(jié)構(gòu)的合理性包括結(jié)構(gòu)的繁雜程度、尺寸及重量大小等。

⑤機械的經(jīng)濟性經(jīng)濟性包含設(shè)計工作量的大小、制造成本、維修難易及能耗大小等。4、機械系統(tǒng)的運動尺寸設(shè)計

機械系統(tǒng)的運動尺寸設(shè)計包括傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)的運動尺寸設(shè)計。

傳動機構(gòu)的運動設(shè)計在運動設(shè)計節(jié)段，主要是確定總傳動比，以及相應(yīng)的齒輪齒數(shù)、鏈

輪齒數(shù)、蝸輪蝸桿齒數(shù)、帶輪直徑等，以使執(zhí)行機構(gòu)得到所需的速度。

執(zhí)行機構(gòu)的運動尺寸設(shè)計，則要對各構(gòu)件的長度，機架的位置、高副運動副元素的幾何

形狀、螺旋機構(gòu)的導(dǎo)程、棘輪棘抓機構(gòu)的齒數(shù)、槽輪機構(gòu)的尺寸和輪槽數(shù)等進行確定，其決定方法在機械原理的相應(yīng)章節(jié)中已經(jīng)詳細(xì)說明。

5、繪制機構(gòu)運動簡圖

在機器運動方案的設(shè)計和機構(gòu)運動尺寸設(shè)計的基礎(chǔ)之上，選擇適當(dāng)?shù)谋壤呃L制機器運

動簡圖。對于執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)適當(dāng)標(biāo)注與運動有關(guān)的尺寸參數(shù)，對于傳動機構(gòu)則應(yīng)標(biāo)注相應(yīng)的齒輪和鏈輪齒數(shù)及帶輪直徑等。原動機和執(zhí)行構(gòu)件的運動及其參數(shù)也應(yīng)使用相應(yīng)的符號和數(shù)字予以表示。圖中還可以用簡要的文字注明一些技術(shù)要求，如運動的不均勻性要求，為了達(dá)到運動協(xié)調(diào)協(xié)同，分派軸上元件的相角調(diào)整要求，對某些元件的平衡精度要求等。機構(gòu)運動簡圖的繪制方法參考機械原理教材。

6、機構(gòu)運動分析

為了檢查所設(shè)計的機構(gòu)是否滿足預(yù)定的運動要求，是否回發(fā)生運動干擾，確定機構(gòu)運動

所需的空間大小，為機構(gòu)動態(tài)靜力分析提供資料，應(yīng)對所設(shè)計的機構(gòu)進行運動分析。

課程設(shè)計中，一般可對主體機構(gòu)或指定的機構(gòu)進行運動分析，應(yīng)畫出執(zhí)行構(gòu)件的運動線

圖，一般進行分析比較。還要求出指定構(gòu)件的角加速度和質(zhì)心的加速度，以便進行動態(tài)靜力分析。運動分析可采用圖解法和解析法。

7、機構(gòu)動態(tài)靜力分析

在運動分析的基礎(chǔ)上，對機構(gòu)進行動態(tài)靜力分析，動態(tài)靜力分析的內(nèi)容是主動件處于每

個給定位置按預(yù)定規(guī)律運動時，求出各運動副中的反力，及機構(gòu)的平衡力或平衡力矩。為后續(xù)的飛輪設(shè)計，原動機的功率選擇，以及零部件的工作能力設(shè)計提供原始資料。

機構(gòu)動態(tài)靜力分析也可采用圖解法和解析法進行分析。8、機器周期性速度波動調(diào)理

對于在短期尖峰載荷下工作的機器，為了改善機器的工作平穩(wěn)性，見小所需電動機的容

量，需要添加飛輪。集體方法可參閱機械原理教材相應(yīng)內(nèi)容。

9、確定的電動機功率

主體機在周期性變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時所需電動機的理論功率為：

??N電式中：Mvd－主動件上的等效驅(qū)動力矩(N·m)，一般為常數(shù)；

Mvr－主動件上平均等效力矩(N·m)；ωm－主動件平均角速度(rad/s)?？紤]到傳動效率，則電動機的功率為：

Mud??mMvr??m?(kW)10001000

??(1.2~1.6)N電??(1.2~1.6)N電由于沒有考慮其它執(zhí)行構(gòu)件所需的功率和啟動時所需的功率的增加，因此電動機所需的

功率可能還要增大，尋常用類比法參照同類機器修正計算所得的電動機功率。查閱電動機的使用資料，根據(jù)所需功率和運動參數(shù)的大小即可確定電動機的型號。

10、編寫設(shè)計說明書

說明書是設(shè)計計算的整理和總結(jié)，是圖紙設(shè)計的理論依據(jù)，而且是審核設(shè)計的技術(shù)文件

之一。說明書編寫要求和本卷須知在后面有詳細(xì)說明。

五、課程設(shè)計說明書的編寫

1、課程設(shè)計說明書的內(nèi)容

編寫技術(shù)報告、可行性論證報告、產(chǎn)品說明書等技術(shù)文件是學(xué)生在校期間應(yīng)當(dāng)把握的基本技能之一。課程設(shè)計說明書屬于技術(shù)說明書中的一種，對說明書的編寫是培養(yǎng)學(xué)生編寫技術(shù)文件的重要途徑之一。

編寫課程設(shè)計說明書，是學(xué)生對課程設(shè)計的總結(jié)，內(nèi)容大致包括：1)目錄

2)設(shè)計任務(wù)書(包括設(shè)計條件和要求)；

3)運動循環(huán)圖（執(zhí)行構(gòu)件運動協(xié)調(diào)協(xié)同關(guān)系）；4)原動機的運動類型及其運動參數(shù)的選擇；

5)機器運動方案(三種或三種以上方案)設(shè)計及其選擇;6)傳動系統(tǒng)運動尺寸設(shè)計；

7)執(zhí)行機構(gòu)（主體機構(gòu)和輔助機構(gòu)）的運動尺寸設(shè)計；

8)機構(gòu)運動簡圖；

9)主體機構(gòu)運動分析；

10)主體機構(gòu)動態(tài)靜力分析；

11)機器周期性行速度波動調(diào)理；12)確定電動機功率；13)自我評價及感想；

14)參考資料。

2、課程設(shè)計說明書的編寫要求和本卷須知

1)預(yù)備好草稿本。每個學(xué)生在接到課程設(shè)計題目之后要備一草稿本，把你在課程設(shè)計過程中查閱、摘錄的資料、初步的運算、編程的草稿、設(shè)計構(gòu)思的草圖、心得思路、書寫的草稿等都記錄在案，不要輕易散落、丟失。這些材料是寫正式說明書的基本素材。

2)說明書應(yīng)當(dāng)用鋼筆寫在16開課程設(shè)計說明書專用紙上，要求字跡端正、文句通順、步驟明白、表達(dá)簡明。通過課程設(shè)計說明書的編寫，學(xué)生應(yīng)學(xué)會整理設(shè)計數(shù)據(jù)，繪制圖表和簡圖，用工程術(shù)語表達(dá)設(shè)計成果的方法，說明書是每個學(xué)生治學(xué)態(tài)度、獨立分析能力、歸納總結(jié)表達(dá)能力的綜合反映，每個學(xué)生必需下功夫斟字酌句寫出自己的水平與風(fēng)格，也為書寫其他課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和論文打下基礎(chǔ)。

3)說明書中計算部分的書寫，必需附上與計算有關(guān)的圖，先列出計算式，再按順序代入各文字符號的數(shù)字，最終寫出計算結(jié)果。計算所引用的公式和數(shù)據(jù)應(yīng)注明來