機(jī)械原理課程設(shè)計指導(dǎo)

機(jī)械原理課程設(shè)計指導(dǎo)第一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日1)注重多學(xué)科知識的綜合應(yīng)用；2)注重總結(jié)與實踐經(jīng)驗的積累；3)充分發(fā)揮創(chuàng)造思維和想象能力，靈活應(yīng)用各種設(shè)計方法與技巧。第二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日一、

機(jī)械原理課程設(shè)計的目的

完成指定機(jī)械傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計的好壞，對機(jī)械系統(tǒng)能否完成預(yù)期的工作任務(wù)，以及工作質(zhì)量的優(yōu)劣和產(chǎn)品的競爭力起決定性的作用。需要創(chuàng)新第三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日創(chuàng)新的類型：變參數(shù)設(shè)計－－齒輪設(shè)計；改進(jìn)型設(shè)計－－由尖頂從動件變?yōu)闈L子從動件；開發(fā)性設(shè)計。第四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日二、機(jī)械原理課程設(shè)計的必要性檢驗知識的掌握程度；市場競爭的需要；為機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計做準(zhǔn)備。第五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日三

機(jī)械傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計機(jī)械傳動系統(tǒng)：

由若干種不同機(jī)構(gòu)組合而成，能實現(xiàn)機(jī)械工藝過程所需運(yùn)動的系統(tǒng)。擬定機(jī)械的功能原理執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺度設(shè)計方案的評價與決策第六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日圖1設(shè)計流程第七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日四、基本理論和方法(一)功能原理設(shè)計

1.功能分析

功能分析法(Functionanalysis)是系統(tǒng)設(shè)計中擬定功能原理方案的主要方法。

一臺機(jī)器所能完成的功能，稱為機(jī)器的總功能(Totalfunction)。

功能分析法就是將機(jī)械產(chǎn)品的總功能分解成若干功能元(Functionelement)，然后求解功能元，再將其組合，得到滿足總功能要求的多種解決方案，以供評價選擇。第八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日圖1功能分解第九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日例：

半自動平壓模切機(jī)的工作原理：印刷、包裝行業(yè)用于壓制紙盒、紙制品的專用設(shè)備。該設(shè)備可用于對各種規(guī)格的紙板進(jìn)行壓痕、切線。經(jīng)壓痕、切線的紙板在沿切線去掉邊料后，沿壓出的壓痕可折成各種紙盒、紙箱，亦可對各種高級精細(xì)的紙材凹凸痕，壓制成各種富有立體感的精美凸凹商標(biāo)或印刷品。圖2半自動平壓模切機(jī)工作原理第十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日功能分解工藝動作分解：

模切機(jī)的模切動作包括紙板輸送、定位夾緊、紙板停頓時凹模和凸模加壓進(jìn)行沖壓模切，然后將紙板送到收紙臺。

這一系列工藝動作可分解為如下三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別完成的3組工藝動作：模切機(jī)構(gòu)在紙板停頓時進(jìn)行沖壓模切走紙機(jī)構(gòu)定位夾緊機(jī)構(gòu)第十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日半自動平壓模切模切機(jī)構(gòu)走紙機(jī)構(gòu)定位夾緊機(jī)構(gòu)總功能分功能圖3半自動平壓模切機(jī)功能分解第十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日2.功能求解

⑴根據(jù)機(jī)構(gòu)的基本功能，歸納整理為功能元。半自動平壓模切模切機(jī)構(gòu)走紙機(jī)構(gòu)定位夾緊機(jī)構(gòu)運(yùn)動如何從原動件傳遞到各執(zhí)行端？此過程即為整理功能元及求解的過程原動件的動力從哪里來？即原動機(jī)是什么？第十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日⑵列出功能元解的目錄。為了便于設(shè)計人員進(jìn)行功能原理的構(gòu)思，可以將有關(guān)的功能元解，按一定的分類排序原則，用矩陣表的形式列出。⑶注意功能求解的技巧圖5功能分析第十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日圖4基本功能元及符號表示第十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日例：半自動平壓模切機(jī)的分功能---模切機(jī)構(gòu)的功能求解假設(shè)原動機(jī)為電動機(jī)，電動機(jī)水平放置，凸模、凹模上下布置圖2半自動平壓模切機(jī)工作原理第十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日則半自動平壓模切機(jī)的模切機(jī)構(gòu)應(yīng)具備以下3個基本功能元：運(yùn)動位移或速度縮小功能：減小位移量（或速度），以實現(xiàn)增力要求運(yùn)動軸線變向功能：將水平軸運(yùn)動變換為鉛垂方向運(yùn)動運(yùn)動形式變換功能：將轉(zhuǎn)動變換為往復(fù)移動根據(jù)以上分析，可構(gòu)思出如下功能－技術(shù)矩陣第十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日12345A連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)B錐齒輪機(jī)構(gòu)摩擦輪機(jī)構(gòu)C連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)齒輪齒條機(jī)構(gòu)摩擦輪機(jī)構(gòu)功能元解表1執(zhí)行機(jī)構(gòu)功能形態(tài)學(xué)矩陣第十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日矩陣中的三個功能元可選不同的解，模切功能由三個功能元組成，故也有多個解。圖6基本功能結(jié)構(gòu)圖將各分功能分析完，整合總功能的結(jié)構(gòu)第十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日圖7半自動平壓模切機(jī)的執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計方案第二十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日減速運(yùn)動分支軸平移軸平移模切機(jī)構(gòu)夾緊機(jī)構(gòu)走紙機(jī)構(gòu)ABCDEB圖8半自動平壓模切機(jī)運(yùn)動轉(zhuǎn)換功能框圖第二十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日12345A圓柱齒輪機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)帶傳動鏈傳動擺線針輪傳動B圓柱齒輪機(jī)構(gòu)鏈傳動帶傳動C曲柄滑塊機(jī)構(gòu)不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)移動從動件凸輪機(jī)構(gòu)D凸輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)E槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)凸輪分度機(jī)構(gòu)功能元解表2平壓模切機(jī)功能形態(tài)學(xué)矩陣第二十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日注意：

機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理及運(yùn)動方案設(shè)計的多方案性

為實現(xiàn)同一預(yù)定的功能目標(biāo)，可以選擇不同的功能原理來實現(xiàn)，選用不同的技術(shù)原理來完成。

第二十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日各種剪切機(jī)構(gòu)

第二十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日第二十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日第二十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日

在進(jìn)行機(jī)構(gòu)形式設(shè)計時，除應(yīng)滿足基本功能所要求的運(yùn)動形式或運(yùn)動軌跡外，還應(yīng)遵循以下幾項原則：（二）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計與系統(tǒng)的協(xié)調(diào)

根據(jù)各基本動作或功能的要求，選擇或創(chuàng)造合適的機(jī)構(gòu)型式來實現(xiàn)這些動作的工作過程，稱為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計，又稱為機(jī)構(gòu)的型綜合。

1.機(jī)構(gòu)盡可能簡單

2.具有較好的動力學(xué)特性

3.機(jī)構(gòu)安全可靠第二十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日一個執(zhí)行構(gòu)件１、執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動設(shè)計1)執(zhí)行構(gòu)件的數(shù)目

取決于機(jī)械分功能或分動作的多少，兩者不一定相等，要具體分析確定。如立式鉆的方案:第二十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日2)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動形式和運(yùn)動參數(shù)復(fù)合運(yùn)動往復(fù)擺動執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動形式回轉(zhuǎn)運(yùn)動每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)rpm——由兩個以上單一運(yùn)動合成間歇回轉(zhuǎn)停歇往復(fù)直線停歇單向直線沿可變曲線運(yùn)動連續(xù)回轉(zhuǎn)沿固定曲線運(yùn)動曲線運(yùn)動直線運(yùn)動往復(fù)直線每分鐘轉(zhuǎn)位次數(shù)、轉(zhuǎn)角大小、運(yùn)動系數(shù)每分鐘擺動次數(shù)、轉(zhuǎn)角大小、行程速比系數(shù)每分鐘行程數(shù)目、大小、行程速比系數(shù)每循環(huán)停歇次數(shù)、位置、時間、行程大小和工作速度?！看芜M(jìn)給量的大小。

第二十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日2、各執(zhí)行構(gòu)件間運(yùn)動的協(xié)調(diào)配合和機(jī)械的工作循環(huán)圖1）各執(zhí)行構(gòu)件間運(yùn)動的協(xié)調(diào)配合關(guān)系a)運(yùn)動彼此獨(dú)立無需協(xié)調(diào)配合：外圓磨床的砂輪和工件的兩個運(yùn)動彼此獨(dú)立。故應(yīng)為每個運(yùn)動單獨(dú)設(shè)計各自的運(yùn)動鏈。砂輪工件砂輪架第三十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日b)動作協(xié)調(diào)配合：圖示沖床的兩個執(zhí)行構(gòu)件中，要求：▲送料構(gòu)件將原料送入?？咨戏胶?，沖頭才可進(jìn)入?？走M(jìn)行沖壓；▲當(dāng)沖頭上移一段距離后，才能進(jìn)行下次送料動作。第三十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日c)各執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動速度的協(xié)調(diào)配合：范成法加工時，刀具與齒坯之間必須保持精確的傳動比。對于有運(yùn)動協(xié)調(diào)配合要求的構(gòu)件，往往采用以一臺原動機(jī)，通過傳動系統(tǒng)分配運(yùn)動，實現(xiàn)協(xié)調(diào)動作。第三十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日2）機(jī)械的工作（運(yùn)動）循環(huán)圖定義：設(shè)計機(jī)械時，用以表示機(jī)械在一個工作循環(huán)過程中，各執(zhí)行構(gòu)件之間運(yùn)動配合關(guān)系的圖形。定標(biāo)件：用其運(yùn)動位置（轉(zhuǎn)角或位移）作為確定其它執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動先后次序的基準(zhǔn)。形式：直線式、圓周式、直角坐標(biāo)式三種?！本€式工作循環(huán)圖退回停止沖制進(jìn)給沖頭送料器曲柄轉(zhuǎn)角φ

0?90?180?270?360?此例中主軸作為定標(biāo)件。退回第三十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日沖頭送料器曲柄轉(zhuǎn)角φ

0?90?180?270?360?▲直角坐標(biāo)式工作循環(huán)圖第三十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日機(jī)構(gòu)和性能一覽表輸出運(yùn)動形式輸入運(yùn)動形式機(jī)構(gòu)名稱機(jī)構(gòu)簡圖運(yùn)動特性動力特性其它特性連續(xù)回轉(zhuǎn)連續(xù)回轉(zhuǎn)＊常用機(jī)構(gòu)（自己回去總結(jié)）第三十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日＊機(jī)構(gòu)的變異構(gòu)件結(jié)構(gòu)形狀運(yùn)動尺寸更換機(jī)架或原動件增加輔助構(gòu)件目的：獲得新的機(jī)構(gòu)或特性，已滿足使用要求。機(jī)構(gòu)的變異第三十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日１）機(jī)構(gòu)的串聯(lián)組合＊機(jī)構(gòu)的組合

前一個機(jī)構(gòu)的輸出，作為下一個機(jī)構(gòu)的輸入，依次串聯(lián)。一般串聯(lián)組合：后一級機(jī)構(gòu)的主動件固連在前一級機(jī)構(gòu)的一個連架桿上。51234ω1IIIω1s3s4III特殊串聯(lián)組合：后一級機(jī)構(gòu)的主動件串接在前一級機(jī)構(gòu)的一個連桿上。123A54DCBFEM第三十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日例：前面的半自動平壓模切機(jī)的型式設(shè)計根據(jù)功能－技術(shù)矩陣圖中的3個分功能中各任選一個機(jī)構(gòu)，就可以組合成一個能實現(xiàn)模切機(jī)的總體功能的方案。剔除重復(fù)和明顯不合適的方案后，即可得到一系列可供選擇的方案。圖7為部分方案示意圖。第三十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日圖7模切機(jī)構(gòu)部分方案示意圖第三十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日

擬定走紙機(jī)構(gòu)方案生產(chǎn)工藝對走紙機(jī)構(gòu)的動作要求比較簡單，就是間歇進(jìn)給?？蛇x擇間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)帶動撓性傳動機(jī)構(gòu)完成送紙的工藝動作。間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)有：不完全齒輪機(jī)構(gòu)，棘輪機(jī)構(gòu)，槽輪機(jī)構(gòu)撓性傳動機(jī)構(gòu)有：平帶帶輪傳動機(jī)構(gòu)，雙列鏈輪傳動機(jī)構(gòu)

由此可組成多種可供選擇的送紙機(jī)構(gòu)方案第四十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日

擬定定位夾緊機(jī)構(gòu)方案輸送紙板鏈上固定有模塊1，其上裝有夾緊片。生產(chǎn)工藝對定位夾緊機(jī)構(gòu)的要求就是控制該夾緊片按時張開和夾緊。為此可選用結(jié)構(gòu)簡單，便于設(shè)計的滾子移動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)來控制夾緊片的張開、夾緊。圖4半自動平壓模切機(jī)工作原理第四十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日（三)機(jī)械傳動方案的評價1）評價指標(biāo)▲機(jī)械功能的實現(xiàn)質(zhì)量——精確性、穩(wěn)定性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性；▲機(jī)械工作性能——運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性、傳力性能、承載能力等；▲機(jī)械的動力性能——沖擊、振動、噪聲、耐磨性能等；▲機(jī)械的經(jīng)濟(jì)性——設(shè)計工作量大小、制造成本、維修難易、能耗等▲機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理性——復(fù)雜程度、尺寸及重量大小等。第四十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日2）方案評價第四十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日第四十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日第四十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日往復(fù)擺動電動機(jī)氣缸原動件運(yùn)動形式連續(xù)回轉(zhuǎn)往復(fù)直線液壓馬達(dá)氣動馬達(dá)內(nèi)燃機(jī)液壓馬達(dá)氣動馬達(dá)直線電機(jī)油缸柴油機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)汽油機(jī)直流電動機(jī)交流變頻變速電動機(jī)伺服電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)力矩電動機(jī)交流異步電動機(jī)交流異步電動機(jī)的運(yùn)動參數(shù)——同步轉(zhuǎn)數(shù)：3000，1500，1000，750，600rpm（四)原動機(jī)的類型與選擇第四十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期日（五）合理分配傳動比（1）每一級傳動比應(yīng)在合理范圍內(nèi)選?。唬?）減速傳動時，按前小后大的原則分配，有利于減小尺寸傳動機(jī)構(gòu)種類平帶V帶摩擦輪齒輪蝸桿鏈圓周速度m/s5~255~3015~2515~12015~3515~40減速比≤5≤8~15≤7~10≤4~8≤80≤6~10最大功率kw2000