機械創(chuàng)新課程設計教學大綱

適用專業(yè)機械設計制造及其自動化、材料成型與控制工程設計周數(shù)1學分撰寫人馮禎民審核人何春霞一、設計目的與任務（一）設計目的綜合運用《機械原理》課程以及其它先修課程的理論和生產實際知識，進行機械設計的基本訓練。培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力。培養(yǎng)學生創(chuàng)新設計意識、創(chuàng)新思維能力及綜合設計能力。要求同學針對某一機構設計出多種不同方案，利用ZBS—C機構運動創(chuàng)新設計方案實驗臺進行實際搭接，優(yōu)選出最佳的設計方案。提高同學理論聯(lián)系實際，發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和解決問題的能力。（二）設計任務要求每個同學按照所選定的設計題目要求，相應完成配匹任務：用圖解法或解析法完成機構的運動方案設計，并在ZBS—C機構運動創(chuàng)新設計方案實驗臺上搭接出設計方案，多方案比較后最后選出最佳設計方案用機構運動簡圖表示所設計機構并說明其工作原理，完成設計說明書一份。二、設計內容、設計時間和地點（一）設計內容1.機器魚任務要求：（1）能模仿魚的基本動作：游動和漂?。唬?）一個輸入，兩個輸出；（3）畫出機構運動簡圖。2.爬行昆蟲任務要求：（1）能模仿昆蟲直線爬行，足的數(shù)目和樣式自定；（2）遇到前方障礙（高度為昆蟲的三分之一以下），能越過；（3）在爬行和越障時，要保持身體穩(wěn)定，不能跌倒。3.半自動黑板擦隨著多媒體技術的推廣和應用，學校里的大部分課程采用了多媒體教學，但某些課程或某些章節(jié)仍然離不開黑板板書，這就需要人來動手擦黑板，費時費力，而且對人的身體健康也有影響。設計一種半自動黑板擦就顯得很有必要。任務要求：（1）力度適當，要能擦掉痕跡；（2）能清除死角；（3）操作容易，結構簡單，去除痕跡快；（4）閑置時，不影響正常板書。4.半自動拉幕機構舞臺上的布幔懸掛較高，層次多，厚而重。劇情進展過程中要不斷拉動布幔。以往的拉幕工作有人來完成，費力切影響整個舞臺背景效果。設計一套簡單的自動拉幕機構即可解決問題，該機構還可用在高大建筑物的窗簾開啟和關閉上。任務要求：（1）能自動來回拉動厚重的布幔，使布幔開啟和閉合；（2）速度均勻；（3）操作容易。5.半自動晾衣架晾曬衣物是頻繁而單調的工作。如果晾衣架是固定的，無疑增加辛苦的程度，而且有時還有危險。設計一款實用的半自動晾衣架將會為所有的家庭主婦們帶來便利。任務要求：（1）晾衣架能自動升降以緩解舉手晾衣的麻煩；（2）晾衣架能自動伸出和縮回，既充分利用了陽光，減少事故隱患，又不影響整個小區(qū)的總體美觀；（3）足夠的承載力；（4）操作方便，省力。6.自動擦窗器現(xiàn)代的樓宇越來越高，所用的玻璃窗和玻璃幕墻也越來越多，隨之而興起了一類新興職業(yè)：蜘蛛人。蜘蛛人的工作單調、勞累而且隨時有生命的危險。自動擦窗器將會有很大的市場前景。任務要求：（1）能從事室內外的玻璃擦洗工作；（2）運動自如靈活，不留死角；（3）安全性高。7.平面行走機構微小機械和微型機械同是精密機械學科延伸發(fā)展的兩個新的生長點，在醫(yī)療、微電子精細加工設備、微組裝技術以及航空航天等高科技領域，都有著非常迫切的研究開發(fā)需求。微小機械研究的一項關鍵技術就是微驅動技術，包括微驅動機構和微行走機構。任務要求：（1）繪制出平面行走微小機構的運動原理圖；（2）體積小，結構簡單，制作和控制容易。8.簡易垃圾袋支架任務要求：（1）設計出運動原理圖；（2）放垃圾時，支架自動張開，撐開垃圾袋；（3）不放垃圾時，支架自動吸合，密封垃圾袋；（4）支架是可調的，能適應各種大小的垃圾袋。9.設計某物料壓片機的加壓機構。其工藝流程為：（1）干粉料均勻篩入圓桶形型腔（圖1-a）；（2）下沖頭下沉3mm，預防上沖頭進入型腔時把粉料撲出（圖1-b）；（3）上下沖頭同時加壓（圖1-c），并加壓一段時間；（4）上沖頭退出，下沖頭隨后頂出壓好的片坯（圖1-d）；（5）料篩推出片坯（圖1-e）。其設計參數(shù)為：沖頭壓力為150KN；生產率為每分鐘25片；機器運轉不均勻系數(shù)10%；驅動電機可任選。干粉料料篩干粉料料篩上沖頭片坯上沖頭a）b）c）d）e）圖110.設計高速攝影機的拉片機構的改進設計（1）工作原理如圖2所示為高速攝影機暴光窗部分的運動簡圖，高速攝影機工作時，輸片輪始終以等角速度ω0轉動，它使膠片作行事運動（v0），但要求膠片在暴光窗處能作周期性的間歇運動，當暴光窗處的膠片靜止時，定位銷插入膠片的齒孔中，使膠片定位，然后將暴光窗打開，讓膠片暴光。暴光結束后，關閉暴光窗，拔出定位銷，膠片被快速地向下拉過一個畫面（每個畫面所占片長稱節(jié)距p）。35mmP=19mm膠片膠片輪導片輪定位銷35mmP=19mm膠片膠片輪導片輪定位銷曝光窗圖2（2）設計要求①；②根據(jù)高速攝影機的工作平穩(wěn)性要求和為了改善膠片的受力情況，應盡量避免膠片在運動過程中受到沖擊性載荷，并應使其最大加速度盡可能??；③機構的拉片長度誤差應在允許范圍之內。定位銷的定位動作與膠片的停、動動作要配合協(xié)調，不發(fā)生運動干涉；④機構應盡量簡單，結構緊湊。11.推瓶機構的改進設計（1）題目：改進設計洗瓶機的推瓶機構。（2）工作原理：如圖3所示是洗瓶機有關部件的工作示意圖。待洗的瓶子放在兩個轉動著的導棍上，導棍帶動瓶子旋轉。當推頭M把瓶推向前進時，轉動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當前一個瓶子洗刷完畢時，后一個待洗的瓶子已送入導棍待推。推頭M導輥刷子推頭M導輥刷子圖3（3）原始數(shù)據(jù)和設計要求：瓶子尺寸：大端直徑d=80mm，長200mm。推進距離Ｌ＝600mm。推瓶機構應使推頭M以均勻的速度推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后，推頭快速返回原位，準備第二個工作循環(huán)。按生產率的要求，推程平均速度為v=45mm/s，返回時的平均速度為工作行程的3倍。機構性能良好，結構緊湊，制造方便。12.鐵板輸送機構的改進設計題目：改進設計一剪板機的鐵板輸送機構。原始數(shù)據(jù)和設計要求：原材料為成卷的板料。每次輸送鐵板的長度為L=1900或2200mm（設計時任選一種）。每次輸送鐵板到達規(guī)定長度后，鐵板稍停，以待剪板機構將其剪斷。剪斷工藝所需時間約為鐵板輸送周期的十五分之一。建議鐵板停歇時間不超過剪斷工藝水平時間的1.5倍，以保證有較高的生產率。圖4輸送機構運轉平穩(wěn)，振動和沖擊盡可能減?。匆筝斔蜋C構從動件的加速度曲線連續(xù)無突變。）圖413.軋輥機構的改進設計題目：改進一初軋機的軋輥機構。工作原理：如圖5所示是由送料輥送進鑄坯，由工作輥將鑄坯軋制成一定尺寸的方形、矩形或圓形截面的坯料的初軋機。它在水平面和垂直面內各布置一對軋輥（圖中只畫出垂直面內的一對軋輥）。兩對軋輥交替軋制。軋機中工作輥中心M應沿mm軌跡運動，以適應軋制工作的需求。坯料的截面形狀由軋輥的形狀來保證。原始數(shù)據(jù)和設計要求：根據(jù)軋制工藝，并考慮減輕設備的載荷，對軋輥中心M軌跡提出如下要求：在金屬變形區(qū)末段，應是與軋制中心線平行的直線，在此直線段內軋輥對軋件進行平整，以消除軋件表面因周期間歇軋制引起波紋。因此希望該平整段L盡可能長些。軋制是在垂直面和水平面內交替進行的，當一個面內的一對軋輥在軋制時，另一面內的軋輥正處于空回程行程中.從實際結構上考慮，軋輥的軸向尺寸總大于軋制品截面的寬度，所以，要防止兩對軋輥在交錯時而發(fā)生碰撞.。為此，軋輥中心軌跡曲線mm除要有適當?shù)男螤钔猓€應有足夠的開口度h，使軋輥在空行程中能讓出足夠的空間，保證與軋制過程中的軋輥不發(fā)生“攔路”相接的情況。在軋制過程中，軋件要受到向后的推力，為使推力盡可能小些，以減輕送料棍的載荷，故要求軋輥與軋件開始接觸時的咬入角γ盡量小些。γ約取250左右，坯料的單邊最大壓下量約為50mm，從咬入到平整段結束的長度約為270mm。為減少制造誤差引起的軌跡變化或更換軋輥后要求開口度有稍許變化，所選機構應能便于調節(jié)中心的軌跡。要求在一個軋制周期中，軋輥的軋制時間盡可能長些。送料輥工作輥送料輥工作輥圖514.醫(yī)用棉簽卷棉機機構改進設計（1）題目：醫(yī)用棉簽卷機的運動方案及機構的改進設計（2）工作原理：按照醫(yī)院用棉簽的手工卷制方法應有取棉、揪棉、取棉、卷棉四個動作。用機器卷制棉簽時，仿照手工方式，進行動作分解，可粗分為：送棉、壓（夾）棉、揪棉、送簽和卷棉等工藝動作。（3）原始數(shù)據(jù)和設計要求：棉花：條狀脫脂棉，寬25~30mm，自然厚4~5mm；簽桿：醫(yī)院通用簽桿，直徑約3mm，桿長約70mm，卷棉部分長約20~25mm；生產率：每分鐘卷60支，每支卷取棉塊長約20~25mm；卷棉機體積要小，重量輕，工作可靠，外形美觀，成本低，卷出的棉簽松緊適度。15.織機開口機構的改進設計原理：織物由經紗和緯紗緊密交織而成。最簡單的織物是平紋組織，其經緯紗的交織情況如圖6所示。它是將經紗按照單雙數(shù)分成Ａ、Ｂ兩組，分別穿在綜框Ａ和Ｂ的綜絲眼ａ和ｂ中，當兩個綜框一個在上，一個在下時，兩組經紗上下分開，形成梭口。綜框在行程末端作較長時間的停歇，此時，梭子帶著緯紗穿過梭口，然后綜框上下交替，梭子帶著緯紗又從梭口穿回。就這樣綜框上下交替、梭子來回穿梭，實現(xiàn)經緯交織，形成織物。兩個綜框各由一個機構帶動作垂直上下運動（行程末端有較長時間的停歇）。兩個開口機構改革的結構相同，僅安裝相位不同，它們根據(jù)織物的經緯紗線交織規(guī)律使兩個綜框交替作垂直升降。A綜框原始數(shù)據(jù)和設計要求待后續(xù)。A綜框b)a)經紗B經紗A經紗經紗經紗B梭子b)a)經紗B經紗A經紗經紗經紗B梭子圖616.新型內燃機的開發(fā)目前應用最廣泛的往復式內燃機由氣缸、活塞、連桿、曲軸等主要構件和其他輔助設備組成。這種往復式活塞發(fā)動機存在以下明顯的缺點：（1）工作機構及氣閥控制機構組成復雜，零件多。曲軸等零件結構復雜，工藝性差。（2）活塞往復運動造成曲柄連桿機構較大的往復慣性力，此慣性力隨速度的平方增長，使軸承慣性載荷增大，系統(tǒng)由于慣性力不平衡而產生強烈振動。往復運動限制了輸出軸轉速的提高。（3）曲軸回轉兩圈才有一次動力輸出，效率低。針對以上缺點，提出新型內燃機改進設計方案。17.半自動蹲坑蓋設計目前在很多的公共衛(wèi)生間提倡用蹲坑代替坐便器，有諸多的大學生宿舍也大多選用蹲坑。但還很少見有蓋子的蹲坑，曾有報道洗衣服時一不小心一腳就滑進蹲坑，就卡住了，耗用六個小時，驚動了三個部門才把腳解救出來。所以是否可以給蹲坑設計一個蓋子，這樣不僅安全而且美觀無異味。設計要求：（1）開關自如；（2）半自動、價格便宜；（3）操作方便、衛(wèi)生；（4）要有一定的強度。18.熱敏式電腦防塵罩電腦日益普及，但對于電腦的防塵卻不夠重視，而且普通的電腦防塵罩要在電腦關閉并冷卻后才能罩上，而此時往往就想不起來了。是否可以給易沾灰塵的顯示器（顯示器里面進了灰塵后對顯示器會有很大的傷害卻難以清除）設計一個智能式的防塵罩，利用顯示器自身的特點，開啟時發(fā)熱升溫后蓋打開，關閉了當溫度降低到某一安全值后便于工作蓋上。19.車用垃圾桶經常在公交車上看到歪倒的垃圾桶，影響整體的美觀，起不到設置的效果，而且這樣易被踩壞或踢壞。是否可以設計一種方便公交車用的新型垃圾桶。20.爬式加料機傳動裝置的設計（1）設計題目設計用于爬式加料機的傳動裝置如圖7。圖7（2）爬式加料機數(shù)據(jù)見數(shù)據(jù)表格。（3）工作條件單班制工作，間歇運轉，工作中有輕微振動，工作環(huán)境有較大灰塵。（4）使用期限工作期限為五年。（5）生產批量及加工條件小批量生產。可加工7、8級精度的齒輪、蝸輪。（6）設計任務①確定傳動方案，完成總體方案論證報告；②選擇電動機型號；③設計減速傳動裝置。（7）具體作業(yè)①機構簡圖一份；②說明書一份。（8）小車原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)編號12345裝料量/N30003500400045005000速度/（m/s）軌距/mm662662662662662輪距/mm50050050050050021.電子防盜門開閉機構的改進設計現(xiàn)有防盜門存在的問題（1）關閉時，彈簧彈力過大，沖擊聲很響，夜半擾民，對門體損害也大；（2）液壓撐桿阻尼過大時，關閉速度太慢，給不法之徒以可趁之機。改進設計滿足1）開啟至45度時，基本無阻尼，過后阻尼逐漸增大（防止開啟過大）；2）關閉時先快后慢，盡量避免沖擊；（3）滿足線控開鎖和鑰匙開鎖功能。要求了解現(xiàn)有電子防盜門的結構，繪制改進的結構原理圖，做必要的計算。22.鋼板翻轉機已知條件：（1）原動件由旋轉式電機驅動；（2）每分鐘翻鋼板10次；（3）其他尺寸如圖11所示；（4）許用傳動角[γ]=50°；圖8鋼板翻轉機構工作原理圖23.設計平臺印刷機主傳動機構平臺印刷機的工作原理是復印原理，即將鉛版上凸出的痕跡借助于油墨壓印到紙張上。平臺印刷機一般由輸紙、著墨（即將油墨均勻涂抹在嵌于版臺的鉛版上）、壓印、收紙等四部分組成。如圖9所示，平臺印刷機的壓印動作是在卷有紙張的滾筒與嵌有鉛版的版臺之間進行。整部機器中各機構的運動均由同一電機驅動。運動由電機經過減速裝置Ⅰ后分成兩路，一路經傳動機構Ⅰ帶動版臺作往復直線運動，另一路經傳動機構Ⅱ帶動滾筒作回轉運動。當版臺與滾筒接觸時，在紙上壓印出字跡或圖形。版臺工作行程中有三個區(qū)段（如圖10所示）。在第一區(qū)中，送紙、著墨機構相繼完成輸紙、著墨作業(yè)；在第二區(qū)段，滾筒和版臺完成壓印動作：在第三區(qū)段中，收紙機構進行收紙作業(yè)。本題目所要設計