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2103）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。

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，211212 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 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：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。

附图1.4 机械运动循环图0O 360O 90O240O 150O 270O180O 50O 30O 20O 60O 1 12 6 9 3 2 0 转角（度） 或时间（秒） 送 料夹 紧定 位钻 孔停 止 进 刀 停 止 （1） （2钻孔）退刀 回 程 近休 远 休 近 休 升程 回程 近休 远休 近 休 升 程 回程 远休 升 程 近 休附图1.3 半自动钻床的功能、工艺动作及执行机构框图213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。

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：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：i 1＜i 2＜…＜i n ，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s a 1，使s a 1≥（0.25～0.4）m (m 为模数)。

③对各主要执行机构进行受力分析。

28851440===主电总n n i附图1.5 半自动钻床的运动方案图三、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专业班设计者指导教师年月日附图1.6 说明书封面附图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 =6mm，长215度L=20mm，冷镦的冲头行程H=60mm，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3、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。