机械原理课程设计指导手册

一、课程设计的意义、内容及步骤随着生产技术的不断发展，机械产品种类日益增多，对产品的机械自动化水平也越来越高，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。

本指导书旨在根据高校工科本科《机械原理课程教学基本要求》的要求：结合一个简单的机械系统，综合运用所学理论和方法，使学生能受到拟定机械运动方案的初步训练，并能对方案中某些机构进行分析和设计，针对某种简单机器（即工艺动作过程较简单）进行机构运动简图设计。

设计过程指从明确设计任务到编制技术文件为止的整个设计工作的过程，该过程一般来讲包括四个阶段：1)明确设计任务和要求；2)原理方案设计；3)技术设计；4)施工设计。

本次设计的主要内容主要完成前两个任务，完成的步骤如下；二、机械原理课程设计的基本要求1.设计结果体现创新精神。

2.方案设计阶段以小组为单位，组织学生参观讨论，分析机器的结构、传动方式、工作原理，给出至少两种运动方案，并对其进行比较，从中选出最优方案。

3.方案确定以后，进行机构尺寸综合和机构运动分析时，每个学生的参数不同，独自设计。

若发现尚未达到工作要求，应审查方案，调整机构的尺寸，重新进行设计。

4.每个学生绘制一张图纸，应包括机械系统运动方案简图和机械运动循环图，一两个主要机构的运动分析及设计程序。

5.写一份设计说明书，最后进行答辩。

6.成绩的评定。

课程设计的成绩单独评定。

应以设计说明书、图样和在答辩中回答问题的情况为依据，参考设计过程中的表现，由指导教师按五级计分制（优、良、中、及格、不及格）进行评定。

二、机械运动简图设计内容1.功能分解机器的功能是多种多样的，但每一种机器都要完成某一工艺动作过程。

将机械所需完成的工艺动作过程进行分解，即将总功能分解为多个功能元，在机械产品中就是将工艺动作过程分解为若干个执行动作。

设计者必须把动作过程分解为几个独立运动的分功能，然后用树状功能图来描述，使机器的总的功用及各分功能一日了然。

例如，设计一部四工位专用机床，它可以分解成如下几个工艺动作：(1)安置工件的工作台要求进行间歇转动；(2)装置刀具的主轴箱能实行静止、快速、进给、快退的工艺动作；(3)刀具以Ml转动来切削工件。

由此，可画出图1及图2的四工位专用机床的动作要求图和树状功能团。

图1 四工位机床执行动作图2 四工位机床树状功能图2.机构选型及功能原理方案的确定机器的树状功能图给出了执行构件的功能或运动要求，每一个独立的功能或运动可用一个执行机构来完成。

即功能元求解，功能元求解就是将所需执行动作，用合适的执行机构型式来实现。

将机构按运动转换的种类和实现的功用进行分类，就是起到解法目录的作用。

由于每个功能元的解有多个，因此组成机械的功能原理方案(也就是机械运动方案)可以有多个。

在组合过程中应考虑以下几点要求：1)设计的附加要求；2)设计的全局要求；3)功能元解的相容性。

功能原理方案的组合可采用形态学短阵进行综合，即将系统的功能元列为纵坐标．各功能元的相应解法列为横坐标，构成形态学矩阵，如表l—5所示。

表中F1、F2，F3、…F n为功能元，L11、L l2、…为第一功能元的解，L m1、L m2、…为第m组功能元的解。

从每项功能元中取出一种解进行合理组合，即可得到一个机械运动方案，最多可以组合出N种机械运动方案：N＝n1×n 2×…×n j X n m其中，m为功能元数，n i为第i种功能元解的个数。

采用形态学矩阵综合法可以组合出许多机械运动方案。

例如m＝4，各功能元解的数目为4，它的机械运动方案数目可达到44＝256种。

数目众多的机械运动方案可使设计人员有广阔的选择范围，在一般情况下，可以先选取比较满意的几个方案，然后对这几个方案进行评价选优，从中得到符合设计要求的最佳机械运动方案。

3.拟订运动循环图机器所要完成的各工艺动作之间，不是互不相关的，而是有序的、相互配合的．所以各个执行机构必须按工艺动作过程的时间顺序和相互配合关系来完成各自的运动。

描述各执行初构间运动的协调配合关系的图，就是机器的运动循环图．4.绘制机构运动方案示意图和机构运动简图由原动机和执行构件的运动要求，通过机构选型来确定原动机和执行构件之间的传动机构和执行机构。

由于完成同一种运动可选用不同的机构型式，所以就会提供多种方案。

设计者从中选择一种或几种饺优的方案，画出从原动机、传动机构到执行机构的运动示意图，达就是机械运动方案示意图。

通过机构型综合和机构的尺度综合，设计出完全符合运动要求的传动机构与执行机构，并按真实尺寸画出各机构的简图。

这些机构的组合系统就是机械运动简图。

三、课程设计说明书的内容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)所选机构的运动动力分析与设计。

7)制订机械系统的运动循环固。

8)画出运动方案布置图及机械运动简图。

9)完成设计所用方法及其原理的简要说明。

10)列出必要的计算公式及所调用的于程序名o11)写出自编的主程序，子程序及编程框图。

打印出自编的全部程序，对程序中的符号，变量作出说明，并列出数学模型中的符号与程序中符号的对照表。

12)用表格列出计算结果，用计算机或人工画出主要的曲线图。

13)对结果进行分析讨论。

14)列出主要参考资科并编号。

上述内容，实际上已包括了机械运动方案的选择与设汁(机构选型及其组合)；机械的运动分析与设计；机械的动力分析与设计。

各个高校可根据本校的具体情况及不同专业的需要，选择合适的课程设计题目，确定课程设计说明书的具体内容，或比较全面，或偏重于某个方面，但要保证课程设计的基本内容及其完整性与综合性。

1)一般应包括三种基本机构，如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构的分析与综合。

2)运动循环图的分析与设计。

3)运动方案的选择与比较。

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之后要备一草稿本，把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、丢失。

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、独立分析能力、归纳总结表达能力的综合反映，每个学生必须下苦功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)说明书中必须附有相应的图纸和计算程序。

图纸酌数量要达到规定的要求；图纸的质量，要求作图准确，布图匀称，图面整洁，线条、尺寸标注，符合制图标准的规定；画在方格纸上的曲线图要连接光滑。

有条件的高校提倡用计算机绘图。

电算程序亦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。

所用时间（天） 领题目，组队0.5 功能分解，形态学矩阵 0.5 方案确定 1 运动循环图 1 方案比较 0.5 设计说明书撰写 1 答辩1时 间 设 计内 容 设计时间安排说明书格式设计题目1.洗瓶机设计1）工作原理及工艺动作过程。

为清洗圆形瓶子的外面，把待洗的瓶子放在两个转动着的导辊上，导辊带动瓶子旋转，当推头M 将瓶推向前进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净。

当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已送入导辊。

它的主要动作：将到位的瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程中利用导辊转动将瓶子旋转以及将刷子转动。

图2是洗瓶机有关部件的工作情况示意图。

洗瓶机有关部件的位置示意图图图2 洗瓶机有关部件示意图原始数据及设计要求。

设计推瓶机构时的原始数据和要求为：①瓶子尺寸：大端直径d=80mm,，长200mm推进距离l=600mm。

推瓶机构应使推头M以接近均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱离瓶子，然后，推头快速返回原位，准备第二个工作循环。

③按生产率的要求，推程平均速度为v=45mm/s，返回时的平均速度是工作行程3倍。

④机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。

2）设计方案提示。

①推瓶机构要求推头作近似直线轨迹，回程时轨迹形状不限，但不能反向拨动下一个瓶子，如图3 所示。

鉴于上述运动要求，利用常用基本机构不容易实现，可以采用组合机构来实现。

②洗瓶机构由一对同向转动的导辊和三只转动的刷子组成，可以通过机械传动系统来完成。

3)设计任务①根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；②进行推瓶机构、洗瓶机构的选型，以实现洗瓶动作要求；③机械运动方案的评定和选择；④根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案；⑤对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；⑥画出机械运动方案简图。

2.轧辊机设计1)工作原理及工艺动作过程。

图所示轧辊机是由送料辊送进铸坯，由工作辊将铸坯轧制成一定尺寸的方形、矩形或圆形截面坯料的初轧轧机。

它在水平面内和铅垂面内各布置一对轧辊（图中只画了铅垂面内的一对轧辊）。

两对轧辊交替轧制。

轧机中工作辊中心应沿轨迹mm运动，以适应轧制工作的需要。

坯料的截面形状由轧辊的形状来保证。

因此，轧辊机主要由工作辊和送料辊机构组成。

2)原始数据及设计要求。

根据轧制工艺，并考虑减轻设备的载荷对轧辊中心点M的轨迹可以提出如下要求：①在金属变形区末段，应是与轧制中心线平行的直线段，在此直线段内轧辊对轧件尽可能进行平整，以消除轧件表面因周期间歇轧制引起的波纹。

因此，希望该平整段L长些。

②轧制是在铅垂面和水平面内交替进行的，当一个面内的一对轧辊在轧制时，另一面内的轧辊正处于空回行程中。

从实际结构上考虑，轧辊的轴向尺寸总大于轧制品截面的宽度，所以，要防止两对轧辊在交错而过时发生碰撞。

为此，轧辊中心轨迹曲线mm除要有适当的形状外，还应有足够的开口度h，使轧辊在空行程中能让出足够的空间，保证与轧制行程中的轧辊不发生“拦路”相撞的情况。

③在轧制过程中，轧件要受到向后的推力，为使推力尽量小些，以减轻送料辊的载荷，故要求轧辊与轧件开始接触时的啮入角γ尽量小些。

γ约取25度左右，坯料的单边最大压下量约50mm，从咬入到平整段结束的长度约270mm。

④为调整制造误差引起的轨迹变化或满足更换轧辊后开口度有稍许变化的要求，所选机构应能便于调节轧辊中心的轨迹。

⑤要求在一个轧制周期中，轧辊的轧制时间尽可能长些。

3)设计方案提示。

①能实现给定平面轨迹要求的机构可以有铰链连杆机构、双凸轮机构、凸轮连杆机构、齿轮连杆机构等。