机械原理课程设计任务书

机床的执行动作有两个：一是装有工件的回转工作台的间歇转动；二是装有三把专用刀具的主轴箱 的往复移动（刀具的转动由专用电机驱动）。两个执行动作由同一台电机驱动，工作台转位机构和主轴 箱往复运动机构按动作时间顺序分支并列，组合成一个机构系统。
机床外形可参考图 1，外形总体尺寸可用于检查所设计机构能否装入机体内部。
4． 设计任务
1）设计传动系统并确定其传动比分配。 2）进行机构选型分析，并进行机械运动方案的评价和选择。 3）画出洗瓶机推瓶机构的机构运动方案简图和运动循环图。 4）对所设计机构中各构件进行尺寸设计，验证输出构件的轨迹是否满足设计要求。 5）编写设计计算说明书。 （用 B5 纸张，封面用标准格式）
利用三相交流异步电动机驱动，其同步转速为 n，功率约 1kw。要求屏幕摆动幅度应均匀增大或稍
呈加速的趋势。
题号 1
φ 30°
n1(次/min) 20
t(min) 2
n2
n(r/min) 运动循环图
15
1000
直线式
2
45°
18
2
12
1500
圆周式
3
60°
16
2
10
1000
直角坐标式
4
75°
14
3
15
根据设计要求，推头 M 可走图示轨迹，而且推头 M 在工作行程中应作匀速直线运动，在工作段前 后可有变速运动，回程时有急回。
实现本题要求的机构方案有很多，可以选择设计连杆机构，也可用多种机构组合来实现。 在设计组合机构时，一般可首先考虑选择满足轨迹要求的机构（基础机构），而沿轨迹运动时的速
度要求，则通过改变基础机构主动件的运动速度来满足，也就是让它与一个输出变速度的附加机构组合。 1.凸轮－铰链四杆机构方案 铰链四杆机构的连杆 2 上点 M 走近似于所要求的轨迹，M 点的速度由等速转动的凸轮通过构件 3
设计题目二：面包切片机
1． 工作原理及工艺动作过程
长方体面包切片机要求实现两个动作：面包的直线间歇移动和切刀的往复运动。通过两者的动作配 合进行切片。改变直线间歇移动速度或每次间歇的输送距离，可以满足面包的不同切片厚度的需要。
2． 原始数据及设计要求
面包厚度：10~20mm。 面包切片高度范围：10~100mm。 切刀切片时最大作用距离（亦即切片宽度方向）：300mm。 切刀工作节拍：40 次/min。 工作阻力很小。要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。 电机选用功率 0.55KW（或 0.75KW）、1390r/min。
2）进行输送间歇运动、切刀往复直线运动的选型，并进行机械运动方案的评价和选择。
3）根据选定的电机和执行机构的运动参数以及指定机械传动方案画出机械运动方案示意图。
4）对机械系统和执行机构进行尺寸设计。
5）画出机构运动简图。
6）编写设计说明书。（用 B5 纸张，封面用标准格式）
设计题目三：步进送料机
1． 工作原理及工艺动作过程
的变速转动来控制。由于此方案的曲柄 1 是从动件，所以要注意度过死点的措施。
图 19 凸轮－铰链四杆机构的方案 2.五杆组合机构方案 确定一条平面曲线需要两个独立变量。因此具有两自由度的连杆机构都具有精确再现给定平面轨迹 的特征。点 M 的速度和机构的急回特征，可通过控制该机构的两个输入构件间的运动关系来得到，如 用凸轮机构、齿轮或四连杆机构来控制等等。图 20 所示为两个自由度五杆低副机构，1、4 为它们的两 个输入构件，这两构件之间的运动关系用凸轮、齿轮或四连杆机构来实现，从而将原来两自由度机构系 统封闭成单自由度系统。
屏幕在晃动，反而认为是自己在晃动，并且晃动的越来越厉害，最后竟旋转起来，这是一个有惊无险的
游乐项目。
现要求设计一机械传动装置，使屏幕能实现上述运动规律。
2． 原始数据及设计要求
屏幕由静止开始晃动时的摆角为 φ，每分钟晃动次数 n1，屏幕由开始晃动到出现整周转动，历时 t， 转 n2 圈后，屏幕又渐趋静止。
步进送料机为自动生产线的一部分。如图所示，加工过程要求若干个相同的被输送的工件间隔相等 的距离 a，在导轨上向左依次间歇移动，即每个零件耗时 t1 移动距离 a 后间歇时间 t2。考虑到动停时间 之比 K=t1/t2 之值较特殊，以及耐用性、成本、维修方便等因素，不宜采用槽轮、凸轮等高副机构，而 应设计平面连杆机构。
题号
1
2
3
4
5
6
面包直线间歇运动 凸轮机构 凸轮机构 槽轮机构 槽轮机构 棘轮机构 棘轮机构
切刀直线往复运动 连杆机构 连杆机构 凸轮机构
凸轮机构 凸轮-连杆 组合机构
凸轮-连杆 组合机构
运动循环图
直线式 圆周式 直角坐标式 直线式 圆周式
直角坐标式
4． 设计任务
1）根据工艺动作顺序和协调要求拟订运动循环图。
1440 1440 960 1440 960 960
运动循环图
直线式 圆周式 直角坐标式 直线式 圆周式 直角坐标式
3． 设计方案提示
分析设计要求可知：洗瓶机主要由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。设计的推瓶机构应使推头 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。
4. 设计任务
1） 按工艺动作过程拟定运动循环图。 2） 进行回转台间歇转动机构、主轴箱刀具移动机构的选型，并进行机械运动方案的评价和选择。 3） 按照指定机械运动方案，根据电机参数和执行机构运动参数计算各构件运动尺寸。 4） 按比例绘制机械运动方案简图。 5） 编写设计说明书。（用 B5 纸张，封面用标准格式）
题号
K v （mm/s） t≤（s） W（件/h） 回转台的间歇转动 主轴箱的往复移动 运动循环图
1
2
3
4
5
6
1.5
2
2.6
1.5
2
2.6
2
3
1.5
2
3
1.5
6
8
10
6
8
10
50
60
槽轮机构
40
50
不完全齿轮机构
60
40
凸轮间歇运动机构
圆柱凸轮机构 盘形凸轮机构
凸轮－连杆机构 圆柱凸轮机构
直线式运动循环图
图 1 专用机床外形及尺寸
2. 原始数据及设计要求
1） 刀具顶端离开工作表面 65mm，快速移动送进 60mm 后，再 匀速送进 60mm（包括 5mm 刀具切入量、45mm 工件孔深、 10mm 刀具切出量，如右图所示），然后快速返回。回程和 进程的平均速度之比为 K。
2） 刀具匀速进给速度为 v，工件装卸时间 t。 3） 机床生产率 W。 4） 执行机构及传动机构能装入机体内。 5） 传动系统电机为交流异步电动机，功率 1.5Kw，转速 960r/min。
1500
直线式
5
90°
12
3
12
设计数据
题号
a （mm）
c （mm）
b （mm）
t1 （s）
t2 （s）
运动循环图
1
300
20
50
1
2
直线式
2
300
20
55
1
2
圆周式
3
350
20
50
1
3
直角坐标式
4
350
20
55
1
3
直线式
5
400
20
50
2
4
圆周式
6
400
20
55
2
4
Hale Waihona Puke 直角坐标式3． 设计方案提示
1）由于设计要求构件实现轨迹复杂并且封闭的曲线，所以输出构件采用连杆机构中的连杆比较合
设计题目五：游戏机机构运动方案设计
1． 工作原理及工艺动作过程
某游乐场所游乐项目：在暗室中，让画有景物的屏幕（观众可以看见屏幕上的景物），由静止逐渐
开始左右晃动，晃动的角度由小变大，并越来越大，最后屏幕旋转起来，转数周后，屏幕渐趋静止。
由于观众在暗室中仅能看见屏幕上的景物，根据相对运动原理，观众将产生一个错觉，他不认为是
a)
b)
c)
d)
图 20 五杆组合机构的方案
3.凸轮-全移动副四杆机构
全移动副四杆机构是两自由度机构，构件 2 上的 M 点可精确再现给定的轨迹，构件 2 的运动速度
和急回特征由凸轮控制。这个机构方案的缺点是因水平方向轨迹太长，造成凸轮机构从动件的行程过大， 而使相应凸轮尺寸过大。
图 21 凸轮-全移动副四连杆机构的方案
瓶子尺寸 （直径×
长） mm×mm
工作行 程 mm
1
100×200
600
2
80×180
500
3
60×150
420
4
80×200
550
5
100×150
400
6
60×180
650
生产 率 个/s
15 16 18 20 15 14
急回系 数k
3 3.2 3.5 2.8 2.6 2.4
电动机转速 r/min
适。
2）由于对输出构件的运动时间有严格的要求，可以在电机输出端先采用齿轮机构进行减速。如果 再加一级蜗杆蜗轮减速，会使机构的结构更加紧凑。
3）由于输出构件尺寸较大，为提高整个机构的刚度和运动的平稳性，可以考虑采用对称结构（虚 约束）。
4． 设计任务
1）设计传动系统并确定其传动比分配。 2）进行机构选型分析，并进行机械运动方案的评价和选择。 3）画出步进送料机的机构运动方案简图和运动循环图。 4）对所设计机构中各构件进行尺寸设计，验证输出构件的轨迹是否满足设计要求。 5）编写设计计算说明书。 （用 B5 纸张，封面用标准格式）