2014机械设计大赛说明书国赛一等奖

参赛队号：（由工作人员填写）

浙江省第十一届大学生机械设计竞赛

机械设计方案书

学校名称：浙江理工大学

学生队长：

学生队员：

指导教师：

联系方式：

目录

第1章绪论 (1)

1.1研制背景与意义 (1)

1.2研究的基本内容 (1)

第2章总体方案 (2)

2.1设计方案拟定 (2)

2.2创新与特色简介 (6)

第3章电机的选择 (7)

第4章动力与传动机构设计计算与分析 (8)

4.1凸轮的设计计算分析 (8)

4.2传动轴的设计计算分析 (9)

第5章设计总结 (11)

参考文献 (12)

附录： (13)

第1章绪论

1.1 研制背景与意义

新时代科技的进步与知识的积累是通过创新来实现的，在此前提下，群体和社会的价值才能得到体现与发展。创新能力是现代一个合格人才所应基础具备的一项重要能力。大学生作为发展未来社会经济与科技的储备生力军，我们在大学主要是在课堂接受教育。纵观如今的大学生学习现状，教育的结果，仅仅是在广义上的接受知识，学生们木讷地将知识寄于脑中，成为表面性地“借用”知识，而不是挪为“己用”。这就亟于传统的教育模式向创新教育发展。创新教育是以培养人的创新精神和创新能力为基本价值取向的教育，是培养具有高素质的创新人才为主要目标的教育。创新教育包含了教学形式的创新和教学理念的创新。

第六届全国大学生机械创新设计大赛（2014年）的主题为“幻·梦课堂”；内容为“教室用设备和教具的设计与制作”。在比赛期间，我们小组成员设计出了具有新意和趣味的教具，一方面是想将部分我们所学运用在实践中，来加深对知识的理解，并提高我们的动手能力，以及对新的知识探索、研究的能力。另一方面，作为教具，希望能在教学过程中辅助教师教学，提升教学质量，同时因为教具本身的创新性和趣味性，来调动广大学生参与教学的积极性。在我们看来，教具不仅仅是为了方便老师，使学生对新的机构、新的知识点有更直观的认识，我们所设计出来的教具更多的是希望能够使学生意识到在课本中我们所学到的基本机构，随着组合与创新，能够赋予其新的美感，从而内在激发学生内在的自我创新、实践能力。

1.2 研究的基本内容

根据题目要求设计出来的教具其各模块应涉及到尽量多的机械结构，然后用铜丝把所有模块串联起来，形成一个回路。通过电机带动各机构的运动，对小球进行运输，最终实现小球的循环运动。基于模块的空间多机构教学平台由齿轮、凸轮、变曲柄摇杆、杠杆、平行四边形等机构，加铜丝等附属连接机构组成，可实现小球提升、下降、回转等一整套完整的循环运动效果，以展示整个机构的运转原理和传动过程。

第2章总体方案

2.1 设计方案拟定

根据大赛的参赛标准，我们所设计的基于模块化的空间多机构教学平台由齿

轮、凸轮、变曲柄摇杆、杠杆、平行四边形等机构，加铜丝等附属连接机构组成，

可实现小球提升、下降、回转等一整套完整的循环运动效果，以展示整个机构的

运转原理和传动过程。同时，该教具可以按模块进行拆装，以便老师在需要的时

候，把其中的某一部分拿出来，通过手动摇手柄驱动机构运动，对学生进行详细

的讲解。如图2.1所示：

图2.1平台整体Array 1）二级齿轮减速机构：电机输

入，通过联轴器带动齿数为40的

主动大锥齿轮转动，再把运动传递

给与之啮合的齿数为20的小锥齿

轮，进行齿轮传动，我们设计了连

续两套相同的锥齿轮传动，可以实

现二级减速，输出我们所需要的速

度。如图2.2所示：

图2.1齿轮变速机构

2）凸轮机构：

凸轮机构是一种常用高副机构，我们所设计的机构可将主动件（轴1）的连续等速的旋转运动转换为从动件（推杆1~8）的往复变速运动。

本机构中凸轮和推杆分别选取盘形凸轮和平底推杆。盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转。平底推杆的优点是凸轮与平底的接触面间易形成油膜，润滑较好。

首先，电机带动轴转动，通过轴的转动带动凸轮的转动，凸轮再带动相应的块体运动，由于凸轮错位，使滑块交替上升。由于相邻凸轮的180度错位，使得前一滑块到达最高点时，后一滑块的最低点，此时，两滑块的高度相等，但由于块体上表面的倾斜角度，小球从一个块体上运动到另一个块体上。依次进行，最终实现把小球从最低点运送到最高点的功能。凸轮的最短径和最长径相差8mm，即每次可以使小球上升8mm的高度，而连续的8个凸轮一共可以把小球提升64mm，如图2.3所示：

图2.2凸轮机构

3）曲柄摇杆机构：最短杆做回转运动，通过连杆把运动传递给摆杆，带动摆杆做来回摇摆运动，同时，我们在各杆件和底板上准备了很多备用的孔，可以通过调节四杆机构各杆的有效长度，实现双曲柄，双摇杆，曲柄摇杆三种运动状态之间的转换。再通过与摇杆相连的轴带动末端执行器做急回运动，末端执行器的一端设计了一个凹槽，用来装载小球。当末端执行器运动到最低点时，将铜丝阀门装置压下，铜丝上的小球滚入凹槽内（凹槽的体积只够容纳一个小球）。当末端执行器运动到最高点时，由于重力和运动惯性，小球脱离凹槽，落入相应的铜丝轨道内，实现对小球的运输。如图2.4所示

图2.4 曲柄摇杆机构

4）杠杆机构：我们所设计的该平台包含了典型的杠杆机构。小球通过相连的铜丝运动到该机构右上角的沟槽里，由于自身的重力，小球向下滚动。当小球运动到三角机构时，带动三角机构转动（由于有小圆柱阻挡，三角机构只能在一定范围内转动），从而让连续的小球从不同的渠道往下运动，连续的二级结构最终实现把小球分流成四路。如图2.5所示：

图2.4 杠杆机构

5）平行四边形机构：运用平行四边形原理，实现平行两杆之间的连杆同时上升或下降，在连杆的一端制作一个凹口用以承接小球，使机构的凹口吻合，用杆将两组机构连接起来，让杆在一定角度内摆动，这样，当一组机构的连杆向上运动时，另一组机构的连杆向下运动。小球向上运动达到最高点时，小球由一组机构的凹口滚动至另一组机构的凹口，依次交替上升，使小球由最低点运动到最高

点。如图2.5所示。