1、第四章 课程设计题选4.1 推瓶机构设计一、设计题目设计洗瓶机的推瓶机构。图 4.1 是洗瓶机有关部件的工作情况示意图。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 把瓶推向前进时，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人导辊待推。图 4.1 洗瓶机有关部件的位置示意图二、原始数据和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 d80mm，长 200mm。(2) 推进距离 l600mm。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
2、，推程平均速度为 v45mm/s，返回时的平均速度为工作行程的 3 倍。(4) 机构传动性能良好，结构紧凑制造方便。三、设计方案及讨论根据设计要求，推头 M 可走图 4.2 所示轨迹，而且在 l600mm 的工作行程中作匀速运动，在其前后作变速远动，回程时有急回运动特性。对这种运动要求，若用单一的常用基本机构是不容易实现的。通常，要用若干个基本机构的组合，各司其职，协调动作，才能实现。在选择机构时，一般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，则往往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。读者可查找相关资料“实现预定轨
3、迹的机构选例” ， “具有急回特性的机构选例”以及“实现预定轨迹的曲柄摇杆机构连杆曲线图谱”等作为进行本题方案设计时的参考。了解到怎样组成机构才能得到所需的轨迹和急回运动特性(如机构中作平面运动的构件上的点才可能产生一定的轨迹；又如，要使机构具有急回运动特性，就必须使作匀速运动的主动件在工作行程和空回行程中的转角大小不同)，以期对新的构思有所启迪。实现本题要求的机构方案可以有很多，可用多种机构组合来实现。下面仅介绍几例供参考。更多的方案有待读者去构思。图 4.2 推头 M 的可走轨迹之一 图 4.3 凸轮铰链四杆机构方案1凸轮四杆机构如图 4.3 所示，铰链四杆机构 1234 的连杆 2 上点
4、 M 走近似于所要求的轨迹，点 M 的速度由匀速转动的凸轮通过构件 3 的变速转动来控制。此方案的曲柄 1 是从动件，所以要注意增设渡过死点的措施。 图 4.4 五杆组合机构方案2凸轮(或齿轮、或四连杆)五连杆机构确定一条平面曲线，有两个独立变量。因此，具有两自由度的连杆机构，都具有精图 4.5 凸轮全移动副四杆机构方案确再现给定平面轨迹的特性。点 M 的速度和机构的急回特性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 4.4 所示构件 12345 构成两自由度五杆低副机构，1、4 为它的两个输入构件，这两构件之间的运动关系用凸轮、齿轮或四连杆
5、机构来实现。 3凸轮全移动副四杆机构图 4.5 所示全移动副四杆机构 1234 是两自由度机构，构件 2 上的点 M 可精确再现给定的轨迹，构件 2 的运动速度和急回特性由凸轮控制。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 1 的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大，应设法子以解决。四、设计步骤 1设计和选择方案分析设计要求、确定方案的过程已如前述。对于上述设计方案的选择，需根据机器的工作要求，从以下几点出发来考虑。(1) 应能实现给定轨迹、速度和急回特性等要求。(2) 应有较高的生产率(可从改变工件的输送方式、选择合适的轨迹形式等方面来考虑)。(3) 机构的运动简图在结构上能否实
6、现( 例如就本题而言，凸轮与从动件的锁合用什么形式为好)；机构在机器中是否有合适的位置布置。(4) 机构尺寸应尽量紧凑，结构简单，构件数少。(5) 机构传力特性好，推头与工件的接触和脱离过程应能平稳过渡( 无冲击)。(6) 制造方便。2确定设计路线以图 4.4d 所示方案为例。机构的设计路线和传动路线是不同的。机构运动传递路线是：两凸轮的匀速转动，推动五杆机构 12345 中的两输入构件 1、4 分别作变速住复摆动和移动，使构件 2 上的点 M 实现给定的轨迹和运动规律。而机构的设计路线则相反，它是根据给定的轨迹和运动规律要求，以及机器的总体配置和结构要求，从执行构件开始，先确定五连杆机构各构
7、件的尺寸，然后确定五连杆机构两输入构件应有的运动规律，再按此规律要求设计凸轮(驱动) 机构。 3五连杆(执行)机构设计(1) 取定长度比例尺 (m/mm)，画出给定的轨迹。l(2) 根据机器和推瓶机构的总体配置和结构情况，选定固定铰链 A 的位置（点 A 位置适当与否会影响到构件 1、4 的位移量和位移规律，也就是影响到凸轮机构的升程和运动规律，从而影响到凸轮的尺寸和廓线形状） ，以点 M 能走到轨迹上的任何一点为条件( 点 A 距轨迹的最远距离 ，BMlmax最近距离 )，确定 AB 和 BM 的长度。ABlmin(3) 从结构需要和改善机构的受力情况等着手，确定构件 4 的位置。(4) 根
8、据点 M 在工作行程中部为匀速运动的要求，等分相应的轨迹段（首尾为变速运动，不等分轨迹段) ，求得与各分点对应的构件 1、4 的位移( 位置)。4凸轮(驱动)机构设计(1) 根据急回运动的特性要求，确定相应工作行程段中，匀速转动的凸轮 6(和 7)应占有的角度(升程角)，并对应于轨迹段上的分点等分该角度。(2) 根据上述得到的凸轮 6(和 7)和构件 1(和 4)的转角与位移曲线 (和 )，设计凸轮机s构。(3) 凸轮机构回程段的设计方法与工作行程段设计方法类同。选定运动规律后，求取匀速转动的凸轮和构件 1(4)之间的位移曲线，再设计凸轮机构。(4) 检验压力角和最小曲率半径。(5) 根据工作
9、需要确定凸轮的结构型式，并根据从动件端部型式求凸轮实际廓线。(6) 根据点 M 的速度要求确定凸轮转速。5组合机构运动分析在 23 个位置上检验机构的位置与运动参数是否符合设计要求。6整理设计说明书设计说明书应包括设计题目、设计要求、方案设计和方案选择、机构尺寸和运动参数的确定。电算部分还应有标识符说明表和计算框图，并附上打印的源程序和计算结果。五、建议完成的工作量本题设计时间为 2 周。凸轮从动件运动规律、凸轮理论廓线设计用解析法进行。凸轮机构从动件运动规律、理论廓线设计应分段进行和分段检查。应完成图纸包括机构运动简图，机构运动分析和设计结果及其检查，凸轮理论廓线压力角和最小曲率半径的检验，
10、凸轮的实际廓线等和说明书一份。4.2 轧辊机构的设计一、设计题目设计一初轧机的轧辊机构。图 4.6 所示轧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 M 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。二、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 的轨迹可提出如下基本要求：(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进行平整，以消除轧件表面因周期
11、间歇轧制引起的波纹。因此，希望该平整段 L 尽可能长些。(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 尽量小些。 约取 25 左右，坯料的单边最大压下量约 50mm，从
12、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更换轧辊后要求开口度有稍许变化，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。三、机构方案讨论能实现给定平面轨迹要求的机构可以有连杆机构、凸轮机构、凸轮连杆机构、齿轮连杆机构等。下面列举其中的几个方案，如：1、铰链连杆机构(图 4.7)利用铰链四杆机构 ABCD 连杆上某一点 M，可近似实现要求的轨迹。2、双凸轮机构(图 4.8)图 4.6 轧辊工作情况双滑块构件 3 上点 M 的运动分别由凸轮 1 和 5 来控 制。一般来说，点 M 可精确实现任意给定的轨迹。3、铰链五杆
13、机构(图 4.9)出于铰链五杆机构是两自由度机构，所以可精确实 现要求的任意轨迹，且构件尺寸可在很大范围内任选，但需 要给两个主动件，如取连架杆 AB、DE 为主动件，它们的转 角与所要实现的轨迹 mm 有关，即与 ，),(yx ),(yx有关。通常，要精确实现该两主动件间的运动关系是比 较麻烦的，如无必要，可用近似方法实现。联系两主动件间运动关系的机构常用齿轮机构、凸轮机构、连杆机构等。4.8 双凸轮机构 图 4.9 铰链五杆机构4、凸轮连杆机构(图 4.10)利用凸轮连杆机构一般可以精确实现要求的轨迹。5、齿轮五连杆机构(图 4.11)利用构件 BC 上的点 M 可近似实现要求的轨迹，且调
14、节 AB 与 DE 两构件间的相对位置即可调节点M 的轨迹，故调节较方便。图 4.10 凸轮连杆机构 图 4.11 齿轮连杆机构图 4.7 铰链四杆机构四、设计步骤1、选择方案可根据机器的工作要求，从以下几点出发来考虑：（1） 能否实现给定的轨迹。（2） 能否按要求布置在机器中，结构上是否便于实现。（3） 由于本机器中机构的受力较大，应考虑到工作寿命要求。（4） 轨迹和开口度的调节是否可能和方便。下面以齿轮五杆机构为例，介绍设计步骤。2、按工艺要求确定理想的轨迹通常可先按轧制最常用规格的钢材来确定该轨迹，以此进行机构综合，然后调节 AB、DE 间的相对位置，再画出点 M 的轨迹，以检验是否能满
15、足不同轧制工艺的要求(如轨迹、咬入角 、平整段长度 L等)。由于该机构只能近似实现给定的轨迹，或只能精确实现轨迹上若干点，所以根据工艺要求重点，考虑水平平整段和咬入角后，在轨迹上取五个点，其坐标如下( 单位为米) (图 4.12)：M1：(-0.15306，0.60113) M2：(-O.04l40，0.63996) M3：(0.06187，0.65492) M4：(0.10243，0.65575) M5：(0.1229lP，0.65497)图 4.12 轧辊机构参数3、确定 AB、BM 的长度及位置可先用图解法按给定轨迹大致选择 AB 和 BM 的长度。要使 M 能达到轨迹上的任何一点，AB
16、 能作360 转动，则 A 点到轨迹的最大距离应为 ，最小距离 。再根据选BAlmax ABlmin定的 AB、BM 长度算出点 M 在 M1M5 时对应的连架杆 AB 的转角；或者直按选定与该五点所对应的连架杆 AB 的转角，如 ， ， ， ， (要注意 AB 是0124936064作匀速转动)。取定齿轮 1、3(图 7)间的传动比，可考虑取 ，即使两曲柄 AB、DE 作同向且角速度相等的13i转动。利用导向两杆组综合(设计)方法求得机构参数 、 、 、 、 。其中 为度量曲柄 AB 转角Axyae的起始线 AI 与 x 轴的夹角，设定逆时针向度量为正。4、选定 C 点后，求 CD 和 DE
17、 的长度和位置取定 b 和 ，如取 be， 51.5，由导向两杆组连杆上的点 M 的坐标求出所对应的点 C 的坐标。因为：)cos(axAB )sin(ayABBMeytg eb式中， 、 分别为 、 与 x 轴的夹角bC所以： ，bCxcosbBysin由点 和 (因为 ，且构件 AB 与 DE 同向转动，所以 )，),(iiyi13 i，同样利用导向两杆组综合法求得参数 ，其中 为度量构件 DE 与54321、i 、 cdyxE转角 的起始线 E与 x 轴的夹角。5确定齿轮尺寸以点 A 和 E 作为主、从动齿轮中心，设计传动比 的齿轮传动。13i6对设计所得的机构进行全面分析、检验对上面设
18、计所得的机构进行轨迹、速度、加速度等性能分析，检验是否满足设计要求，若有不满足处，应进行适当修改，直至满足要求。五、设计内容与建议(1) 本题适于用计算机辅助设计。(2) 在编制程序时，最好将导向两杆组综合编成一独立程序，它可适用于任意给定轨迹上五个点及其对应的连架杆转角的导向两杆组的设计。(3) 最后要求画出机构运动简图和整理说明书一份。机构运动简图可用 2 号或 3 号图纸做出，要求按比例作图，图上应画出工作辊中心 M 在整个运动循环中的轨迹和改变构件 AB 和 DE 的相对位置后，点 M 的 轨迹。图上应标出必要的尺寸和符号。说明书内容应包括设计题目，原始数据和设计要求，机构方案比较，设
19、计步骤，所用设计方法(包括简明的计算过程)，所得结果及对设计所得机构的评价，并附全部电算程序，标识符说明表和打印结果。4.3 铁板输送机构设计一、设计题目设计一剪板机的铁板输送机构。二、原始数据和设计要求(1) 原材料为成卷的板料。每次输送铁板长度为 l1900 或 2000 或 2200 mm(设计时任选一种)。(2) 每次输送铁板到达规定长度后，铁板稍停，以待剪板机构将其剪断。剪断工艺所需时间约为铁板输送周期的十五分之一。建议铁板停歇时间不超过剪断工艺时间的 1.5 倍，以保证有较高的生产率。(3) 输送机构运转应平稳，振动和冲击应尽量小( 即要求输送机构从动件的加速度曲线连续无突变)。三
20、、方案设计将卷料展开并剪成一定长度铁板的剪板机，可以有两种剪断方式。一种方式是板料匀速连续送进，剪刀在和铁板同步(同速)前进的运动中剪断铁板，即飞剪机。另一种是本题所采用的方式，即将板料作定长度的间歇送进，在板料短暂的停歇时间内，剪刀在一定位置上将铁板剪断。将铁板作间歇送进的机构方案设计，可从下述两个方面考虑机构的选择：(1) 如何夹持和输送铁板，并使停歇时保持铁板的待剪位置；(2) 如何实现间歇送进，并能使铁板停歇时运送铁板的构件的速度和加速度曲线仍然连续，这样，送进机构的运转就比较平稳。大致有几条途径：(1) 利用机构中运动构件暂时脱离运动链，使后续构件实现停歇；(2) 利用构件上一点在圆
21、弧段或直线段上运动，使与之相连的构件实现停歇；(3) 利用两种运动的叠加使构件实现间歇运动；(4) 其它。工业上常用的简单间歇机构，如棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构等，虽具有结构简单、制造方便运动可靠等优点，但在动力性能、动停比(运动时间和停歇时间之比)方面很难满足设计要求。所以常用组合机构来满足设计要求。如果采用两个辊轮将铁板压紧，依靠辊轮和铁板间的摩擦力将铁板从卷料上拉出并推向前进的输送方式，如采用图 4.13 所示的方案。图 4.13 中构件 234H 组成两自由度的差动轮系，以它作为基础机构。内齿轮 4 和输送辊 固接在一起作为输出构件。除 H 作为一个输入构件外，还可取 2 或
22、3 作为另一个输入构件，由于差动轮系中各轮之间有如下的运动关系：图 4.13 钢板输送机方案2414)(Hz或： 33所以，若其中一构件(如 2 或 3)作匀速运动输入，另一构件(H)作连续非匀速运动输入，则总可以使构件 4 在某一段时间内的角速度为零。图 4.13 中采用齿轮 1 向齿轮 2 传送匀速转动。同时 1 通过曲柄摇杆机构 ABCD 将变速运动输送给转臂 H 这种机构可使构件 4(近似)停歇时，构件 1 的转角大于20。四、设计步骤1方案设计和选择方案方案设计过程见上节所述。选择方案时可以从下述几方面进行方案比较：(1) 机构能否满足所提出的设计指标；(2) 机构结构是否简单、可行
23、，工作可靠；(3) 铁板厚薄规格变化时机构能否调充；(4) 其它。2根据选用方案，找出实现输送辊停歇的条件和明确设计思路。以选用图 4.13 所示齿轮连杆组合机构为例。由上述已知差动轮系各构件间的运动关系为： 2424)1(zH因为： 所以：12z 1)(由此得出位移关系： 1442)(zzH轮 4 是在时停歇，故轮 4 的停歇条件是： 142z这个公式也就是铰链四杆机构两连架杆 CD (即 )和 AB (即 )之间必须满足的运动关系。H至此，我们可以明确理出设计这种机构的思路：先设计齿轮机构，确定出各轮齿数；然后按满足两连架杆对应角位移( 、 )的命题设计铰链四杆机构。H13基础机构(齿轮机
24、构)设计主要目的是确定差动轮系各齿轮的齿数，同时也可确定齿轮 1、 2 的齿数。(1) 根据机器结构和强度要求，选取输送辊 的外径 D、轮齿模数 m 和输出构件(内齿轮)的齿数44z(2) 由输送铁板长度 l 和输送辊外径 D，计算输送铁板时构件(内齿轮)4 的转角 4(3) 设齿轮 1 一转为一个输送周期(时间为 T)，将公式 14241(zH在(o，T)区间积分，求出齿轮 2、4 的转角和齿数关系： TTdtztzdt014042)(因为： )0(0HTdt所以： 3641z由上式可求出齿轮 1 的齿数 。z(4) 若选用标准齿轮，则根据同轴条件 可选齿数 和 。234zz2z3(5) 选
25、行星轮个数 用公式kkzq42检验安装条件。若所得 不为整数，应重选齿数 和 。q(6)按公式 *3322sin)(ahzkz检验邻接条件，若不满足，应重选齿数 和 。4附加机构(铰链四杆机构)设计(1) 根据输送周期和剪板工艺对停歇时间的要求，确定停歇角 ，即对应于输送辊停歇时，机构1主动构件转过的角度。(2) 对图 4.13 所示机构，上述导出的输送辊停歇条件 142zH就是铰链四杆机构的设计条件。这是“给定两连架杆对应角位移，要求设计铰链四杆结构”的命题。由于铰链四杆机构最多只能解决“给定两连架杆四对对应角位移”的命题，所以，为了考虑到机构要有合适的尺寸比、合适的传动角和机构运动空间等附
26、加条件，常常以实现“给定两对(或三对)对应角位移”作为命题，以便能从众多解中选出合适的一组解。今以满足停歇要求的“两对对应角位移”的命题为例。给定的两对角位移为 1231)(2114231 zH根据这两对对应角位移，即可设计铰链四杆机构。（3）检验曲柄存在条件和运动连续性。（4）检验传动角 ，可取 。min50（5）确定的两连架杆的初始位置 、 ，用解析法精确求解四杆的相对长度。5铁板输送机构运动分析根据执行构件位移、速度、加速度公式，计算并作出输送辊轮的位移线图 、速度线图14和加速度线图 。分析评估机构是否满足设计要求，提出改进意见。图 4.13 所示机构的1414角位移、角速度和角加速度
27、公式为 Hzz)1()(4214246整理设计说明书设计说明书应包括设计题目、设计要求、方案设计和选择、机构尺寸和运动参数的确定。电算部分应有标识符说明表和计算程序框图，并附打印的源程序和计算结果。五、建议完成的工作量本题设计时间为 2 周。组合机构运动分析用解析法进行。编写程序时可根据具体情况，并用图解法求出在停歇区内某一位置时的 、 和 。检验解析法计算结果是否正确。铰链四杆机构尺寸的精确计算可借助计算机，4也可用计算器。在此种情况下，应完成说明书一份和 3 号图纸一张，图内应包括组合机构运动简图、运动线图。图解法设计铰链四杆机构。4.4 半自动平压模切机机构设计一、设计题目设计半自动平压
28、模切机的模切机构。半自动平压模切机是印刷、包装行业压制纸盒、纸箱等纸制品的专用设备。该机可对各种规格的白纸板、厚度在 4mm 以下的瓦愣纸板，以及各种高级精细的印刷品进行压痕、切线、压凹凸。经过压痕、切线的纸板，用手工或机械沿切线处去掉边料后，沿着压出的压痕可折叠成各种纸盒、纸箱或制成凹凸的商标。图 4.14 平压模切机动作示意图 图 4.15 模切机生产阻力曲线压制纸板的工艺过程分为“走纸”和“模切”两部份，如图 4.14 所示，4 为工作台面，工作台上方的 1 为双列链传动， 2 为主动链轮， 3 为走纸 横块(共五个)，其两端分别固定在前后两根链条上，横块上装有若干个 夹紧片。主 动链轮
29、由间 歇机构带动，使双列 链条作同步的间歇运动。每次停歇时， 链上的一个走纸模块刚好运行到主动链轮下方的位置上。 这时，工作台面下方的控制机构，其执行构件 7 作往复移动，推 动横 块上的夹紧装置，使 夹紧片张开，操作者可将纸板 8 喂入，待夹紧后，主动链轮又开始转动，将 纸 板送到具有上模 5(装调以后是固定不动的) 和下模 6 的位置， 链轮再次停歇。这时，在工作台面下部的主 传动系统中的执行构件滑决 6 和下模为一体向上移动，实现纸板的压痕、切线，称 为模压或压切。压切完成以后，链条再次运行，当夹有纸板的横 块走到某一位置时，受另一机构(图上未表示)作用，使夹紧片张开，纸 板落到收纸台上
30、，完成一个工作循环。与此同 时 ，后一个横块进入第二个工作循环，将已夹紧的纸板输入压切处，如此实现连续循环工作。本题要求按照压制纸板的工艺过程设计下列几个机构：使下压模运动的执行机构；起减速作用的传动机构，控制横 块上夹紧装置(夹紧纸板)的控制机构。二、原始数据和设计要求(1)每小时压制纸板 3000 张。 (2)传动机构所用电动机转速 n 1450r/min，滑块推动下模向上运动时所受生产阻力如图 4.15 所示，图中 ，回程时不受力，回程的平均速度为工作行程平均速度的 1.3 倍，下模移动的行程NPc6102长度 。下模和滑块的质量约 120 kg。mH5.(3)工作台面离地面的距离约 1
31、200 mm。(4)所设计机构的性能要良好，结构简单紧凑，节省动力，寿命长，便于制造。三、设计方案及讨论根据半自动平压模切机的工作原理，把机器完成加工要求的动作分解成若干种基本运动。进行机械运动方案设计时，最主要的是要弄清设计要求和条件，掌握现有机构的基本性能，灵活地应用现有机构或有创造性地构思新的机构，以保证机器有完善的功能和尽可能低的成本。完成一项运动，一般来说总有几种机构可以实现，所以，不同的机构类型及其组合将构成多种运动方案。对本题进行机械运动方案设计时应考虑以下问题：(1) 设计实现 下模往复移动的机构时，要同时考虑机构应满足运动条件和动力条件。例如实现往复直线移动的机构，有凸轮机构
32、、连杆机构、螺旋机构等。由于压制纸板时受力较大，宜采用承载能力高的平面连杆机构，而连杆机构中常用的有四杆机构和六杆机构，再从机构应具有急回特性的要求出发，在定性分析的基础上，选取节省动力的机构。当受力不大而运动规律又比较复杂时，可采用凸轮机构。例如本题中推动夹紧装置使夹紧片张开的控制机构，由于夹紧片张开后要停留片刻，让纸板送入后才能夹紧，因而推杆移动到最高位置时，有较长时间停歇的运动要求，故采用凸轮机构在设计上易于实现此要求，且结构简单。(2) 为满 足机器工艺要求，各机构执行构件的动作在规定的位置和时间上必须协调，如下压模在工作行程时，纸板必须夹紧；在下压模回程时，纸板必须送到模压位置。因此
33、，为使各执行构件能按工艺要求协调运动，应绘出机械系统的机构运动循环图。(3) 根据机器要求每小时完成的加工件数，可以确定执行机构主动构件的转速。若电动 机转速与执行机构的主动件转速不同，可先确定总传动比，再根据总传动比选定不同的传动机构及组合方式，例如带传动和定轴轮系串联或采用行星轮系等；有自锁要求而功率又不大时，可采用蜗杆蜗轮机构。对定轴轮系要合理分配各对齿轮的传动比，这是传动装置的一个重要问题，它将直按影响机器的外廓尺寸、重量、润滑和整个机器的工作能力，这个问题将在机械设计课中解决。(4) 在一个运 动循环内仅在某一区间承受生产阻力很大的机器，将引起等效构件所受的等效阻力矩有明显的周期性变
34、化，若电动机所产生的驱动力矩近似地认为是常数，则将引起角速度的周期性波动。为使主动作的角速度较为均匀，应考虑安装飞轮。可适当选择带传动的传动比，使大带轮具有一定的转动惯量而起飞轮的作用，通常应计算大带轮的转动惯量是否满足要求，如不满足，则需另外安装飞轮。实现本题要求的机构方案有多种，现介绍几例：(1) 实现 下模往复移动的执行机构具有急回或增力特性的往复直移机构有曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构(或导杆机构 )与摇杆滑块机构串联组成的六杆机构等(图 4.16、4.17、4.18)。(2) 传动 机构连续匀速运动的减速机构有带传动与两级齿轮传动串联、带传动与行星轮系串联和行星轮系(需安装飞轮) 等。(
35、3) 控制 夹紧装置的机构具有一端停歇的往复直移运动机构有凸轮机构、具有圆弧槽的导杆机构等 。图 4.16 所示方案的主要优点是滑决 5 承受很大载荷时，连杆 2 却受力较小，曲柄 1 所需的驱动力矩小，因此该机构常称为增力机构，它具有节省动力的优点。此外，图 4.17、 4.18 所示为另外两种六杆机构供分析比较。其它方案可由设计者自行构思。图 4.16 模切机执行机构和传动机构方案之一图 4.17 执行机构方案之二 图 4.18 执行机构方案之三四、设计步骤1构思、选择机构方案机构方案的构思和选择讨论，已如上述。下面以图 4.16 所示方案为例介绍设计步骤。2计算总传动比、分配各级传动比和
36、确定传动机构方案本题总传动比2930/6145/ 曲电总 ni3机构设计按选定的平面连杆机构，由已知参数用解析法计算机构尺寸。由于本题是具有短暂高峰载荷的机器，应验算其最小传动角，并尽可能保证压模工作时，有较大的传动角，以提高机器的效率。4. 运动分析和力分析在完成平面连杆机构设计的基础上，进行运动分析和动态静力分析 (仅考虑滑块和下模的惯性力 )，包括用解析法建立数学模型，绘制程序框图，用计算机打印源程序与计算结果，并根据计算结果绘制运动线图 (位移、速度、加速度线图 )和平衡力矩线图。5选择控制夹紧装置的机构方案6绘制所设计方案的机构运动简图 (3 号图纸 )7编写说明书说明书内容包括设计
37、题目、机构方案设计和选择、机构设计、机构运动分析、力分析及其结果等。五、应完成的工作量本题设计 时间 为 2 周。应完成：(1) 包括 执行机构 、传动机构、控制机构的机械运动方案选择。(2) 绘制机构运动简图一张 (3 号图纸 )。(3) 设计 执行机构 并进行运动分析和动态静力分析。(4) 机械原理课程设计说明书一份。4.5 专用机床的刀具进给机构和工作台转位机构设计一、设计题目设计四工位专用机床的刀具进给机构和工作台转位机构。图 4.19 专用机床外形及尺寸工作台有、四个工作位置(图 4.19)，工位是装卸工件，是钻孔，是扩孔，是铰孔。主轴箱上装有三把刀具，对应于工位的位置装钻头，的位置
38、装扩孔钻，的位置装铰刀。刀具由专用电机带动绕其自身的轴线转动。主轴箱每向左移动送进一次，在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔工作。当主轴箱右移(退回)到刀具离开工件后，工作台回转 90，然后主轴箱再次左移，这时，对其中每一个工件来说，它进入了下一个工位的加工，依次循环四次，一个工件就完成装、钻、扩、铰、卸等工序。由于主轴箱往复一次，在四个工位上同时进行工作，所以每次就有一个工件完成上述全部工序。二、原始数据和设计要求(1) 刀具顶端离开工件表面 65mm(图 4.20)，快速移动送进 60mm 接近工件后，匀速送进 60 mm(前 5mm 为刀具接近工件时的切入量，工件孔深 4
39、5mm，后 10mm 为刀具切出量)，然后快速返回。回程和工作行程的平均速比(行程速度变化系数)K 2。(2) 刀具匀速进给速度为 2mm/s；工件装、卸时间不超过 10s(3)生产率为每小时约 74 件。(4)机构系统应装入机体内，机床外形尺寸见图 4.19。三、方案设计与选择图 4.20 运动循环图图 4.21 专用机床方案之一图 4.22 专用机床方案之二图 4.23 专用机床方案之三回转工作台作单向间歇运动，每次转过 90；主轴箱往复移动各 120mm，在工作行程中有快进和慢进两段，回程为快退(急回行程)。实现工作台单向间歇运动的机构有棘轮、槽轮、凸轮、不完全齿轮机构等，此外，还可采用
40、某些组合机构；实现主轴箱往复急回运动的机构有连杆机构和凸轮机构等，两套机构均由一个电机带动，故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。图4.21、4.22、4.23 所示为其中的三个方案。图 4.21、4.22 中，工作台回转机构为槽轮机构，图 4.23 中为不完全齿轮机构其余方案可由设计者自己构思。选择方案时，特别要注意以下几个方面：(1) 工作台回转以后是否有可靠的定位功能，主轴箱往复运动的行程在 120mm 以上，所选机构是否能在给定空间内完成该运动要求。(2) 机构的运动和动力性能、精度在满足要求的前提下，传动链是否尽可能短，且制造、安装简便。(3
41、) 加工对象的尺寸变更后，是否有可能方便地进行调整或改装。四、设计步骤1. 方案设计根据设计题目提出的要求构思和选择方案，见上节所述。2确定行程时间根据生产率要求及刀具匀速进给的要求和 K 值，确定工作行程和回程时间。3选择电机及总传动比确定执行机构(工作台回转机构和主轴箱往复运动机构)主动作的转速；选择电机及其转速；确定电机到执行机构的总传动比及各级传动比，并选择相应各级机构的类型。4拟订机构运动循环图按选定的方案，拟定机构的运动循环图。5机构设汁设计工作台转位机构及其定位装置；设计主轴箱往复运动机构。6机构运动分析用解析法对执行机构进行运动分析。7编写设计说明书说明书包括设计题目、原始数据
42、和设计要求、方案设计及选择、机构设计的有关参数选择、设计和计算结果及其评价等。五、工作量建议(1) 本题设计时间为 2 周。(2) 完成 2 号或 3 号图纸四张。内容为：最后确定的机构方案及运动循环图（如图 4.20 所示)；设计工作台回转机构及主轴箱往复运动机构(保留作图辅助线)；用解析法对工作台回转机构或主轴箱往复运动机构进行运动分析，绘出从动件的位移、速度、加速度曲线图，应附计算程序及打印结果。(3) 编写设计说明书。4.6 医用棉签卷棉机机构设计一、工作原理及工艺动作过程医院用棉签的日耗量很大，以往均由医护人员在值班间歇中用手工卷制，工作量很大，为提高工效拟用机器代替手工卷制棉签。棉
43、签卷制过程可以仿照手工方式进行动作分解，亦可另行构想动作过程。按照棉签的手工卷制方法进行分解后得到：（1） 送棉：将条状棉通过机构定时、适量送入；（2） 揪棉：将条状棉压（卷）紧并揪棉，使之揪下定长的条棉；（3） 送签：将签杆送至导棉槽上方与定长棉条接触；（4） 卷棉：签杆自转并延导棉槽移动完成卷棉动作。二、原始数据及设计要求（1） 棉花：条状脱脂棉，宽 2530 mm，自然厚 45mm。（2） 签杆：医院通用签杆，直径约 3mm，杆长约 70mm，卷棉部分长约 2025mm。（3） 生产率：每分钟卷 60 支，每支卷取棉块长约 2025mm。（4） 卷棉签机体积要小，重量轻，工作可靠，外形美
44、观，成本低，卷出的棉签松紧适度。三、设计方案提示（1） 送棉可以采用两滚轮压紧棉条、对滚送进，送进的方式可采用间歇机构，以实现定时定量送棉；也可以采用直线送进方式，则送棉机构必须有持棉和直线、间歇、定长送进等功能。（2） 揪棉时应采用压棉和揪棉两个动作，压棉可以采用凸轮机构推动推杆压紧棉条，为使能自动调整压紧力中间可加一弹簧。楸棉可以采用对滚爪轮在转动中楸断棉条。（3） 送签可采用漏斗口均匀送出签杆，为避免签杆卡在漏斗口，可以将漏斗作一定振动。（4） 卷棉可将签杆送至导棉槽，使签杆作自转并移动而产生卷棉，如采用带槽形的塑料带通过挠性传动来实现。四、设计任务（1） 根据工艺动作要求拟定运动循环图
45、；（2） 进行送棉、揪棉、送签、卷棉机构的选型，实现上述 4 动作的配合；（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） 画出机械运动方案简图；（6） 对机械传动系统和执行机构进行尺度设计。4.7 平压印刷机机构设计一、设计题目根据平压印刷机的主要动作要求，进行机构运动方案和主要机构的设计。平压印刷机是印刷行业广泛使用的一种脚踏、电动两用简易印刷机，适用于印刷各种八开以下的印刷品。图 4.30 是该类印刷机主要部件的工作情况示意图。它们实现的动作如下：(1) 印头 往复招认其个 是压印位置，即此时印头上的纸与固定的铅字版 (阴影线部分)压
46、BO212B紧基础；而 是取走印好的纸和置放新纸的位置。(2) 油辊上下滚动。在印头自位置 运动至位置 的过程中，油辊从位置 经油盘和铅字O2B1E版向位置 运动，并同时绕自身的轴线转动。油辊滚过油盘使油辊表面的油墨涂布均匀；滚过固定铅2E字版给铅字上油墨。压印头返回时，油辊从位置 回到 。油辊摆杆 是一个长度可伸缩的构件。E1O1(3) 油盘转动。为使油辊上的油墨均匀，不仅应将油辊在油盘面上滚过，而且应在油辊经过油盘往下运动时油盘作一次小于 180 而大于 60 的间歇转动，使油盘上存留的油墨也比较均匀。上述三个运动和手工加纸、取纸动作应协调配合，完成一次印刷工作。图 4.30 平压印刷机有
47、关部件示意图二、原始数据和设计要求(1) 实现印头、油辊、油盘运动的机构由一个电动机带动，通过传动系统使该机具有 16001800 次/小时的印刷能力；(2) 电动机功率 P0.8 kW，转速 n 电 930r/min，电动机放在机架的左侧或底部，可自行决定。(3) 根据印刷纸张幅面(280406mm 2)，最大印刷幅面为 260380 mm2，设定 ；mlBO250(4) 印头摆角 ，且要求印头返回行程(自位置 至 )和工作行程(自位置70112BO至 )的平均速度之比(行程速度变化系数)K 1.12；2BO(5) 油辊自铅垂位置 运动至 的摆角 ，油辊在位置 时，恰与油盘的上边1EO201
48、E缘接触，油盘直径为 400 mm；(6) 要求机构传动性能良好，即印头和油辊在两极限位置处的传动角 大子或等于许用传动角 。结构应紧凑，制造方便。三、设计方案及讨论根据设计要求，三个主要动作必须协调，这是方案设计的出发点。由于只给出一个动力源，因此实现这些动作的机构必须联动。其次，三个动作中，印头运动需具有急回特性，油辊可看作是实现两个位置的运动(油辊摆杆 的伸缩运动也是由一机构控制的)，而油盘是实现间歇运动。完成这些运动的机EO1构以及将它们连成整机，均应力求结构简单、紧凑。拟定运动方案时，应首先构思实现动作要求的执行机构，然后勾划描述各机构动作协调配合关系的运动循环图，最后再确定各机构前面的传动路线，以满足生产率的要求。1实现本题前两个动作要求的机构运动方案方案：两个曲柄摇杆机构按时序式联接。如图 4.31 所示，曲柄摇杆机构 实现印头的往复摆动，曲柄摇杆机构 实现油辊的往复21ABO13CDO摆动。电机带动双联齿轮 2、4 输入运动，通过齿轮 1、3 分别驱动曲柄 和 。此方案的优点是A1印头和油箱均有急回作用，且两套机构可分开进行位置调整。缺点是结构稍复杂一些。图 4.31 两个曲柄摇杆机构的联接
