机械原理课程设计题目.doc

题目2：机械系统运动方案设计
1、工作原理及工艺动作过程
一机械系统的输入构件１在转动副Ａ中做等速回转，转速n1 =60 r/min 。执行构件绕转动副Ｎ摆动，规定执行构件在15秒内自位置Ⅰ经位置Ⅱ摆至位置Ⅲ；停顿15秒；接着在10秒内由位置Ⅲ摆回至位置Ⅰ；然后停顿20秒。已知执行构件摆角Ψ＝120°，且摆动时的运动规律不限。根据实际工况条件，各固定铰链点（涉及可选用的铰链点）之间的相对位置关系如附图1所示，执行构件上的生产阻力曲线如附图2 所示，试设计这一机械系统运动方案。设计时规定该机械系统的运动链尽也许短，并且结构紧凑。  

图1 各固定铰链点之间的相对位置

图2 执行构件上的生产阻力曲线
2、课程设计任务及规定
根据设计题目中的运动规定，进行该机械系统的总体运动方案设计。即按照机械的用途、功能及工况条件等提出的规定和系统中构件的运动位置规定等进行机构的选型、尺度综合及重要参数优选等，从而绘出该机械系统的总体运动方案的机械运动简图，并对系统中某些机构进行分析与设计。
    在设计中规定积极积极查找、收集和钻研有关参考资料，并灵活应用所学知识，积极构思、发挥聪明才智与创新精神，设计出至少两种以上机械系统传动方案，进行分析比较后，选择出较佳方案。
题目3：蜂窝煤成型机
1、工作原理及工艺动作过程
冲压式蜂窝煤成型机是我国城乡蜂窝煤（通常又称煤饼，在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔）生产厂的重要生产设备，它将煤粉加入转盘上的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。
为了实现蜂窝煤冲压成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完毕以下几个动作：
1） 煤粉加料；
2） 冲头将蜂窝煤压制成型；
3） 清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动；
4） 将在模筒内的冲压后的蜂窝煤脱模；
5） 将冲压成型的蜂窝煤输送装箱。
2、原始数据及设计规定
1） 蜂窝煤成型机的生产能力：30次/min；
2） 驱动电机：Y180L－8、功率N＝11 kW、转速n＝730 r/min；
3） 冲压成型时的生产阻力达成50000N；
4）为改善蜂窝煤成型机的质量，希望在冲压后有一短暂的保压时间；
5）由于冲头要产生较大压力，希望冲压机构具有增力功能，以增大有效力作用，减小原动机的功率。
3、设计方案提醒
冲压式蜂窝煤成型机应考虑三个机构的选型和设计；冲压和脱模机构、扫屑机构和模筒转盘的间歇运动机构。
冲压和脱模机构可采用对心曲柄滑块机构、偏置曲柄滑块机构、六杆冲压机构；扫屑机构可采用附加滑块摇杆机构、固定移动凸轮－移动从动件机构；模筒转盘间歇运动机构可采用槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构。
为了减小机器的速度波动和选择较小功率的电机，可以附加飞轮。
4、设计任务
1） 按工艺动作规定拟定运动循环图；
2） 进行冲压脱模机构、扫屑刷机构、模筒转盘间歇运动机构的选型；
3） 机械运动方案的评估和选择；
4） 进行飞轮设计（选做）；
5） 按选定的电动机和执行机构运动参数拟定机械传动方案；
6） 画出机械运动方案简图；
7） 对传动机构和执行机构进行运动尺寸计算。
8）编写设计说明书。（用A4纸张，封面用标准格式）。
题目4：四工位专用机床
1、工作原理及工艺动作过程
四工位专用机床是在四个工位Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（如附图3所示）上分别完毕工件的装卸、钻孔、扩孔、铰孔工作的专用加工设备。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。

附图3 四工位专用机床
2、原始数据及设计规定
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（涉及５mm刀具切入量、45mm工件孔深、10mm刀具切出量，如附图4所示），然后快速返回。回程和进程的平均速度之比K=2。 附图4 刀具工作过程
2）刀具匀速进给速度为2mm/s，工件装卸时间不超过10s。
3）机床生产率每小时约60件。
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。
3、设计方案提醒
1）回转台的间歇转动，可采用槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构。
2）主轴箱的往复移动，可采用圆柱凸轮机构、移动从动件盘形凸轮机构、凸轮－连杆机构、平面连杆机构等。
3）由生产率可求出一个运动循环所需时间T=60s，刀具匀速送进60mm所需时间t匀=30s，刀具其余移动（涉及快速送进60mm，快速返回120mm）共需30s。回转工作台静止时间为40s，因此足够工件装卸所需时间。
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）根据电机参数和执行机构运动参数进行传动方案的拟订。
4）画出机械运动方案图。（A1）
5）机械传动系统和执行机构的尺度计算。
6） 编写设计说明书。（用A4纸张，封面用标准格式）
设计指导：
1. 孔的典型加工工艺及刀具
孔的加工涉及从实体材料上加工孔和对已有孔进行加工两大类。麻花钻是在实体材料上加工孔的常用刀具，加工精度较低。扩孔钻和铰刀是用于对已有孔进行加工的刀具。扩孔钻的外形和麻花钻相类似，只是加工余量小，刀齿数目比麻花钻多，加工后孔的质量较好，一般能达IT10—11级精度。铰刀是提高被加工孔质量的半精加工或精加工刀具，切削时加工余量更小，刀齿数目更多，加工后孔的精度最高可达IT8。 图1 孔加工刀具示意图
2. 四工位专用机床工作原理及外形尺寸
专用机床旋转工作台有四个工作位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（如图2所示），分别相应工件的装卸、钻孔、扩孔和铰孔。主轴箱上装有三把刀具，相应于工位Ⅱ的位置装钻头，Ⅲ的位置装扩孔钻，Ⅳ的位置装铰刀。刀具由专用电动机驱动绕其自身轴线转动。主轴箱每向左移动送进一次，在四个工位上分别完毕相应的装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔工作。当主轴箱右移（退回）到刀具离开工件后，工作台回转90º，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，一个工件就完毕装、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毕上述所有工序。
机床外形可参考图2，外形总体尺寸可用于检查所设计机构能否装入机体内部。

图2 专用机床外形及尺寸
3. 设计环节
1） 执行机构的选型
根据专用机床的功能规定，回转工作台做单向间歇运动，主轴箱做往复直线运动。实现工作台单向间歇运动的机构有棘轮机构、槽轮机构、凸轮机构、不完全齿轮机构等，实现主轴箱往复直线运动的机构有连杆机构和凸轮机构等。上述机构的结构、工作原理及特点见参考材料1、2 。机构选型应遵循以下原则。
表1 选用执行机构的原则与方法

2） 机械运动方案的评价
　　对上述两执行机构，做其形态学矩阵，可得到为数众多的方案。
工作台
棘轮
槽轮
凸轮
不完全齿轮
主轴箱
连杆
凸轮
凸轮—连杆
机械运动方案的拟定，最终规定通过度析比较提供最佳方案。一个方案的优劣只有通过系统综合评价来拟定。从机构和机械运动方案的选择和评价规定看，重要应满足五个方面的性能指标，具体见表2。
表2 机械运动方案的评价指标
性能指标
具体内容
机构的功能
1）运动规律的型式；2）传动精度高低
机构的工作性能
1）应用范围；2）可调性；3）运转速度；4）承载能力
机构的动力性能
1）加速度峰值；2）噪声；3）耐磨性；4）可靠性
经济性
1）制造难易；2）制造误差敏感度；3）调整方便性；4）能耗大小
结构紧凑
1）尺寸；2）重量；3）结构复杂性
目前常用的评价方法很多，如系统工程评价法、模糊综合评价法等。本次课程设计中机械运动方案的评价采用定性评价法，由指导教师组织学生集体完毕。
3） 机械传动系统的速比和变速机构
机械系统通常由原动机、传动装置、执行机构和控制操作部件组成。原动机是机械系统中的驱动部分，其类型及规格已选定，执行机构的机构型式通过上述设计过程也已拟定，此时应进行传动系统的设计计算。传动系统是把原动机和执行机构联系起来的装置，四工位专用机床中，传动系统将驱动电机的运动并列传递到两执行机构。传动类型的选择及传动装置总传动比的分派见参考材料3。
4） 绘制机械运动方案草图
根据已选定的执行机构型式及传动系统的类型，绘制专用机床机械运动示意图（草图），然后进行机械运动系统的尺度计算，有关参数计算完毕后，选取适当的比例绘制机械运动方案简图（A1）。
5） 机械传动系统和执行机构的尺度计算
根据机械运动方案示意图，对机械传动系统和执行机构进行尺度计算，具体计算方法见参考材料3及机械原理课本。计算过程中有无法拟定的参数由指导教师给定。
6） 机构运动分析
用图解法对工作台回转机构或主轴箱往复直线运动机构进行运动分析，绘制从动件位移、速度、加速度曲线图（A3）。该项任务可由方案相同的几位同学合作完毕，位置点的分派由组长完毕。
7） 编写设计说明书
课程设计说明书是技术说明书的一种，是对课程设计的总结。重要内容涉及：课程设计题目简介（四工位专用机床的功能及设计规定）、执行机构的选型及评价、机械传动系统的设计计算、机械运动方案简图的绘制、机械运动系统尺度计算、机构运动分析。
设计说明书用16K纸张书写，之后按以下顺序纵向装订成册：封面（由指导教师提供统一格式）、课程设计任务书、摘要、目录、正文、参考文献。
4. 注意事项
1） 每位同学接到课程设计题目后最佳准备一个专用笔记本，把在课程设计过程中查阅、摘录的资料，初步的计算以及构思的草图都记录在案，这些材料是整理设计说明书的基本素材。
2） 课程设计中所需知识也许超过《机械原理》课程课堂讲述的基本内容，同学应通过自学补充有关知识。
3） 推荐参考资料：《机械原理课程设计手册》 邹慧君主编 高等教育出版社。
4） 建议设计进度
设计任务
所需时间（天）
准备及熟悉题目
1
执行机构选型及评价
1.5
方案评价
0.5
传动系统设计计算
2
机械系统尺度计算
1.5
机械运动方案图绘制
0.5
机构运动分析
1
编写设计说明书
1.5

题目5：平压印刷机运动方案和重要机构设计
1、工作原理及工艺动作过程
平压印刷机是一种简易印刷机，合用于印刷八开以下的印刷品。它的工作原理：将油墨刷在固定的平面铅字版上，然后将装了白纸的平面印头紧密接触而完毕一次印刷。其工作过程如同盖图章，平压印刷机中的“图章”是不动的，纸张贴近时完毕印刷。
平压印刷机需要实现三个动作：装有白纸的平面印头往复摆动，油辊在固定铅字版上上下滚动，油盘转动使油辊上油墨均匀。
2、原始数据及设计规定
1）实现印头、油辊、油盘运动的机构由一个电动机带动，通过传动系统使其具1600-1800次/h印刷能力。
2）电动机功率N=0.75kW、转速n电=910r/min，电动机可放在机架的左侧或底部。
3）印头摆角为700，印头返回行程和工作行程的平均速度之比K=1.118。
4）油辊摆动自垂直位置运动到铅字版下端的摆角为1100。
5）油盘直径为400mm，油辊起始位置就在油盘边沿。
6）规定机构的传动性能良好，结构紧凑，易于制造。
3、设计任务
1）拟定总功能，并进行功能分解。
2）根据工艺动作规定拟定运动循环图。
3）进行印头、油辊、油盘机构及其互相连接传动的选型。
4）按选定的电动机及执行机构运动参数拟订机械传动方案。
5）画出机械运动方案简图。（A1）
6）对执行机构进行尺寸综合。
7）*对往复摆动执行机构进行运动分析，绘制从动件位移、速度、加速度线图。（A3）
8）编写设计说明书。

设计指导：（题目：平压印刷机运动方案和重要机构设计）
平压印刷机结构比较简朴，体积小，印刷速度慢，大多采用人工输纸方式。合用于印刷八开以下的印件，如各种商标、说明书、包装纸盒、图书封面、彩色插页等。

1 工作原理
平压印刷机工作时平面铅字版固定在垂直位置，平板印头绕其固定轴心摆动，当摆动到垂直位置时，与版面接触进行压印，等压印头倾斜位置时，取出印纸并放入待印的纸张，同时，铅字版在着墨。

2功能分解
进行功能分解，即将整个工艺动作过程分解成若干个执行构件的运动（称分功能或功能元），它们按一定的动作顺序来完毕印刷。图1-1是平压印刷机重要部件的工作情况示意图，其工艺动作过程规定如下：
1）印头：往复摆动，具有急回特性。
2）油辊：在油盘处粘墨，给铅字刷墨（近似直线轨迹）。
3）油盘：使油辊上粘墨均匀。
根据平压印刷机工作原理及重要动作，可参考图1-2虚线内框图将其工艺动作进行分解：
图1-2 平压印刷机的功能、工艺动作及执行机构框图

3 绘制机械运动循环图
平压印刷机工作时印头、油辊和油盘的动作必须互相配合、互相协调来完毕印刷。因此，必须绘制用来描述运动循环中各执行构件之间运动配合关系的机械运动循环图。做机械运动循环图时，先选某一重要执行机构（如平板印头）为定标件，即以其运动位置（转角或位移）作为拟定其他执行构件运动先后顺序的基准，然后再按同一时间（或分派轴的转角）比例绘制。（参考[1]第十四章）
机械运动循环图是机器各执行构件之间的协调图，它是机器各执行机构的选型、拟订机构的组合方案、安装、调试的重要依据。
4机构的选型
机构选型就是选择或发明出满足执行构件运动和动力规定的机构。在进行机构选型和组合时，一方面应熟悉各种基本机构和常用机构的功能、结构和特点（参考[1]），然后根据工艺动作过程及各个动作的运动规律规定等选择执行机构。
对于平压印刷机：几个重要动作必须协调；此外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。另一方面，这几个动作中，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O1E的伸缩运动也是由一机构控制的），规定给铅字刷墨时油辊的运动轨迹近似为直线，而油盘是实现间歇运动。完毕这些运动的机构以及将它们连成整机，均应力求结构简朴、紧凑。对于平面印刷机可参考下表进行重要机构的选型：

5 机械运动方案评价
上表称为执行机构的形态学矩阵。对它的行、列进行组合就可得到N种方案（N =2×3×4=24）。
从这些方案中剔除明显不合理的，再从是否满足预定的运动规定，运动链中机构安排的顺序是否合理，制造上的难易，可靠性的好坏等方面进行综合评价，然后选择较优的方案。（参考[1] [2]）
绘制机械运动方案图（机械运动方示意图）。
6传动系统及计算
根据给定条件拟定出传动系统，计算总传动比，然后进行传动比的分派。
7各执行机构的尺度综合
根据执行构件和原动机的运动参数，以及各执行构件运动的协调配合规定，拟定各构件的运动尺寸。（参考[1] ）最后，绘制机构运动简图。
8 运动分析
用图解法对往复摆动机构（印头机构或油辊机构）进行运动分析，绘制从动件位移、速度、加速度线图。
9编写设计说明书
课程设计说明书是技术说明书的一种，是对课程设计的总结。重要内容涉及：课程设计题目简介、执行机构的选型及评价、机械传动系统的设计计算、机械运动方案简图的绘制、机械运动系统尺度计算、机构运动分析。
说明书用16K纸张书写，并按以下顺序装订成册：封面（按指定的统一格式）、课程设计任务书、摘要、目录、正文、参考文献。

10 参考资料
[1] 孙桓，陈作模主编． 机械原理（第七版）．北京：高等教育出版社，2023
[2] 邹慧君主编．机械原理课程设计手册．北京：高等教育出版社，2023

题目6：旋转型灌装机
1、设计题目
设计旋转型灌装机。在转动工作台上对包装容器（如玻璃瓶）连续灌装流体（如饮料、酒、冷霜等），转台有多工位停歇，以实现灌装、封口等工序。为保证在这些工位上可以准确地灌装、封口，应有定位装置。如附图5中，工位1：输入空瓶；工位2：灌装；工位3：封口；工位4：输出包装好的容器。

附图5 旋转型灌装机
该机采用电动机驱动，传动方式为机械传动。技术参数见附表1。
附表1 旋转型灌装机技术参数
方案号
转台直径
mm
电动机转速
r/min
灌装速度
r/min
A
600
1440
10
B
550
1440
12
C
500
960
10
2、设计任务
1）、旋转型灌装机应涉及连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等三种常用机构。
2）、设计传动系统并拟定其传动比分派。
3）、图纸上画出旋转型灌装机的运动方案简图，并用运动循环图分派各机构运动节拍。
4）、电算法对连杆机构进行速度、加速度分析，绘出运动线图。图解法或解析法设计平面连杆机构。
5）、凸轮机构的设计计算。按凸轮机构的工作规定选择从动件的运动规律，拟定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图。
6）、齿轮机构的设计计算。
7）、编写设计计算说明书。
8）、学生可进一步完毕：平面连杆机构（或灌装机）的计算机动态演示等。
3、设计提醒
1）、采用灌瓶泵灌装流体，泵固定在某工位的上方。
2）、采用软木塞或金属冠盖封口，它们可由气泵吸附在压盖机构上，由压盖机构压入（或通过压盖模将瓶盖紧固在）瓶口。设计者只需设计作直线往复运动的压盖机构。压盖机构可采用移动导杆机构等平面连杆机构或凸轮机构。
3）、此外，需要设计间歇传动机构，以实现工作转台间歇传动。为保证停歇可靠，还应有定位（锁紧）机构。间歇机构可采用槽轮机构、不完全齿轮机构等。定位（锁紧）机构可采用凸轮机构等。
题目8：压床机构综合与传动系统设计
1、设计题目
压床是应用广泛的锻压设备，用于钢板矫直、压制零件等。如附图7所示为某压床的运动示意图。电动机经联轴器带动三级齿轮（Z1-Z2、Z3-Z4、Z5-Z6）减速器将转速减少，带动冲床执行机构（六杆机构ABCDEF）的曲柄AB转动（见附图8），六杆机构使冲头5上下往复运动，实现冲压工艺。
现规定完毕六杆机构的尺寸综合，并进行三级齿轮减速器的强度集计算和结构设计。
2、设计数据
六杆机构的中心距x1、x2、y，机构3的上下极限位置角Ψ3´,Ψ3"，滑块5的行程H，比值CE/CD 、EF/DE，曲柄转速n1以及冲头所受的最大阻力Qmax等列于附表3。
附表3 六杆机构的设计数据
已知参数
分组

/mm

/mm

/mm

/(度)

/(度)
H
/mm
CE
CD
EF
DE

/kN
1
50
140
220
60
120
150
0.5
0.25
100
6
2
60
170
260
60
120
180
0.5
0.25
120
5
3
70
200
310
60
120
210
0.5
0.25
90
9
3、设计任务
1)、针对附图7所示的压床执行机构方案，依据设计规定和已知参数，拟定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图，并分析组成该机构的基本杆组。
2)、假设曲柄等速转动，画出滑块5的位移、速度和加速度的变化规律曲线。
3)、在压床工作过程中，冲头所受的阻力变化曲线如附图9所示，在不考虑各处摩擦、构件重力和惯性力的条件下，分别求曲柄所需的驱动力矩。
4)、拟定电动机的功率与转速。
5)、取曲柄轴为等效构件，规定其速度波动系数小于3％，不考虑其他构件转动惯量的条件下，拟定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量。
6)、编写课程设计说明书。

附图7 压床的运动示意图 附图8 压床六杆机构

附图9 冲头所受的阻力变化曲线
题目9：汽车风窗刮水器机构
1、机构简介与设计数据
１）．机构简介
汽车风窗刮水器是用于汽车刮水的驱动装置，如附图9’-a所示，风窗刮水器工作时。由电动机带动齿轮装置1—2，传至曲柄摇杆装置２′—３—４。电动机单向连续转动，刷片杆4作左右往复摆动，规定左右摆动的平均速度相同。其中，刮水刷的工作阻力矩如附图9’-b所示。

附图9’ 汽车风窗刮水器
2）．设计数据
设计数据见附表4。
附表4 设计数据
设计内容
曲柄摇杆机构的设计及运动分析
曲柄摇杆机构动态静力分析
符号
N1
k
φ
lAB
x
lDS4
G4
JS4
M1
单位
r/min

（°）
mm
mm
mm
N
kg•m2
N•mm
数据
30
1
120
60
180
100
15
0.01
500
2、设计内容
1）．对曲柄摇杆机构进行运动分析
作机构1-2个位置的速度多边形和加速度多边形，以上内容与后面的动态静力分析一起画在1号图纸上，整理计算说明书。
2）．对曲柄摇杆机构进行动态静力分析
拟定机构一个位置的个运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。作图部分画在运动分析图样上，整理计算说明书。
题目10：单缸四冲程柴油机
1．机构简介与设计数据
1）．机构简介
柴油机(见附图10a)是一种内燃机，它将燃料燃烧时所产生的热能转变为机械能。往复式内燃机的主体机构为曲柄滑块机构，以气缸内的燃气压力推动活塞3经连杆2而使曲柄1旋转。
本设计是四冲程内燃机，即以活塞在气缸内往复移动四次(相应曲柄两转)完毕一个工作循环。在一个工作循环中，气缸内的压力变化可由示功图(用示功器从气缸内测得，见附图10b)表出，它表达气缸容积(与活塞位移s成正比)与压力的变化关系。现将四个冲程压力变化作一简朴介绍：
进气冲程：活塞下行，相应曲柄转角θ＝0º→180º。进气阀开，燃气开始进入汽缸，汽缸内指示压力略低于1大气压力，一般以l大气压力计算，如示功图上的a→b。
压缩冲程：活塞上行，曲柄转角θ＝180º→360º。此时进气毕，进气阀关闭，已吸入的空气受到压缩，压力渐高，如示功图上的b→c。
膨胀(作功)冲程：在压缩冲程终了时，被压缩的空气温度已超过柴油自燃的温度，因此，在高压下射入的柴油立刻爆炸燃烧，气缸内压力突增至最高点，燃气压力推动活塞下行对外作功，曲柄转角θ＝360º→540º，随着燃气的膨胀，气缸容积增长，压力逐渐减少，如图上c→b。
排气冲程：活塞上行，曲柄转角θ＝540º→720º。排气阀开，废气被驱出，气缸内压力略高于l大气压力，一般亦以l大气压力计算，如图上的b→a。
进排气阀的启闭是由凸轮机构控制的，附图10a中y-y剖面有进排气阀各一只(图中只画了进气凸轮)。凸轮机构是通过曲柄轴O上的齿轮z1和凸轮轴O1上的齿轮z2来传动的。由于一个工作循环中，曲柄轴转两转而进排气阀各启闭一次，所以齿轮的传动比。

附图10 柴油机机构简图及示功图
由上可知，在组成一个工作循环的四个冲程中，活塞只有一个冲程是对外作功的，其余的三个冲程则需依靠机械的惯性带动。因此，曲柄所受的驱动力是不均匀的，所以其速度波动也较大。为了减少速度波动，曲柄轴上装有飞轮(图上未画)。
2）．设计数据
设计数据如附表5、附表6所示。
附表5 设计数据表
设计内容
曲柄滑块机构的运动分析
曲柄滑块机构的动态静力分析及飞轮转动惯量的拟定
符号
H
λ
lAs2
n1
Dk
D
G1
G2
G3
Js1
Js2
Js3
δ
单位
mm

mm
r/min
mm
N
kg㎡

数据
120
4
80
1500
100
200
210
20
10
0.1
0.05
0.2
1/100
齿轮机构的设计
凸轮机构的设计
z1
z2
m
α
h
Φ
Φs
Φ′
[α]
[α] ′

mm
º
mm
º
22
44
5
20
20
50
10
50
30
75
附表6 设计数据表
位置编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
曲柄位置（θ°）
30°
60°
90°
120°
150°
180°
210°
240°
270°
300°
330°
360°
汽缸指示压力bar（105N/㎡）
1
1
1
1
1
1
1
1
1
6.5
19.5
35
工 作 过 程
进 气
压 缩
12′
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
375°
390°
420°
450°
480°
510°
540°
570°
600°
630°
660°
690°
720°
60
25.5
9.5
3
3
2.5
2
1.5
1
1
1
1
1
膨 胀
排 气
2、设计内容
1）、曲柄滑块机构的运动分析
已知：活塞冲程H，连杆与曲柄长度之比λ，曲柄每分钟转数n1。
规定：设计曲柄滑块机构，绘制机构运动简图，作机构滑块的位移、速度和加速度运动线图。
曲柄位置图的作法如附图11所示，以滑块在上止点时所相应的曲柄位置为起始位置(即θ=0º。)，将曲柄圆周按转向提成十二等分得12个位置1→12，12’(θ=375º)为气缸指示压力达最大值时所相应的曲柄位置，13→24为曲柄第二转时相应各位置。

附图11 曲柄位置图 附图12 从动件运动规律图
2）、曲柄滑块机构的动态静力分析
已知：机构各构件的重量G，绕重心轴的转动惯量JS，活塞直径Dh，示功图数据(见附表6)以及运动分析所得的各运动参数。
规定：拟定机构一个位置(同运动分析)的各运动副反力及曲柄上的平衡力矩My，以上内容作在运动分析的同一张图纸上。
3）、飞轮设计
已知：机器的速度不均匀系数δ，曲柄轴的转动惯量JS1、凸轮轴的转动惯量JO1、连杆2绕其重心轴的转动惯量JS2，动态静力分析求得的平衡力矩My；阻力矩Mc为常数。
规定：用惯性力法拟定安装在曲柄轴上的飞轮转动惯量JF。以上内容作在2号图纸上。
4）、齿轮机构设计
已知：齿轮齿数z1、z2，模数m，分度圆压力角α，齿轮为正常齿制，在闭式的润滑油池中工作。
规定：选择两轮变位系数，计算齿轮各部分尺寸。用2号图纸绘制齿轮传动的啮合图。
5）、凸轮机构设计
已知：从动件冲程h，推程和回程的许用压力角[α]、[α’]，推程运动角δ，远休止角δ，回程运动角δ，从动件的运动规律如附图12所示。
规定 按照许用压力角拟定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮实际廓线。以上内容，作在2号图纸上。
题目11：半自动钻床
1、设计题目
设计加工如附图13所示工件ф12mm孔的半自动钻床。进刀机构负责动力头的升降，送料机构将被加工工件推入加工位置，并由定位机构使被加工工件可靠固定。

附图13 加工工件
半自动钻床设计数据参看附表7。
附表7 半自动钻床凸轮设计数据
方案号
进料机构
工作行程
mm
定位机构
工作行程
mm
动力头
工作行程
mm
电动机转速
r/mm
工作节拍（生产率）
件/min
A
40
30
15
1450
1
B
35
25
20
1400
2
C
30
20
10
960
1
2、设计任务
1）、半自动钻床至少涉及凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构。
2）、设计传动系统并拟定其传动比分派。
3）、图纸上画出半自动钻床的机构运动方案简图和运动循环图。
4）、凸轮机构的设计计算。按各凸轮机构的工作规定，自选从动件的运动规律，拟定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图。
5）、设计计算其他机构。
6）、编写设计计算说明书。
7）、学生可进一步完毕：凸轮的数控加工，半自动钻床的计算机演示验证等。
3、设计提醒
1）、钻头由动力头驱动，设计者只需考虑动力头的进刀（升降）运动。
2）、除动力头升降机构外，还需要设计送料机构、定位机构。各机构运动循环规定见附表8。
3）、可采用凸轮轴的方法分派协调各机构运动。
附表8 机构运动循环规定
凸轮轴
转角
10º
20º
30º
45º
60º
75º
90º
105º～270º
300º
360º
送料
快进
休止
快退
休止
定位
休止
快进
休止
快退
休止
进刀
休止
快进
快进
快退
休止
题目12：压片成形机
1、设计题目
设计自动压片成形机，将具有一定湿度的粉状原料（如陶瓷干粉、药粉）定量送入压形位置，经压制成形后脱离该位置。机器的整个工作过程（送料、压形、脱离）均自动完毕。该机器可以压制陶瓷圆形片坯、药剂（片）等。设计数据见附表9。
附表9 压片成形机设计数据
方案号
电动机
转速
r/min
生产率
片/min
成品尺寸（Φ×d）
mm，mm
冲头压力kg
δ
mkg
mkg
A
1450
10
100×60
15,000
0.10
12
5
B
970
15
60×35
10,000
0.08
10
4
C
970
20
40×20
10,000
0.05
9
3

附图14 压片成形机工艺动作
如附图14所示，压片成形机的工艺动作是：
1）、干粉料均匀筛入圆筒形型腔（见附图14a）。
2）、下冲头下沉3mm，防止上冲头进入型腔时粉料扑出（见附图14b）。
3）、上、下冲头同时加压（见附图14c），并保持一段时间。
4）、上冲头退出，下冲头随后顶出压好的片坯（见附图14d）。
5）、料筛推出片坯（见附图14e）。
上冲头、下冲头、送料筛的设计规定是：
1）、上冲头完毕往复直移运动（铅锤上下），下移至终点后有短时间的停歇，起保压作用，保压时间为0.4秒左右。因冲头上升后要留有料筛进入的空间，故冲头行程为90～100mm。因冲头压力较大，因而加压机构应有增力功能（见附图15a）。
2）、下冲头先下沉3mm，然后上升8mm，加压后停歇保压，继而上升16mm，将成型片坯顶到与台面平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后，再下移21mm，到待料位置（见附图15b）。
3）、 料筛在模具型腔上方往复振动筛料，然后向左退回。待批料成型并被推出型腔后，料筛在台面上右移约45～50mm，推卸片坯（见附图15c）。

附图15 设计规定
上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见附表10。
附表10 动作关系
上冲头
进
退
送料筛
退
近休
进
远休
下冲头
退
近休
进
远休
2、设计规定
1）、压片成形机一般至少涉及连杆机构、凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构。
2）、画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟定运动循环图时，可执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上不能出现“干涉”。
3）、设计凸轮机构，自行拟定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。计算凸轮廓线。
4）、设计计算齿轮机构。
5）、对连杆机构进行运动设计。并进行连杆机构的运动分析，绘出运动线图。假如是采用连杆机构作为下冲压机构，还应进行连杆机构的动态静力分析，计算飞轮转动惯量。
6）、编写设计计算说明书。
7）、学生可进一步完毕：机器的计算机演示验证、凸轮的数控加工等。
3、设计提醒
1）、各执行机构应涉及：实现上冲头运动的主加压机构、实现下冲头运动的辅助加压机构、实现料筛运动的上下料机构。各执行机构必须能满足工艺上的运动规定，可以有多种不同型式的机构供选用。如连杆机构、凸轮机构等。
2）、由于压片成形机的工作压力较大，行程较短，一般采用肘杆式增力冲压机构作为主体机构，它是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串接而成。先设计摇杆滑块机构，为了保证，规定摇杆在铅垂位置的±2º范围内滑块的位移量≤0.4mm。据此可得摇杆长度r≤
式中——摇杆滑块机构中连杆与摇杆长度之比，一般取1～2。
根据上冲头的行程长度，即可得摇杆的另一极限位置，摇杆的摆角以小于60º为宜。设计曲柄摇杆机构时，为了“增力”，曲柄的回转中心可在过摇杆活动铰链、垂直于摇杆铅垂位置的直线上适当选取，以改善机构在冲头下极限位置附近的传力性能。根据摇杆的三个极限位置（±2º位置和另一极限位置），设定与之相应的曲柄三个位置，其中相应于摇杆的两个位置，曲柄应在与连杆共线的位置，曲柄另一个位置可根据保压时间来设定，则可根据两连架杆的三组相应位置来设计此机构。设计完毕后，应检查曲柄存在条件，若不满足规定，则重新选择曲柄回转中心。也可以在选择曲柄回转中心以后，根据摇杆两极限位置时曲柄和连杆共线的条件，拟定连杆和曲柄长度，在检查摇杆在铅垂位置±2º时，曲柄相应转角是否满足保压时间规定。曲柄回转中心距摇杆铅垂位置愈远，机构行程速比系数愈小，冲头在下极限位置附近的位移变化愈小，但机构尺寸愈大。
3）、辅助加压机构可采用凸轮机构，推杆运动线图可根据运动循环图拟定，要对的拟定凸轮基圆半径。为了便于传动，可将筛料机构置于主体机构曲柄同侧。整个机构系统采用一个电动机集中驱动。要注意主体机构曲柄和凸轮机构起始位置间的相位关系，否则机器将不能正常工作。
4）、可通过对主体机构进行的运动分析以及冲头相对于曲柄转角的运动线图，检查保压时间是否近似满足规定。进行机构动态静力分析时，要考虑各杆（曲柄除外）的惯性力和惯性力偶，以及冲头的惯性力。冲头质量m、各杆质量m（各杆质心位于杆长中点）以及机器运转不均匀系数δ均见表8.5，则各杆对质心轴的转动惯量可求。认为上下冲头同时加压和保压时生产阻力为常数。飞轮的安装位置由设计者自行拟定，计算飞轮转动惯量时可不考虑其他构件的转动惯量。拟定电动机所需功率时还应考虑下冲头运动和料筛运动所需功率。
题目13：压床
1、机构简介及设计数据
１）．机构简介
附图16所示为压床机构简图。其中，六杆机构ABCDEF为其主体机构，电动机经连轴器带动减速器的三对齿轮z1—z2、z3—z4、z5—z6将转速减少，然后带动曲柄1转动，六杆机构使滑块5克服阻力Fr而运动。为了减小主轴的速度波动，在曲轴A上装有飞轮，在曲柄轴的另一端装有供滑块连杆机构各运动副用的油泵凸轮。

附图16 压床机构简图
２）．设计数据
设计数据见附表11。
附表11 设计数据
设计
内容
连杆机构的设计及运动分析
齿轮机构的设计
符号
x1
x2
y

H

n1

z5
z