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创新设计题目
一、 设计任务及要求
本课程设计提供了A、 B两类题目。A为综合类设计题目，B为创新类题目，
二、综合类设计题目
题目1：洗瓶机设计（限4人）
（一）、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1是洗瓶机有关部件的工作情况示意图。

图1 洗瓶机有关部件的位置示意图

图2 推头M的可走轨迹之一
（二）、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。
（2） 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，可以如图2所示。由上述运动要求，常用基本机构是不容易实现，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。
（四）、设计任务及要求
（1） 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；
（2） 进行推瓶机构的选型，以实现洗瓶动作要求；
（3） 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，分配传动比，并在图纸上画出传动方案图；
（4） 机械运动方案的评定和选择；
（5） 对执行机构进行运动尺寸计算；
（6） 对执行机构进行运动分析，画出运动线图；
（7） 画出机械运动方案简图；
（8） 编写设计计算说明书。

题目2：轧辊机设计（4人）
（一）、工作原理及工艺动作过程

图1 轧辊工作情况

图1 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。
因此，轧辊机主要由工作辊和送料辊机构组成。
(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γ尽量小些。γ约取25º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)、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。
（2） 采用两自由度的五杆机构，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，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。
（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） 工作辊的方案设计应考虑轨迹和开口度的调节是否可能和方便，能否按要求布置在机器中，结构上是否便于实现。
（5） 送料辊的运动方案可以通过机械传动系统来完成。
(四)、设计任务及要求
（1） 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；
（2） 进行工作辊机构、送料辊机构的选型；
（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，分配传动比，并画出传动方案图；
（5） 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；
（6） 对执行机构进行运动分析，画出运动线图；
（7） 画出机械运动方案简图；
（8） 编写设计计算说明书。

题目3：剪板机设计（4人）
（一）、工作原理及工艺动作过程
剪板机是将卷料展开并剪成一定长度铁板的机器，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。因此剪板机主要包括铁板输送机构和剪断机构。
（二）、原始数据及设计要求
(1) 原材料为成卷的板料。每次输送铁板长度为L＝1900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）、方案设计提示
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。
（四）、设计任务及要求
（1） 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；
（2） 进行铁板输送机构和剪断机构的选型；
（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，分配传动比，并在图纸上画出传动方案图
（5） 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；
（6） 对执行机构进行运动分析，画出运动线图；
（7） 画出机械运动方案简图；
（8） 编写设计计算说明书。
题目4：半自动平压模切机设计（4人）
（一）、工作原理及工艺动作
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纸板、厚度在4mm以下的瓦楞纸板，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。
它的主要工艺动作有两个：一是将纸板走纸到位，二是进行冲压模切。如图1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，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。

图1 平压模切机动作示意图 图2模切机生产阻力曲线
（二）、原始数据及设计要求
（1） 每小时压制纸板3000张。
（2） 上模固定，下模向上移动的行程长度，回程的平均速度为工作行程平均速度的1.3 倍。
（3） 工作行程的最后2 mm内受到生产阻力，如图2所示，回程时不受力，下模和滑块的质量约120 kg。
（4） 工作台面离地面的距离约1200 mm。
（5） 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）、设计方案提示
（1） 走纸机构可采用双列链传动，走纸横块其两端分别固定在前后两根链条上，横块上装有若干夹紧片已夹紧纸板。主动链轮由间歇运动机构带动以实现定时走纸。
（1） 模切机构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，在纸板停顿时进行冲压模切。
（2） 控制横块上夹紧装置(夹紧纸板)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。
（3） 由于冲压模切机构仅在很短的时间内承受很大生产阻力，为了减小周期性速度波动，可以选择容量较小的电机，但一般需要安装飞轮。
（四）、设计任务及要求
（1） 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；
（2） 进行走纸机构、冲压模切机构及夹紧纸板的控制机构的选型；
（3） 机械运动方案的评定和选择；
（4） 根据给定的生产阻力及工作余量选定合适的电动机；
（5） 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，分配传动比，并在图纸上画出传动方案图；
（6） 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；
（7） 对执行机构进行运动分析，画出运动线图；
（8） 画出机械运动方案简图；
（9） 对机构进行受力分析，飞轮设计；
（10） 编写设计计算说明书。
题目5：四工位专用机床设计（4人）
（一）、工作原理及工艺动作
四工位专用机床的工作台有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个工作位置(图1)，工位Ⅰ是装卸工件，Ⅱ是钻孔，Ⅲ是扩孔，Ⅳ是铰孔。主轴箱上装有三把刀具，对应于工位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。
因此，四工位专用机床的执行动作有两个：一是回转台的间歇转动，二是主轴箱的刀具转动和移动。
（二）、原始数据及设计要求
(1) 刀具顶端离开工件表面65mm(图1)，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45mm，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75件。
(4) 执行机构系统应装入机体内，机床外形尺寸见图1。

图1 专用机床外形及尺寸
（三）、方案设计提示
（1） 回转台的间歇转动可以采用棘轮机构、槽轮机构、凸轮式间歇运动、不完全齿轮机构等，此外，还可采用某些组合机构。
（2） 主轴箱的刀具往复移动，可以采用平面连杆机构、圆柱凸轮机构、移动从动件盘形凸轮机构、凸轮—连杆组合机构等。
（3） 回转台的间歇转动和主轴箱的刀具往复移动，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。
（4） 由生产率可以求出一个运动循环所需的时间T=3600/75 = 48 s，刀具匀速送进60 mm所需时间vt1=60/2=30 s，刀具其余移动时间共需18 s，回转工作台静止时间为36 s，因此足够工件装卸的时间。
（5） 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。
（6） 机构的运动和动力性能、精度在满足要求的前提下，传动链尽可能短，且制造、安装简便。
（7） 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）、设计任务及要求
（1） 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；
（2） 进行回转台的间歇转动机构、主轴箱的刀具往复移动机构的选型；
（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，分配传动比，并画出传动方案图；
（5） 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；
（6） 对执行机构进行运动分析，画出运动线图；
（7） 画出机械运动方案简图；
（8） 编写设计计算说明书。

题目6：医用棉签卷棉机设计（4人）
（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：签杆自转并引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25~30 mm，自然厚4~5mm。
（2） 签杆：医院通用签杆，直径约3mm，杆长约70mm，卷棉部分长约20~25mm。
（3） 生产率：每分钟卷60支，每支卷取棉块长约20~25mm。
（4） 卷棉签机体积要小，重量轻，工作可靠，外形美观，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，可采用带槽形的塑料带通过挠性传动来实现。
（四）、设计任务及要求
（1） 根据工艺动作要求拟定运动循环图；
（2） 进行送棉、揪棉、送签、卷棉机构的选型，实现上述四种动作的配合；
（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，分配传动比，并画出传动方案图；
（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；
（7） 对执行机构进行运动分析，画出运动线图；
（8） 编写设计计算说明书。

题目7：专用精压机设计（4人）
（一）、工作原理及工艺动作过程
专用精压机是用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺，它是将薄壁铝板一次冲压成为深筒形。如图1（a）所示，上模先以比较小的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成形工作，以后，上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模以后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。它的主要工艺动作有：
（1） 将新坯料送至待加工位置；
（2） 下模固定、上模冲压拉延成形将成品推出膜腔。

(a) （b）
图1 加工工件及上模运动规律
（二）、原始数据和设计要求
（1） 动力源是电动机，作转动；冲压执行构件为上模，作上下往复直移运动，其大致运动规律如图1（b）所示，具有快速接近工件、等速工作进给和快速返回的特性。
（2） 精压成形制品生产率约每分钟70件。
（3） 上模移动总行程为280 mm，其拉延行程置于总行程的中部，约100 mm。
（4） 行程速比系数K≥1.3。
（5） 坯料输送的最大距离200 mm。
（6） 上模滑块总质量40 kg,最大生产阻力为5000 N，且假定在拉延区内生产阻力均衡；
（7） 设最大摆动件的质量为40kg/mm，绕质心转动惯量为2 kgּm2/mm，质心简化到杆长的中点。其它构件的质量及转动惯量均忽略不计；
（8） 传动装置的等效转动惯量（以曲柄为等效构件，其转动惯量设为30 kgּm2，机器运转许用不均匀系数[δ]为0.05）
（9） 机构应具有较好的传力性能，特别是工作段的压力角应尽可能小，传动角大于或等于许用传动角。
（三）、方案设计及讨论
（1） 送料机构实现间歇送料可采用凸轮机构、凸轮—连杆组合送料机构、槽轮机构等。
（2） 冲压机构为保证等速拉延、回程快速的要求，可采用导杆加摇杆滑块的六杆机构、铰链四杆加摇杆滑块的六杆机构、齿轮—连杆冲压机构等。
（3） 工件送料传输平面标高在1000mm左右。
（4） 需考虑飞轮设计。
（四）、设计任务及要求
（1） 根据工艺动作要求拟定运动循环图；
（2） 进行送料机构、冲压机构的选型；
（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，分配传动比，并画出传动方案图；
（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；
（7） 对执行机构进行运动分析，画出运动线图;
（8） 进行飞轮设计；
（9） 编写设计计算说明书。

题目8：步进输送机设计（4人）
（一）、工作原理及工艺动作过程
步进输送机是一种能间歇地输送工件，并使其间距始终保持稳定步长的传送机械。图1为其示意图，工件经过隔断板从料轮滑落到辊道上，隔断板作间歇往复直线运动，工件按一定的时间间隔向下滑落。输送滑架作往复直线运动，工作行程时，滑架上位于最左侧的推爪推动始点位置工件向前移动一个步长，当滑架返回时，始点位置又从料轮接受了一个新工件。由于推爪下装有压力弹簧，推爪返回时得以从工件底面滑过，工件保持不动。当滑架再次向前推进时，该推爪早已复位并推动新工件前移，与此同时，该推爪前方的推爪也推动前工位的工件一齐向前再移动一个步长。如此周而复始，实现工件的步进式传输。显而易见，隔断板的插断运动必须与工件的移动协调，在时间和空间上相匹配。

图1 步进输送机示意图
（二）、原始数据及设计要求
（1） 输送工件形状和尺寸如图1，工件质量60kg，输送步长H＝840mm，允许误差±0.2mm。
（2） 辊道上允许输送工件最多8件。工件底面与辊道间的摩擦系数0.15（当量值），输送滑架质量为240kg，当量摩擦系数也为0.15。
（3） 滑架工作行程平均速度为0.42m/s，要求保证输送速度尽可能均匀,行程速比系数K≥1.7。
（4） 最大摆动件线质量为20 kg/m，质心在杆长中点，绕质心线转动惯量为2 kgּm2/m，其余构件质量与转动惯量忽略不计。发动机到曲柄轴的传动系统的等效转动惯量（视曲柄为等效转动构件）近似取为2 kgּm2。。
（5） 允许速度不均匀速度为[δ]＝0.1。
（6） 滑架导路水平线与安装平面高度允许在1100mm以下。
（7） 电动机规格自选。
（三）、设计方案提示
（1） 为保证推爪在推动工件前保持推程状态，输送机构的行程应大于工件输送步长20mm左右。
（2） 在设计步进输送机构和插断机构时，可按已知滑架行程、平均速度和行程速比系数确定曲柄转速；由已知的工件形状尺寸确定插断板单向或双向的插入深度，据此并考虑机构的布局情况确定插断机构从动件的运动范围和运动规律。
（四）、设计任务及要求
（1） 根据工艺动作要求拟定运动循环图；
（2） 进行插断机构、步进输送机构的选型；
（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，分配传动比，并在图纸上画出传动方案图；
（5） 进行工件停止在工位上的惯性前冲量计算；
（6） 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；
（7） 画出机械运动方案简图；
（8） 编写设计计算说明书。

题目9：压片成形机（3人）
（一）、设计题目及原始数据
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）均自动完成。该机器可以压制陶瓷圆形片坯、药剂（片）等。设计数据见下表。
压片成形机设计数据表
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
m kg
m kg
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

图1 压片成形机工艺动作
如图1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（图1a）。
2. 下冲头下沉3mm，预防上冲头进入型腔时粉料扑出（图1b）。

图2 设计要求
3. 上、下冲头同时加压（图1c），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（图1d）。
5. 料筛推出片坯（图1e）。
上冲头、下冲头、送料筛的设计要求是：
1. 上冲头完成往复直移运动（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（图2a）。
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（图2b）。
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（图2c）。
上冲头、下冲头与送料筛的动作关系见下表。
动作关系表
上冲头
进
退
送料筛
退
近休
进
远休
下冲头
退
近休
进
远休
（二）、设计方案提示
1.各执行机构应包括：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要求，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，要求摇杆在铅垂位置的±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），设定与之对应的曲柄三个位置，其中对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对应位置来设计此机构。设计完成后，应检查曲柄存在条件，若不满足要求，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，确定连杆和曲柄长度，在检查摇杆在铅垂位置±2º时，曲柄对应转角是否满足保压时间要求。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确定，要正确确定凸轮基圆半径。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要求。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确定，计算飞轮转动惯量时可不考虑其他构件的转动惯量。确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。
（三）、设计任务及要求
1.压片成形机一般至少包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构；
2.设计传动系统并确定其传动比分配，并在图纸上画出传动系统图；
3.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”；
4.设计凸轮机构，自行确定运动规律，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；
5.设计计算齿轮机构；
6.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。如果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；
7.编写设计计算说明书；

题目10：垫圈内径检测装置机（5人）
（一）、设计题目及原始数据
设计垫圈内径检测装置，检测钢制垫圈内径是否在公差允许范围内。被检测的工件由推料机构送入后沿一条倾斜的进给滑道连续进给，直到最前边的工件被止动机构控制的止动销挡住而停止。然后，升降机构使装有微动开关的压杆探头下落，检测探头进入工件的内孔。此时，止动销离开进给滑道，以便让工件浮动。
检测的工作过程如图1 所示。当所测工件的内径尺寸符合公差要求时（图1a），微动开关的触头进入压杆的环形槽，微动开关断开，发出信号给控制系统（图中未给出），在压杆离开工件后，把工件送入合格品槽。如工件内径尺寸小于合格的最小直径时（图1b），压杆的探头进入内孔深度不够，微动开关闭合，发出信号给控制系统，使工件进入废品槽。如工件内径尺寸大于允许的最大直径时（图1c），微动开关仍闭合，控制系统将工件送入另一废品槽。

1—工件 2—带探头的压杆 3—微动开关
a)内径尺寸合格 b)内径尺寸太小 c)内径尺寸太大
图1 垫圈内径检测过程
具体设计要求见下表13。
平垫圈内径检测装置设计数据表
方案号
被测钢制平垫圈尺寸
电动机转速
r/min
每次检测时间
s
公称尺寸mm
内径
mm
外径
mm
厚度
mm
A
10
10.5
20
2
1440
5
B
12
13
24
2.5
1440
6
C
20
21
37
3
1440
8
D
30
31
56
4
960
8
E
36
37
66
5
960
10
（二）、设计方案提示
1.由于止动销的动作与压杆升降动作有严格的时间匹配与顺序关系，建议考虑使用凸轮轴解决这个问题。
2.推料动作与上述两个动作的时间匹配不特别严格，可以采用平面连杆机构，也可以采用间歇机构。
（三）、设计任务及要求
1.要求设计该检测装置的推料机构、控制止动销的止动机构、压杆升降机构。一般应包括凸轮机构、平面连杆机构以及齿轮机构等常用机构。该装置的微动开关以及控制部分的设计本题不作要求；
2.设计垫圈内径检测装置的传动系统并确定其传动比分配，并在图纸上画出传动系统图；
3.画出机器的机构运动方案简图和运动循环图；
4.设计平面连杆机构。并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图；
5.设计凸轮机构。确定运动规律，选择基圆半径，计算凸轮廓线值，校核最大压力角与最小曲率半径。绘制凸轮机构设计图；
6.设计计算齿轮机构；　　　7.编写设计计算说明书；
B.创新类设计题目
请结合下列实际设计问题，选择自己感兴趣的题目，并通过需求背景调查进一步明确设计目标和功能要求，综合运用所学知识完成如下工作：
1. 针对自己确定的创新性设计题目，拟定设计方案，并说明工作原理。
2. 绘制二维或三维图形。
3. 编写设计计算说明书。
题目一
从历届全国大学生机械创新设计大赛题目中选题，要求独立完成（查重率<30%)。
题目二
自拟一种机械装置。可以是自己设想的创新机械；也可以根据现有部分图、文资料，自己完善设计，