機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)多功能課堂實(shí)驗(yàn)展示儀

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書提供完整版的畢業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目 多功能課堂實(shí)驗(yàn)展示儀 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 號(hào)： 05021103 設(shè) 計(jì) 者： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 2014 年 4 月 29 日 目錄1.1 設(shè)計(jì)題目11.2機(jī)械系統(tǒng)的方案擬定11.2.1工作原理確定11.2.2執(zhí)行構(gòu)件及其運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)21.2.3原動(dòng)機(jī)的選擇21.2.4執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)21.2.5機(jī)構(gòu)選型及組合41.2.6方案評(píng)價(jià)及優(yōu)選51.3相關(guān)機(jī)構(gòu)的尺度綜合101.4機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制及說(shuō)明151.5創(chuàng)新點(diǎn)與應(yīng)用161.6課程設(shè)計(jì)體會(huì)及建議17主要參考文獻(xiàn)171.1 設(shè)計(jì)題目：多功能課

2、堂實(shí)驗(yàn)展示儀摘 要：隨著學(xué)校教學(xué)方法的提高和教學(xué)內(nèi)容的豐富，將實(shí)驗(yàn)室搬進(jìn)課堂必將引發(fā)一場(chǎng)教育教學(xué)方法的革命。在課堂中演示生動(dòng)形象的機(jī)構(gòu)實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)，在機(jī)械理論知識(shí)的學(xué)習(xí)中結(jié)合科學(xué)實(shí)驗(yàn)，必將使教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)更為方便、快捷、高效。關(guān)鍵詞：課堂；演示實(shí)驗(yàn)；機(jī)構(gòu)；方便快捷；多功能1.1.1 設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo) 本作品跟據(jù)本屆機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的主旨要求而設(shè)計(jì)，屬于“課堂用機(jī)械”。此機(jī)械以兩塊可橫向滑動(dòng)的黑板和中間固定的演示臺(tái)為組合，演示臺(tái)為多孔演示插板，尺寸1200mm1100mm24mm，板后安裝電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)械驅(qū)動(dòng)，演示版配套特定演示教具，黑板可橫向滑動(dòng)顯示和隱藏演示板。1.1.2 研制背景

3、及意義 隨著學(xué)校教學(xué)方法的提高和教學(xué)內(nèi)容的豐富，將實(shí)驗(yàn)室搬進(jìn)課堂必將引發(fā)一場(chǎng)教育教學(xué)方法的革命。在課堂中演示生動(dòng)形象的機(jī)構(gòu)實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)，在機(jī)械理論知識(shí)的學(xué)習(xí)中結(jié)合科學(xué)實(shí)驗(yàn)，必將使教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)更為方便、快捷、高效。而本作品的設(shè)計(jì)即在盡量少的占用空間和低成本下，實(shí)現(xiàn)方便、快捷的進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。1.2 機(jī)械系統(tǒng)的方案擬定1.2.1 工作原理確定本作品首先借助于兩塊可沿橫向曲線導(dǎo)軌滑動(dòng)的黑板實(shí)現(xiàn)演示臺(tái)的顯示與隱藏，黑板中間安裝演示臺(tái)，演示臺(tái)一端安裝合頁(yè)可實(shí)現(xiàn)如櫥柜門一樣翻轉(zhuǎn)，方便臺(tái)后電機(jī)等設(shè)備的安裝、檢查等操作，演示臺(tái)具有一定厚度，臺(tái)后可盛放一定數(shù)量的教具或其他小型工具設(shè)備，演示臺(tái)上設(shè)有方陣式教具

4、安裝插孔，孔上安裝金屬軸承，可插入軸或其他零件。演示臺(tái)后為電機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制裝置，人為操作下可實(shí)現(xiàn)四組主動(dòng)軸單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，從而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示。演示時(shí)，只需要將黑板橫向推開，將相關(guān)教具安裝在演示臺(tái)方陣孔上，連接傳動(dòng)件并控制電機(jī)即可進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。演示實(shí)驗(yàn)可包括：多桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、齒輪或齒輪齒條嚙合傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)、凸輪傳動(dòng)等，也可演示簡(jiǎn)單電路實(shí)驗(yàn)。1.2.2 執(zhí)行構(gòu)件及其運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 執(zhí)行構(gòu)件主要為課程教具：凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等1.2.3 原動(dòng)機(jī)的選擇 原動(dòng)機(jī)：?jiǎn)蜗喈惒诫妱?dòng)機(jī) 由于是在室內(nèi)常溫下工作且載荷不大，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，環(huán)境有灰塵。 電壓為220v，所以選用單相電動(dòng)機(jī)。 主要參數(shù)：電壓220v，頻率50

5、hz，轉(zhuǎn)速900（rpm）r/min，功率0.25kw，型號(hào)yl71261.2.4 執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)演示機(jī)構(gòu)3d運(yùn)動(dòng)仿真圖傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3d運(yùn)動(dòng)仿真圖整體3d運(yùn)動(dòng)分析示意圖設(shè)計(jì)分析：通過(guò)三維繪圖、裝配以及運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性分析，通過(guò)設(shè)計(jì)教具的尺寸參數(shù)以及傳動(dòng)系統(tǒng)部件相關(guān)參數(shù)，在合理的裝配條件下，該演示臺(tái)可基本實(shí)現(xiàn)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制以及基本的機(jī)械機(jī)構(gòu)演示，并有較好的展示效果，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的基本功能。1.2.5 機(jī)構(gòu)選型及組合表1 選型組合方案結(jié)構(gòu)名稱材料主要數(shù)據(jù)（mm）備注主體部分面包板硬質(zhì)木材1200110024減速機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)1v帶復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)2四連桿低碳鋼設(shè)計(jì)尺寸雙曲柄機(jī)構(gòu)演

6、示機(jī)構(gòu)普通教具鋁合金或硬質(zhì)塑料設(shè)計(jì)尺寸其他結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)1.2.6 方案評(píng)價(jià)及優(yōu)選1） 傳動(dòng)系統(tǒng)方案 方案一方案一系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖原理介紹：圖示為演示臺(tái)后驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，箭頭表示軸承可由開關(guān)控制傳動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)方向，通過(guò)軸承控制可實(shí)現(xiàn)不同的驅(qū)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)或四組主動(dòng)軸的同時(shí)驅(qū)動(dòng)，最上端和最下端的四組獨(dú)立齒輪可由開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)開將相互嚙合的兩個(gè)齒輪實(shí)現(xiàn)分離通過(guò)獨(dú)立齒輪傳動(dòng)并使中間位置兩組圓錐齒輪同時(shí)與上級(jí)傳動(dòng)圓錐齒輪嚙合，同時(shí)通過(guò)控制中間橫向軸的軸向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)四組主動(dòng)軸同時(shí)驅(qū)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：方便控制和操作缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高 方案二方案二系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖原理說(shuō)明： 圖示為演示臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，面包板共

7、有4個(gè)主動(dòng)件驅(qū)動(dòng)插孔，即圖上如1所示結(jié)構(gòu)，均勻分布在面包板上。面包板為機(jī)架，結(jié)構(gòu)9為電動(dòng)機(jī)，通過(guò)聯(lián)軸器與蝸桿連接，借助蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減速，蝸輪與v帶輪固連在面包板上，通過(guò)v帶傳動(dòng)扭距到結(jié)構(gòu)2處，結(jié)構(gòu)2帶輪與連桿固連，帶動(dòng)連桿作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)完善傳動(dòng)系統(tǒng)最終輸出結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)面包板上連接教具的主動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)。結(jié)構(gòu)2帶輪位于面包板正中，與四個(gè)主動(dòng)軸孔距離相同，四連桿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)拆卸而與各個(gè)孔軸的連接，形成各個(gè)主動(dòng)軸的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，占用空間少，傳動(dòng)穩(wěn)定缺點(diǎn)：增加了人工操作，不能實(shí)現(xiàn)多組實(shí)驗(yàn)同時(shí)演示方案三方案三系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖原理說(shuō)明：圖示為驅(qū)動(dòng)方案三機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，由電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與

8、錐齒輪2連接，錐齒輪2與錐齒輪1嚙合，實(shí)現(xiàn)變向和減速，錐齒輪1和直齒輪1固連于同一軸，直齒輪1與直齒輪2嚙合，直齒輪2帶動(dòng)演示教具主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，整套驅(qū)動(dòng)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)拆卸和安裝于操作臺(tái)，即實(shí)現(xiàn)對(duì)四個(gè)演示件主動(dòng)軸單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，傳動(dòng)穩(wěn)定缺點(diǎn)：拆卸、安裝麻煩，且實(shí)現(xiàn)減速需要較大直徑的錐齒輪，占用空間大且成本高綜合考慮：選擇【方案二】作為優(yōu)選方案2） 演示機(jī)構(gòu)與連接結(jié)構(gòu)方案 面包板和演示教具主動(dòng)件連接方案一 光軸+滾動(dòng)軸承（緊連接）軸與軸承配合三維圖 軸與滾動(dòng)軸承采用緊連接 缺點(diǎn)：拆卸困難，容易造成零件損傷影響使用壽命方案二 平鍵+軸套與滑動(dòng)軸承配合連接用軸三維圖采用鍵連接，保證軸和軸承以及

9、零件與原動(dòng)件的連接缺點(diǎn)：無(wú)法限制其沿軸向滑動(dòng)方案三 固軸卡瓣+臺(tái)階軸與滑動(dòng)軸承配合固軸卡瓣三維圖固軸卡瓣固定在面包板上，通過(guò)卡臺(tái)階軸的固定槽內(nèi)來(lái)限制軸的軸向松動(dòng)，但不限制軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，方便牢固。采用滑動(dòng)軸承。缺點(diǎn)：可能會(huì)產(chǎn)生一定噪音和零件磨損綜合考慮：選擇【方案二】為優(yōu)選方案 特殊教具件安裝連接固定用支架三維圖可插到面包板上作固定軸承1.3 相關(guān)機(jī)構(gòu)的尺度綜合1.3.1 3d仿真三維演示件運(yùn)動(dòng)仿真示意圖三維傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真示意圖1.3.2 尺寸設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)尺寸（單位：mm）：1）面包板：12001100242）插 孔：15110 3）軸 承：lb 81524 套筒型直線運(yùn)動(dòng)軸承4）蝸輪蝸桿（傳動(dòng)系統(tǒng)）

10、:表2 基本參數(shù)傳動(dòng)比蝸桿頭數(shù)模數(shù)壓力角齒 數(shù)蝸桿分度圓直徑蝸桿直徑系數(shù)蝸桿導(dǎo)程角蝸輪分度圓直徑蝸桿導(dǎo)程角r 當(dāng)蝸桿的q和z1選定后，在蝸桿圓柱上的導(dǎo)程角即被確定：tan r= = = = =1/11.2 中心距a 蝸輪與蝸桿兩軸中心距a與模數(shù)m、蝸桿直徑系數(shù)q以及蝸輪齒數(shù)z2間的關(guān)系式如下：a=71.2 蝸輪蝸桿主要參數(shù)有：模數(shù)（m）、蝸桿分度圓直徑（d1）、導(dǎo)程角（r）、中心距（a）、蝸桿頭數(shù)（或線數(shù)z1）、蝸輪齒數(shù)（z2）等，根據(jù)上述參數(shù)可決定蝸桿與蝸輪的基本尺寸，其他尺寸參數(shù)計(jì)算參照表2計(jì)算關(guān)系式。 表2 基本幾何尺寸計(jì)算關(guān)系式 名 稱 代 號(hào) 計(jì)算關(guān)系式 中心距 a a=( d1+

11、d2+2x2m)/2 蝸桿頭數(shù) z1 蝸桿齒數(shù) z2 模數(shù) m m=ma=mn/cos 傳動(dòng)比 i i=n1/n2 齒數(shù)比 u u=z2/z1當(dāng)蝸桿主動(dòng)時(shí)，i=u 蝸桿分度圓直徑 d1 d1 =mq 蝸桿齒頂圓直徑 da1 da1= d1+2ha1= d1+2ha *m 蝸桿齒根圓直徑 df1 df1= df 2hf1= d1-2(ha *m +c) 頂隙 c c= c*m 蝸桿齒頂高 ha1 ha1= ha *m=1/2(da1- d1) 蝸桿齒根高 hf1 hf1=( ha +c*)=1/2(d1- df1) 蝸桿齒高 h1 h1 = ha1 + hf1 =1/2(da1 df1) 蝸輪分

12、度圓直徑 d2 d2=m z2=2a- d1-2 x2m 蝸輪齒根圓直徑 df2 df2= d2+2hf2 蝸輪齒頂高 ha2 ha2=1/2(da2- d2)=m(ha*+ x2) 蝸輪齒根高 hf2 hf2=1/2(d2- df2)=m(ha* x2+c*) 蝸輪齒高 h2 h2 = ha2+ hf2=1/2(da2- df2) 蝸桿節(jié)圓直徑 d1 d1= d1+2x2m=m(q+2x2) 蝸輪節(jié)圓直徑 d2 d2= d2 5）v帶輪：經(jīng)過(guò)蝸輪蝸桿減速設(shè)計(jì)v帶輪尺寸由于v帶功能主要用于傳遞運(yùn)動(dòng)，可取傳輸距離即中心距選擇v帶類型為a型，直徑設(shè)計(jì)v帶尺寸 查手冊(cè)基準(zhǔn)長(zhǎng)度圓整為1250，即6）

13、四連桿機(jī)構(gòu)左圖中，主動(dòng)件b和連架桿c作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，四桿機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)依據(jù)：b和c連桿基座間距離為mm設(shè)計(jì)尺寸a b&cabc7） 蝸桿支架8） 軸1.4 機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制及說(shuō)明1.4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)說(shuō)明： 圖示為演示臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，面包板共有4個(gè)主動(dòng)件驅(qū)動(dòng)插孔，即圖上如1所示結(jié)構(gòu)，均勻分布在面包板上。面包板為機(jī)架，結(jié)構(gòu)9為電動(dòng)機(jī)，通過(guò)聯(lián)軸器與蝸桿連接，借助蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減速，蝸輪與v帶輪固連在面包板上，通過(guò)v帶傳動(dòng)扭距到結(jié)構(gòu)2處，結(jié)構(gòu)2帶輪與連桿固連，帶動(dòng)連桿作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)完善傳動(dòng)系統(tǒng)最終輸出結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)面包板上連接教具的主動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)。結(jié)構(gòu)2帶輪位于面包板正中，與四個(gè)主動(dòng)

14、軸孔距離相同，四連桿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)拆卸而與各個(gè)孔軸的連接，形成各個(gè)主動(dòng)軸的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。1.4.2 演示機(jī)構(gòu)說(shuō)明：圖示為幾種簡(jiǎn)單的機(jī)械機(jī)構(gòu)演示3d仿真示意圖，通過(guò)簡(jiǎn)單的安裝和調(diào)節(jié)即可方便的展示機(jī)械機(jī)構(gòu)的各種運(yùn)動(dòng)形式，具有較好的演示效果1.5 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用1）將有關(guān)教具有機(jī)的結(jié)合在一起，解決了老師在上課的時(shí)候攜帶教具不方便的問(wèn)題。2）黑板和教具演示儀的結(jié)合，省去了學(xué)生去實(shí)驗(yàn)室參觀的麻煩。3）通過(guò)通用零件的使用，有效的減少了連接教具所用的時(shí)間，為上課節(jié)約了時(shí)間，也為老師減輕了負(fù)擔(dān)。1.6 課程設(shè)計(jì)體會(huì)及建議經(jīng)過(guò)幾周的辛勞，我們的課程設(shè)計(jì)終于完成了，在這次課程設(shè)計(jì)中我學(xué)到得不僅是專業(yè)的知識(shí)，還有的是如何

15、進(jìn)行團(tuán)隊(duì)的合作，因?yàn)槿魏我粋€(gè)作品都不可能由單獨(dú)某一個(gè)人來(lái)完成， 它必然是團(tuán)隊(duì)成員的細(xì)致分工完成某一小部分，然后在將所有的部分緊密的結(jié)合起來(lái)，并認(rèn)真調(diào)試它們之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系之后形成一個(gè)完美的作品，當(dāng)然，設(shè)計(jì)的成果與老師的耐心指導(dǎo)也是密不可分的，同樣感謝老師不厭其煩的解疑答惑。這次課程設(shè)計(jì)，由于理論知識(shí)的不足，再加上平時(shí)沒有什么設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一開始的時(shí)候有些手忙腳亂，不知從何入手。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式， 使自己學(xué)到了不少知識(shí)，對(duì)于pro/e、autocad、solidworks等繪圖軟件以及相關(guān)的設(shè)計(jì)分析軟件的使用更加熟練，通過(guò)查找問(wèn)題不斷的提

16、高自己的操作和計(jì)算水平，其中經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。 在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的可能不太好，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。在這次課程設(shè)計(jì)中小組同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，積極聽取其他小組同學(xué)的意見和建議，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。在這種相互協(xié)調(diào)合作的過(guò)程中,口角的斗爭(zhēng)在所難免,關(guān)鍵是我們?nèi)绾蔚奶幚碛龅降姆制?而不是一味的計(jì)較和埋