機(jī)械原理課程設(shè)計題目-21

PAGEPAGE5仿生機(jī)械設(shè)計（創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計類）機(jī)械原理課程設(shè)計任務(wù)書題目選擇說明：題目一為創(chuàng)新性設(shè)計題目，側(cè)重于設(shè)計，需要查閱相關(guān)參考資料，提出機(jī)構(gòu)的整體運(yùn)動方案；題目二為傳統(tǒng)設(shè)計題目，側(cè)重于分析，主要運(yùn)用課堂講授的圖解法進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)分析。題目三為開放性結(jié)構(gòu)創(chuàng)新類設(shè)計題目，重點(diǎn)側(cè)重于結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計、運(yùn)動學(xué)仿真與分析。需要查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，結(jié)合實(shí)際仿生模型分析其運(yùn)動可行性，適合于有一定科研經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)。題目一、三最高得分為100，題目二最高得分95?？筛鶕?jù)自己的情況、組隊(duì)情況自行選擇一類題目，自由分組或由學(xué)委安排，每組盡量不超過6-7人。每組安排一組長，負(fù)責(zé)整體分工，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，并掌握大家的情況和進(jìn)度。設(shè)計書中要說明不同成員的工作任務(wù)及安排。機(jī)械原理課程設(shè)計題目（一）健身球自動檢驗(yàn)分類機(jī)1.1設(shè)計題目要求（1）設(shè)計健身球自動檢驗(yàn)分類機(jī)，將不同直徑尺寸的健身球（石料）按直徑分類。檢測后送入各自指定位置，整個工作過程（包括進(jìn)料、送料、檢測、接料）自動完成。（2）健身球直徑范圍為φ40~46mm，要求分類機(jī)將健身球按直徑的大小分為三類。（3）直徑范圍在φ40~42mm的為第一類，直徑范圍在φ42~44mm的為第二類，直徑范圍在φ44~46mm的為第三類。其他技術(shù)要求見表1-1：表1-1健身球分類機(jī)設(shè)計數(shù)據(jù)方案號電動機(jī)轉(zhuǎn)速r/min生產(chǎn)率（檢球速度）個/minA144020B96010C720151.2設(shè)計任務(wù)(1)健身球檢驗(yàn)分類機(jī)一般包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)在內(nèi)的兩種或三種機(jī)構(gòu)。(2)提出兩種設(shè)計方案，并進(jìn)行方案比較。（禁止抄襲）(3)選定一種較優(yōu)的傳動方案，設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。(4)繪制健身球檢驗(yàn)分類機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案簡圖（各部分尺寸可以利用圖解法或解析法設(shè)計，如時間緊張，也可以初步估算一個初值）和機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖（可參考機(jī)械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書或教材第14章內(nèi)容）。(5)如有能力可繪制健身球檢驗(yàn)分類機(jī)的三維仿真模型（利用UG、Solidworks或ADAMS軟件），進(jìn)行動畫演示，并輸出其運(yùn)動仿真線圖。(6)編寫設(shè)計計算說明書（包含所有的功能分析，方案選擇、比較，參數(shù)計算，尺寸設(shè)計，簡圖繪制等內(nèi)容）。表1-2為設(shè)計任務(wù)分配表（可自行選擇）。表1-2設(shè)計任務(wù)分配表學(xué)生編號123456789電動機(jī)轉(zhuǎn)速ABCABCABC生產(chǎn)率ABCBCACAB1.3設(shè)計提示健身球自動檢驗(yàn)分類機(jī)是創(chuàng)造性較強(qiáng)的一個題目，可以有多種運(yùn)動方案實(shí)現(xiàn)。一般的思路在于：球的尺寸控制可以靠三個不同直徑的接料口實(shí)現(xiàn)。例如：第一個接料口直徑為42mm，中間接料口直徑為44mm，而第三個接料口直徑稍大于46mm。使直徑小于（等于）42mm的球直接落入第一個接料口，直徑大于42mm的球先卡在第一個接料口，然后由送料機(jī)構(gòu)將其推出滾向中間接料口。以此類推。球的尺寸控制還可由凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。此外，需要設(shè)計送料機(jī)構(gòu)、接料機(jī)構(gòu)、間歇機(jī)構(gòu)等?？捎汕瑝K機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)。1.4其他題目說明如有需要，也可以根據(jù)自己所參與的科研立項(xiàng)或其他科研創(chuàng)新項(xiàng)目，自擬設(shè)計題目，只要包括機(jī)構(gòu)方案設(shè)計與分析部分皆可。（禁止抄襲）還可以根據(jù)機(jī)械原理課程設(shè)計參考書目，自行選擇設(shè)計題目，如洗瓶機(jī)，剝豆機(jī)，自動打印機(jī)等，進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計：提出2種運(yùn)動方案，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，說明方案特點(diǎn)，進(jìn)行比較并選擇；（禁止抄襲）對最終的運(yùn)動方案繪制機(jī)器的運(yùn)動循環(huán)圖，設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。利用解析法或圖解法進(jìn)行機(jī)構(gòu)基本尺寸（凸輪或連桿機(jī)構(gòu)）設(shè)計，利用三維繪圖軟件（UG、Solidworks或ADAMS、）建立機(jī)構(gòu)三維圖，進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)仿真，并繪制其執(zhí)行端位移、速度、加速度變化曲線。（如時間緊張，可以省略一些繁瑣的計算，估算初值滿足基本功能要求即可）編寫設(shè)計計算說明書。（要求同上）1.5參考書目：1.機(jī)械原理教材2.圖書館借閱與“機(jī)械原理課程設(shè)計”相關(guān)的教材，或查看電子圖書機(jī)械原理課程設(shè)計。機(jī)械原理課程設(shè)計題目（二）牛頭刨床設(shè)計工作原理牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，如圖2-1a）所示。電動機(jī)經(jīng)過皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2-3-4-5-6帶動刨頭6和刨刀7作往復(fù)運(yùn)動。刨頭左行時，刨刀不切削，稱為空回行程，此時要求速度較高，以提高生產(chǎn)率。為此刨床采用有急回運(yùn)動的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機(jī)構(gòu)1-9-10-11與棘輪帶動螺旋機(jī)構(gòu)（圖中未畫），使工作臺連同工件作一次進(jìn)給運(yùn)動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作過程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段0.05H的空刀距離，見圖b），而空回行程中則沒有切削阻力。因此刨頭在整個運(yùn)動循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速轉(zhuǎn)動，故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質(zhì)量和減少電動機(jī)容量。

(a)(b)d）圖2-1二、設(shè)計數(shù)據(jù)見表2-1、2-2和2-3表2-1方案123456789導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析轉(zhuǎn)速n2（r/min）484950525048475560機(jī)架lO2O4(mm)380350430360370400390410380工作行程H(mm)310300400330380250390310310行程速比系數(shù)K1.461.401.401.441.531.341.501.371.46連桿與導(dǎo)桿之比lBC/lO4B0.250.30.360.330.30.320.330.250.28表2-1（續(xù)表）方案101112131415導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析轉(zhuǎn)速n2（r/min）605055495048機(jī)架lO2O4(mm)400450430360400400工作行程H(mm)310300300300380360行程速比系數(shù)K1.461.401.401.441.501.50連桿與導(dǎo)桿之比lBC/lO4B0.30.360.30.250.360.3表2-2方案導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析lO4S4xS6yS6G4G6PypJS4ρφmmNmmkg.m2mm°1，2，30.5lO4B240502007003500801.110304，5，60.5lO4B200502208004500801.210307，8，90.5lO4B1804022062040001001.2103010，11，120.5lO4B220502507503000801.3103013，14，150.5lO4B2605024085045001001.31030表2-3方案飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定δnO’z1zO"z1’z2JO2JO1JO"JO’r/minKg.m21-50.151440102040300.50.30.20.26-100.151440131640390.50.40.250.211-150.161440151950450.50.30.20.2

三、設(shè)計內(nèi)容及要求

1、運(yùn)動方案設(shè)計。根據(jù)牛頭刨床的工作原理，擬定2～3個其他形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，畫出機(jī)構(gòu)簡圖及機(jī)器運(yùn)動循環(huán)圖（參考指導(dǎo)書），并簡單介紹其傳動特點(diǎn)。

2、確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸。根據(jù)表一對應(yīng)組的數(shù)據(jù)，用圖解法確定連桿機(jī)構(gòu)的尺寸，并將設(shè)計結(jié)果和步驟寫在設(shè)計說明書中。注意：為使整個過程最大壓力角最小，刨頭導(dǎo)路位于導(dǎo)桿端點(diǎn)B所作圓弧高的平分線上(見圖d)。

3、進(jìn)行導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析。根據(jù)表一對應(yīng)組的數(shù)據(jù)，每人做曲柄對應(yīng)的2個位置（如圖2中1，2，3，……，12各對應(yīng)位置）的速度和加速度分析，要求用圖解法畫出速度、加速度多邊形，列出矢量方程，求出刨頭6的速度、加速度，將過程詳細(xì)地寫在說明書中。（圖形要完整清晰，箭頭、標(biāo)號、實(shí)線、虛線要明確統(tǒng)一。）4、對導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)靜力分析。根據(jù)表二對應(yīng)組的數(shù)據(jù)，每人確定機(jī)構(gòu)對應(yīng)位置的各運(yùn)動副反力及應(yīng)加于曲柄上的平衡力矩。(忽略O(shè)4點(diǎn)的摩擦力，反力過O4點(diǎn)；其他處的摩擦力、重力如果過小也可以忽略。)注意：以上一個對應(yīng)位置的所有作圖部分畫在同一張紙上，位置對應(yīng)好。圖紙上不要有計算說明。如果所給數(shù)據(jù)不方便作圖可稍微改動數(shù)據(jù)，但各組數(shù)據(jù)應(yīng)該一致，并列出改動值。5.每組最后根據(jù)匯總數(shù)據(jù)畫出一份刨頭的位移、速度、加速度線圖以及平衡力矩的變化曲線。(電腦繪圖)6、飛輪設(shè)計根據(jù)表3中機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻系數(shù)，具有定傳動比的各構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量、、、，曲柄(飛輪安裝在曲柄軸上)的轉(zhuǎn)速及某些齒輪的參數(shù)、、。由動態(tài)靜力分析所得的平衡力矩，驅(qū)動力矩為常數(shù)，進(jìn)行飛輪計算。7.每人編寫設(shè)計說明書一份。寫明組號，對應(yīng)曲柄的角度位置（編號）。（小組內(nèi)相同的部分也可以只列一遍計算過程，圖紙放到最后按順序排好。）8.利用ADAMS或UG、Solidworks軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)的建模，進(jìn)行運(yùn)動仿真及模擬驗(yàn)證，與圖解法結(jié)果進(jìn)行比較（給出各仿真曲線比較結(jié)果）。（每組一份）分組情況說明：1）6人一組數(shù)據(jù)，每人分析2個對應(yīng)位置（如1、7；2，8；3、9；….）的速度、加速度和動態(tài)靜力分析，要畫出該位置對應(yīng)的機(jī)構(gòu)簡圖，其他圖形都與其對應(yīng)，并嚴(yán)格按比例畫圖。如果小組多于6人，需增加其他位置的運(yùn)動和動力分析，保證每人計算兩組不同數(shù)據(jù)。2）分組可自由組合，要方便統(tǒng)計數(shù)據(jù)，且第2步的尺寸設(shè)計結(jié)果要統(tǒng)一。四、方案設(shè)計舉例牛頭刨床的主傳動機(jī)構(gòu)的原動件是曲柄；從動件為刨頭(滑塊),行程中有急回特性；機(jī)構(gòu)應(yīng)有較好的動力特性。要滿足這些要求，用單一的四桿機(jī)構(gòu)是難以實(shí)現(xiàn)的。下面介紹幾種僅供參考。1、如圖2-2所示，牛頭刨床的主傳動機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、連桿滑塊機(jī)構(gòu)組成的6桿機(jī)構(gòu)。采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，滑塊與導(dǎo)桿之間的傳動角始終為o，且適當(dāng)確定構(gòu)件尺寸，可以保證機(jī)構(gòu)工作行程速度較低并且均勻，而空回行程速度較高，滿足急回特性要求。適當(dāng)確定刨頭的導(dǎo)路位置，可以使壓力角盡量小。圖2-22、如圖2-3所示，牛頭刨床的主傳動機(jī)構(gòu)采用凸輪機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。適當(dāng)選擇凸輪運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計出凸輪廓線，可以實(shí)現(xiàn)刨頭的工作行程速度較低，而返回行程速度較高的急回特性；在刨頭往復(fù)運(yùn)動的過程中，避免加減速度的突變發(fā)生(采用正弦加速度運(yùn)動規(guī)律)。刨刀切削工件時，受到較大的切削阻力作用，空程返回時無切削力作用，只須克服慣性力及運(yùn)動副摩擦阻力。凸輪機(jī)構(gòu)為高副機(jī)構(gòu)，不宜承受較大的載荷。3、如圖2-4所示，牛頭刨床的主傳動機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和扇形齒輪、齒條機(jī)構(gòu)。齒條固結(jié)于刨頭的下方。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)如1中所述，扇形齒輪、齒條機(jī)構(gòu)具有精確的傳動比，能夠承受較大的載荷。扇形齒輪的加工，要求保證一定的精度，工藝上的難度大一些；且扇形齒輪、齒條的中心距要求較高。圖2-3圖2-4其它設(shè)計方案自行構(gòu)思。注意事項(xiàng)：說明書要求整理成電子版，一組一份，裝訂在一起（題目二中的重復(fù)部分可以寫一遍），要求有封面，目錄，頁碼，封面寫明每人負(fù)責(zé)的位置，說明書中除了公共部分的位置圖、力矩圖外，不要出現(xiàn)其他運(yùn)動圖形。每人計算的同一位置速度、加速度、受力圖單獨(dú)畫在一張紙上（每個點(diǎn)位所有的圖形要對應(yīng)在一頁），比例尺一致，注意圖形要標(biāo)注齊全，包括標(biāo)號、箭頭，實(shí)線虛線要分清。圖紙與說明書最后裝訂在一起。機(jī)械原理課程設(shè)計題目（三）仿生機(jī)械設(shè)計（創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計類）仿生生物模型可以自選，比如陸地奔跑、爬行類動物，海洋生物或者飛行的鳥類等。要求：能根據(jù)自然界動物本身的運(yùn)動形態(tài)、功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計出仿生生物模型，能實(shí)現(xiàn)特定的動作和功能，有一定的實(shí)際應(yīng)用前景。結(jié)構(gòu)上盡可能有創(chuàng)新，與現(xiàn)有文獻(xiàn)資料不能完全相同。設(shè)計內(nèi)容：仿生機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)合動物運(yùn)動形態(tài)及功能結(jié)構(gòu)，設(shè)計出能滿足其運(yùn)動特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)模型，并利用UG、Solidworks等三維軟件繪制三維實(shí)物模型。模型運(yùn)動仿真。利用仿真軟件進(jìn)行仿生模型運(yùn)動仿真，分