1、图 2 推头 M 的可走轨迹之一创新设计题目一、 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（二） 、原始数据
2、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 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，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
3、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 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
4、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
5、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图 1 轧辊工作情况发生碰撞。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
6、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)
7、、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
8、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 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） 、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
9、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
10、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
11、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
12、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mH5.0为工作行程平均速度的 1.3 倍。（
13、3） 工作行程的最后 2 mm 内受到生产阻力 ，如图 2 所示，回程NPc612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
14、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
15、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、四个工作位置(图 1)，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
16、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。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)K2。(
17、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
18、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
19、、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：（
20、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 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
21、，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
22、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
