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

1、<p><b>　　機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　說(shuō)明書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目 多功能課堂實(shí)驗(yàn)展示儀 </p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　　班 號(hào)： &l

2、t;/p><p><b>　　設(shè) 計(jì) 者： </b></p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成時(shí)間： 2014 年 4 月 29 日 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目··

3、;····································

4、83;················1</p><p>　　1.2機(jī)械系統(tǒng)的方案擬定··············&

5、#183;······························1</p><p>　　1.2.1工作原理確定

6、····································

7、3;·······1</p><p>　　1.2.2執(zhí)行構(gòu)件及其運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)·······················

8、;·············2</p><p>　　1.2.3原動(dòng)機(jī)的選擇·················

9、3;··························2</p><p>　　1.2.4執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)···

10、83;····························2</p><p>　　1.2.5機(jī)構(gòu)選型及組合··&

11、#183;····································

12、;···4</p><p>　　1.2.6方案評(píng)價(jià)及優(yōu)選···························

13、83;··············5</p><p>　　1.3相關(guān)機(jī)構(gòu)的尺度綜合················&

14、#183;····························10</p><p>　　1.4機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制及說(shuō)明·

15、;··································15</p>&

16、lt;p>　　1.5創(chuàng)新點(diǎn)與應(yīng)用·································

17、83;·················16</p><p>　　1.6課程設(shè)計(jì)體會(huì)及建議·············

18、································17</p><p>　　主要參

19、考文獻(xiàn)····································&

20、#183;··················17</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)題目：多功能課堂實(shí)驗(yàn)展示儀</p><p>　　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)

21、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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：課堂；演示實(shí)驗(yàn)；機(jī)構(gòu)；方便快捷；多功能</p><p>　　1.1.1 設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　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

22、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1200mm×1100mm×24mm，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。</p><p>　　1.1.2  研制背景及意義 </p><p>　　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

23、。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)。</p><p>　　1.2 機(jī)械系統(tǒng)的方案擬定</p><p>　　1.2.1 工作原理確定</p><p>　　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)

24、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)有方陣式教具安裝插孔，孔上安裝金屬軸承，可插入軸或其他零件。</p><p>　　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。</p><p>　　演示時(shí)，只

25、需要將黑板橫向推開(kāi)，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)。</p><p>　　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)。</p><p>　　1.2.2 執(zhí)行構(gòu)件及其運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)</p><p>　　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</p>

26、<p>　　1.2.3 原動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　原動(dòng)機(jī)：?jiǎn)蜗喈惒诫妱?dòng)機(jī)</p><p>　　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。</p><p>　　電壓為220V，所以選用單相電動(dòng)機(jī)。</p><p><b>　　主要參數(shù)：</b></p><p>　　電

27、壓220V，頻率50Hz，轉(zhuǎn)速900（rpm）r/min，功率0.25kW，型號(hào)YL7126</p><p>　　1.2.4 執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)</p><p>　　演示機(jī)構(gòu)3D運(yùn)動(dòng)仿真圖</p><p>　　傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3D運(yùn)動(dòng)仿真圖</p><p>　　整體3D運(yùn)動(dòng)分析示意圖</p><p><b>　

28、　設(shè)計(jì)分析：</b></p><p>　　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。</p><p>　　1.2.5 機(jī)構(gòu)選型及組合</p><p><b>　　表1 選型組合方案&l

29、t;/b></p><p>　　1.2.6 方案評(píng)價(jià)及優(yōu)選</p><p><b>　　傳動(dòng)系統(tǒng)方案</b></p><p><b>　　方案一</b></p><p><b>　　方案一系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖</b></p><p><b>　　原

30、理介紹：</b></p><p>　　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(kāi)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(kāi)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(kāi)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)。</p

31、><p>　　優(yōu)點(diǎn)：方便控制和操作</p><p>　　缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高</p><p><b>　　方案二</b></p><p><b>　　方案二系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖</b></p><p><b>　　原理說(shuō)明：</b></p><

32、p>　　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)。</p><p>　　結(jié)構(gòu)2帶輪位于面包板正中，與四個(gè)

33、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)。</p><p>　　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</p><p>　　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</p><p><b>　　方案三</b></p><p><b>　　方案三系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖

34、</b></p><p><b>　　原理說(shuō)明：</b></p><p>　　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)。</p>

35、<p>　　優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，傳動(dòng)穩(wěn)定</p><p>　　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</p><p>　　綜合考慮：選擇【方案二】作為優(yōu)選方案</p><p>　　演示機(jī)構(gòu)與連接結(jié)構(gòu)方案</p><p>　?、倜姘搴脱菔窘叹咧鲃?dòng)件連接</p><p>　　

36、方案一 光軸+滾動(dòng)軸承（緊連接）</p><p><b>　　軸與軸承配合三維圖</b></p><p>　　軸與滾動(dòng)軸承采用緊連接</p><p>　　缺點(diǎn)：拆卸困難，容易造成零件損傷影響使用壽命</p><p>　　方案二 平鍵+軸套與滑動(dòng)軸承配合</p><p><b>　　連

37、接用軸三維圖</b></p><p>　　采用鍵連接，保證軸和軸承以及零件與原動(dòng)件的連接</p><p>　　缺點(diǎn)：無(wú)法限制其沿軸向滑動(dòng)</p><p>　　方案三 固軸卡瓣+臺(tái)階軸與滑動(dòng)軸承配合</p><p><b>　　固軸卡瓣三維圖</b></p><p>　　固軸卡瓣固定在

38、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。</p><p>　　缺點(diǎn)：可能會(huì)產(chǎn)生一定噪音和零件磨損</p><p>　　綜合考慮：選擇【方案二】為優(yōu)選方案</p><p>　?、谔厥饨叹呒惭b連接</p><p><b>　　固定用支架三維圖</b></p>

39、<p>　　可插到面包板上作固定軸承</p><p>　　1.3 相關(guān)機(jī)構(gòu)的尺度綜合</p><p>　　1.3.1 3D仿真</p><p>　　三維演示件運(yùn)動(dòng)仿真示意圖</p><p>　　三維傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真示意圖</p><p>　　1.3.2 尺寸設(shè)計(jì)</p><p>

40、　　設(shè)計(jì)尺寸（單位：mm）：</p><p>　　1）面包板：1200×1100×24</p><p>　　2）插 孔：Φ15×110 </p><p>　　3）軸 承：LB 81524 套筒型直線運(yùn)動(dòng)軸承</p><p>　　4）蝸輪蝸桿（傳動(dòng)系統(tǒng)）:</p><p><b&g

41、t;　　表2 基本參數(shù)</b></p><p>　　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：</p><p>　　tan r= = = = =1/11.2 </p><p>　　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：</p><p&g

42、t;<b>　　a===71.2</b></p><p>　　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。 </p><p>　　表2 基本幾何尺寸計(jì)算關(guān)系式 </p&g

43、t;<p><b>　　5）V帶輪：</b></p><p><b>　　經(jīng)過(guò)蝸輪蝸桿減速</b></p><p><b>　?、僭O(shè)計(jì)V帶輪尺寸</b></p><p>　　由于V帶功能主要用于傳遞運(yùn)動(dòng)，可取</p><p><b>　　傳輸距離即中心距

44、</b></p><p>　　選擇V帶類型為A型，直徑</p><p><b>　　②設(shè)計(jì)V帶尺寸</b></p><p>　　查手冊(cè)基準(zhǔn)長(zhǎng)度圓整為1250，即</p><p><b>　　四連桿機(jī)構(gòu)</b></p><p><b>　　蝸桿支架<

45、/b></p><p><b>　　軸</b></p><p>　　1.4 機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制及說(shuō)明</p><p>　　1.4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)</p><p><b>　　說(shuō)明：</b></p><p>　　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

46、，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)。</p><p>　　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

47、個(gè)主動(dòng)軸的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　1.4.2 演示機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　說(shuō)明：</b></p><p>　　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</p><p>　　1.5 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用 </p>

48、;<p>　　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。 </p><p>　　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。 </p><p>　　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)。</p><p>　　1.6 課程設(shè)計(jì)體會(huì)

49、及建議</p><p>　　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。</p>

50、<p>　　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(méi)有什么設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一開(kāi)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。 </p>

51、<p>　　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(tīng)聽(tīng)不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，積極聽(tīng)取其他小組同學(xué)的意見(jiàn)和建議

52、，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)較和埋怨.這不僅僅是在類似于這樣的協(xié)調(diào)當(dāng)中,生活中的很多事情都需要我們有這樣的處理能力,面對(duì)分歧大家要消除誤解,相互理解,增進(jìn)了解,達(dá)到諒解。</p><p>　　經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我們學(xué)到了很多課本上沒(méi)有的東西，它對(duì)我們今后的生活和工作都有很大的幫助，所以，這次的課程設(shè)計(jì)不僅僅有汗水和艱