全国大学生机械创新设计大赛参赛策划书升级版 16号.docx

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全国大学生机械创新设计大赛参赛策划书升级版16号

机械原理课程设计方案策划

设计题目连杆滑块一体化教具

专业机械设计制造及其自动化

班号

设计者

指导教师

完成时间2014年4月

目录

作品简介2

1研制背景及意义

1.1研制背景2

1.2研制意义2

2设计方案

2.1产品原理3

2.1.1执行构件及其运动设计3

2.1.2原动机的选择4

2.1.3整体功能5

2.2方案确定5

2.2.1机构选型及组合5

2.2.2方案评价及优选11

3相关机构的尺度综合

3.1.1各构件尺寸11

3.1.2机械系统的运动简图13

3.2相关性能说明15

3.3性能分析17

4设计要求

4.1设计要求17

5创新点18

6课程设计体会及建议18

参考文献18

作品简介

在学习机械原理课程中，老师为上课总是需要携带众多连杆教具用以演示实验，从而达到使同学对知识加深理解的目的。

然而，教师办公室与教室二者距离相去甚远，这就为老师携带教具造成不便，此外，在演示过程中，由于诸多客观条件的限制，同学们对于演示实验的有时会看不清楚，从而在一定程度上造成理解偏差，再者，诸多教具的携带给教师造成不便，有时甚至会遗忘某些演示教具，需着教师多费些口舌，即使这样，效果也差强人意，同时还造成时间上的浪费。

为此，我组成员为解决以上问题，从而设计出全自动多种连杆滑块一体化演示教具，该产品专门用于机械原理课程的演示实验展示使用，能够有效地帮助同学们理解教学内容。

应用一套机构完成多种演示实验是我们的设计理念。

连杆滑块一体化教具以可伸缩连杆机构为主，齿条与涡轮的啮合用来保证两个杆（内杆和外杆）之间的相对伸缩，电动机的正转与反转控制其中的伸长与缩短，同时由于行星齿轮系的多自由度的存在，我们通过限制行星系中的某些齿轮的运动，已达到杆1的伸缩、旋转、杆2的伸缩的目的。

连杆滑块一体化教具结构紧凑，演示内容直观丰富，同时连接结构带有功能保证了机构占有更小的空间，使救援器在空间狭小的条件下也能到达准确位置。

1研制背景及意义

1.1研制背景

在大三上学期的机械原理课堂上，老师在讲到连杆机构这一章节的时候，因为其难以掌握，在教学过程中使用演示教具辅助同学理解。

课堂上，老师先后使用了四杆机构、曲柄滑块机构等简单教具为同学讲解各种连杆机构的特点。

但是演示实验数目过于繁多，老师需要不停的更换各种教具，这在一定程度上造成了时间上的浪费；而且，在机械原理课程中，连杆机构的学习难度和重要性都不容小觑。

除此之外众多的教具给老师的携带和使用都造成了不便，耽误课堂教学时间。

综合上学期机械原理课堂发现的诸多问题，我们小组决定对连杆教学工具进行改进，从而克服以上问题带来的不便。

1.2研制意义

机械原理教学过程中有关连杆机构的演示教具，多而杂，不便携带，学生理解困难。

我们设计的产品——连杆滑块一体化教具，集成多种连杆和滑块机构，完成各种教学演示。

该产品不仅操作方便，加工简单，成本低，而且有效地解决教师携带问题，更有助于同学理解，为机械原理课程有关连杆的问题的讲解带来了极大的便利，进而让老师更有效的完成教学任务，同学又好又快地理解课堂知识。

2设计方案

2.1产品原理

平面四杆机构有曲柄的前提条件是有周转副的存在，由分析条件可知：

平面四杆机构中最短杆长度+最长杆长度

其余两杆长度之和。

组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。

2.1.1执行构件及其运动设计

2.1.2原动机的选择

2.1.3整体功能

考虑到在课堂上同学对老师的设定无法牢记从而对老师的讲解产生偏差，这会给老师的工作带来更大困难。

连杆滑块一体化教具可对特殊杆件（如机架）设定鲜明的颜色，已达到帮助同学理解的目的。

而且教师通过该教具可以展示不同机构的实验，相比现实中携带多种教具而言，大大节约了时间和人力，同时也再也不用担心漏拿某些教具而无法进行教学任务了！

2.2方案确定

2.2.1机构选型及组合

方案一

方案二

方案三

方案三驱动装置一

方案三驱动装置二

设计关键在于恰当选择各个杆长的尺寸大小，根据演示实验中不同机构的杆长条件和实际应用的需要设计出各杆的长度，由于在演示过程中，两杆合并为一杆时存在稳定性的要求，因此要在连接处增加一个固锁装置，以保证两杆合并后的稳定性；而且在变换过程中（固连与可活动两种模式转换）应达到迅速、灵活的效果。

2.2.2方案评价及优选

经小组讨论，我们一致决定采用方案三驱动装置一。

3相关机构的尺度综合

3.1.1各构件尺寸

杆1,3,4的长度已标出，杆2长度为320mm，杆1,2为可伸缩杆，3,4为固定长度杆。

如图所示：

（1）杆一的尺寸：

（2）杆二的尺寸：

（3）杆三的尺寸：

（4）杆四的尺寸：

（5）各齿轮的相关参数：

所有齿轮压力角均为：

α=20º

圆锥齿轮模数均为m=2.5；圆柱齿轮均为m=2.5

圆锥齿轮齿数为12；圆柱齿轮齿数为10；

轮系：

轮系中所有齿轮的m=5，齿数以图为准。

各齿轮齿数如图中标示：

3.1.2机械系统的运动简图

双摇杆机构

曲柄滑块机构

双曲柄机构

曲柄摇杆机构

3.2相关性能说明

1、杆3,4共线时可锁止，变为一根杆。

2、齿轮系中，小行星架连接杆1内的圆锥齿轮；大行星架连接杆1；最外圈内齿轮动力输送给杆2内的圆柱齿轮；

3、轮系中，小行星架、大行星架、有内齿和外齿的齿轮、最外圈内齿轮分别带有刹车可锁止。

4、杆1：

蜗杆和长齿条的配合可使杆1伸长缩短；圆柱齿轮和短齿条的配合是为了把动力传递到杆4中的带轮上；只有当杆1缩到最短时圆柱齿轮才能被带动，继续使蜗杆旋转，才能实现锁止杆3、4；圆锥齿轮模数m=2.5；圆柱齿轮m=2.5。

5、杆2：

随着圆柱齿轮的旋转运动，长齿条的移动即为杆2的伸长和缩短；而杆2的远端在曲柄滑块机构中担当的是滑块的作用。

6、杆3：

杆3上的凹槽是做杆3、4的锁止之用。

7、杆4：

其内部的带轮旋转可将与带轮固连的螺钉旋出，在杆3、4锁止时旋入杆3的凹槽中，以实现锁止。

8、轮系：

轮系中所有齿轮的m=5，齿数以图为准。

使用说明：

1、此杆系可实现四种连杆机构的演示：

曲柄摇杆、曲柄滑块、双曲柄、双摇杆。

同时也包含这些连杆机构的不同种类型的演变。

2、用L表示杆长，当L1=L3，L2=L4时可演示双曲柄机构；当L1

变换杆1、2的长度还可演示双曲柄机构、双摇杆机构和曲柄摇杆机构的不同类型的演变机构。

3、要让杆1伸缩，放开小行星架的刹车（四个刹车都是一直锁止的）；要让杆2伸缩，放开最外部齿轮的刹车；要让杆1旋转，放开大行星架的刹车；要演示曲柄滑块机构，放开大行星架和最外部齿轮的刹车。

4、通过控制电机的正反转来控制杆的伸长和缩短。

5、由于行星轮系的速度自由分配，演示曲柄滑块机构时，放开大行星架和最外圈齿轮的刹车，两者的转速是自由分配的，而他们的速度关系是由曲柄滑块机构运动的确定性来决定的，因此，每一个瞬时，整个机构的运转都是确定的。

3.3性能分析

连杆滑块一体化教具的结构设计简单，无复杂的零件，易于加工，成本低，可装配性与工艺性好；操作简单方便，可以快速解决连杆讲解问题；如果此产品被推广，将会是机械连杆机构课堂的一大亮点。

4设计要求

4.1设计要求

考虑实际授课工作中，连杆滑块一体化教具机架承受的重量及教具内部各杆之间的摩擦，

5创新点

（1）巧妙的应用所学的知识，将多种机械连杆集于一体，减轻了老师负担。

（2）不同机架施以不同颜色，方便同学看清不同状态下的演示实验。

（3）相邻杆间的连接设计精巧，不同种类的构件转换迅速，节约时间。

（4）巧妙的设计，精确的尺寸，灵活多变的连接，从而满足课堂上不同实验的演示。

6课程设计体会及建议

通过本次的机械原理课程设计的学习与实践，我们加深了对机械原理课本所学知识的理解，但这些都是远远不够的，在今后的学习生活中，我们应更加深入的了解它，并且熟练的应用，从而达到解决工程实际中所遇到的问题，只有这样才算是做到了学以致用。

我想，在今后的学习生活中，我们也应该多去以专业的角度去看待生活中的那些机械机构，这无论对于今后的工作还是学习都会带来说不尽的好处。

只有这样，才能在以后的工作生涯中有更强的竞争力，不被时代所淘汰：

同时也会使自身实现更大的价值！

参考文献

[1]孙桓、陈作模、葛文杰.机械原理[M].8版.北京：

高等教育出版社，2013.

[2]黄靖远、高志、陈祝林.机械设计学[M].机械工业出版社，2005.

[3]黄平、刘建素、陈扬枝、朱文坚.常用机械零件及机构图册[M].北京：

化学工业出版社，1999.

[4]濮良贵、纪名刚.机械设计[M].9版.北京：

高等教育出版社，2013.

[5]吕仲文.机械创新设计[M].北京：

机械工业出版社，2004.

[6]强建国等.《机械原理创新设计》.华中科技大学出版社，2008.