-12-西安理工大學(xué)課程設(shè)計報告書課程名稱：機械原理課程設(shè)計班級：學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：二○一四年十二月十八日

目錄一·概述…………3二·設(shè)計要求及數(shù)據(jù)……………32.1功能要求及工作原理2.2原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求2.3設(shè)計任務(wù)三·設(shè)計方案的選取

……………43.1傳動機構(gòu)設(shè)計3.2執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計四·機構(gòu)及運動參數(shù)的確定……84.1確定電動機的型號4.2尺寸設(shè)計4.3四桿機構(gòu)五·設(shè)計心得……11

概述隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，我國經(jīng)濟也飛速發(fā)展，人們的生活水平也日益提高，人們的生活質(zhì)量也進一步提高。人們設(shè)計出來的機械也逐漸由僅僅應(yīng)用于社會生產(chǎn)到滿足人們精神生活的娛樂機械上來了。從迪斯尼樂園中的大型摩天輪到一般公園中的過山車，這些無不是通過機械設(shè)計師設(shè)計出來的娛樂機械。某游樂場所欲添加一新的游樂項目，該項目是在一暗室中，讓一畫有景物的屏幕（觀眾可以看見屏幕上的景物），由靜止逐漸開始左右晃動，晃動的角度由小變大，并越來越大最終旋轉(zhuǎn)起來，轉(zhuǎn)幾周后，屏幕又漸趨靜止。由于觀眾在暗室中僅能看見屏幕上的景物，根據(jù)相對運動原理，觀眾產(chǎn)生一個錯覺，他不認為屏幕在晃動，反而認為自己在晃動，并且晃動的越來越厲害，最后竟旋轉(zhuǎn)起來，這是一個有驚無險的游樂項目。現(xiàn)要求設(shè)計一個機械傳動裝置，使屏幕能實現(xiàn)上述運動規(guī)律。二.設(shè)計要求及數(shù)據(jù)一.功能要求及工作原理

⑴總功能要求

某游樂場欲添設(shè)一新的游樂項目。該項目是在一暗室中，讓一個畫有景物的屏幕（觀眾可以看見屏幕上的景物），由靜止逐漸開始左右晃動，晃動的角度由小變大，并越來越大，最后屏幕竟然旋轉(zhuǎn)起來，轉(zhuǎn)數(shù)圈之后，屏幕漸漸趨于靜止

⑵工作原理

由于觀眾在暗室中僅能看見屏幕上的景物，根據(jù)相對運動原理，觀眾將產(chǎn)生一個錯覺，他們不認為是屏幕在晃動，反而認為是他們自己在晃動，并且晃動的越來越厲害，最后竟旋轉(zhuǎn)起來。這是一個有驚無險的游樂項目二.原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求⑴屏幕由靜止開始晃動時的擺角約30°。⑵每分鐘晃動次數(shù)約為10～12次。⑶屏幕由開始晃動到出現(xiàn)整周轉(zhuǎn)動，歷時約2～3分鐘。⑷屏幕約轉(zhuǎn)10多轉(zhuǎn)后，漸漸趨于靜止。⑸用三相交流異步電動機帶動，其同步轉(zhuǎn)速為1000r/min或1500r/min，功率約1KW.⑹屏幕擺動幅度應(yīng)均勻增大或稍呈加速的趨勢三．設(shè)計任務(wù)

1）根據(jù)功能要求和工作原理，繪制機械工作原理圖。

2）構(gòu)思系統(tǒng)運動方案(至少兩個以上)，然后進行方案分析評價，選出較優(yōu)方案。

3）確定電動機的型號，設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。

4）按工藝動作過程擬定運動循環(huán)圖。

5）設(shè)計V帶傳動和蝸桿傳動，對所用到的齒輪進行強度計算，確定其尺寸。對執(zhí)行機構(gòu)進行運動尺寸設(shè)計，然后繪制出機構(gòu)運動簡圖，并作必要的運動分析和動力分析。

6）編寫課程設(shè)計說明書三、運動方案的討論

游戲機系統(tǒng)只有一個傳動機構(gòu)和一個執(zhí)行構(gòu)件，在一個運動循環(huán)中，這個執(zhí)行構(gòu)件要實現(xiàn)從靜止開始逐漸晃動，晃動的角度由小變大，最終旋轉(zhuǎn)起來；轉(zhuǎn)幾周后，屏幕又漸趨靜止。這個運動過程較復(fù)雜，

游戲機系統(tǒng)需完成減速、運動交替和轉(zhuǎn)換、停歇的功能。

3.1傳動機構(gòu)設(shè)計

傳動機構(gòu)是把原動機輸出的機械能傳遞給執(zhí)行機構(gòu)并實現(xiàn)能量的分配、轉(zhuǎn)速的改變及運動形式的改變的中間裝置。其中機械傳動是最常見的一種傳動形式。特點壽命應(yīng)用圓柱斜齒輪除可用于平行中傳動，還可用于交叉軸傳動（螺旋齒輪機構(gòu)），重合系數(shù)大，傳動平穩(wěn)，齒輪強度高，適于重負載，相比直齒而言，斜齒有軸向力取決于齒輪材料的接觸和彎曲疲勞強度以及抗膠合與抗磨損能力取決于齒輪材料的接觸和彎曲疲勞強度以及抗膠合與抗磨損能力圓柱直齒輪用于平行軸傳動，齒輪嚙合與退出時沿著齒寬同時進行，容易產(chǎn)生沖擊，振動和噪音取決于齒輪材料的接觸和彎曲疲勞強度以及抗膠合與抗磨損能力金屬切削機床、汽車、起重運輸機械、冶金礦山機械以及儀器等錐齒輪用來傳遞兩相交軸之間的運動和動力，制造、安裝困難，傳動的精度和承載能力低。取決于齒輪材料的接觸和彎曲疲勞強度以及抗膠合與抗磨損能力一般應(yīng)用于輕載、低速場合蝸輪傳動結(jié)構(gòu)緊湊，單級傳動能得到很大的傳動比；傳動平穩(wěn)，無噪音；可制成自鎖機構(gòu)；傳動比大、滑動速度低時效率低；中、高速傳動需用昂貴的減磨材料；制造精度要求高，刀具費用貴。制造精確，潤滑良好，壽命較長；低速傳動，磨損顯著金屬切削機床（特別是分度機構(gòu)）、起重機、冶金礦山機械、焊接轉(zhuǎn)胎等帶傳動軸間距范圍大，工作平穩(wěn)，噪音小，能緩和沖擊，吸收振動；摩擦型帶傳動有過載保護作用；結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安裝要求不高；外廓尺寸較大；摩擦型帶有滑動，不能用于分度鏈；由于帶的摩擦起電，不宜用于易燃易爆的地方；軸和軸承上的作用力很大，帶的壽命較短帶輪直徑大，帶的壽命長。普通V帶金屬切削機床、鍛壓機床、輸送機、通風(fēng)機、農(nóng)業(yè)機械和紡織機械綜上所述選定倆種方案方案一：摩擦輪+圓錐直齒輪

由電動機通過一級摩擦輪傳動、一級圓錐直齒輪傳動

方案二：V帶+蝸輪—蝸桿傳動（機構(gòu)示意圖如圖1所示）

由電動機通過一級V帶傳動、一級蝸輪—蝸桿傳動帶動圖11）摩擦輪機構(gòu)與V帶傳動機構(gòu)摩擦輪機構(gòu)優(yōu)點：傳動平穩(wěn)無噪聲，有過載保護作用；缺點：軸與軸承受力較大，工作表面有滑動，而且磨損較快，高速傳動時壽命較低V帶傳動機構(gòu)優(yōu)點：V帶傳動是具有中間撓性件的一種傳動，能緩和載荷沖擊，運行平穩(wěn)，無噪聲；制造和安裝精度不像嚙合傳動那樣嚴格；過載時引起帶在帶輪上打滑。缺點：有彈性滑動和打滑，使效率低下和不能保持準確的傳動比（同步帶傳動是靠嚙合傳動的，所以可以保持傳動同步）；傳遞同樣大的圓周力時，輪廓尺寸和軸上的壓力都比嚙合傳動大；帶的壽命較短。綜合比較，可以確定應(yīng)選用一級V帶傳動機構(gòu)傳動。2）圓錐直齒輪、蝸輪蝸桿傳動與螺旋齒輪傳動圓錐直齒輪傳動特點：用來傳遞兩相交軸的運動；圓錐直齒輪傳遞的圓周速度較低，曲齒用于圓周速度較高的場合。蝸輪蝸桿傳動特點：傳動平穩(wěn)無噪音，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大，可做成自鎖蝸桿。螺旋齒輪傳動特點：常用于傳遞既不平行又不相交的兩軸之間的運動，但其齒面間為點嚙合，且沿齒高和齒長方向均有滑動，容易磨損，只宜用于輕載傳動。綜合比較，可以確定應(yīng)選用一級蝸輪傳動。最終選定的方案是方案二。3.2執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計由電動機通過一級帶傳動、一級蝸輪傳動帶動一曲柄搖桿機構(gòu)ABCD，再通過一級齒輪傳動帶動屏幕左右晃動。為了改變屏幕晃動幅度的大小，使之逐漸增大，并最終使屏幕作連續(xù)回轉(zhuǎn)，可采用如下三種方法來實現(xiàn)：1）、搖桿長度不變，逐漸增大曲柄AB的長度。2）、曲柄長度不變，逐漸縮短搖桿CD的長度。3）、同時改變曲柄和搖桿的長度，但這樣將使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不足取?？梢酝ㄟ^下面兩種情況在不停車的狀態(tài)下改變曲柄或搖桿的長度。方案一：通過一個行星輪系和一個螺旋機構(gòu)來改變曲柄AB的長度。如圖（2）所示。優(yōu)點：傳動平穩(wěn)無噪音，減速比大；可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動與直線移動互換；滑動螺旋可做成自鎖螺旋機構(gòu)；缺點：工作速度一般很低，只適應(yīng)于小功率傳動。圖2方案二：通過一個行星輪系和一個凸輪機構(gòu)來改變曲柄AB的長度。如圖（3）所示。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，可獲得任意運動規(guī)律；缺點：但動載荷較大，傳動效率較低。圖3根據(jù)設(shè)計要求和優(yōu)缺點，該機構(gòu)選定方案一。行星齒輪機構(gòu)特點：傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，制造和安裝精度要求高，其他特點同普通齒輪傳動。四.機構(gòu)及運動參數(shù)的確定4.1確定電動機的型號，設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配

傳動機構(gòu)的順序：電動機——V帶傳動——蝸輪傳動——四桿機構(gòu)——屏幕

（1）根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)速和設(shè)計要求，選取電動機的轉(zhuǎn)速n=1000r/min,

功率1kw。屏幕的晃動是10次/min,則曲柄的轉(zhuǎn)速n=10r/min,所以蝸輪的轉(zhuǎn)速n=10r/min，確定傳動機構(gòu)的總傳動比為i=1000/10=100

（2）傳動比的分配，選用二級減速，第一級采用V帶傳動選取帶傳動比為2.5，蝸輪蝸桿為第二級減速，傳動比為40。

執(zhí)行機構(gòu)的順序：蝸輪——行星輪系——螺旋機構(gòu)——曲柄銷B

行星輪系。4.2尺寸設(shè)計1）、屏幕圓柱齒輪設(shè)計模數(shù)（mm）壓力角（0）齒數(shù)分度圓直徑（mm）齒輪14202080齒輪242060240d1=mz1,d2=mz2頂隙系數(shù)：c=c*m=0.25*4=1標準中心距：a=m(z1+z2)/2=4*(20+60)/2=160mm齒距:p=πm壓力角：α=20傳動比：i12=z2/z1=3齒頂高：ha1=ha2=ha**m=1*4=4mm齒根高：hf1=hf2=(ha*+c*)m=(1+0.25)*4=5mm齒厚：s=πm/22)蝸輪蝸桿設(shè)計齒數(shù)模數(shù)（mm）壓力角（0）分度圓直徑（mm）蝸輪40420160蝸桿1420mq傳動比i=z2/z1=40蝸輪蝸桿傳動的中心距a=r1+r23)四桿機構(gòu)曲柄搖桿分析為了滿足屏幕由靜止變?yōu)樽笥覕[動，特取四桿機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)由前面可知AB=200mm，AD=1000mm,當(dāng)取AB桿為最短桿，AD為最長桿時。為了滿足桿長條件：最長桿+最短桿<=其余倆桿長度之和。即CD+BC<=AD+AB當(dāng)屏幕由擺動變?yōu)閳A周轉(zhuǎn)動時，為了平穩(wěn)過渡，采用雙曲柄四桿機構(gòu)，雙曲柄機構(gòu)的條件是最短桿為機架。即CD>=1000AB200-->=1000此過程中需要同時增長CD,AB桿，此過程比較復(fù)雜，而運動過程不平穩(wěn)，故不取此種方法。為了更好的實現(xiàn)屏幕由靜止變?yōu)閿[動，再由擺動變?yōu)檗D(zhuǎn)動，故取四桿機構(gòu)為平行四邊形機構(gòu)，當(dāng)AD桿為最短桿時CD桿為最長干時，為了滿足桿長條件AB+CD<=AD+BC時200+CD<=1000+BCCD-BC<800當(dāng)取CD桿長為1200mm時，取BC桿長為1000mm時，根據(jù)尺寸刻畫出去下簡圖4，極位夾角θ=8o，起始擺動角為30o。最終將方案訂為取下圖所示 最終方案五．心得體會說實話，第一次做這個課程設(shè)計之類的項目，而且聽說還要答辯的時候確實很擔(dān)心的，由于理論和經(jīng)驗都相對缺乏，讓我擔(dān)心了好一段時間，不過還好多虧了老師的細心指導(dǎo)，在我們不知道怎么下手的時候指明了方向，也讓我慢慢恢復(fù)了自信?，F(xiàn)在想想其實課程設(shè)計當(dāng)中的每一天都是很累的，其實正向老師說得一樣，機械設(shè)計的課程設(shè)計沒有那么簡單，你想拷貝或者你想自己胡亂蒙兩個數(shù)據(jù)上去來騙騙老師都不行，因為你的每一個數(shù)據(jù)都要有自己計算的依據(jù)和說服力。幾天的機械原理課程設(shè)計結(jié)束了，在這次實踐的過程中學(xué)到了一些除技能以外的其他東西,領(lǐng)略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質(zhì),更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機制,最重要的還是自己對一些問題的看法產(chǎn)生了良性的變化。在我們?nèi)艘唤M的團隊里面,溝通自然是為人處世的基本,如何協(xié)調(diào)彼此的關(guān)系值得我們?nèi)ド钏己腕w會。我覺得最重要的是一種解決問題的心態(tài),而不是看我們過去的能力到底有多強。那是一種態(tài)度的端正和目的的明確,只有這樣把自己身置于具體的問題之中,我們才能更好的解決問題。在這種相互協(xié)調(diào)合作的過程中,口角的斗爭在所難免,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,面對分歧大家要消除誤解、相互理解、增進了解、達到諒解。也許很多問題沒有想象中的那么復(fù)雜,關(guān)鍵還是看我們的心態(tài),那種處理和解決分歧的心態(tài),因為畢竟我們的出發(fā)點都是很好的。說到心態(tài)，我對我的兩個組員的認真負責(zé)的態(tài)度十分敬佩。他們對每一個數(shù)據(jù)甚至標點符號都十分認真，對數(shù)據(jù)的要求也很高。一開始我還很不屑，覺得這些小東西沒必要那么一絲不茍的計算，知道最后我發(fā)現(xiàn)我最后的數(shù)據(jù)和他們的誤差有多大才明白了對數(shù)據(jù)認真是絕對重要的。并且