第13章 机械原理课程设计题目汇编近几年来，随着机械原理课程教学改革的不断深入，机械原理课程设计的重点应放在机械系统运动方案的构思和设计上，以激发和培养学生的创新意识和创新设计能力,这已成为共识。
本书从这一认识出发，并根据《机械原理课程教学基本要求》中对机械原理课程设计提出的要求，汇编了二十个课程设计题目，供教师选用和参考。
13.1 四工位加工机床的刀具进给系统和工作台转位系统设计(1) 功能要求及工艺动作分解提示 1) 总功能要求实现对工件的装卸、钻孔、扩孔、铰孔。
2) 工作原理及工艺动作分解提示四工位加工系统的工作原理及工艺动作分解如图13.1所示。
该系统由安装工件的回转工作台和装有刀具的主轴箱及传动部分组成。
工作台有四个工位，能绕自身回转轴线作间歇转动。
主轴箱上装有三把刀具，对应工作台Ⅱ位置装钻头，Ⅲ位置装扩孔钻头，Ⅳ位置装铰刀。
刀具的旋转运动由主轴箱系统提供，主轴箱能实现静止、快进、进给、快退的工艺动作。
主轴箱完成一次静止、快进、进给、快退的循环运动，在四个工位上分别完成相应的装卸、钻孔、扩孔、铰孔工作，在刀具退出工件期间，工作台完成一次回转90度的转动。
依次循环四次，一个工件就完成了装、钻、扩、铰、卸等工序。
(2) 原始数据和设计要求1) 刀具顶端离开工件表面65mm 开始动作(图13.2)，快速移动60mm 距工件5mm 时匀速送进60mm ，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)K ＝2。
2) 刀具匀速进给速度为2mm/s ；工件装卸时间不超过10s 。
图13.1 图13.23) 生产率为每小时约74件。
(3) 运动方案构思提示1) 工作台的间歇转动可采用槽轮机构、不完全齿轮机构，曲柄摇杆棘轮机构、蜗杆凸轮间歇机构、圆柱凸轮间歇机构等。
2) 主轴箱的移动可采用移动推杆圆柱凸轮机构、移动推杆盘形凸轮机构、摆动推杆盘形凸轮与摇杆滑块机构、曲柄滑块机构、带滑块的六杆机构等。
3) 传动部分的二级减速可采用带、链、蜗杆、齿轮、行星和摆线针轮传动等。
4) 四工位加工系统外形长×宽×高为1500×1200×1000。
(4) 建议完成的设计工作量1) 本题设计时间为一周。
2) 根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。
3) 按工艺动作过程拟定运动循环图。
4) 构思系统运动方案(至少二个以上)，进行方案评价，选出较优方案。
5) 对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。
6) 绘制系统机械运动方案简图。
7) 编写设计说明书。
13.2 铁板输送机设计(1) 功能要求及工艺动作分解提示1) 总功能要求间断输送成卷的板料，每次输送铁板到达规定的长度后，铁板稍停，以待剪板机将其剪断。
2) 工作原理及工艺动作分解提示要满足上述的总功能要求，必须从下述两个方面考虑机器的工作原理和分功能要求，从而选择合适的机构。
a) 如何夹持和输送铁板，并在停歇时保持铁板的待剪位置；b) 如何实现间歇送进，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，使整个机构的运转比较平稳。
(2) 原始数据和设计要求1) 每次输送铁板长度为1900、2000或2200mm(设计时任选一种)；2) 剪断工艺所需时间约为铁板输送周期的1/15，要求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)。
(3) 运动方案构思提示执行构件的间歇送进运动可以考虑采用两个辊轮将铁板压紧，依靠辊轮和铁板间的摩擦力将铁板从卷料上拉出并推向前进的输送方式。
棘轮机构，槽轮机构和不完全齿轮机构等都有可能改造成使辊轮作短暂停歇的机构，它们具有结构简单、制造方便、运动可靠等优点，但在动力性能和动停比等方面不能满足设计要求，所以应该采用组合机构。
图13.3、图13.4、图13.5、图13.6等都可改造成满足本设计要求的机构，而图13.6所示机构的综合性能更好一些。
(4) 建议完成的设计工作量 1) 本题设计的时间为一周。
2) 根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。
3) 按工艺动作过程拟定运动循环图。
4) 构思系统运动方案(至少二个以上)，进行方案评价，选出较优方案。
5) 对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。
6) 绘制系统机械运动方案简图。
图13.3图13.4图13.6图13.57) 编写设计说明书。
13.3 平压模切机设计(1) 功能要求及工艺动作分解提示 1) 总功能要求实现对各种规格的白纸板，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，沿着压出的压痕可折叠成各种纸盒、纸箱或制造凹凸的商标。
2)工作原理及工艺动作分解提示平压模切机的工作原理及工艺动作分解如图13.7所示，压制纸板的工艺过程分“走纸”和“模切”两部分。
“走纸”部分由图中所示的1、2、3组成，“模切”部分由5、6组成，4为工作台面。
工作时，工作台面下方的控制机构操纵7向上运动，推动与双列链1固联的走纸横块上的夹紧装置，使夹紧片张开，操作者可将纸板8喂入。
夹紧后，1、2开始运动，将纸板送到具有上模5(装调后固定不动)和下模6的位置后，1、2停歇，此时，在工作台面下部的主传动系统中的执行构件——滑块6和下模为一体向上移动，实现纸板的压痕，切线，完成模切。
此后链条再次运行，当夹有纸板的横块走到某一位置，受另一机构(图中未表示)作用，使夹紧片张开，纸板落到收纸台上，此时，后一个走纸模块进入第二个运动循环，连续不断地完成上述的动作。
(2) 原始数据和设计要求 1)每小时压制纸板3000张。
2)传动机构所用电机转速n ＝1450r/min ，滑块推动下模向上运动时所受生产阻力如图13.9所示，图中Pc ＝2×106N ，回程时不受力，回程的平均速度为工作行程速度的1.3倍，下模移动的行程长度H ＝50±0.5mm 。
下模与滑块的质量约120kg 。
3)工作台面离地面的距离约1200mm 。
4)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。
(3) 运动方案构思提示1) 设计实现下模往复移动的机构时，要同时考虑满足运动条件和动力条件，凸轮机构，图13.7图13.8曲柄滑块机构，螺旋机构等简单机构都能实现往复直线移动，但因压制纸板时受力较大，宜选用如图13.9所示有增力作用的六杆机构，或采用图13.10或图13.11所示的机构。
2)设计推动夹紧装置使夹紧片张开的控制机构时，考虑到夹紧片张开后要停留片刻，让纸板送入后才能夹紧，因此可选用具有一端停歇的往复直移运动机构，如凸轮机构，具有圆弧槽的导杆机构等。
3)传动部分可考虑采用带与齿轮传动串联，带与行星轮系等串联或单纯行星齿轮系等方案。
(4) 建议完成的设计工作量 1)本题设计的时间为一周。
2)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。
3)按工艺动作过程拟定运动循环图。
4)构思系统运动方案(至少两个以上)，进行方案评价，选出较优方案。
5)对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。
6)绘制系统机械运动方案简图。
7)编写设计说明书。
13.4 医用棉签卷棉机设计(1) 功能要求及工艺动作分解提示 1) 总功能要求用机器完成医用棉签的卷制。
2)工作原理及工艺动作分解提示用机器卷制棉签，可仿照手工方式进行动作分解及提出分功能要求见如下所示的系统功图13.9 图13.10图13.11能图:(2) 原始数据和设计要求1)棉花：条状脱脂棉，宽25～30mm ，自然厚4～5mm 。
2)签杆：医院通用签杆，直径约3mm ，杆长约70mm ，卷棉部分长约20～25mm 。
3)生产率：每分钟卷60支，每支卷取棉块长约20～25mm 。
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。
(3) 运动方案构思提示1) 选择送棉机构时考虑到棉花很软，要实施持棉和直线、间隙、定长地将适量条状棉送入压(夹)棉、揪棉机构,可用带剌构件走直线轨迹段时把棉条拉向前进，走非直线段时从棉条中退出，但此时要将棉条压住。
也可用图13.12所示的两滚轮压紧棉条实现滚送进，但需与棘轮，槽轮或不完全齿轮机构联接，以实现间隙送进的功能。
图13.122) 实现压(夹)棉、揪棉功能的机构可在图13.12～图13.19中选择。
图13.13 、图13.15、图13.18中的凸轮是主动件，构件3由凸轮带动实现压棉动作，依靠凸轮轮廓的圆弧持续压紧一定时间。
图13.13、图13.15中的构件3只实现压棉动作，图13.18不仅实现压紧，还可完成揪棉动作。
图13.14所示爪轮1上的爪2转到与支承在弹簧5上的滚轮3压紧条棉4后，爪轮继续转动并压缩弹簧5，使条棉受到的压紧力增大，当转过一定角度时，条棉被揪断。
当轮爪与滚轮分离时，被揪下的棉块落入下面的导棉槽中待签杆来卷。
图13.17中，嵌入两爪轮1和3的两块橡胶块相遇时，将条棉4夹在其间，靠弹性压紧，继续转动时，将条棉揪断。
图13.19是由两条齿形带1和带轮3组成。
当齿形带紧边的外凸部分相遇时，夹紧条棉，在继续运动中揪断。
3) 实现送签的功能是使一堆签杆分成一根一根送至确定位置，有很多办法，常见的方法如图13.20所示，将一堆签杆放入漏斗状的签箱1中，漏斗口限制签杆2只能一根一根地通过，由漏斗口下的输送构件3将签杆送去。
为防止签斗内签杆相互挤卡住，可设法使漏斗振动或用其它方法使斗内签杆获得松动的机会，使签杆顺利漏出斗口。
图13.13 图13.14 图13.15 图13.16图13.18 图13.19图13.174) 实现卷棉功能所需的动作是使签杆一边自转，一边沿导棉槽移动完成卷棉动作如图13.20、图13.21所示。
图13.20为签杆2被卷轮3带离签箱，进至与静止摩擦片4接触后，在摩擦力作用下签杆一面前进，一面自转，此时签杆外露在卷轮外的头部(约长25mm)与导棉槽中的棉花相遇，且有一定的压紧力，使棉块卷在签杆上。
图13.21是用有槽的带3取签杆，5为静止摩擦片，由于带是挠性体，需用托板7支承，使签杆能与板5压紧，产生摩擦而自转。
5)满足各分功能动作的机构选定后，合理布置各机构位置，并要求各机构主动轴之间用齿轮或链条传动连接，保证送棉一次，揪棉一次，卷签一个。
(4) 建议完成的设计工作量 1)本题设计的时间为一周。
2)根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。
3)按工艺动作过程拟定运动循环图。
4)构思系统运动方案(至少两个以上)，进行方案评价，选出较优方案。
5)对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。
6)绘制系统机械运动方案简图。
7)编写设计说明书。
