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机械设计传动方案精选(九篇)

机械设计传动方案

第1篇:机械设计传动方案范文

    一、课程设计中融入创新设计的提出

    《机械设计基础》课程设计是学生进行的第一次较全面的、综合性的、理论联系实际的实践性环节。即按照一个简单机械系统的给定功能要求,拟定机械系统的传动方案、结构方案,并结合生产和使用条件(如选用材料,考虑制造及装配工艺等),对其中的某些机构进行分析和设计,完成机器零部件的设计。其中总体方案设计及零部件的结构设计是整个产品设计的关键,最具创造性,它直接决定产品的性能、质量及市场竞争力,因此课程设计重点放在机械系统方案设计和结构设计上。通过培养学生机械系统方案设计能力、机械结构设计能力、运用现代设计手段绘图和工程设计计算能力,使学生树立正确的设计思想,激发学生的创新意识、创新精神,从而培养他们的创新能力和工程实践能力。

    二、课程设计中创新设计的实施

    《机械设计基础》课程设计要求学生对总体方案及结构设计进行创新设计,首先课程设计内容的编排、题目的设置上应具有一定的系统性、综合性和开放性;其次,授课安排上采取先分散再集中的教学方式,解决设计内容多而时间紧的矛盾。基于这样的思想,我们制定了一套具体的实施方法。

    (一)创新设计选题创新设计题目要具有一定的系统性和综合性,满足《机械设计基础》课程设计要求,既包含机械传动系统的设计,即按照机械预期功能和主要性能指标,确定机械工作原理、运动形式的变换,又包含了机构设计(如凸轮机构、连杆机构、齿轮机构等)、传动设计(如带传动、齿轮减速器等)。以生产线上的步进式工件输送机为例(图1)。电动机通过传动装置、工作机构驱动滑架往复移动,工作行程时滑架上的推爪推动工件前移一个步长S,当滑架返回时,由于推爪与轴间装有扭簧,推爪能从工件底面滑过,工件保持不动。当滑架再次向前推时,推爪已复位,并推动新的工件前移,前方推爪也推动前一工位的工件前移。其传动装置常由减速器和一级开式齿轮传动组成。输送时滑架受到的阻力F视为常数,滑架宽度为250mm,高度H为800~1000mm,使用折旧期5年,每天二班制工作,载荷有中等冲击,工作环境为室内、较清洁,三相交流电源,工作机构效率为0.95,按一般机械厂制造,小批量生产。该题目是机械原理与机械设计综合的课程设计题,符合创新设计的要求。该题工作机构除了用曲柄摇杆系统外,也可以采用其他机构实现步进输送,如凸轮连杆(加返回弹簧)用于小行程快速推进输送等,鼓励学生多角度思考,培养他们创造性思维方式。

    (二)授课方法和时间安排从不同角度、多个方面探索对一个问题有尽可能多的答案的创造性思维形式,是创造性思维的核心。在教学中,培养学生创造性思维能力的一条有效途径是多方向练习、多角度思考、多层次变化。但这势必造成内容多时间紧的矛盾,我们将课程设计内容贯穿于《机械设计基础》课程教学中,采取先分散后集中的教学方式有效地化解了矛盾。如将执行机构设计的内容融入到《机械设计基础》课程教学中,连杆机构内容教完后就将课程设计题目布置给学生,要求学生用连杆机构将执行机构部分设计出来;以后每讲完一种机构,学生就可以在原有机构的基础上进一步改进和创新。最后,当其他常用机构讲完后,学生通过查阅资料、教师辅导和讨论等方法,可以设计出多种执行机构的运动方案,然后对各种方案进行分析和比较,选出最佳方案。当带传动、齿轮传动讲完后,就让学生进行传动方案的拟定,并对传动零件进行设计计算;当轴系零、部件讲完后,要求学生完成轴系的结构设计,同时选择电动机,进行传动装置运动和动力参数的计算。这样,既可以使学生在集中教学时间内完成减速器设计,又可以提高《机械设计基础》课程的教学质量,使基本设计能力培养循序渐进,还避免了理论与实际的脱离。在课程设计集中教学的2周时间内,主要让学生完成以下内容:第1周,完成优选的执行机构方案的运动简图的绘制,减速器箱体、润滑及附件的设计,并手绘完成装配图。在这期间,教师在现场随时指导,有问题及时解答,使学生的设计能力及技能得以提高。装配图手工绘制,方便教师对学生现场指导,设计内容的多样性和独立性限制了相互之间的抄袭,较好地反映学生的真实水平。第2周,用计算机绘制完成轴、齿轮、箱体等典型零件的图纸,完成设计计算说明书。在这期间,各位学生根据自己设计的装配图拆分零件图。学生在此基础上最后完成设计计算说明书,不仅增进了对知识的掌握,也提高了独立工作的能力,可以收到较好的教学效果。最后答辩。

    (三)辅以计算机辅助设计手段随着计算机技术的迅速发展,我们将现代三维设计、分析与制造的理论及实践全面引入《机械设计基础》课程设计的教学全过程。要求学生采用三维设计软件(如UG)进行三维实体造型设计,完成零件与系统的设计。先建立三维模型,再形成二维投影,有利于学生设计能力和创新意识的培养。

第2篇:机械设计传动方案范文

【关键词】机械零部件设计;传统零部件设计;创新设计

1.传统机械零部件设计的自身局限性

传统机械零部件的设计在运用中出现的诸多问题,这些问题的出现,都是机械零部件传统的设计局限性所产生的。传统设计在长期运用中得到不断的完善和提高,目前在大多数情况下仍然是有效的设计方法,但是它有很多局限:在方案设计时凭借设计者有限的直接经验或间接经验,通过计算、类比分析等,以收敛思维方式,过早地确定方案。这种方案设计既不充分又不系统,不强调创新,因此很难得到最优方案;在机械零部件设计中,仅对重要的零部件根据简化的力学模型或经验公式进行静态的或近似的设计计算,其他零部件只作类比设计,与实际工况有时相差较远,难免造成失误;传统设计偏重于考虑产品自身的功能的实现,忽略人―机―环境之间关系的重要性;传统设计采用手工计算、绘图,设计的准确性差、工作周期长、效率低。

2.机械零部件创新设计的思维方式

机械零部件设计的本质是创造和革新。现代机械机械零部件设计强调创新设计,要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力,利用最新科技成果,在现代设计理论和方法的指导下,设计出更具有生命力的产品。

2.1运用创造思维

设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现,它包括观察能力、记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自控能力、文化修养、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能力是创造力的核心,它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换,创造表达出新成果的整个创造活动的中心。创造力的开发可以从培养创新意识、提高创新能力和素质、加强创新实践等方面着手。设计者不是把设计工作当成例行公事,而是时刻保持强烈的创新愿望和冲动,掌握必要创新方法,加强学习和锻炼,自觉开发创造力,成为一个符合现代设计需要的创新人才。

2.2运用发散思维

发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心,思维者打破常规,从不同方向,多角度、多层次地考虑问题,求出多种答案的思维方式。例如,若提出“将两零部件联结在一起”的问题,常规的办法有螺纹联结、焊接、胶接、铆接等,但运用发散思维思考,可以得到利用电磁力、摩擦力、压差或真空、绑缚、冷冻等方法。发散思维是创造性思维的主要形式之一,在技术创新和方案设计中具有重要的意义。

2.3运用创新思维

创造力的核心是创新思维。创新思维是一种最高层次的思维活动,它是建立在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下,将各种信息重新综合集成,产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。机械机械零部件设计的过程是创新的过程。设计者应打破常规思维的惯例,追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料、新工艺等,在求异和突破中体现创新。

3.设计机械零部件的过程

3.1机械零部件设计的主要内容

机械零部件设计是机械设计的重要组成部分,机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图,同时它也是机械总体设计的基础。机械零部件设计的主要内容包括:根据运动方案设计和总体设计的要求,明确零部件的工作要求、性能、参数等,选择零部件的结构构形、材料、精度等,进行失效分析和工作能力计算,画出零部件图和部件装配图。机械产品整机应满足的要求是由零部件设计所决定的,机械零部件设计应满足的要求为:在工作能力上要求具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等;在工艺性上要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便;在经济性上的要求主要指生产成本要低。

3.2准确把握机械零部件的失效形式

机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效,其失效形式很多,主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。为了保证零部件能正常工作,在设计零部件时应首先进行零部件的失效分析,预估失效的可能性,采取相应措施,其中包括理论计算,计算所依据的条件称为计算准则,常用的计算准则有:一是强度准则。强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。强度要求是保证机械零部件能正常工作的基本要求。二是刚度准则。刚度是指零部件在载荷的作用下,抵抗弹性变形的能力。刚度准则要求零部件在载荷作用下的弹性变形在许用的极限值之内。三是振动稳定性准则。对于高速运动或刚度较小的机械,在工作时应避免发生共振。振动稳定性准则要求所设计的零部件的固有频率与其工作时所受激振源的频率错开。四是耐热性准则。机械零部件在高温工作条件下,由于过度受热,会引起油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等问题,使零部件失效或机械精度降低。

3.3选择合理的机械零部件表面粗糙度

表面粗糙度是反映零部件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标,是检验零部件表面质量的主要依据;它选择的合理与否,直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。机械零部件表面粗糙度的选择方法有3种,即计算法、试验法和类比法。在机械零部件设计工作中,应用最普通的是类比法,此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有充足的参考资料,现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下,机械零部件尺寸公差要求越小,机械零部件的表面粗糙度值也越小,但是它们之间又不存在固定的函数关系。在实际工作中,对于不同类型的机器,其零部件在相同尺寸公差的条件下,对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。在机械零部件的设计和制造过程中,对于不同类型的机器,其零部件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。在设计工作中,表面粗糙度的选择归根到底还是必须从实际出发,全面衡量零部件的表面功能和工艺经济性,才能作出合理的选择。

3.4整体优化机械零部件设计方法

要充分运用机械学理论和方法,包括机构学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等及计算机辅助分析的不断发展,对设计的关键技术问题能作出很好的处理,一系列新型的设计准则和方法正在形成。

【参考文献】

[1]隋明阳.机械设计基础[M].北京:机械工业出版社,2002.

第3篇:机械设计传动方案范文

关键词: 《机械设计基础》 网上教学 应用型人才

一、研究的背景

《机械设计基础》是高等职业院校机械类和近机类各专业的一门重要专业基础课程,本课程的主要研究内容涉及机械系统中常用机构和通用零部件设计的基本概念、基本理论和基本设计计算方法,以及与此相关的标准、规范、图表等技术资料的运用,它的教学直接影响学生对专业的兴趣,对培养学生正确认识机械、设计机械、生产机械和使用机械具有非常重要的指导作用,对培养当今社会急需的大量应用型人才尤为重要。经过调研发现,目前高职院校的机械设计基础课教学存在以下问题。

1.绝大部分还是以传统教学模式为主,即使部分借助了多媒体教学,但是教学课件不够完善,存在不够直观、不够形象、与学生实际脱节等问题。

2.教学资源不够丰富,查找资料困难。

3.不能及时解决学生学习过程中遇到的问题。

4.学生不能随时检查自己的学习效果。

5.由于学生多、设备少,大部分学生在课程设计的实践环节中不能充分联系实际,致使设计不够灵活。

二、研究的目标和依据

主要研究目标是:开发机械设计基础课网上教学系统资源,以期达到培养学生的学习兴趣、提高学生的学习能力、扩展学生的学习知识面,特别是提高高等职业院校学生联系实际、应用知识解决实际问题的能力的目的,使高职院校能培养出更多更好的社会急需的高技能应用型人才。

主要研究依据有:

1.总结回顾多年教学经验,形成课题资源基本资料。

2.根据当今实际教学体验和对学生的问卷调查,改进、丰富课题资源。

3.到企业对毕业生进行跟踪调查,使课题资源更贴近生产实际。

三、研究方法

1.经验总结法:依据教育实践所提供的事实,按照科学研究的程序,分析概括教育现象,从而揭示内在的联系和规律,把感性认识转化为理性认识。

2.资料法:通过系统学习、收集、鉴别、整理资料,并通过对资料的研究形成对事实的科学认识。

3.问卷调查法:采用无记名的方式问卷调查,进行个案研究,对收集到的信息进行分析、综合、比较、归纳,从而为人们提供规律性的东西。

4.跟踪调查法:对部分毕业生进行全面、系统、深入具体的追踪调查研究,形成设计步骤和方法。

四、研究内容及步骤

1.开发机械设计基础CAI课件和编写电子教材。两项工作交叉进行,相互补充。电子教材编写是在参阅多部高职高专教材,吸取其各自优点的基础上,联系实际,结合多年的教学经验,重视学生动手能力的培养,添加多个实例编写而成,而课件制作又以电子教材为基础,紧扣教材大纲要求,添加易于学生接受的动画和现场视频实例,利用计算机技术开发而成,它使课堂更加形象、生动,也能进一步增强学生的学习兴趣。

2.开发机械设计基础资料数据库。数据库内容包括:机械制图标准;公差与配合标准;形状与位置公差标准;表面粗糙度标准;常用工程材料;零件结构设计工艺性;连接与紧固;带传动和链传动;减速器和变速器;齿轮传动;轴承;联轴器、离合器和制动器;轴;常用电动机;常用低压电器;液压传动;气压传动与控制等。其中搜集了机械设计所需的各种资料数据,师生进入网站就可以非常方便地查阅,同时也可以拓宽学生的知识面。

3.编写电子教案。电子教案编写根据教材和大纲要求,区分重难点,精选课程内容,合理安排学时等设计而成,具有鲜明的实践指导意义。

4.选择、制作大量机构运动动画。机构运动动画包括各种连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动机构、齿轮系传动和螺旋传动等。这些动画形象直观地展示了机构的运动情况,使学生学起来感到轻松有趣,提高了学生学习的主动性和积极性,也丰富了学习内容。

5.试题库建设。试题重在用于检测学生对课程基本理论和方法的掌握程度及应用知识解决实际问题的能力,对当今高职高专学生应用能力检测具有一定的准确性。

6.虚拟实验室建设。虚拟实验室建设了五个项目:一是零件展览室建设,包括螺纹连接与螺旋传动、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、轴、键连接、滑动轴承、滚动轴承、联轴器、离合器、弹簧等零件;二是常用机构运动模拟动画建设,有泵、冲床、发动机、内燃机、颚式破碎机、缝纫机、机械手、牛头刨、抛光机、曲柄滑块机构等;三是几种机构组合搭接建设,包括摇块机构、导杆机构、曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构等;四是齿轮加工模拟建设,包括模拟插直齿、插斜齿、滚直齿、滚斜齿、仿形法加工直齿、斜齿等;五是减速器拆装模拟建设,包括直齿、人字齿、蜗杆、锥齿、两级减速器拆装模拟等。

7.虚拟设计室建设。虚拟设计室建设项目包括螺纹连接、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、轴、键连接、滚动轴承设计等。

8.工程案例建设。工程案例包括挖掘机、飞机起落架、内燃机、起重机等50个工程案例。将这些案例视频用于课堂教学,使学生在课堂上就能看到大量实际生产案例,产生很多对日常生产和生活的联想,增强观察问题、思考问题的能力,提高学习兴趣。

9.机械设计基础网上教学平台建设。包括开发机械设计基础网上答疑系统和网上考试系统。网上答疑系统使学生很方便地与老师进行在线交流,及时解决学生学习过程中遇到的困难,加强老师与学生的互动;根据课程学习要求,网上考试系统设计开发了五套网上测试题,试题形式全为单选题,学生可方便、快速地进行自测,及时检查学习效果,改进学习方法,提高学习成绩。

五、研究的意义

笔者针对教学现状,结合多年的教学经验,利用现代计算机技术,借鉴国内外成功经验开发设计机械设计基础网上教学系统,该系统教学课件形象、生动、贴近实际,可使课堂气氛活跃,提高学生的学习兴趣;教学资源丰富,使用方便,可调动学生学习的积极性和主动性,提高学习效率;能实现网上答疑和自测,增强学生的学习效果。总之,该系统设计适应学生学习的心理需求和生产实际,对目前的高职高专机械设计基础课教学具有强有力的推动作用,也将对培养国家急需的应用型人才作出重要贡献。

参考文献:

[1]邱宣怀等主编.机械设计.高等教育出版社,1994.

[2]葛中民主编.机械设计基础.中央广播电视大学出版社,1991.

[3]机械设计手册.机械工业出版社,2004.

第4篇:机械设计传动方案范文

加工设备的功能是指机械零件加工的效能,是设备加工所发挥的功效与性能。机械加工设备功能设计的任务是研究机械零件如何被加工出来,分析加工过程能量流、物料流和信息流输入与输出之间的因果关系,实现所需要的精度。满足机械零件成形是设备功能设计的目标,机械加工设备的功能方案设计是整个设计任务的核心。常规设计一般从结构开始,而功能设计则是将对机械结构的思考转化为对产品的功能研究,不受现有的结构约束,更有助于提出创造性构思。由于机械加工设备总体设计方案在很大程度上决定着设备的工艺范围、加工精度、自动化程度和生产率等,因此,要设计好一台高性能的机械加工设备,第一步就要做好设备的功能方案设计。设备设计的出发点是满足机械零件加工的需求,切削加工是加工设备的总功能。首先通过分析机械零件表面成形方法确定机械零件切削所需的运动与传动,继而根据设备运动的复杂程度逐层分解为各个子功能,一直分解到有最终解的原理对应为止,然后将各子功能重新组合成具有层次性的功能结构,各个子功能映射到加工设备切削总功能的原理解。根据切削功能,映射设备布局方案,进而将设备的总体结构划分为各个部件模块,如床身模块、立柱模块、工作台模块和主轴单元模块等,从而形成机械加工设备整机的三维实体模型。

2设备功能的确定

机械加工设备的基本功能是提供切削加工所必须的各种运动。设备的功能设计首先要根据零件加工方法进行设备的运动功能设计,随之明确设备的工作原理。加工设备的基本工作原理是:通过刀具与工件之间的相对运动,由刀具切除工件加工表面多余的金属材料,形成工件表面规则的几何形状和尺寸,并达到其所需的精度。若加工设备功能的实现,是由操作者控制的,则为普通加工设备;若是自动控制的,则为自动化加工设备。设计加工设备的第一步,是确定功能原理。功能原理是设备结构设计的依据,对整个设计的影响较大。因此,在拟定功能方案的过程中,必须全面地、周密地考虑,使所定方案技术上合理、先进,且经济效益较高。加工设备功能原理设计的影响因素包括工件材料与结构形状、同类型加工设备、有关的科技成果、使用要求以及制造条件等。设计者应作充分调查研究,明确设计要求,掌握有关资料,在深入分析的基础上,提出机械加工设备的功能方案。

2.1分析设备加工工艺范围

工件的加工表面是通过加工设备上刀具与工件的相对运动而形成的,因此开展设备的运动设计,需要首先了解工件表面的形成方法。同一种表面有多种加工方法,对于不同类型的设备,功能方案设计的侧重点不同。对于专用加工设备,应侧重于工件加工工艺分析。专用设备只能完成某一零件的特定工序,为特定表面的加工工艺服务,如加工曲轴、连杆的专用加工设备,根据曲轴、连杆结构表面的特定工艺要求专门设计制造。对于通用加工设备,加工对象为工件群,加工方法较多。由于通用加工设备的工艺范围较宽,可以加工多类零件的不同工序,功能往往比较复杂,因此要求设备调整控制更加方便。为了扩展通用加工设备的功能,侧重于新技术的应用和性能的创新。

2.2建立设备的工作坐标系

设备的工作坐标系是为了确定刀具或工件在设备中的特殊位置(如对刀点、换刀点等)以及相对运动轨迹而建立的几何坐标系。沿主轴的轴线取为Z轴。坐标原点位于坐标轴尺寸为零的点上,手指指向尺寸增加的方向为坐标轴正方向。X、Y性线轴按右手定则确定,旋转轴按右手螺旋法确定,绕X、Y、Z轴的回转运动分别用A、B、C表示。

2.3描述设备的运动功能

加工设备通过一定形式的运动完成切削任务。描述设备运动功能是表达切削加工的运动原理的有效手段,对整个设备方案设计至关重要。为了摆脱传统思维的束缚,略去个性和偶然性,力求突出普遍适用和本质的东西,对加工设备运动功能作抽象化描述,用运动功能式来表示工作机构能够实现的运动个数、运动形式及各个基本运动功能排列顺序等。在设备上,运动由执行件来实现,刀具和工件分别安装在主轴、刀架或工作台等执行部件上。执行件的运动形式,以旋转运动和直线运动最易实现。无论工作机构上的运动如何复杂,设备上执行件的基本运动形式只有直线移动和旋转两种,而复杂运动由多个基本单元运动复合而成。执行件所作运动是设备最基本的物理效能。执行件的运动功能按照在切削加工中所起的作用不同,可分为表面成形运动、切入运动、主运动、进给运动、辅助运动等。执行件所作的表面成形运动按照不同的作用可分为主运动、进给运动等。切入运动为进给运动,如果不伴随切屑的形成,则为空行程调整尺寸的运动。运动坐标轴用大写字母表示,用下标v表示主运动、用下标f表示进给运动、用下标a表示辅助运动。基本运动功能的排列顺序左边写主运动,中间写进给运动,右边写辅助运动,三部分的内容用“•”分开,多个同类运动之间用+相连。如摇臂钻床共有五个坐标轴作基本运动,其运动功能式写成Cv•Zf•Xa+Za+Ca,如图1所示。

2.4绘制设备运动功能图

加工设备的运动功能用简单明了的图形和符号绘制出其运动功能图。加工设备运动功能图表示所设计的设备能够实现的各种主要运动功能方案,与运动功能式相对应,是设备传动系统设计的依据,其符号没有统一规定,一般采用形象直观的图形和符号表示即可。图1对摇臂钻床运动功能进行设计。在运动功能图上,同时注明了与其相对应的运动功能式。图中Cv为钻头的旋转运动,Zf为钻头的轴向进给运动,Ca、Za、Xa为刀具调整运动,用来调整刀具与工件的相对钻孔孔位。

3设备功能的求解

加工设备总功能可细分为基本功能,由执行件实现的机械功能便是加工设备的基本运动功能。设备的总功能用基本运动功能的组合进行描述。基本功能的不同组合便是设备切削功能的多解,完成同一结构零件的加工,由于相对运动分配给的执行件不同,可以形成多种功能方案。

3.1运动功能的分配组合

机械加工设备运动功能式(或功能图)描述了刀具与工件之间的相对运动,但沿各坐标轴的运动,可由刀具完成,也可由工件完成,还须进一步地分解。运动一方为执行件,静止一方为支承件。明确运动是由刀具一方完成,还是由工件一方完成,便是运动功能的不同分配组合方案。运动功能分配组合是确定运动功能式中执行件的位置,在运动符号下标里加w或t来区分。加w的运动由工件完成,加t由刀具完成。机械加工设备运动功能式明确了执行件之后,便成为设备运动分配式。一个运动功能方案,经过运动功能分配设计,可以得到一个或多个相对应的运动分配式,如摇臂钻床的运动功能式与相对应运动分配式设计成下述四种方案:方案一为极坐标调位法:Ctv•Ztf•Xta+Zta+Cta,其中Xta调整刀具相对于立柱中心的半径,Cta调整刀具相对于立柱中心的回转角度,Zta调整刀具相对于工件的高度。大型工件钻孔不便移位,工件静止不动,五个坐标运动全部由刀具完成。方案二为极坐标调位加主轴摆角法:Ctv•Ztf•Xta+Zta+Cta+Bta,在方案一的基础上增加主轴箱围绕Y轴的回转调整运动Bta,扩大了钻床钻孔的工艺范围。方案三为极坐标调位加底座移动法,Ctv•Ztf•Xta+Zta+Cta+Xta,在方案一的基础上增加了底座沿X轴的调位运动。方案四为主轴摆动-悬臂横移法:Ctv•Ztf•Xta+Zta+Cta+Bta+Xta,Bta可使主轴箱围绕Y轴回转调整刀具倾斜一个角度,在方案一的基础上增加了横臂沿X轴的调位运动。对上述满足基本运动要求的方案,需要从工作性能、动力性能、经济性以及结构特性等方面进行综合评价,从中选出最优方案。对比分析上述运动功能式,保留下的运动功能式都可进行运动方案的详细设计。对众多的运动设计方案进行评价,如方案二可作万能摇臂钻床方案;剔除一些明显不合理方案,如方案三摇臂钻床移位后对大型工件位置还需进一步调整,调整运动太多太复杂,刀具工件之间相对调位运动数应尽量少,故方案三应剔除。筛选出性能优良的第一方案进入加工设备的正式设计阶段。

3.2拟定设备传动原理图

设备的运动功能图只表示运动的个数、形式、功能及排列顺序,不表示运动之间的传动关系。若将动力装置与执行件、不同执行件之间的运动及传动关系同时表示出来,就是设备的传动原理图。图2为摇臂钻床钻孔时的成形运动传动原理图。传动原理图表示每一条传动链的传动联系以及传动链之间的相互关系,并表达加工设备实现全部切削运动的原理。图2中的Ctv表示刀具回转运动,为钻削主运动;Ztf表示刀具沿钻孔中心线直线运动,为钻削进给运动。uv表示主运动变速变向调整机构,uf表示进给运动变速变向调整机构。传动原理图对采用机械变速传动或还是机械传动加电气控制的设备,能够清楚地表达其设备的功能原理,对辅助运动的传动关系可不予绘制。

4设备总体结构设计

设备的总体结构设计是确定设备的组成部件,以及各个部件和操纵机构在整台设备中的配置。机械加工设备总体结构形式取决于主轴、工作台、刀架和床身的布局。主轴的布置有立式、卧式或斜置式;工作台和刀架有移动式或回转式,而床身是基础支承件,其结构形式有底座式、立柱式、龙门式等;基础支承件的结构又有一体式和分离式等。因此同一种功能原理,由于运动分配形式和实现的功能方案不同,又可以有多种结构配置形式,对运动分配设计作阶段性评价后保留下来的功能结构布局方案就有很多,摇臂钻床的运动与结构布局方案如图3所示。对全部机械加工设备结构布局方案需要再次进行评价,去除不合理方案。如方案四,摇臂钻床的悬臂可向两侧横移,但底座不够稳定,需紧固在基座上,而且安装工件需附加支承基座,故方案四应去除。设备总体结构设计阶段评价的依据主要是定性分析加工设备的整体刚度、安全操纵、占地面积、与物流系统的可亲性等因素。在保证设备运动功能的前提下,对多种结构配置进行比较分析,最终选择方案一作为常用的摇臂钻床整机结构形式。

第5篇:机械设计传动方案范文

【关键词】机器人;手臂关节;机械设计

1.引言

从机械手臂投入商用起,已经有了几十年的应用和发展历史。将模块化的设计思路与理念引入机械手臂的设计中,能够充分发挥其灵活、可拆分、可组合的特点,并将其应用于更多的场合,包括服务机器人,工业生产制造领域、医疗领域等等。本文结合机械臂设计的模块化理念,着重对其进行系统分析和设计,包括旋转关节、传动系统、减速系统进行实现,具有比较好的理论价值与实践意义。

2.机器人手臂关节机械设计

2.1手臂关节模块

手臂关节模块包含了许多零部件,主要有旋转电机、减速器和反馈单元等。在手臂关节的内部固定了控制单元和传动系统,以二级减速传动作为传动模式,即齿轮减速传动与谐波减速传动,这种传动模式可以支持手臂关节自由度之内的回转运动。下面具体阐述其设计方案:

(l)模块外壳方案

手臂关节的外壳能够为电机、制动器、滚动轴承提供必要的机械支撑,并起到必要的保护作用。在手臂关节运动的过程中,模块的外壳也承受了期间多产生的种种应力,因此模块的外壳必须满足一定的刚度。模块外壳的主要构成部分包括:底盖、电机、齿轮盖、主壳体、轴承、制动器等。其中,底盖位于结构的底端,其作用是为整个旋转模块的各个部件提供支撑与连接;主壳体构成此部件单元的外壳,对单元当中的电机、制动器等子单元起到连接和支撑作用;齿轮盖覆盖于模块的齿轮传动单元之上,起到保护和连接作用,而且能够支持谐波齿轮减速器的安装。为保证机械臂有足够的强度,模块外壳选取的制作材料为铝合金,并将壁体设计为圆桶状的抗压结构,为防止氧化与腐蚀,表面结果特殊处理。

(2)减速齿轮方案

减速齿轮方案的主要构成部分包括:电机连接齿轮、中心齿轮、中心轴以及制动连接齿轮等。其实现方式简述如下:通过小齿轮来连接直流电机的输出端,然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接;同理,通过另一个小齿轮来连接断电制动器的输出端,然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接。在这种啮合模式下,当减速齿轮单元加电后,便由系统的电机来作为动力源输出,而当减速齿轮单元端电后,便由系统的制动器来作为阻力源输出。考虑到机械臂的关节在不同运动时,会使减速齿轮持续维持高速转动状态,因此必须有足量的剂。又因为该减速齿轮不是封闭结构,因此本文以滑脂来起到齿轮的作用。

(3)中轴传动方案

中轴的传动方案是整个机械臂设计中非常关键的一个组成部分。中轴传动的作用是,首先支持来自中心齿轮的动力,其次还要为波发射器高效传递动力。考虑到中轴会承接一定比例的来自轴向的受力和很大比例的径向应力,因此为支持中轴,引入了角接触轴承。中轴传动单元主要由旋转模块、断电制动器、卡簧、角接触轴承、中心齿轮、主轴、连接法兰以及波发射器组成。

因为中轴传动单元在设计上要求同轴度与圆柱度都在较高的水准,因此尤其应注重其材料选择和参数控制。本研究所设计的中轴用以45号钢才作为原料,并在成型后淬火,从而保证单元在表面具备一定的硬度。

在中轴传动方案中,最关键的是旋转模块的结构设计。旋转模块的设计思路是:将其转轴与中心轴线重合,并以电机驱动。在模块上部署有电磁编码器,用于周期性地检测角位移和角速度。将之与直流伺服电机相联。结合具体的应用环境与需求,直流伺服电机也可以加装起到减速增力作用的行星减速箱,共同起到动力输出的作用。而后通过小齿轮与中心齿轮的咬合,以正齿轮传动方式来实现系统的减速增力功能。

断电制动器的结构设计也是中轴传动方案中的关键,断电制动器有两方面的作用,首先在旋转模块进行位置搜索时能够起到保持作用,其次,在旋转模块因故失去电源之后也能发挥保护的功能。在中轴中,当旋转单元加电,并处于转动状态的时候,断电制动单元便会随着系统的小齿轮单元传递过来的中心齿轮作用而转动,而在断电制动器运动的时候,其输出轴的动力也来自小齿轮单元。在本文所涉及的机械臂中,电机与制动器全部布置于电机底座,并且将电机底也作为旋转单元外壳的一部分,其好处在于保护内部零部件。

2.2连接件模块

连接件的主要功能是在机械臂中连接旋转关节不同的单元,因此是机械臂的重要组合部分,对机械臂的组合与功能的发挥均有着不容忽视的作用。由于机械臂的各个模块单元是相对独立的关系,因此只要将不同的模块单元互相组合,起可以发挥机器人的机械臂基本功能。因此本文结合具体的需求,设计开发了数种类型不同的连接结构。

机器人的机械臂在实际操作中,连接件实现了不同部件单元之间的力矩传递,而其质量的大小也关系到机械臂整体重量和轻便程度,因此在实际设计中,一方面应保证改模块单元具有足够的机械强度,另一方面也应考虑到减轻其质量。本文在设计中,考虑到铝合金属于高强度低密度的材料,同时具有比较好的可塑性,因此以铝合金作为连接件的制作材料。

2.3模块手抓单元

考虑到机械臂必须部署在一个可以移动的平台上,来在现场抓取物体,因此模块手抓单元的末端执行器是其中最重要的组件。为了满足这个系统的模块化的设计,末端执行器必须具备一定的应用和扩展功能。假若模块手抓单元附加多指灵巧手,其实能够抓取更多类型的对象,本课题的研究只需模块手抓单元能够抓取简单对象,因此使用了图中的简单的夹钳手抓,其优点是结构简单、容易控制。

3.结束语

机器人的机械臂设计与开发属于机电一体化领域的高精尖课题。考虑到机械臂的结构具有比较高的复杂性,本文阐述的设计方案充分顾及了模块设计的标准化与产品的通用性,从而能够良好的满足模块之间的替代性特征需求,因而也能够保障机器人的机械臂在实际应用中能够满足用户的要求。

参考文献

[1]郭立新,赵明扬,张国忠.空间冗余度机器人最小关节力矩的轨迹规划.东北大学学报(自然科学版 ).2010:512-515

[2]马江.六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真.北京工业大学硕士学位论文,2009:3-10

第6篇:机械设计传动方案范文

关键词 机械设计基础 实验教学 创新能力

中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2017.05.067

“机械设计基础”是机械专业学生的主要技术基础课程之一,是培养学生分析、解决工程实际问题和创新能力的主干课程,是连接基础理论知识和实践的桥梁。机械基础实验教学不仅是培养学生理论与实践相结合、解决分析问题的能力,同时它也是启迪学生创新思维、开拓学生创新潜能的重要手段。因其自身的基础性和平台作用,可以方便地指导学生进行发散思维训练和创新设计工作。而机械设计基础实验教学正是培养学生创新能力的一个重要环节。

1实验教学的重要作用

实验教学是使学生在特定的环境下通过学生的主观努力完成的教学过程,它在培养学生综合能力方面具有特定的优势,它的直观性、实践性、综合性是理论教学不可替代的。学生通过实践教学培养出来的综合能力包括动手能力、观察分析能力和勇于探索的创新精神。在实验的过程中,学生不仅可以学会选择、正确使用各种仪器,而且可以验证所学的基本理论,培养实事求是的科学态度。同时,实验教学是学生巩固理论知识、掌握实验技能、培养创新思维的重要环节,从某种意义上讲,对启发学生的想象思维和创新意识起着点石成金的作用。

机械设计基础课程是学生进行机械综合设计的基础课程,同时也是工程意识训练的主要课程。机械设计基础实验教学是一个必不可少的实践环节,它对实现理论课程教学目标起着特别关键的作用。

加强实践教学环节是高等工科院校课程教学改革的一个特别重要的方向。改革以往高校课程教学中重视理论知识,轻视实践环节、忽略实际应用的状况;完成全新的实验教学体系的构建;满足社会对创新型人材培养的要求。为此目的,我们紧紧围绕机械设计基础课程教学内容与体系,对机械设计基础实验教学的方法进行了改革探索,完善了实验教学体系、改革了实验教学手段和方法。

2重视基础性实验,培养学生的基本技能

基础性实验大多属于演示性和验证性实验,如机械认知实验、齿轮范成实验、带传动实验等,但这些实验对促进学生理解课程内容基本原理,掌握基本技能,消化吸收基本概念,巩固基础知识,培养科学思维的能力和严谨的工作作风起着直接的作用,是由感性认识进一步发展成理性认识的过程。因此,如何最大限度发挥基础性实验在教学中的作用,是广大教师应该深思的问题。我院结合机械原理及机械设计实验室目前的具体情况,在实验教学方法、实验要求和方式上的进行完善和改造,使其发挥更好的作用。

如在机械认知实验中,我们针对机械原理部分、机械设计部分分别配备了实验演示柜、实物展示柜和机械系统展示厅,组成了机械认知的实验教学体系,并有机地与工程训练中心、机电一体化实验室等相关专业实验室相结合,充分做到可看、可记、可操作。在整个机械认知实验中,教师除了做认真的讲解外,允许学生随时提问,鼓励学生动手操作,引导学生开展讨论,充分调动学生学习的积极性,激发学生对机械认知的兴趣,培养学生掌握实验操作技能,这样的教学模式深受学生欢迎。

又如在机构运动简图测L实验中,实验室提供大量的机构模型,让学生亲手测量机构尺寸,并按一定的比例关系绘制出合理的运动简图,增强学生对理论教学内容的理解,然后再对一台真实的内燃机进行实际机构的测绘,实验的难度逐步加大,锻炼学生实际动手能力、发现问题、解决实际问题的能力。这些实验为实验教学有力开展打下了坚实的基础,为实验教学顺利有序的进行提供了基本保障。

3更新实验教学内容,培养学生的综合能力

提高实验教学质量,培养学生的综合能力,必须对实验教学内容、手段、方法进行更新,改变实验教学环境,提高实验教师水平。为了培养学生的综合能力,必须改善现有的教学条件,为此,我们购置一些新的实验设备,编写实验大纲、实验指导书,开展应用性较强的设计性、综合性实验研究。

在JCY机械传动性能综合性实验台上开设机械传动性能综合性实验。该实验可对齿轮传动、带传动、链传动、蜗杆传动等机械传动或上述组合的传动系统进行综合性能测试。实验突出了设计性、综合性的特点。通过该项实验学生掌握合理布置机械传动的基本要求,机械传动方案设计的一般方法,并利用机械传动综合实验台对机械传动系统组成方案的性能进行测试,分析组成方案的特点,设计满足条件的机械传动系统,完成传动系统运动参数和组成方案设计。掌握机械传动系统性能测试的基本原理和方法,测试常用机械传动装置在传递运动与动力过程中速度曲线、传动比曲线、效率曲线等各种参数曲线。按照组成方案搭接机械传动性能测试系统并进行测试,完成组成方案的机械性能分析,树立用实验手段来分析机械设计方案的思想,加深对常见机械传动性能的认识和理解,培养了学生的综合能力。

在3DMC实验台开展机构组合与创新实验。学生通过机械原理、机械设计学习中所萌发的创造性思维可以从本实验台上得以实现。该实验台可拼装连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、间歇运动机构、带传动、链传动、蜗轮蜗杆传动以及由它们组合成的性能各异、平面的、空间的机械传动系统,培养了学生机械传动方案的设计能力。实验台可以测试原动件和执行构件以及中间任意构件的位移、速度、加速度等参数,学生将测试的参数与设计结果及理论分析结果进行比较,增强了学生的创新意识和实际动手能力。

轴系结构设计与分析实验。轴系结构是机械系统的重要组成部分,涵盖了轴承、联轴器、键联接及螺纹联接,转子动力学等内容。通过该项实验,学生们掌握了轴及轴上零件的结构、功用、工艺要求和装配关系;熟悉轴的结构设计和轴承部件组合设计的基本要求,掌握轴及轴上零件的定位与固定方法;通过轴系部件的组装与测绘,学会对现有机械部件进行结构分析,培养结构设计能力。

4引入创新性实验,培养学生的创新意识

创新性实验是指通过实验获得的新的发现与发明,获得新的技术和方法,具有一定社会价值的原创性实验,这类实验应在分析、综合性实验基础上,探索奥秘,获取新数据、新理论和新方法。创新是人类文明进步的原动力,是国民经济发展的基础。实验教学是培养学生实践能力及创新能力的重要方法之一。

在JPCC-II平面机构创新组合及运动参数分析实验台开设平面机构创新组合测试分析实验。该实验是为本科生和研究生而设计的有关平面机构创新设计的综合性、设计性、研究创新性实验。可进行基本平面机构的设计、拼装(本实验台提供13种以上传动方案)及进行运动、动力学分析,培养学生创新意识和工程实践能力。

在JDT-A/I机构系统动力学调速实验台开设机构系统动力学调速实验。该实验可对机构原动件及执行构件的动态参数进行测试和仿真,利用计算机软件,角位移动传感器,数据采集卡,观察机构的周期性速度波动现象和绘制测试和仿真曲线;利用飞轮的质量变化,观察分析速度波动变化情况;学生利用计算机程序进行设计,独立自主完成实验。

开设计算机凸轮机构仿真设计测试综合实验。该实验通过计算机软件对机构的动态参数进行测试,计算机软件对机构的运转进行动态仿真,凸轮可更换,配备8个不同运动规律的平面凸轮和一种圆柱凸轮,还配备凸轮制图软件,可自行在线切割机上加工任意规律的凸轮实验。计算机软件具有多媒体教学功能,学生可自主地进行实验,培养学生的独立工作能力。

5开放实验室,发挥学生的创新能力

针对学生在机械设计方面具备的基础知识、实验技能、感性认识,榕嘌提高学生的创新能力,我们开放机械创新实验室,为学生提供工程实验、工程设计平台。让学生走进实验室,组建创新团队,发挥学生主体作用,激发学生学习的积极性,把理论与实践结合起来,提高学生的创造性综合素质,培养学生团结合作精神。

学生创新团队从课题选题、资料收集、申请立项、实验方案设计、数据分析到报告编写、结题答辩,充分发挥团队每个学生的特长,运用所学的知识,分工合作,开展课题研究,将理论与实践相结合。同学们克服了眼高手低、只说不做的通病,团结合作精神得到加强,创新意识、创新思维得到拓展,实际动手能力、工程设计能力得到了全面锻炼。

学生在开放的实验室里,在老师的指导下完成了多项大学生创新项目,发表了科技论文,有的项目还申请了国家专利。通过参加创新项目,不但提高了学生的动手能力,而且对已学过的理论知识也起到了融会贯通的作用。在这个开放式教学平台上学生的想象力得到充分发挥,创新意识明显加强。同时实验室资源得到了充分利用。

第7篇:机械设计传动方案范文

关键词:机械设计 项目式教学法 三维CAD

中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)05(b)-0175-02

实现以教为主(老师满堂灌)向以学为主转变,以课堂教学为主(过分重课堂)向课内外结合转变,以结果评价为主(过分重分数)向结果和过程结合转变,是中国高等教育发展到今天早已达成共识的三个改革目标。如何实现这三个目标,至今没有成熟的方法。本文以机械设计类课程为例探讨创新人才培养模式。

以知识传授为基础,以能力培养和素质提升为目的是本课程教学改革的总体目标。本文将项目式教学引入机械设计类课程教学中,将三维CAD造型软件、机械原理、机械设计和机械设计课程设计等课程教学有机融合在一起,充分调动学生学习积极性、主动性。

1 项目式教学法的实施原则

机械设计类课程主要包括:机械原理、机械设计和机械设计课程设计,是机械类专业重要的专业技术课程,课程具有很强的理论性和应用性,特别是机械设计其课程内容庞杂,各章自成体系,初学看似毫无联系,采用传统的“讲授新课-布置作业-复习旧课”的课堂组织模式,很难调动学生学习积极性,教学效果较差。

以工程项目为背景的教学方法是以学生、项目和能力培养为中心,而不是传统的课堂、教材和书面作业、卷面考试。在具体的实施过程中一般要遵循以下原则。

(1)实施过程要具有可操作性,特别是要注重提高学生学习兴趣,既能全面提高学习效果,又不会过度增加学生学习负担。

(2)在教学过程中,以学生为中心,充分发挥学生的主动性和创新精神,让学生根据自身需求推动学习过程的进行;教师起辅助作用,负责整个教学过程的设计和组织。

(3)选取的工程项目要适合,既要满足教学内容要求,又能充分调动学生的积极性。

(4)要具有供丰富的学习资源和良好的团队协作学习环境。

(5)以项目的完成情况来评价学生的学习效果和成绩。

2 项目的选择

机械设计课程的培养目标是传授一般通用机械整机设计过程所需要的知识和技能,包括:运动设计、结构设计和工作能力设计。要使学生学完此类课程后,只要提供工艺所要求的运动参数和载荷谱,不管是何类机械都可进行设计,彻底改变毕业设计“抄图加校核”的现象。课程必须要完成一个简单整机设计全过程的训练,使学生具有纯机械传动的原始创新能力。

所以,选用项目要能够将整个课程内容串联起来,使学生对整个机械设计有一个整体认识,而不是局限在单个零件上。通过项目设计,提高学生学习积极性,变被动学习为主动学习,让学生主动寻找解决问题得方法,在实践中去提高能力。同时,项目不能太复杂,使学生既学习了知识、锻炼了能力,又不会太大的增加学生学习负担。

基于以上目的,在教学过程之中选用步进式工件输送机作为项目式教学的工程案例。该机由电动机通过传动装置、工作机构驱动滑架往复移动。通常步进式工件输送机传动装置常由减速器和一级开式齿轮传动组成,也可由带传动、链传动组成。工作机构可选用曲柄摇杆系统实现步进输送,也可以采用其它机构实现,如导杆机构、凸轮机构、棘轮机构等。所以该项目涵盖了机械原理和机械零件的所有基本内容,符合教学内容要求。既充分可锻炼学生的学习能力,又可充培养学生的创新能力。

3 项目教学法的实施步骤

以学生较熟悉的齿轮减速器、曲柄摇杆机构、凸轮机构等为设计内容,将工件输送机的设计贯穿到每一章的教学中。第一步,每一章的教学以工件输送机特别是减速器对应的零部件为主体,引出该章节的教学内容;第二步,通过老师讲解和学生自学去寻找解决问题的方法;第三步,学生提出可行的设计方案,经分组讨论后确定最终方案;第四步,参考教材设计步骤和方法进行相关参数及尺寸计算;第五步,用三维软件进行建模仿真,有必要的可生成工程图;第六步,将计算和模型提交老师进行作业评价。在教学中将学生分组进行,每组3~4人,大家协同作战,教师就参与讨论,把握设计方向。第四、五步学生在课下完成,其他步骤根据课程安排和学生掌握情况合理分配课上和可课下时间,主要原则是以学生为主,教师为辅。

例如,在讲到连杆机构时,老师用工件输送机的视频引出何为连杆机构及其在工程中的应用;然后用少量时间介绍完连杆机构的学习内容;接下来提出设计项目,让学生在解决工件输送机工作机构的过程中进一步熟悉教学内容,提出自己的设计方案并分组加以讨论;选定方案后经初步计算,便可用三维CAD软件进行建模,并进行机构运动仿真分析;根据分析结果修改方案和参数,直到满意为止;最后上交设计分析材料,教师对结果进行评价。

三维CAD建模是机械类学生必须掌握的基本技能,学校都设有UG、Pro/Engineer等软件的教学部课程。将引其引入结构设计中,一方面将传统设计方法与现代设计方法相结合,提高学生学习兴趣;另一方面可减少学生课下作业量。学生只需完成零部件的三维模型,而不是去画工程图。这样可大大提高项目是教学模式的可行性。

同时将三维CAD软件的学习应用与结构设计性相结合,也可解决CAD软件教学中的一些弊病。传统的CAD软件教学只注重建模的基本命令和操作流程,老师给出图形学生去建模,这样学生只能机械的接受,不能灵活运用。CAD软件的最大优势是结构设计,这一点被课堂教学完全忽略了。将CAD软件融入项目是教学可大大弥补这一点。

4 项目教学法实施后的成效与反思

机械设计类课程应用性较强,图表、公式较多,内容相对枯燥繁杂,学生掌握起来较困难。通过项目式教学,可将零散的内容串联起来,充分调动学生的学习积极性和主动性;同时将学生所学的CAD软件应用到结构设计中,真正做到学以致用。不但能有效的提高本课程的教学质量,而且为学生将来走向工作岗位打下较好的基础。真正让学生做设计而不只是学设计。在今后的教学实践中对于这种教学方法的应用还需要我们不断地加以探索和研究,进一步选用更多合适的设计项目案例应用到教学中。

参考文献

[l] 梁秋荣.机械专业实践教学体系的构建[J].装备制造技术,2010(7).

[2] 曹德跃.项目教学法在专业课程教学中应用探索[J].中国现代教育装备,2009(1).

[3] 王世刚,王树才.机械设计实践与创新[M].北京:国防工业出版社,2009.

第8篇:机械设计传动方案范文

    课程体系综合设计研究

    将机械原理、机械设计课程设计内容进行整合,探索机械原理、机械设计课程设计中如何培养学生的机械运动方案设计、机械创新设计和解决工程实际问题的能力,提出适合创新人才培养目标的机械原理、机械设计课程设计实施方案,并完成2008级机制班机械基础课程综合设计教学实践。同时,考虑机制、模具、汽车、机电方向的不同,选择适合不同方向的综合设计题目,以设计对象为主线,尝试在综合课程设计中引入机构运动演示,要求学生用计算机仿真验证机构运动设计的合理性[4],尝试在综合课程设计中引入机械方案创意设计模拟实验,要求学生利用运动方案进行模型拼装创新实验,验证机构运动设计的科学性、合理性。通过机械基础设计课程改革,加强学生创新能力培养。把机械原理、机械设计课程设计时间由原来的分开设计整合为一,机械原理、机械设计两门课程的课程设计题目选择范围加大,同时增加设计时间,激励学生对这类题目产生较大的兴趣,每一位学生都积极思考,差不多每人都提出一到几种运动方案,然后通过小组讨论,挑出最佳方案后,由各组确定自己的最终机械系统运动方案。通过这些创意设计活动,可大提高学生的创新设计能力,改革课程体系综合设计手段,加强CAD、CAM、CAE等技术应用[5]。运用虚拟样机技术,可以大大缩短产品的开发周期,因而受到了制造厂商、科研机构、大学、公司的极大重视。其中ADAMS是美国MDI开发的非常着名的虚拟样机分析软件。尝试以ADAMS为工具,让学生对自己设计出的机构进行建模与仿真,真实地仿真机构的运动过程。改革设计手段,将给课程设计赋予新的活力。

    课程体系综合设计的实践及应用

    1改革设计题目,注重学生素质的培养

    机械CAD能力、综合应用与设计能力和创新设计能力是新世纪高素质机械工程技术人才的重要素质。因此,机械基础课程综合设计训练主线则是以典型机械系统设计为内容,并将机械原理和机械设计的两课程设计贯通,由根据设计要求到机械运动方案及其运动与动力设计(即机械运动简图设计),再到机械系统结构设计和工作能力设计(即装配图及零件工程图的设计),从而形成一条加强机械系统设计和综合设计能力训练的设计训练主线[6]。使学生经过原理方案的设计、执行机构的设计、传动方案的设计、结构设计等过程,加深对机械系统的整体认识,加强设计中的工程意识,培养综合创新设计的能力。目前各高校都在进行课程设计改革实践,但两门课程设计合在一起的课程设计指导书还很少见[7]。因此,根据我校实际情况,编写了适合于本科机械类的机械基础课程综合设计指导书,指导老师可根据不同方向教学班次选用设计题目。

    2机械传动方案设计,培养学生创新能力

    机械传动方案设计是一个重要的环节。在这一环节中应充分体现以学生为主体,以教师为主导的指导思想。教师在指导时,应因材施教、因人施教,对不同层次的同学要有所区别。在选题方面,提倡设计能力较强的同学选择指导书以外的题目。在指导方面,对这些同学应适当增加设计的难度和深度。方案设计时重点是要把握创新点[8]。在方案分析过程中,为了实现一个确定的设计目标,要求学生至少提出3种可行的方案,并对方案进行分析、比较,总结出其优点与不足。然后确定出设计者认为最优方案作为本次课程设计方案。最后对此方案进行详细设计,包括其运动过程和运动尺寸的确定,进行结构设计和强度设计直至计算。

    3引入虚拟样机技术进行机构分析

    虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术,是国际上20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程技术。运用虚拟样机技术,可以大大缩短产品的开发周期,受到了制造厂商、科研机构、大学、公司的极大重视。其中ADAMS是美国MDI开发的非常着名的虚拟样机分析软件。基于贯彻实施培养卓越工程师思想,在机械基础课程综合设计中引入ADAMS软件对插床导杆机构、冲压机构、摆动式运输机机构、牛头刨床摆动导杆机构等进行运动学和动力学分析,自动绘制刀具的位移、速度、加速度曲线,自动绘制曲柄受到的平衡力矩曲线图等,能通过后期处理绘制最大动态剩余功曲线图,使曲线结果清晰、精确。导杆机构动态仿真时,观察在各位置时所对应曲线含义,加深对课本关于机构有关运动学、动力学相关参数优化设计的理解。ADAMS软件还能对机构采取参数化建模,学生可以通过输入机构不同原始参数,进一步比较不同结果。与过去用图解法或自编程序法进行机械原理课程设计相比,利用计算机对机械进行辅助设计,实现了教学创新,学生普遍反映用ADAMS软件进行课程设计快捷、方便、直观,课程设计能达到满意效果。

    4理论联系实际,修改设计对象

    在实际工程应用领域中,推荐采用的大多数齿轮减速器都是采用硬齿面。随着工业的发展,新技术新工艺不断涌现,在齿轮行业,特别是随着硬齿面齿轮加工技术的成熟,加工设备的完善,硬齿面齿轮减速器已经成为齿轮减速装置的主流,得到了广泛的实际工程应用,而软齿面齿轮减速装置有被逐步淘汰的趋势。因此,应结合实际,采用硬齿面齿轮减速器设计的题目来进行实践环节的训练。由于硬齿面齿轮减速器的设计与实际结合紧密,学生的自觉性与积极性得到了很大提高[9]。与此同时,有关硬齿面齿轮设计的资料无法从现有资料中直接利用,这迫使学生主动查找相关资料,询问老师,学生的实际设计能力得到了更大的提高。从改用硬齿面齿轮减速器设计结果来看,整机的重量减轻、体积缩小,使用材料大幅减少,相应的造价也随之下降。这使学生认识到科技的进步给生产实际应用带来的巨大影响。

第9篇:机械设计传动方案范文

关键词:拖拉机;液压机械无级变速器;特性研究

中图分类号:S219 文献标识码:A

液压机械无级变速器简称HMCVT,是一种液压功率流与机械功率流并联的新型传动装置。根据其液压机械传动能够实现传动高效率,这种液压传动的可控调速与其机械传动二者之间相互结合,能够实现无级变速。这种变速器适用于农业拖拉机的液压无级变速器转动方案的设计理论和方法、发动机与传动系统的匹配理论、传动系统动态特性和性能的研究,这种装置能够提高车辆的动力性、经济性以及自动化水平。在拖拉机液压机械无级变速器特性的研究过程中,通过对无级变速器传动方案的研究,在其过程中能够不断的优化设计的结构参数,主要对于无级调速、转矩、功率分流、功率流、效率、牵引特性等进行研究,提出了新的设计方案,对于发动机与传动系统的匹配理论,在这种动态研究中能够实现一定的工程价值。

1 液压机械无级变速器

在车辆的自动变速中,无级变速能够实现发动机与动力传动系统的最佳匹配,目前机械式无级变速传动器分为两大类:靠刚性转动体接触的摩擦力传递动力的牵引传动式、考挠性的带或链与带轮的摩擦力传动动力的带传动式。其中由于金属带式无级变速器主要靠金属块与带轮摩擦产生的摩擦力矩实现动力的传递,这种传递功率大小就会受金属块与带轮之间的摩擦系数和工作表面压力的限制,单路传递的功率不够大,其使用寿命和效率不高,因此这种变速器很少在拖拉机上使用,同时由于液压式传动主要靠液体的压力传递动力,在运行的过程中通过工作腔的容积进行的,其自身的惯量小、动作比较灵敏、传动相对比较稳定,具有过载保护的功能等,这种液压式无级变速器能够在比较宽的正反转范围内实现可控的无级变速,并且能够保证转速运行的高,这就使车辆保证最稳定的速度。因此在机械运行中,基本上都朝着液压式无级变速转动的方向发展,能够使得这种大功率液压无级传动正常的运行。

2 无级变速转动的特性分析

在工程运行过程中,通常采用多段式液压机械无级变速转动装置,这种装置由汇流排组,其中以两段式液压机械无级变速转动为代表,它在传动时由两行星排组合而成。通过研究拖拉机液压机械无级变速器的设计来对其特性进行具体分析。由于拖拉机的作业环境比较恶劣,其外界负荷波动比较频繁,因此这就要求拖拉机发动机或者变速箱要适时的变更转速以及转矩来适应负荷和行驶阻力进行不断的变化,这样来保证拖拉机的经济性和动力性。对于无级变速器来说要根据拖拉机的实际作业需要来随时的进行调整内部之间运行的转速和转矩,自动的适应外界工况的各种变化,根据分析可以了解到:液压机械无级变速传动是一种液压功率流与机械功率流并联的新型传动装置,通过传动来实现转动高效率,通过液压传动与机械传动来实现无级变速。在设计中需要注意的是要考虑拖拉机作业的实际状况,要选则好合适的工作速度,这就要求变速器要有较大范围的速度运转和作业中速度段有高的效率。

2.1 无级调速特性的分析

对于无级调速的分析主要是研究变量泵与定量马达排量的变化程度来具体的分析,观察拖拉机在行驶过程中的速度来实现的。

2.2 转矩特性的分析

由于液压传动系统所传递的转矩受到高压溢流阀最高油压的限制。在拖拉机转矩设计中,通过研究其输出轴上负载转矩,定量马达的负载转矩进行具体研究,最终液压机械无级变速器各段输出转矩的极限值取决于定量马达最大输出转矩来实现的。在实际拖拉机的运行过程中,所设计的液压机械无级变速器要满足拖拉机的转矩作业。

2.3 功率分流特性的分析

其中拖拉机液压机械无级变速器的液压功率分流比、行星排特性参数、齿轮副转动比、变量泵和定量马达排量比一级系统速比,这些参数之间存在着相关的关系,主要的表现如图1。

图1 各段液压功率分流比

2.4 功率流以及循环功率特性的分析

通过研究拖拉机液压机械无级变速传动的系统,功率流是液压机械无级变速器中功率传递的路线,在运行过程中,当构件在受力端点处转速、转矩的方向相同时,这个构件在此处就是输入功率;当构件在受力端点处转速、转矩方向相反时,其构件在此处就是输出功率。功率的流向用“≥”表示。而循环功率是一种相对比较封闭的系统,在运行时,它所具有的无用功率,不输出系统,在系统的内部引起了摩擦的损失,这就使得机械在运行时降低了传动效率。

2.5 效率特性的分析

在效率特性的研究中,液压机械无级变速器自身属于闭式行星齿轮转动,存在着循环功率,在运行时需要较大的范围,这才能够保证整体的传动效率在不同的车速中以及负载矩阵的变化中正常的运行。通过变量泵马达的运行,设计最佳的效率。

2.6 牵引特性分析

在拖拉机的正常运行中,其中的牵引性主要是研究拖拉机发动机、传动系统、行走机构和工作装置各个参数之间的配合情况。。其中,液压机械无级变速器在运行中能够连续的无级变化来控制速度,其自身的牵引特性就是对拖拉机各个相应曲线包络线的研究,能够保证在发生任何牵引力时,发动机都能在靠近满负荷处正常的运行,这就提高了拖拉机在作业中的生产率,同时节省了拖拉机的燃油率。

3 结语

本文通过对拖拉机液压机械无级变速器的研究,主要通过各个特性的分析,使无级变速转动的设计改善了车辆运行的效率,对于我国目前农业的发展能够起到一定的促进作用,保证拖拉机运行的效率。因此要不断研究其中的特性,提高无级变速器的动力性、经济性以及操作自动化的水平。为拖拉机提供更高的设计方案。

参考文献

[1] 周立国,许友立.农业拖拉机用多段液压机械无级变速器设计[J].农业工程,2010(23).