机械课程设计

1 目 录 一、 概述…………………………………………………………………………1 1．工作原理分析……………………………………………………………1

2．让屏幕实现以下运动规律………………………………………………1 3．设计提供原动件…………………………………………………………1 二、运动方案设计…………………………………………………………………2 1、传动机构设………………………………………………………………2 （1）方案一…………………………………………………………………2 （2）方案二…………………………………………………………………3 （3）方案选择………………………………………………………………3 2、执行机构设计……………………………………………………………4 （1）方案一…………………………………………………………………4 （2）方案二…………………………………………………………………4 （3）方案选择………………………………………………………………5 三、 机构运动简图设计…………………………………………………………6

1、确定电动机型号…………………………………………………………6 2、设计传动系统并确定其传动比分配………………………………………6 3、尺寸设计……………………………………………………………………6 （1）传动机构………………………………………………………………6 （2）执行机构………………………………………………………………7 （4）、作机构运动简图……………………………………………………9 四、 运动分析和设计……………………………………………………………9 2

五、 设计心得……………………………………………………………………10 六、 参考书目……………………………………………………………………11 - 1 -

一.概述 本次机械原理课程设计需要完成的是游戏机传动系统的设计。有一家游乐场增加了一项新的游戏项目。 让一画有景物的屏幕由静止逐渐开始左右晃动，晃动的角度由小变大，最终旋转起来，旋转十多周后，屏幕又渐趋静止。

1．工作原理分析； 因为观众在暗室中仅能看见屏幕上的景物，根据相对运动原理，使观众产生相应的视觉效应，他不认为屏幕在晃动，反而认为自己在晃动，并且晃动的越来越厉害，最后竟旋转起来，这是一个有惊无险的游乐项目。

2．让屏幕实现以下运动规律； 1.由静止开始晃动时的摆角约30。 2.每分钟晃动次数越10~12次。 3.屏幕由开始晃动到出现整周转动，历时2~3分钟。 4.转十多转后，屏幕有趋于静止。

3．设计提供原动件； 利用一三相交流异步电动机带动，其同步转速为1000r/min 或1500r/min，功率约1KW.

二.运动方案设计 - 2 -

为了完成以上运动规律，游戏机系统需要一个传动机构和一个执行构件。在完成一个完整的运动过程中，这个执行构件要从静止开始逐渐晃动，晃动的角度由小变大，最终旋转起来，转十多周后，屏幕又渐趋静止。 要实现这个运动过程，游戏机要通过传动构件涡轮蜗杆、带传动机构进行降速以及运用两个齿轮相互啮合进行加速，通过执行构件（四杆机构）来完成屏幕的晃动加转动。 1.传动机构设计 机械传动机构，可以将动力所提供的运动的方式、方向或速度加以改变，被人们有目的地加以利用 。机械传动是最常见的一种传动形式。 （1）方案一：蜗轮—蜗杆传动+V带（图1所示） 由电动机通过V带传动、蜗轮—蜗杆传动传动

（2）方案二：圆锥直齿轮+V带 由电动机通过V带传动、圆锥直齿轮传动 - 3 -

方案优缺点对比以及选择； 1） 蜗轮—蜗杆传动 优点； A.蜗杆传动接触方式为线接触，噪音小，传动平稳； B.结构紧凑，所以可实现空间交错轴间的很大传动比; C.导程角g 很小时，传动具有自锁性; 缺点； A. 蜗杆传动的一般效率η=0.7～0.8，机械效率较低; B.蜗杆传动齿面的螺旋线方向滑动速度很大，因此容易引起磨损和发热。 C. 蜗杆的导程角小，故其螺旋角大，因此所受轴向力大，故其轴承结构也较复杂 2）圆锥直齿轮 优点； A.用来传递两相交轴的运动，圆锥齿轮的传动比较大； B.圆锥直齿轮传递的圆周速度较低，曲齿用于圆周速度较高的场合。 缺点； A.、噪音相对比较大，而且传动传动过程不稳定。 B.,箱体加工和安装调整都比较困难。 （3）最后方案选择； 将涡轮蜗杆与圆锥直齿轮相互比较得到涡轮蜗杆比较符合设计要求。则选择涡轮蜗杆+V带为传送构件。 - 4 -

2.执行机构设计 介绍；电动机通过V带、蜗轮涡轮的降速和变向带动平面四杆机构ABCD运动，再通过齿轮传动带动屏幕左右晃动。 为了改变屏幕晃动幅度的大小，使之逐渐增大，并最终使屏幕作连续回转，可采用如下三种方法来实现： 1）.摇杆长度不变，增大曲柄AB的长度。 2）.曲柄长度不变，缩短摇杆CD的长度。 3）.同时改变曲柄和摇杆的长度，但这样将使结构复杂，不可取。 可以通过下面两种情况在不停车的状态下改变曲柄或摇杆的长度。 （1）方案一：通过行星轮系和螺旋机构来改变曲柄AB的长

度。如图（2）所示。

图2 改变曲柄长度方案之一 优点：传动平稳无噪音，减速比大； - 5 -

可实现转动与直线移动互换； 滑动螺旋可做成自锁螺旋机构； 缺点：工作速度一般很低，只适应于小功率传动。 (2）方案二：通过行星轮系和一个凸轮机构来改变曲柄AB的长度。如图（3）

所示。

图3 改变曲柄长度方案之二 优点：结构紧凑，工作可靠，调整方便，可获得任意运动规律； 缺点：但动载荷较大，传动效率较低。 (3)最后方案选择;由于行星齿轮机构特点传动比大，结构紧凑，工作可靠，制 造和安装精度要求高，其他特点同普通齿轮传动。相对而说性能比较好。 根据设计要求和优缺点，该机构选定方案一。

三．机构运动简图设计 （1）确定电动机的型号； 根据电动机的转速和设计要求，选取一三相交流异步电动机带动，其同步转速为1000r/min ，功率约1KW。 （2）设计传动系统并确定其传动比分配； - 6 -

传动比的分配，屏幕的晃动是10次/min,则曲柄的转速n=10r/min,所以蜗轮的转速n=10r/min，确定传动机构的总传动比为i=1000/10=100 传动机构的顺序：电动机——V带传动——蜗轮蜗杆传动——四杆机构——屏幕 采用V带传动选取带传动比为2，蜗轮蜗杆为第传动比为50。 涡轮蜗杆传动比选择因素； （3）尺寸设计

1） 传动机构

A.蜗轮蜗杆设计数据； 尺寸

名称 涡轮 蜗杆

齿数 50 1 模数 （mm） 4 4 压力角 （o） 20 20 直径 （mm） 200 40 B.圆柱齿轮设计数据； - 7 -

2).执行机构 A.曲柄摇杆机构 方案一；避免极位夹角（极位夹角为零） 已知：摇杆CD杆长，摆角φ=40及行程速比系数K=1既极位夹角θ=0，设计此曲柄摇杆机构。（如图四） ① 取长度比例尺做机构图。 ② K=180+θ/180-θ=1

尺寸 名称 齿轮一(大) 齿轮二（小）

齿数 80 20 模数 （mm) 4 4 压力角 (o) 20 20 分度圆直径 (mm) 320 80 齿顶圆直径（mm） 328 88 齿根圆直径（mm） 310 70 基圆直径 （mm） 300 75 - 8 -

图四； 二；存在极位夹角(极位夹角不为零) 已知：机架AD=1000，当摆角φ=30由于必须满足平行四边形四杆机构可知连杆BC=1000，假设摇杆CD=1200 极位夹角为θ设计此曲柄摇杆机构。 C1D=C2D=CD （如图5）

图五； 取长度比例尺u=100; BA=2 CB=10 DA=10(取比例尺后值)

计算（极位夹角θ与CD杆长的关系，求最小极位夹角)； 在三角形ΔC1DC2中可知(C1D为摇杆长度)； C1C2=4C1D2cos275 在三角形ΔC1AC2中可知； - 9 -

C1C22=AC22+AC12-2AC2*AC1cosθ 可以得到cosθ=(AC22+AC12- C1C22)/2AC2*AC1 带入数据可以得到C1D=（164-160cosθ）/0.268 当C1D取一下值时可以得到相应的极位夹角；

经过验证对比； 当CD=1300时，可得较到极位夹角最小为θ=80 四杆机构杆长条件检验； 经过四杆机构判断条件a+d ≤ b+c满足要求。 方案对比； 对一些受力较大的四杆机构，应使机构的最小传动角具有（最大值设计时要求:γmin≥40~50°），但最小传动角与四杆机构的其他性能参数是彼此制约的，如摇杆摆角大或行程速度变化系数大，最小传动角的值就会小。（需要参看书P135页图8-28）故设计时要统筹兼顾各种性能指标，才能获得好的设

CD实际杆长 CD安比例尺长度 极位夹角余弦值 极位夹角（θ0） 1000 10 0.858 30 1100 11 0.822 34 1200 12 0.784 38 1300 13 0.996 8 1400 14 0.697 47 1500 15 0.643 50 1600 16 0.597 54