机械系统运动方案创新设计课题库 机械系统创新设计课题，就是要培养学生对机械系统运动方案创新构思和设计的能力，培养对机械系统中各机构分析和设计的能力，培养工程设计能力和多学科知识交叉融合的设计能力。设计题目均来自于生产实际和日常生活，它们的工艺动作，一般均包括23个动作。其实，新的机械设备的创新是层出不穷的，为了实现某种功能就可创造出一种新的机械，因此设计题目还可以根据生产或生活的需要自己来设定。一、食品机械(一)剥豆机1.工作原理及工艺动作过程 将干蚕豆浸泡后放在料斗内，通过振动下料后将蚕豆子放，并排列成头尾相接，然后将豆送到切皮位置，将豆压住并切开头部的皮，最后用挤压方法将豆挤出。剥豆机的主要工艺动作是送料、压豆切皮、挤压脱皮。2.原始数据及设计要求(1)蚕豆长度：2025 mm；(2)蚕豆宽度：1520mm；(3)蚕豆厚度；68mm；(4)生产率：每分钟剥80粒；(5)要求体积小、重量轻、压紧力可调、工作可靠、外形美观。3设计任务(1)根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图。(2)构思能实现上述动作要求的送料机构、压紧与切皮机构、挤压脱皮机构。(3)机械运动方案的评定和选择。(4)根据选定的电动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案。(5)画出机械运动方案简图。(6)对传动机构和执行机构进行运动学尺寸计算。4设计方案提示 为了使蚕豆呈横卧头尾排列，可以采用振动料斗上料，送料机构一般可采用间歇运动机构，压紧、切皮机构最好用联动组合机构，为保证压力不过大，可在压头处加一个刚度合适的弹簧，利用两轧辊加压进行挤压脱皮，两轧辊之间的间隙一般比蚕豆的最小厚度略小。(二)糕点切片机l.工作原理及工艺动作过程 糕点先成形(如长方体、圆柱体等)，经切片后再烘干。糕点切片机要求实现两个执行动作：糕点的直线间歇移动和切刀的往复运动。通过两者的动作配合进行切片，改变直线间歇移动速度或每次间隔的输送距离，以满足糕点不同切片厚度的需要。2原始数据及设计要求(1)糕点厚度：1020mm；(2)糕点切片长度(即切片的高)：580mm；(3)切刀切片时最大的作用距离(即切片的宽度)：300mm；(4)切刀的工作节拍：40次/min；(5)电动机功率：N0.55kW(或0.75kW)，转速：n1390r/min；(6)要求机械系统的机构简单、轻便，运动灵活、可靠。3设计任务(1)根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；(2)构思实现上述动作要求的间歇运动机构和切口机构；(3)机械运动方案的评定和选择；(4)根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案；(5)画出机械运动方案简图；(6)对机械传动系统和执行机构进行运动学尺寸计算。4设计方案提示 当切削速度较大时，切片刀口才会整齐平滑，因此切刀运动方案的选择很关键，切口机构应力求简单适用、运动灵活和运动空间尺寸紧凑等。直线间歇运动机构应满足切片长度尺寸的变化要求，调整机构必须简单可靠、操作方便，可采用调整速度方案，或采用调整距离方案与其它调整方案，应对各调整机构方案进行定性的分析比较。间歇运动机构必须与切刀运动机构工作协调，即全部送进运动应在切刀返回过程中完成。需要注意的是，切口有一定的长度(即高度)，输送运动必须在切刀完全脱离切口后方能开始进行，但输送机构的返回运动则可与切刀的工作行程运动在时间上有一段重叠，以利提高生产率。在设计机器工作循环图时，应注意间歇运动机构设计参数的选取。(三)糖果包装机的糖果装进机构设计1工作原理及工艺动作过程 糖果包装机通过一系列机构的同步协调工作，能包装长方形、圆柱形、球形等各类糖果。它由盛糖斗、输送糖粒机构、包装纸供应和下纸机构、装进机构、夹盘运动机构、扭结糖纸机构等组成。装进机构由前、后两个冲头配合动作，将糖粒和糖纸夹紧送到夹盘的夹子中(如图1所示)。夹盘将糖粒送到扭结糖纸机构进行糖果包装。前冲头在固定的滑道上前后往复移动，后冲头作前后有规则的摆动，实现接糖、送糖、间歇装进糖果到夹盘的协调动作。前、后冲头夹糖粒的松紧程度由前、后冲头夹槽的间距确定，其松紧程度一般可调整。 图1 糖果包装机糖粒装进示意图2原始数据及设计要求(1)产量：100粒/min；(2)前冲头行程：100mm；(3)后冲头行程：80mm；(4)前、后冲头夹糖粒间距：5mm；(5)电动机功率：0.4kW；(6)电动机转速；1370r/min。3设计任务(1)冲头接触和脱离糖粒时无冲击，运动平稳。(2)装进糖粒过程中前、后冲头接糖、送糖的间歇动作要协调一致。(3)糖粒送人夹盘后，冲头应快速返回原位准备下一个工作循环。(4)设计的机构性能良好、结构简单、制造方便。(5)机构运动简图的结构布置合理，减速机构选型适当。4设计方案提示 前冲头可采用能扩大行程的六杆机构，后冲头采用摆动凸轮机构，实现糖块的装进动作。连杆机构的曲柄和凸轮机构的凸轮应装在同一根轴上，使运动协调。(四)莲子自动去壳去心机1原始数据及设计要求 莲子由自动送料机输送，先去壳、去心后再自动包装，要求莲子不能破碎。2设计方案提示因莲子外壳干后很硬，可采用连杆机构轻压或用刀刃剪切去壳；去心可采用钻削的方法；可采用塑料袋包装。二、医用机械(一)医用棉签卷棉机1.工作原理及工艺动作过程 医用棉签日耗量很大，为了提高工效可采用卷棉机代替手工卷制棉签。棉签卷制过程可以仿照手工方式进行动作分解，亦可另行构想动作过程。按手工方式进行动作分解后得到的工艺动作为：(1)送棉，将条状棉通过一机构定时适量送入卷棉机。(2)揪棉，将条状棉压(卷)紧并揪棉，使之揪下定长的条棉。(3)送签，将签杆送至导棉槽上方与定长条棉接触。(4)卷棉，签杆自转并沿导棉槽移动，完成卷棉动作。2原始数据及设计要求(1)棉花：条状脱脂棉，宽2530mm，自然厚45mm。 (2)签杆：医院通用签杆，直径约3mm，杆长约70mm，卷棉部分约2025mm。(3)生产率：每分钟卷60支，每支卷取棉块长约2025mm。(4)要求卷棉签机体积小、重量轻、工作可靠、外形美观、成本低、卷出的棉签松紧适度。3设计任务(1)根据工艺动作要求拟定运动循环图。(2)进行送棉、揪棉、送签、卷棉四个机构的选型，实现上述四个动作的配合。(3)机械运动方案的评定和选择。(4)根据选定的电动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案。 (5)画出机械运动方案简图。(6)对机械传动系统和执行机构进行运动学尺寸计算。4设计方案提示 送棉可采用两滚轮压紧棉条、对滚送进，送进方式可采用间歇运动，以实现定时、定量送棉。揪棉时应采用压棉和揪棉两个动作，压棉可采用凸轮机构推动推杆压紧棉条，为了能自动调整压紧力，中间可加一弹簧；揪棉可采用对滚爪轮在转动中揪断棉条。送签可采用漏斗口均匀送出签杆，为避免签杆卡在漏斗口，可将漏斗作一定振动。卷棉可将签杆送至导棉槽，并使签杆产生自转并移动而产生卷棉，如采用带槽的塑料带通过挠性传动来实现。(二)洗瓶机1.工作原理及工艺动作过程 为了清洗圆形瓶子的外表和里面，需将瓶子推入同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转，推动瓶子沿导辊前进，内、外转动的刷子就将瓶子洗净。它的主要动作是将到位的瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程中利用导辊转动将瓶子旋转以及将刷子转动。2原始数据及设计要求(1)瓶子尺寸：大端直径080mm，长L200mm，口径d20mm。(2)推进距离S600mm，推瓶机构应使推头以接近均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱离瓶子，然后推头快速返回原位，准备进入第二个工作循环。(3)按生产率的要求，推程平均速度v45mm/s，返回时的平均速度为工作行程的平均速度的3倍；(4)要求机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。3设计任务(1)根据上述动作要求拟定运动循环图。(2)进行推瓶机构和洗瓶机构的选型，实现洗瓶动作要求。(3)机械运动方案的评定和选择。(4)根据选定的电动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案。(5)画出机械运动方案简图。(6)对机械传动系统和执行机构进行运动学尺寸计算。4设计方案提示 推瓶机构一般要求推头工作时作近似直线轨迹运动，回程时轨迹形状不限，但不能反向拨动瓶子。由于上述运动要求，可采用组合机构来实现。洗瓶机构可由一对同向转动的导辊和内、外刷子转动的转子所组成，通过机械传动系统来完成。 (三)膝关节骨关节治疗仪 1.工作原理及工艺动作过程 膝关节、骨关节病是一种常见病，尤多见于40岁以上的中、老年患者，主要临床表现是关节疼痛、僵硬。对本病的病理机理进行研究后，利用传统中医药松凝分筋手法，疗效显著，但手法劳动强度大，而且需两人同时操作。因此，需研制一套治疗仪器，以机械的运动代替手工操作，减轻医生的劳动强度。 松凝分筋手法动作如下: 准备手法：点压冲门、风市、伏兔、血海、内与外膝眼、阳陵泉、悬钟诸穴位，以疏通经络；然后分别于大腿、腋窝、小腿施以滚拿法，以促进血液循环，放松肌肉。 治疗手法：以左膝为例。第一步，牵引膝关节，助手面向患者，右肘挎住患者左大腿下端，左手搭扶患膝前，右手握住左腕；医疗者双手握往患脚足踝部，使患膝微屈，与助手对抗牵引1分钟。第二步，牵引下内收。外屈和内旋、外旋膝关节。医疗者与助手在维持牵引状况下，进行患膝内收、外展和内旋、外旋的被动活动重复3次，活动幅度逐次加大。第三步，牵引下屈伸膝关节，维持牵引，并进行患膝屈伸被动活动，反复3次，并逐次加大到最大幅度，当屈曲至最大范围时，助手右前臂轻缓移出。整个松凝分筋手法操作均在牵引状态下进行，且动作稳、柔、缓。 收动手法：对患膝施以推法，搓法收功。2原始数据及设计要求 内收、外展，角度的范围为：45180；膝关节受到向前拉伸的力量为：20kg，内旋、外旋角度的范围为：-5+5；直线运动频率为：0.5次/min；内旋、外旋频率为1次/min；一个动作循环为1分钟。要求整个操作缓慢平稳，仪器结构紧凑，体积小，重量轻，操作方便。三、印刷与包装机械(一)半自动平压模切机l.工作原理及工艺动作过程 半自动平压模切机是印刷、包装行业压制纸盒、纸箱等纸制品的专用设备。它可对各种规格的纸板、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。经过压痕、切线的纸板，用手工或机械沿切线处去掉边料后，沿压出的压痕可折叠成各种纸盒、纸箱，或制成凹凸的商标。它的工艺动作主要有两个：一是将纸板走纸到位，二是进行冲压模切。2原始数据及设计要求(1)每小时压制纸板3000张。(2)上模固定，下模向上移动的行程长度H(500.5)mm，回程的平均速度为工作行程的平均速度的1.3倍。(3)工作行程的最后2mm范围内受到生产阻力Pr=2106N，回程时不受力。下模和滑块的质量共约120kg。(4)工作台面离地面的距离约1200mm。(5)要求设计的机构性能良好、结构简单紧凑、节省动力、寿命长、便于制造。3设计任务(1)根据工艺动作要求拟定运动循环图。(2)进行送料、模忉机构的选型。(3)机械运动方案的评定和选择。(4)根据给定的生产阻力及工作裕量选定合适的电动机。(5)进行飞轮设计。(6