表0.2 机械设计基础系列课程综合设计步骤和内容

设计步骤 应完成的内容 主执行机构、辅助主执行机构(进刀机构、调节机构、送料机构等)的选型 选出原动机类型、型号 设计出传动系统方案及设计出传动系统参数 设计出2个最终方案的工作循环图 设计出主执行机构和辅助执行机构的运动学尺寸 主执行机构的解析法静力分析 主执行机构的解析法运动分析和一个位置的图解法运动分析。 主执行机构的解析法动态静力分析；一个位置的图解法动态静力分析或静力分析 应完成的成果草稿 各种机构比较、评价、选择的依据；最后选出的1个最终方案 计算过程、依据、结果 计算过程、依据、结果 应完成的成果、正式文件 1. 机构的选型 2. 原动机的选用 3. 拟定传动系统方案及传动系统参数设计计算 4. 绘制系统工作循环图 传动系统图1张 各角度的设计过程、依据、结果 工作循环图1张 主执行机构的机构运动简图(1号图的部分内容) 静力分析的程序清单和打印结果 1)程序清单、打印结果；2)速度图和加速度图(1号图的部分内容) 1)程序清单，打印结果； 2)杆组力图和机构力矢量(1号图的部分内容) 设计计算说明书 5. 各机构的参数确定 6. 静力分析和初定各构件的质量参数 设计或和综合的过程、依据、结果 各构件的质量参数 7. 主执行机构的运动分析 8. 机构的动态静力分析 11. 编写设计计算说明书

0.4 机械原理课程设计的评分方法和评分标准

学生的“机械原理课程设计”成绩分为二部分：第一部分为平时成绩，第二部分为设计成果成绩。

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第一部分平时成绩占总成绩的40%。首先，指导教师根据学生的出勤率和“调研确定整体方案”、“编程上机”、“画图”、“整理设计说明书”、“交流与讨论”等主要实践环节中的表现给出成绩；第二部分设计成果成绩，我们按照“方案设计”占20%，“设计图纸”占40%，“设计说明书”占40%的比例评定成绩。学生如在某一方面，特别是在设计方案上如有所创新、有所突破者可得高分。

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1 机构的选型

机构选型的任务是选择主执行机构、辅助主执行机构(进刀机构、调节机构、送料机构等)的类型。要求学生：1)在选型、讨论过程中应记录下各种机构比较、评价、选择的依据；2)最后选出的2个最终方案(这两个方案也是后续步骤的实施方案)。

1.1主执行机构的选型

牛头刨床的刨刀机构、专用精压机的冲压机构和平台印刷机的版台运动执行机构等均为主执行机构。它们均是实现往复移动输出的机构。

机构选型的大致步骤为：

第一步：按预期运动转换类型列出所有备选机构； 第二步：按机构的优缺点和应用场合筛选备选机构； 第三步：按工作特点筛选备选机构； 第四步：按预期运动规律筛选备选机构；

第五步: 对不理想的机构进行变异组合扩展得到新机构； 第六步: 选出多个理想的机构。

需指出的是：1)工程实际问题要复杂的多，设计者的设计能力也高低变化,所以上述步骤是引导学生思考的步骤,并不权威；2) “理想的机构”是定性分析的理想的机构,最终的理想的机构还需对系统进行运动、动力、强度结构等定量分析才能评价出来，因此工程设计是反反复复的过程,而课程设计做不到这一点。

1.1.1 按预期运动转换形式列出所有备选机构

预期运动转换类型：在课程设计的题目中，主执行机构是实现往复移动输出的机构，当原动机为电动机时，主执行机构是“将转动形式转换为往复移动形式”机构。

学生在《机械设计》中学过“带传动” 、“链传动” 、“齿轮传动”，它们可组合出所需的传动系统，不能对运动形式进行转换。

学生在《机械原理》中学过的“连杆机构”、“凸轮机构”和“其它常用机构”(又称间歇运动机构)可对运动形式进行转换，而“轮系”则不行。

“将转动形式转换为往复移动形式”的机构只剩下“连杆机构”和“凸轮机构”，当然，也可以采用组合机构，例如齿轮－连杆组合机构两种、凸轮－连杆组合机构等等。

1.1.2 按机构的优缺点和应用场合筛选备选机构

“连杆机构”、“凸轮机构”、“组合机构”各有哪些优缺点？各用在哪些应用场合？在进行机构型式设计时，必须回答这个问题。

单自由度连杆机构有四杆机构、六杆机构、八杆机构；

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实现“将转动转换为往复移动”的四杆机构只有曲柄滑块机构。

六杆Ⅱ级机构是由原动件、机架和两个Ⅱ级组组成。组合方式有串联、并联和混联三种，你只能选择哪种方式？理论上，只要后接Ⅱ级组是RRPⅡ级组，都能实现“将转动转换为往复移动”功能。请学生以列表形式和以机构示意图形式组合出所有“能将转动转换为往复移动“的六杆Ⅱ级机构。

对于二自由度机构，例如五杆机构、七杆机构（包括组合机构）等，可以采用运动封闭的方法，将其封闭为单自由度机构。

Ⅲ级机构(当然是六杆机构)也能实现“将转动转换为往复移动”功能,在机构选型中可讨论Ⅲ级机构，但强烈建议最终方案别选择Ⅲ级机构。(不过，若选择Ⅲ级机构为最终方案，并成功完成设计计算，很可能备受推崇。)

经过这一步，你的备选机构有多少？请一一列出。 1.1.3 按工作特点筛选备选机构

设计任务书中的“设计要求与技术条件”，对设计对象提出了行程、急回特性、受力等方面的要求，在进行机构型式设计时，应给予充分考虑。

学生还需归纳总结出其它特点。 工作特点对机构的要求：

(1) 工作行程大：要求机构是行程扩大机构；

(2) 工作阻力较大：要求机构在具有较大的力增益的区间工作； (3) 正向运动的大部分时间有工作阻力： 要求机构具有急回特性；

(4) 正向运动的极短时间有工作阻力：要求机构在具有较大的力增益的区间工作。 图1.1给出了两种行程扩大机构，学生还可以寻找出或组合出其它几种行程扩大机构。

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D 5 4 E

B 1 A a) b）

3 图1.1 行程扩大机构

C 当不计摩擦及惯性力时，机构的输入角速度?i力矩Mi与输出角速度?0力矩M0满

足关系Mi?i= M0?0，所以力M0 /Mi=?i /?0， M0 / Mi为力增益。当 ?i不变(由工作频率决定)而?0很小时，机构的增益很大。由此可看出机构在极限位置附近的?0很小。结论

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