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机械原理课程设计


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●方案设计 ◆拟定原理 ◆执行机构设计 ◆原动机选择 ◆传动系统设计 机械系统的运动方案及机构的创新设计

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●创新设计

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机械原理 课程设计
指导:

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r />●方案设计 ◆拟定原理 ◆执行机构设计 ◆原动机选择 ◆传动系统设计 机械系统的运动方案及机构的创新设计

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●创新设计

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一、课程设计目的:
1、 巩固和加深学生所学的机械原理知识; 2、培养学生运用理论知识独立解决工程实践问题的 能力,受到一次完整的基本设计方法的训练; 3、 对学生进行机构的选型与组合以及确定运动方 案的训练; 4、 提高学生运算、制图、表达和使用技术资料的 能力; 5 训练学生掌握电算程序的编制方法,培养其使用 计算机解决工程技术问题的能力。

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●创新设计

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二、机械原理课程设计的任务
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机械原理课程设计的任务是:根据给定的工作 要求,进行机构的选型与组合,设计几种可能 的机械运动方案,并对各种方案进行对比、选 择;绘制机构运动循环图;对选定方案中的连 杆机构、凸轮机构、齿轮机构及其它常用机构 进行设计;绘制机械系统的运动简图;对机构 进行运动分析和动力分析;编写设计计算说明 书和画出图纸。

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三、机械原理课程设计的方法
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机械原理课程设计的方法分两大类: 1、 图解法:运用基本理论中的基本关系式, 用图解的方法将其结果确定出来,并清晰的以 线图形式表现在图纸上。图解法的几何概念清 晰,方法简单。 2、 解析法:运用解方程的方法求解未知量, 可借助计算机进行,计算精确,结果可靠。 这两类方法各有优点,互为补充。在课程 设计中应并重,互相结合,择简而用。

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●创新设计

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四、机械原理课程设计的内容
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1、机械设计的一般过程 不论哪一类设计,为了提高机械设计的质量, 必须有一个科学设计的程序,机械设计的一般 进程可分为四个阶段:产品规划阶段、方案设 计阶段、详细设计阶段和改进设计阶段。通常 广泛实施和应用的程序可归纳成表1所示的框 图程序。

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●创新设计

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设计阶段 设计程序内容与设计步骤
市场需求 产 品 规 划 提出设计任务 需求水平分析 明确任务要求 设计任务书 可行性研究报告 任务要求明细表

阶段设计目标

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●创新设计

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功能分析和工作原理确定 方 案 设 计 工艺动作分析、执行动作确定 机械运动方案的设计与评价 评价优化 机械运动简图优化 机械构形构思与设计 技 术 设 计 机械总装图设计 设计计算说明书 机械部件设计 机械零件设计 使用说明书 技术文件编制 标准、通用件明细表 施工图 机械运动简图 设计计算说明书

样机试制工作总结 改 进 设 计 研制报告 样机性能试验检测 用户试用报告 样机试用情况报告 针对存在问题进行技术完善 性能测试报告 报告 改进设计图纸

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●创新设计

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1)产品规划阶段
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其中心任务是进行需求分析、市场预测、可行 性分析、确定设计参数及制约条件,最后给出 详细的设计任务书(或要求表),作为设计、 评价和决策的依据。

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●创新设计

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2)方案设计阶段
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需求是以产品的功能来体现的,功能与产品设计关系 是因果关系,但又不是一一对应的。体现同一功能的 产品可以有多种多样的工作原理,因此,这一阶段是 在功能分析的基础上,通过创新构思、搜索探求、优 化筛选取得较理想的工作原理方案。对于机械产品来 说,在功能分析和工作原理确定的基础上进行工艺动 作构思和工艺动作分解,初步拟定各执行构件动作相 互协调配合的运动循环图,进行机械运动方案的设计 (即机械系统的型综合和数综合)等。这就是机械产 品方案设计的主要内容。

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●创新设计

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3)详细设计阶段
主要是将机械的构形构思和机械运动简图具 体转化为机器及其零部件的合理结构。也就 是要完成机械产品的总体设计、部件和零件 设计,完成全部生产图纸并编制设计说明书 等有关技术文件。

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●创新设计

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4)改进设计阶段
根据样机性能测试数据,用户使用以及在鉴定中所 暴露的各种问题进一步做出相应的技术完善工作, 以确保产品的设计质量。这一阶段是设计过程不可 分割的一部分,通过这一阶段的工作可以进一步提 高产品的效能、可靠性和经济性,使产品更具有生 命力。

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●创新设计

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2、机械原理课程设计的一般过程
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1)了解题意。即了解机器的工作对象、加工 方法和工作参数(设计时必要的原始数据)。它 们是设计的依据。
2)功能原理方案的设计和构思 根据机械所要实现的功能(功用)采用有关的 工作原理,由工作原理出发设计和构思出工艺 动作的过程就是功能原理方案设计。在功能设 计中,应将机械将要达到的总功能,分解成多 个功能元的运动和动作,确定运动方案。

? ?

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………
子功能1 相应工艺动作 执行机构

+ ●创新设计 = ? + …………

执行动作



子功能2

相应工艺动作

执行机构

执行动作




子功能3
…………

相应工艺动作
…………

执行机构

执行动作

………

………

………

…………

………
执行动作

子功能n

相应工艺动作

执行机构

执行动作

………

图1 机器的功能、工艺动作及执行机构框图

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●创新设计

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3)机械系统运动方案的拟定与评价
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根据功能原理方案中提出的工艺动作过程及各 个动作的运动规律要求,选择相应的若干个执 行机构,并按一定的顺序把它们组合成机械运 动示意图,这个机械系统应能合理地、可靠地 完成上述工艺动作。机械运动方案就是机械运 动简图设计中的型综合,机械运动方案通常用 机械运动示意图来表示 。

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机构执行机构运动方案的评价 评价指标:质量(精确性、稳定性、适应性、扩展性)

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工作性能(运转平稳性、传力性能、承载能力) 动力性能(冲击、振动、噪声、耐磨性) 经济性(设计工作量、制造成本、维修、能耗) 结构合理性(复杂性、大小、重量) 社会性(合法性、人性化、环保) 评价方法:专家记分评价法

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● 评价指标

方案设计 ◆拟定原理 ◆执行机构设计 ◆原动机选择 ◆传动系统设计 机械系统的运动方案及机构的创新设计
方案1 相对评分 精确性 0.75 0.5 0.4375 8.75 相对平均 分 指标得 分 相对评分

专家记分评分法评分表

方案2

+

●创新设计

+

= ?

相对平均 分

指标得 分

质量(20分)

稳定性

适应性
扩展性 平稳性

0.5
0 0.5 0.75 0.75 0.25 0.5 0.25 0.5 0.25 0.75

工作性能(30分)

传力性能 工作效率 承载能力 冲击性

0.5625

16.875

动力性能(20分)

振动 噪声 耐磨性 设计工作量大小

0.375

7.5

制造成本
经济性(10分) 维修难易 能耗 安装方便度 复杂程度 结构合理性(10分) 尺寸 重量 环保性 社会性(10分) 实用性 宜人性 评价得分

0.75
0.75 0.5 1 0.75 0.75 0.75 1 1 1 58.125 1 10 0.75 7.5 0.75 7.5

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+

●创新设计

+

= ?

4)制定机械系统的运动循环图
转角(度) 0O20O30O50O60O 90O 或时间(秒) 0 送 定 夹 钻 料 位 紧 孔


150O 180O 6
近 近

240O

270O 9
休 休

360O 12

1

2

3

程 远休 回程 升 近休 程 远休 回程 近休 升程 停 止 进 (1) 远 刀 (2 钻孔) 休

回 退刀

程 停 止





图5

机械运动循环图

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●创新设计

+

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?

?
? ? ? ? ?

5)机构的尺度设计 ①连杆机构尺度设计 ②凸轮机构尺度设计 6)机构的运动分析 7)机构的动力分析 8)整理设计图纸和电算资料 9)整理和编写设计计算说明书

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五、机械系统设计的一般原则
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运动链简短; 优先选基本机构; 机械效率较高; 传动机构排列顺序合理; 合理分配传动比。

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六、课程设计说明书的内容
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?
? ? ? ?

目录 设计题目 传动方案的拟定及说明 机构的尺寸综合 机构的运动分析、动力分析 分析、计算程序及说明 设计小结 参考资料

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●创新设计

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七、注意事项
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?

?

?

1)预备好草稿本 。 2)说明书可手写也可打印。 3)说明书中所用的公式和数据应说明来源,参考 资料应编号和书写页次。 4)说明书中每一自成单元的内容都应有大小标题, 使其醒目突出。 5)说明书中应附有相应的简图和计算程序,图纸 的数量要达到规定的要求,提倡用计算机绘图。 电算程序作为附件,整理好与说明书订在一起。 6)说明书应加上封面,说明书封面与图纸标题栏 等按规定执行。

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●创新设计

+

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八、机械原理课程设计时间安排
设计过程 2周设计 设计时间 (天) 1周设计

设计任务布置、设计解读及小组 讨论
小组创新方案讨论、绘制机械系 统运动简图 方案的评价 编制运动循环图 连杆机构和凸轮轮廓尺度设计 连杆机构的运动分析(图解法、 解析法)

0.5
1 0.5 0.5 1 1 0.5

0.5
0.5 0.5

连杆机构的力分析(图解法、解 析法)
计算机辅助设计讲解 编程及上机实践

1
1 1

0.5
0.5 1 0.5 0.5

编写技术说明书
绘制技术图纸、制作PPT 答辩

1
1 0.5

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●创新设计

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九、机械原理课程设计成绩评定
组号
评议内容 小 组 评 议 创新性 方案可行性 团队合作 设计过程 小组成绩 个人成绩评定 组员姓名 创新能力 团队作用及考勤 图纸质量 指导教师(签字): 日期: 年 月 日 说明书质量 答辩成绩 综合成绩 优秀

小组成绩评定
良好 中等 及格 不及格

指导教师评议

成绩评定说明

(1)每个学生的综合成绩为课程设计成绩,由小组成绩、创新能力、 团队及考勤、图纸质量、说明书质量、答辩成绩共同确定;(2) 综 合成绩中小组成绩占20%、创新能力占10%、团队及考勤占10%、图纸质 量占20%、说明书质量占20%、答辩成绩占20%。

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●创新设计

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十、其他要求和课题安排
机械原理课程设计 说明书 设计题目

( 设 计 题 目 )
系 设计者 指导教师 专业 班

机 械 原 理 课 程 设 计 ( 校 名 ) 系 专业 20 班

10

50

设 计 审 阅 成 绩

(日期)方案号 (日期) 图 号

年 图6

月 说明书封面



10

10

图总号

15
设计及说明 结果

20

15

15 135

图8

标题栏格式

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●创新设计

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机械原理课程示例1
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多头专用钻床执行机构运动方案设计

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●创新设计

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机械原理课程示例2
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半自动钻床执行机构运动方案设计
设计任务:对已加工好的带有凸台的盘形零件 进行钻孔。其总功能应分解成如下的几个工艺 动作:①送料;②定位;③夹紧;④进刀(钻 孔)。 设计参数:零件图如图2所示,要求每分钟送 五个零件,电机的转速n电=1440r/min。
F30 18 10

?

F20 F40

图2 零件图

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●创新设计

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1)执行机构的选择构思
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总 功 能 在 工 件 上 钻 孔 从动件叉头通过高 副与移动滑块相连 子功能 4 进刀 钻头的进给与退出 齿轮齿条机构 齿条上下 往复移动 子功能 1 送料 子功能 2 定位 子功能 3 夹紧 从料斗推出工件及把钻 好孔的工件向前推进 定位挡块伸缩,挡 住工件或让出通道 夹具夹紧或松开 移动从动件 圆柱凸轮机构 移动从动件 盘形凸轮机构 摆动从动件 盘形凸轮机构 从动件 往复移动 从动件 往复移动 滑块 往复移动

图 3 半自动钻床的功能、工艺动作及执行机构框图

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●创新设计

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2)机械系统运动方案的拟定与评价

齿

料 斗 动 力 头

C 8 D

齿 扇E 齿 轮



1

7

B A 6 F 5 图4 G 4 3

J H I 2

半自动钻床的运动方案图

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●创新设计

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3)制定机械系统运动循环图
转角(度) 0O20O30O50O60O 90O 或时间(秒) 0 送 定 料 位


150O 180O 6
近 近

240O

270O 9
休 休

360O 12

1

2

3

程 远休 回程 升 近休 程 远休 回程 近休 升程 停 止 进 (1) 远 刀 (2 钻孔) 休

夹 紧 钻 孔

回 退刀

程 停 止





图5

机械运动循环图

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●创新设计

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本次设计课题简要提示

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●创新设计

+

= ?

?

课题一:牛头刨床执行机构运动方案设计
F 执 行 机 构 Fmax

F
0.05H

传 电机







0.05H

H
a)机械系统示意图 b)刨头阻力曲线图

s

C
滑块 6

5 B D 3 A
滑块 3 曲柄 O2

6 E 工件 7 工作台 8 O9 9 10 O4 1 c)执行机构运动简图 图 1 牛头刨床机械示意图

连杆 导杆

2

n2

12 11

4

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●创新设计

+

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课题二:插床执行机构运动方案设计
F 执 行 机 构

F
0.05H

Fmax
0.05H

传 电机







H
a)机械系统示意图 b)插刀阻力曲线图

s

y d
6 C 滑块 连杆 5 B 1 D O4 4 导杆 4 凸轮 7 O2

y

从动件 8 O8

n2 2

曲柄

滑块 3 A c)执行机构运动简图 附图 2 插床机械示意图

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●创新设计

+

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课题三:压床执行机构运动方案设计
F
执 传 动 装 行 置 机 构

Fmax

F
0.75H 0.25H

电机

s

a)机械系统示意图

H
b)冲头阻力曲线图

C 5 滑块 6 D

B

4 摇杆 ?1 1 3 从动件 8 连杆 凸轮 7 O2 ?2? O4

y

n2
A

2 曲柄

x1

x2
c)执行机构运动简图 附图 3 压床机械示意图

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●创新设计

+

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●创新设计

+

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二、课程设计内容:
题目1: 牛头刨床刨刀的往复运动机构设计

题目2: 颚式破碎机设计
题目3: 压床主运动机构设计

题目4: 专用机床的刀具进给和工作台转位机构设计
题目5: 汽车风窗刮水器机构设计 题目6: 洗瓶机推瓶机构设计 题目7: 铁板输送机构设计 课题8: 半自动平压模切机机构设计

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●创新设计

+

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二、课程设计内容: (按任务书要求)
1.原动机选择

2. 执行机构构思与选择
3. 传动机构选择 4. 机械系统运动方案评价与选择 5. 执行机构运动尺寸设计或运动参数确定 6. 机构工作运动分析或动态静力分析 7. 飞轮设计 8. 编写设计计算说明书

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●创新设计

+

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题目1: 颚式破碎机设计

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●创新设计

+

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题目2: 专用机床的刀具进给 和工作台转位机构设计

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●创新设计

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题目3: 洗瓶机推瓶机构设计

推头轨迹

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●创新设计

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题目4: 铁板输送机构设计

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●创新设计

+

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课题5: 半自动平压模切机机构设计

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●创新设计

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题目6: 牛头刨床刨刀的往复运动机构设计

1. 原动机的选择: ——电动机
同步转速n=

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+

●创新设计

+

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题目6: 牛头刨床刨刀的往复运动机构设计
2. 执行机构构思:
D

方案z-2
偏置曲柄滑块机构

方案z-1
摆动导杆+摇杆滑块机构

方案z-3
转动导杆+曲柄滑块机构

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●创新设计

+

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题目6: 牛头刨床刨刀的往复运动机构设计
3.传动机构构思:
直齿圆柱齿轮传动
斜齿圆柱齿轮传动

蜗杆传动 V带传动

电动机 V带传动 电动机

方案c-1
带传动+斜齿轮传动+直齿轮传动

方案c-2
带传动+蜗杆传动

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●创新设计

+

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题目6: 牛头刨床刨刀的往复运动机构设计
3. 运动方案构成:

方案-1

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+

●创新设计

+

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题目6: 牛头刨床刨刀的往复运动机构设计
3. 运动方案构成:

蜗杆传动

电动机

V带传动

方案-2

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●创新设计

+

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三、课程设计进度:
1. 熟悉设计题目 (1天)
(3天)

2. 运动方案构思与选择

3. 执行机构尺寸设计与分析
4. 图纸绘制 (2天)

(2天)

5. 编写整理说明书

(2天)

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+

●创新设计

+

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四、课程设计要求:
1. 按规定的时间和地点进行设计 (每天考勤)
2. 设计小组中每人方案及分析计算不能完全相同

3. 要求上机完成的内容:
运动方案图 4 张 (每个方案中均包括原动机、传动机构、执行机构三大部分)

说明书封面 4. 成绩评定:
考勤 10 + 方案 30 + 机构设计或分析 30 + 说明书 30 = 100


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