本文格式為Word版，下載可任意編輯——機械系統運動方案創新設計課題機械系統運動方案創新設計課題

機械系統運動方案創新設計課題，就是要培養學生對機械系統運動方案創新構思和設計的能力，培養對機械系統中各機構分析和設計的能力，培養工程設計能力和多學科知識交織融合的設計能力。設計題目均來自于生產實際和日常生活，它們的工藝動作，一般包括2~3個動作。其實，新的機械設備的創新是層出不窮的，為了實現某種功能就可以創造出一種新的機械，因此沒設計題目還可以根據生產和生活的需要自己來設定。

一、食品機械

（1）剝豆機

1.工作原理及工藝動作過程

將干的蠶豆浸泡后放在漏斗中，通過振動下料后將蠶豆平放，并排列成首尾相接，然后將豆送到切皮位置，將豆壓住并切開頭部的皮，最終用擠壓方法將豆擠出。剝豆機的主要工藝動作是送料、壓豆切皮、擠壓脫皮。

2.原始數據及設計要求（1）蠶豆長度：20~25mm；（2）蠶豆寬度：15~20mm；（3）蠶豆厚度：6~8mm；（4）生產率：每分鐘剝80粒；

（5）要求面積小、重量輕、壓緊力可調、工作可靠、外形美觀。3.設計任務

（1）根據工藝動作順序和協調要求擬定動作循環圖；

（2）構思能夠實現上述動作要求的送料機構、壓緊與切皮機構、擠壓脫

皮機構；

（3）機械運動方案的評定與選擇；

（4）根據選定的電動機和執行機構的運動參數擬定機械傳動方案；（5）畫出機械運動方案簡圖；

（6）對傳動機構和執行機構進行運動學尺寸計算。4.設計方案提醒

為了使蠶豆呈橫臥頭尾排列，可以采用振動料斗上料，送料機構一般采用間歇運動機構。壓緊、切皮機構最好用聯動組合機構，以保證壓力不過大，可在壓頭處加一個剛度適合的彈簧。利用兩軋輥加壓進行擠壓脫皮，兩軋輥之間的間隙

1

一般比蠶豆的最小厚度略小。

（二）糕點切片機

1.工作原理及工藝動作過程

糕點先成形（如長方體、圓柱體），經切片后再烘干。糕點切片機要求實現兩個執行動作：糕點的直線間歇移動和切刀的往復運動。通過兩者的動作協同進行切片，改變直線間歇移動速度或每次間歇運動的距離，以滿足糕點不同切片厚度的需要。

2.原始數據及設計要求（1）糕點厚度：10~20mm；

（2）糕點切片長度（即切片的高）：5~80mm；

（3）切刀切片時的最大作用距離（即切片的寬度）：300mm；（4）切片的工作節拍：40次/min；

（5）電動機的功率：N=0.55KM（或0.75KM），轉速n?1390r/min；（6）要求機械系統的機構簡單、便捷、運動靈活、可靠。3.設計任務

（7）根據工藝動作順序和協調要求擬定動作循環圖；（8）根據構思實現上述動作要求的間歇運動機構和切口機構；（9）機械運動方案的評定與選擇；

（10）根據選定的原動機和執行機構的運動參數擬定機械傳動方案；（11）畫出機械運動方案簡圖；

（12）對傳動機構和執行機構進行運動學尺寸計算。4.設計方案提醒

當切削速度較大時，切片刀口才會整齊平滑，因此切刀運動方案的選擇很關鍵，刀口機構應力要求簡單適用、運動靈活和運動空間尺寸緊湊等。直線間歇運動機構應滿足切片長度尺寸的變化要求，調整機構必需簡單可靠、操作便利，可采用調整速度方案，或采用調整距離方案與其它調整方案，應對各調整機構方案進行定性的分析比較。間歇運動機構必需與切刀運動機構工作協調，即全部送進運動應在切刀返回時完成。需要注意的是，切口有一定的長度（即高度），輸送運動必需在切刀完全脫離切口后方能開始進行，但輸送機構的返回運動則可與切刀的工作行程運動在時間上由一段重疊，以利提高生產率。在設計機器工作循環圖時，應注意間歇運動機構設計參數的選取。

2

（三）糖果包裝機的糖果裝進機構設計1.工作原理及工藝動作過程

糖果包裝機通過一系列機構的同步協調工作，能包裝長方形、圓柱形、球形等各類糖果。它由盛糖斗、輸送糖粒機構、包裝紙供應和下紙機構、裝進機構、夾盤運動機構、扭結糖紙機構等組成。裝進機構由前、后兩個沖頭協同動作，將糖紙和糖粒夾緊送到夾盤的夾子中（如圖8-21）。夾盤將糖粒送到扭結糖紙機構進行糖果包裝。前沖頭在固定的滑道上前后往復移動，后沖頭作前后有規則的搖擺，實現接糖、送糖、間歇裝進糖果到夾盤的協調動作。前、后沖頭夾糖粒的松緊程度由前、后沖頭夾槽的間距確定，其松緊程度一般可調整。

圖8-21糖果包裝機糖粒裝進示意圖

2.原始數據及設計要求（1）產量：100粒/min；（2）前沖頭行程：100mm；（3）后沖頭行程：80mm；

（4）前、后沖頭夾糖粒間距：5mm；（5）電動機的功率：0.4mm；（6）電動機轉速：1370r/min。3.設計任務

（1）沖頭接觸和脫離糖粒時無沖擊，運動平穩；

（2）裝進糖粒過程中前、后沖頭接糖、送糖的間歇動作要協調一致；（3）糖粒送入夾盤后，沖頭應快速返回原位準備下一個動作循環；（4）設計的機構性能良好、結構簡單、制造便利；（5）機械運動簡圖的結構布置合理、減速機構選型適當。

3

4.設計方案提醒

前沖頭可采用擴大行程的六桿機構，后沖頭采用搖擺凸輪機構，實現糖塊的裝進動作。連桿機構的曲柄和凸輪機構的凸輪應裝在同一根軸上，使運動協調。

（四）蓮子自動去殼去心機1.原始數據及設計要求

蓮子由自動送料機輸送，先去殼、后去心后再自動包裝，要求蓮子不能破碎。2.設計方案提醒

因蓮子干后很硬，可采用連桿機構輕壓或用刀刃剪切去殼；去心可采用鉆削的方法；可采用塑料袋包裝。

二、醫用機械

（一）醫用棉簽卷棉機1.工作原理及工藝動作過程

醫用棉日消耗量很大，為了提高工效可采用卷棉機代替手工卷制棉簽。棉簽卷制過程可以仿照手方式進行動作分解，亦可另行設想動作過程。按手工方式進行動作分解后得到的工藝動作為：

（1）送棉，將條狀棉通過一機構定時適量送入卷棉機。（2）揪棉，將條狀棉壓（卷）緊并揪棉，使之揪下定長的條棉。（3）送簽，將簽桿送至導棉槽上方與定長棉接觸。（4）卷棉，簽桿自轉并沿導棉槽移動，完成卷棉動作。2.原始數據及設計要求

（1）棉花:條狀脫脂棉，寬25~30mm，自然厚4~5mm。

（2）簽桿：醫院通用簽桿，直徑約3mm,桿長約70mm,卷棉部分約20~25mm。（3）生產率：每分鐘卷60支，每支卷取棉塊長約20~25mm。

（4）要求卷棉機體積小、重量輕、工作可靠、外形美觀、成本低、卷出的棉簽松緊適度。

3.設計任務

（1）根據工藝動作要求擬定動作循環圖。

（2）進行送棉、揪棉、送簽、卷棉四個機構的選型，實現上述四個動作的協同。

（3）機械運動方案的評定與選擇；

（4）根據選定的原動機和執行機構的運動參數擬定機械傳動方案；

4

（5）畫出機械運動方案簡圖；

（6）對傳動機構和執行機構進行運動學尺寸計算。4．設計方案提醒

送棉可采用兩滾輪壓緊棉條、對滾送進、送進方式可采用間歇運動，以實現定時、定量送棉。楸棉時應采用揪棉和壓棉兩個動作，壓棉可采用凸輪機構推動推桿壓緊棉條，為了能自動調整壓緊力，中間可加一彈簧；揪棉可采用對滾爪輪在轉動中揪斷棉條。送簽可采用漏斗口均勻送出簽桿，為避免簽桿卡在漏斗中，可將漏斗作一定的振動。卷棉可將簽桿送至導棉槽，并使簽桿產生自轉并移動而產生卷棉，如采用帶槽的塑料袋通過撓性傳動來實現。

（二）洗瓶機

1.工作原理及工藝動作過程

為了清洗圓形瓶子在外表和里面，需要將瓶子推入同向轉動的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉，推動瓶子沿導輥前進，內、外轉動的刷子就將瓶子洗凈。它的主要動作是將瓶子沿著導輥推動，瓶子推動過程中利用導輥轉動將瓶子旋轉以及將刷子轉動。

2.原始數據及設計要求

（1）瓶子尺寸：大端直徑D?80mm，長L?200mm，口徑d?20mm；（2）推進距離S?600mm，推瓶機構應使推頭以接近均勻的速度推瓶，平

穩的接觸和脫離瓶子，然后推頭快速的返回原位，準備進入其次個工作循環。

（3）按生產率的要求，推程平均速度v?45mm/s，返回時的平均速度為工

作行程的平均速度的3倍；

（4）要求機構傳動性能良好，結構緊湊，制造便利。3.設計任務

（1）根據工藝動作順序和協調要求擬定動作循環圖；（2）進行推瓶機構和洗瓶機構的選型，實現洗瓶動作要求；（3）機械運動方案的評定與選擇；

（4）根據選定的電動機和執行機構的運動參數擬定機械傳動方案；（5）畫出機械運動方案簡圖；

（6）對傳動機構和執行機構進行運動學尺寸計算。4.設計方案提醒

5

（三）自動制釘機

1、工作原理及工藝動作過程

制造木工用大大小小的鐵釘是將一卷直徑與鐵釘相等的低碳鋼絲，通過以下工藝動作來完成的。

（1）校直鋼絲，并按節拍要求間歇地輸送到裝夾工位。（2）冷鐓釘帽，在此前需夾緊鋼絲。（3）冷擠釘尖。（4）剪斷鋼絲。2、原始數據及設計要求

（1）鐵釘直徑為?1.6～?3.4mm；（2）鐵釘長度為25～80mm；（3）生產率為60枚/min；

（4）最大冷鐓力為3000N，最大剪斷力為2500N；

（5）冷鐓滑塊質量為8kg，其它構件質量和轉動慣量不計；（6）要求結構簡單緊湊、傳動性能優良、噪聲盡量減少。3、設計任務

（1）按工藝動作要求擬定運動循環圖。

（2）進行送絲校直機構、冷鐓釘帽機構、冷擠釘尖機構、剪斷鋼絲機構的選型。

（3）機械運動方案的評價和選擇。（4）擬定機械傳動方案。

（5）設計飛輪和確定電動機型號。（6）畫出機械運動方案簡圖。

（7）對傳動機構和執行機構進行運動學尺寸計算。4、設計方案提醒

應使送絲與校直動作合一來考慮機構形式，同時要附加夾緊機構，在送絲時放松，其余時間夾緊。送絲校直機構可采用間歇運動機構帶動搖擺爪，搖擺爪壓緊鋼絲并送絲校直。夾緊機構利用聯動關系開合。冷鐓釘帽機構可以采用移動或搖擺式沖壓機構，一般可用平面六桿機構或四桿機構，其移動、搖擺的行程在25mm左右為宜。為了減小電動機的容量和機械速度的波動，可加飛輪。冷擠和剪斷機構在性能要求上與冷鐓機構一致，因而采用的機構也十分類似。由于機構

11

較多，相互動作協調十分重要，應盡量考慮將各執行機構固連在一根主軸上。

（四）自動鏈條編結機1.工作原理及工藝動作過程

自動鏈條編結機是用來制造自行車鏈條式車鎖的機器，鏈條由一串鏈節編結被加工成扭曲的立體形，使外形美而成，每個鏈節觀。

它的主要工藝動作如下：

（1）自動送料，首先將成盤的直徑2.3~2.5mm的鋼絲進行校直，然后形

成螺旋形狀。

（2）切斷并壓平，每次送料中止后，剪下一圈螺旋狀鋼絲，并將其平整為

平的環形。

（3）鏈節扭曲，將環形鋼絲的兩頭夾住，使一夾頭旋轉45度，將鏈節扭

曲成立體環形，完成一個鏈節的成形。

（4）自動聯結，將螺旋料送進，使其穿入成形鏈節，這樣就實現了送料、

聯結的工藝過程。如此循環下去就形成了鏈條。

2.原始數據及設計要求

（1）每分鐘能生產34~45個鏈節。

（2）鋼絲材料為低碳鋼，直徑2.3~2.5mm，每個鏈節所用的鋼絲長度

為35mm,扭曲角度為45度。

（3）鏈條可以承受1200~1800N的拉力。3.設計任務

（1）按工藝動作要求擬定運動循環圖。

（2）進行間歇送料機構、繞螺旋形狀鋼絲機構、切斷壓平機構、鏈節扭

曲機構的選型。

（3）機械運動方案的評定與選擇；

（4）根據選定的電動機和執行機構的運動參數擬定機械傳動方案；（5）畫出機械運動方案簡圖；

（6）對傳動機構和執行機構進行運動學尺寸計算。4.設計方案提醒

鋼絲校直、鋼絲自動間歇送料及繞成螺旋形狀的工藝動作過程，可采用間歇運動機構另加繞螺旋鋼絲機構來完成。切斷、壓平機構可通過平面連桿機構來實現，鏈節扭曲動作可采用兩頭夾住、一頭間歇轉45度的間歇轉動機構

12

來完成。自動聯結可采用上述自動間歇送料機構的動作來實現。

（五）自動打標機1.工作原理及工藝動作過程

產品自動打標機能實現在產品表面自動打制鋼印的要求。產品由輸送帶運輸到推送頭1的前端（如圖8-23所示），然后由推送機構將產品3推送到打印頭2的下部，此后打印頭2向下運動，與產品上表面接觸，完成打印操作。在打印頭退還原位時，推送機構再推送另一產品，并把已打印好的產品推走。

圖8-23自動打標機

2.原始數據及設計要求

產品尺寸為：長?寬?高?200mm?200mm?100mm，生產率為10件/min，要求打印頭在與產品接觸時，有1秒的停即刻間，以保證在產品上形成明了的印字。設打印頭在打印過程中對產品的壓力為500N。

3.設計任務

（1）畫出打標機的工作循環圖。

（2）擬定打標機機構和推送機構的運動方案，并進行分析評價。（3）進行打標機機構和推送機構的尺寸綜合，并繪制機構運動簡圖。（4）完成打標機機構的運動分析和力分析（各運動副處的摩擦系數f=0.1,

不計各機構件的重力及慣性力）。（六）牙膏殼噴塑跟蹤機構設計1.工作原理及工藝動作過程

如圖8-24所示，牙膏殼噴塑跟蹤機構是用于在牙膏殼連續輸送過程中，對牙膏殼內壁噴涂塑料薄膜的機構。牙膏殼4等間距的安裝在特制的鏈帶3上，鏈帶由鏈輪2帶動，沿方向v等速運動，鏈輪2連在主軸上，主軸通過減速器與電動機相連。

13

工藝動作過程為噴塑跟蹤機構，帶動噴槍5，一方面軸向往復運動，另一方面作往復搖擺，從而實現噴槍的跟蹤噴塑的目的。

圖8-24牙膏殼內壁噴塑

2.原始數據及設計要求

已知主軸1的轉速n1?60r/min，鏈輪的節圓直徑為400mm，相鄰兩牙膏的間距為314mm，牙膏殼深度為100-200mm,由于噴槍在插入牙膏殼時進行噴塑，故要求噴槍在插入過程中盡可能等速。為了提高生產率，希望噴槍在兩種往復運動中均具有急回運動，噴塑運動可以在牙膏殼輸送中的直線段上進行，也可以在同弧段上進行。

3.設計任務

（1）提出實現運動要求的運動方案，并進行分析評價。（2）對選定的運動方案進行尺寸綜合，繪制機構運動簡圖。（3）完成機構的運動分析，繪出噴槍的運動位移及速度曲線。4.設計方案提醒

可采用圓柱凸輪實現噴槍5的往復移動，可采用搖擺凸輪實現噴槍5的往復搖擺。

（七）包裝機推包機構設計1.工作原理及工藝動作過程

包裝機的推包機構，要求待包裝的工件1（如圖8-25所示）先由輸送帶送到推包機構的推頭2的前方，然后由該推頭2將工件從a處推到b處（包裝工作臺）,在進行包裝。為了提高生存率，希望在推頭2終止回程（從b到a）時，下一個工件已送到推頭2的前方。這樣推頭2就可以馬上再進行推

14

送工件。這就要求推頭2在回程時先退出包裝工作臺，然后再低頭，即從臺面的下面返回，因而就要求推頭2按圖示的abcdea線路運動。即實現“平推、水平退回、下降、降位退回、升復位〞的運動。在推頭回程中，除要求推頭低位退回外，還要求其回程的速度高于工作行程的速度，以便縮短空回行程的時間，提高工效。至于對cdea部分的線路形狀，不做嚴格要求。

圖8-25包裝機推包機構

2.原始數據及設計要求

要求每5-6秒鐘包裝一個工件，且給定參數L=100mm,S=25mm,H=30mm。行程速比系數K在1.2-1.5范圍內選取，推包機構由電動機驅動。3.設計任務

根據上述設計要求構思出不同的設計方案，并選取一個方案進行機構簡圖設計。

4.設計方案提醒

采用偏置曲柄滑塊機構與移動凸輪機構的組合或導桿機構的組合，實現推包運動。

（八）鐵釘坯料剪切機1.工作原理及工藝動作過程

鐵釘坯料是由鐵絲卷料剪切得到的。如圖8-26所示，剪切機的執行機構由送料輪3和3?及刀片1等組成。各部分的功能為：送料輪3靠摩擦力向上牽引鐵絲4；導管2使鐵絲改換成水平方向輸出；刀片1作往復運動，并與導管2右端的圓形刃口協同完成剪切工作。2.原始數據及設計要求

釘坯長50mm,每分鐘產量80根。根據工藝動作構思出多種設計方案，并選取其中一個方案進行機構簡圖設計。3.設計任務

15

兩次或屢屢徑向進給，這一運動一般靠凸輪機構來完成。

(4)范成分齒運動，這一運動就是插齒刀與齒坯的嚙合運動，它要求保持nd/nb?zb/zd，式中，nd、zd分別為插齒刀的轉速和齒數；nb、zb分別為齒坯的轉速和齒數。

(5)讓刀運動，在插齒空回行程時，為了避免齒坯對插齒刀的聯接，齒坯應當相對插齒刀離開一個距離，這一運動靠凸輪機構來完成。為了提高機床的加工精度和延長刀具的壽命，要求插齒刀向下切削加工時速度盡量均勻平穩；為了提高生產率減少非加工時問，要求切削運動有急回特性。

2．原始數據及設計要求

(1)被加工齒輪最大模數：6mm，最大直徑：462mm；最大齒寬105mm。(2)插齒刀往復行程〔四種)：125，170，250，360次／min。(3)電動機功率：2．8kW；電動機轉速：1450r／min。3．設計任務

(1)插齒刀向下切削加工時速度盡量均勻平穩。(z)讓刀運動和切削運動協調一致。(3)機構應具有急回持性。

(4)設計的機構性能良好，結構簡單，制造便利。機構運動簡圖的結構布置合理，變速機構選型適當。4．設計方案提醒

插齒刀向下切削加工可采用有急回特性和擴大行程的六桿機構，讓刀運動可采用凸輪機構。

十一、蜂窩煤成形機

1.工作原理及工藝動作過程

沖壓式蜂窩煤成形機是蜂窩煤(尋常又稱煤餅，即在圓柱形餅狀煤中沖出若干通孔)生產廠家的主要生產設備。它將粉煤參與轉盤上的模筒內經沖頭沖壓成蜂窩煤。

為了實現蜂窩煤沖壓成形，沖壓式蜂窩煤成形機必需完成五個動作：(1)粉煤加料；

(3)沖頭將粉煤壓制成蜂窩煤；

(3)清除沖頭和出煤盤上積屑的掃屑運動，

26

(4)將橫筒內沖壓好的蜂窩煤脫模；(5)將沖壓成形的蜂窩煤輸送裝箱。2．原始數據及設計要求

(1)蜂窩煤成形機的生產能力為30次／min。

(2)驅動電動機功率N?11KW，轉速n＝710r／min。(3)沖壓成形的生產阻力為30000N。

(4)為了改善蜂窩煤沖壓成形的質量，希望在沖壓后有一短暫的保壓時間。由于沖頭要產生較大的壓力，希望沖壓機構具有增力功能，以增大有效力的作用，減小原動機的功率。3．設計任務

(1)技工藝動作要求擬定運動循環固。

(2)進行沖壓脫模機構、掃屑刷機構、模筒轉盤問歇運