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目錄一、設計任務 3
1、設計題目 3
2、 工作原理及工藝動作過程 3
3、 原始引數及設計要求 3
二、運動方案設計的構想 3
1、系統運動方案設計的構想其一 3
1）開關門機構的設計 3
2） 開關門鎖機構的設計 4
3） 凸輪驅動 4
2、系統運動方案設計的構想其二 4
3、方案比較 5
4、 協調性設計 5
三、 傳動系統設計 5
1、 總體說明 5
2、 原動機的選擇 6
3、 總傳動比的計算 6
四、 執行系統機構的設計計算 7
1、四連桿機構基本引數計算 7
2、四連桿機構極位夾角校核 8
3、四連桿機構壓力角及死點位置校核 8
4、開鎖機構尺寸的設計 9
5、開鎖機構的改進 10
五、 課程設計的收穫與體會 10
六、 參考文獻 11
附：機構系統運動簡圖 12
一、設計任務
1、設計題目
宿舍遠遠距離開關門鎖機械系統方案設計
2、工作原理及工藝動作過程
利用平面鉸鏈四桿機構及及其組合機構實現具有正常開門關門及開關門鎖的功能機械系統，在開門之前實現門鎖開啟，在關門之前實現門鎖關閉，整個系統由乙個原動件只有乙個，由電機或者手動提供動力，迴圈往復完成一套工藝動作。
3、原始引數及設計要求
以宿舍門及周圍環境結構為基本參照，具體數值在表1中附出，要求機構引數符合實際布置的環境條件約束，要求開關門實現較為精確的門與門框配合，並且開門最大角度大於90，對門鎖的開關只要求可以實現其基本功能，鎖銷在開鎖過程中移動距離大於1.5cm。
表1二、運動方案設計的構想
1、系統運動方案設計的構想其一
1）開關門機構的設計
如圖1示，利用平面鉸鏈四桿機構實現，具體引數計算在後面附出
圖12）開關門鎖機構的設計
如圖2示，利用凸輪高副實現門鎖的開關
圖23）凸輪驅動
如圖3，杆2轉動帶動滑塊移動，滑塊推動齒條，齒條將運動傳遞給凸輪，帶動凸輪轉動，從而實現門鎖的開關。
圖32、系統運動方案設計的構想其二
如圖4所示，門鎖的開關直接通過滑塊實現。
圖43、方案比較
如上所述，方案一的優點在於利用凸輪機構可以更精確地實現門鎖的開關，但是實現起來較為複雜，而且顯得過於繁瑣。兩個方案大同小異，比較之下方案二顯然更加簡潔方便，於是綜合優缺點擊擇方案二作為本次課程設計的最終方案。（以上只是初步的原理設計，系統還有乙個需要解決的問題，當門初開時，要求先將門鎖開啟，需要重新設計機構，這將在後續詳細設計中給出，這裡旨在說明機構系統的基本原理）
4、協調性設計
表2由於開門過程中，先開鎖，然後再開啟門所以要求在主軸先轉動30度時，在此期間門依然保持關閉狀態，而鎖開啟；在關門過程中，由於鎖是彈簧設計無須考慮是否鎖需要後鎖上。
3、傳動系統設計
1、總體說明
系統需要給執行機構一定的力矩實現開關門鎖，系統的最終動力源自電動機或者手動力量，而要實現遠距離開關門鎖，故構想通過渦輪蝸桿傳動，這樣可以達到較高的傳動比，一則可以手動時省力，二則便於實際中應用電機實現開關門鎖。
2、原動機的選擇
實現開門機構的是平面鉸鏈四桿機構，在運動方案中設計其應為曲柄搖桿機構，因此原動件選擇為圖4中的杆1，但是由於環境因素的考慮，並不是直接在原動件上加動力源，而是通過另外的機構將動力傳遞過來。
3、總傳動比的計算
傳動機構設計如圖5所示，取系統傳動比20，蝸桿頭數取在=1，則渦輪齒數為=20.
對蝸桿，取模數m=2，分度圓直徑=22.4mm。
則齒頂高=m=2mm，
齒根高，
齒頂圓直徑，
齒根圓直徑，
蝸桿軸向齒距，
對渦輪，
分度圓直徑，
齒頂高，齒根高，
齒頂圓直徑，
齒根圓直徑，
徑向間隙，
中心距。
圖54、執行系統機構的設計計算
1、四連桿機構基本引數計算
由於設計需要保證杆2與杆3的一定相對角度變動（圖3），實現滑塊的一定位移，即需要保證該平面四桿機構一定的極位夾角θ，這裡取θ>=30。如下圖所示，機架長度為50cm與牆面夾角取45度，取代表門的杆3長度為60cm，此處設計要求門開合最大角度為120，下面給出杆1與杆2長度的計算過程：
圖6記杆三長度a=60cm，機架長度b=50cm；
則=17.6543cm；
=101.6854cm；；得
x=42.01555cm，
y=59.66985cm
並且由幾何關係得到極位夾角θ=88。
2、四連桿機構極位夾角校核
如圖6所示，門處於關閉位置時杆2與門的夾角為20，在門開到極限位置時杆2與門的夾角為48度，杆1由第乙個極限位置順時針旋轉30後桿2與門
的夾角為8，逆時針旋轉30後桿2與門的夾角為42。對於開關門而言，存在極位夾角，表明具有急回特性，考慮到實際應用使開門速度較快而關門速度較慢，即讓杆1的順時針轉動定義為開門行程，逆時針轉動定義為關門行程。於是在開門的過程中，主動件杆1順時針旋轉30杆2與門的夾角由20度變為8，開鎖機構的尺寸也是依據此處計算。
圖73、四連桿機構壓力角及死點位置校核
如圖7所示，在主動杆1與機架分別重合的兩個位置時機構壓力角分別為82和5，可以看出機構最大壓力角為82，雖然要求一般機械許用壓力角，但是由於機構是低速低功率機械，故機構設計的壓力角在功能實現方面對機構整體設計是合適的。
圖84、開鎖機構尺寸的設計
如圖8所示，設計杆2上連桿中心距a為24cm，其長度25cm，這樣可以保證不影響門的開關，同時在門關閉時（即第乙個極限位置）b距a為46.0733cm，在杆1順時針轉過30之後，b距a為48.6678cm，由於實際鎖銷伸出長度小於1.
5cm，可見設計中b相對a移動距離2.5945cm滿足開鎖的要求。
圖95、開鎖機構的改進
如圖10所示，b為在杆1順時針轉動30後之前設計的機構滑塊的實際位移，這種情況下，要求門已經開啟一定角度（如圖10示）這顯然是不可以的，於是設計為在杆1順時針轉動30後門依然保持為關閉狀態，實現方法為讓杆2伸長一定長度，經過作圖計算可得到杆2長度在滑塊位於a時長度為68.5283cm，此時滑塊距離左端的距離為48.9539cm，整個過程中滑塊移動2.
8806cm，符合要求。經過作圖計算，此時設計跟之前不同的是這裡開門的角度變成了109（如圖10所示），但這依然是符合要求的。
圖105、課程設計的收穫與體會
可能由於專業原因。在學習了二維的cad軟體之後，對三維的軟體接觸不多，對於製作動畫等更是基本沒有接觸過，在本次課程設計中，由於完成課設的需要學習了pro/engineer軟體。其間遇到了很多問題，因為一點小小的問題可能會花上很久的時間，最後可能也只有請教同學才能完成，但是當學會了pro/engineer之後，發現想solidworks之類的軟體就一通百通了，這對以後的學習有很好的借鑑，也是對專業知識的一次最好的鞏固。
對於課設的選題及相關計算，之前也想到過類似的機構，這次利用機械原理的知識來實現，讓我們感受到了工科的強大魅力，對今後的職業發展方向有了更清晰地認識，突然覺得機械不是想象中那麼枯燥乏味兒。當然通過這次課程設計我們也深深感受到設計的不易，因為不管想象力多麼豐富，最終要得裡實現，其中還是要付出很多的努力，每當遇到細節問題，一旦是自己的知識、專業技能方面達不到要求時，學習能力以及時間的付出是十分必要的。不過，同時也是從課設中，我們感受到設計的魅力，讓我們更加又興趣，更加有信心。
6、參考文獻
[1]楊家軍.機械原理.華中科技大學出版社.2023年
[2]常明.畫法幾何及機械製圖.華中科技大學出版社.2023年
附：機構系統運動簡圖
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