設計題目：機械計分計時器
學校：武漢理工大學
班級：機自zy1001班
姓名：周光明
學號：0121004930603
指導老師：楊光
時間：2023年9月24日至10月8日
前言 機械原理課程設計是機械類專業學生第一次全面的機械運動學和動力學分析的訓練，是該課程的乙個重要環節。是培養學生機械運動方案設計、創新設計以及應用計算機對工程實際中各種機構進行分析和設計能力的環節。
其基本目的在於：
(1)進一步加深理論知識，培養獨立解決問題的能力。
(2)構建完善對於機械運動學和動力學分析設計的完整概念。
(3)訓練擬定運動方案、初步設計選型與組合、確定傳動方案的能力。
(4)通過課程設計，提高運算、繪圖、表達、運用計算機及查閱技術資料的能力。
機械原理課程設計的任務是對機械的主體機構（連桿、飛輪、凸輪等）進行設計和運動分析、動力分析。
根據給定機器的工作要求，設計凸輪。
根據給定機器的工作要求，對各機構進行運動分析。
目錄1.機械原理課程設計任務書 4
1.1課題名稱：機械計分計時器 4
1.2設計原因 4
1.3基本要求 4
1.3.1功能上的要求 4
1.3.2機構上的要求 5
2.原動機的選擇 5
2.1電動機型別的選擇 5
2.2渦卷彈簧的使用 6
3.傳動機構的選擇與比較 6
3.1 機械傳動型式的選擇 6
3.2齒輪減速器的選擇與比較 7
4.執行機構的選擇與比較【選型and組合】 10
4.1顯示機構 10
4.2間歇定傳動比機構 13
4.3暫態儲能裝置的設計 15
5.機械傳動系統速比和變速機構 16
6.執行機構尺寸 17
6.1一對標準齒輪幾何尺寸的計算 17
6.2槽輪機構引數設計 19
7.設計總結 20
8.參考文獻 21
本機器能夠兼顧其他類似裝置的優缺點。
常見市場上的計分器主要分為普通手動計分牌、普通電子計分器。普通手動記分牌技術成本低，操作為翻轉，動作麻煩，但是較為可靠。電子計分器技術成本高、維修難度大，更重要的是需要供電，一旦斷電就會失去使用價值，甚至會失去資料。
該計分器就上面兩種計分器來說：技術成本居中，維修難度低，可使用電機或者其他動力作為輸入；操作簡單可靠，不易發生錯誤。
計時器採用與計分器類似的機構，只是考慮了進製的實現。
機器設計的功能分為兩部分：
①具有加減分的功能，分數的調節採用按鈕或者旋鈕，調節的結果會顯示在儀表窗或者儀錶盤上。
②具有電子秒錶的功能，並且可以記的總時長可達一天。對於時間的顯示採用數字顯示，且不會產生模糊資料。
機器的機構設計力求外形簡單、加工容易、效率高。
根據動力源的不同，常用原動機分為：電動機、內燃機、液壓馬達（缸）和氣壓馬達（缸），由於受到重量尺寸、初始成本、運轉費用的限制，同時考慮工作環境、運動特性的配套，動力更加傾向電動機。
電動機是一種標準系列產品，使用時只需合理選擇型別和引數即可。
對於計時器，由於時間的特點，故電動機使用直流供電，故採用直流電動機。不採用交流電動機、步進電動機和伺服電動機。
由於整個機械系統的功率較小，而常用電動機尺寸較大、功率/重量也大，故採用非常用微型直流電動機。技術引數如下：
工作電壓：1.5v-6.0v
空載電流：150ma
額定功率：0.5w左右
轉速：500-3000rpm
扭力：0.1n·m左右
尺寸、、電機總長度、出軸直徑均比較小。電機選擇960r/min
而機械計分器，應該採用步進電機。
考慮到工作環境的限制，本套系統採用預備的第二套原動力，即渦卷彈簧儲能放能。平面渦卷彈簧的剛度較小，一般在靜載荷下工作。由於捲繞圈數可以很多，變形角大，因此能在較小的體積內儲存較多的能量。
原動機與執行機構之間設定中間裝置——傳動裝置，能夠根據執行機構的工作要求，實現減速、增速、變速、改變運動形式或方位。
機械傳動分為摩擦傳動、嚙合傳動、液壓傳動和氣壓傳動。
首先受到原動機的限制，只考慮摩擦傳動與嚙合傳動。
從功率角度出發：一般來說，嚙合傳動功率高於摩擦傳動。嚙合傳動中的蝸桿傳動因為齒面相對滑動較大，發熱量大效率低，不易傳動較大的功率。
同步帶傳動因為材料關係不能傳遞的功率。由於機械系統功率只有0.5w左右，因此優先考慮嚙合傳動。
從效率角度：嚙合傳動的效率高於摩擦傳動，但是圓柱蝸桿傳動的效率可能低於摩擦傳動。因此優先採用齒輪傳動。
從速度角度：除螺旋傳動和鏈傳動外，嚙合傳動允許速度高於摩擦傳動。因此優先採用嚙合傳動。
從傳動比：由下表可知蝸輪傳動能夠實現最大傳動比。其他傳動均處於同一水平。因為機械要求精確的傳動比，不能採用摩擦傳動而應該採用嚙合傳動。
從外形輪廓、尺寸、成本：嚙合傳動比摩擦傳動輕巧，但是成本較高。嚙合傳動中蝸桿傳動和內嚙合行星傳動的尺寸和重量較小。
綜上所述，最終選用嚙合傳動。而且優先考慮齒輪傳動，其次是蝸輪傳動。
i=n1/n2=z2/z1 即：
傳動比 = 主動軸轉速/從動軸轉速 = 從動齒輪齒數/主動齒輪齒數
i=960(r/min)/(1r/min)=960
查閱「常用減速器的型別、特點及應用」可知：
1.採用兩級齒輪減速器或者單級蝸桿減速器
2.由於蝸桿減速器的單向傳動，與設計初始目標衝突，故而捨棄。 3.傳動過程需要改變方向，方向相互垂直，採用圓錐圓柱齒輪減速器。
3採用周轉輪系減速箱，可以大大減小齒輪尺寸，並能實現大傳動比
綜上採用周轉輪系減速器。
注意：圓錐齒輪應在高速級，以使圓錐齒輪尺寸不致太大，否則加工困難。
a圓錐-圓柱齒輪減速器
圖：圓錐-圓柱齒輪減速器
b周轉輪系
執行機構的運動形式有三種基本形態：轉動、移動和擺動。
注：在上述圖表中，標「*」的為本次設計涉及到的基本動作。
機械計分計時器主要分為顯示機構的呈現，間歇定傳動比機構的實現。最終結果顯示在儀錶盤上。
顯示帶-顯示窗顯示盤-顯示窗指標顯示
顯示帶-顯示窗：顯示帶的上下移動能夠在顯示窗中顯示數字，如果顯示帶為環狀，則能夠實現迴圈顯示。
顯示盤-顯示窗：輕鬆實現顯示迴圈。
指標顯示：指標的移動，數字指示就會變動。能夠迴圈。
上表的要求並不要求非等速，再不要求顯示迴圈的情況下，還存在如下三種方案：
a. 凸輪-滾子實現0~9~0的凸輪設計
b.曲柄搖桿指標非均速傳動
c.牛頭刨床參考
由於設計目的是為了更易讀，為此採用帶輪顯示，考慮到製
本，應採用成本更低的帶傳動。
d帶輪顯示
間歇運動機構：當主動件連續運動時，從動件出現週期性停歇狀態的機構。
在間歇定傳動比機構中，採用棘輪機構，不完全齒輪機構或者槽輪機構。
a.棘輪機構
原理:當主動搖桿逆時針擺動時，搖桿上鉸接的棘爪插入棘輪的齒間，推動棘輪同向轉動一定角度。當主動搖桿順時針擺動時，止動爪阻止棘輪反向轉動，此時棘爪在棘輪的齒背上滑回原位，棘輪靜止不動。
b. 不完全齒輪機構
原理：從動輪每轉一周的停歇時間、運動時間及每次轉動的角度變化範圍都較大，設計較靈活；但加工工藝複雜，從動輪在運動開始，終了時衝擊較大，故一般用於低速、輕載場合。
c.槽輪機構
槽輪的設計
原理：主動撥盤順時針作等速連續轉動，當圓銷未進入徑向槽時，槽輪因內凹的鎖止弧被銷輪外凸的鎖止弧鎖住而靜止；圓銷進入徑向槽時，兩弧脫開，槽輪在圓銷的驅動下轉動；當圓銷再次脫離徑向槽時，槽輪另一圓弧又被鎖住，從而實現了槽輪的單向間歇運動。
方案比較：因為棘輪是單向間歇，而槽輪是雙向間歇，故而採用槽輪機構作為傳動機構。相比較三種方案：
棘輪機構運動開始和終止時都會產生衝擊；運動精度較差;槽輪機構具有以下優點結構簡單，工作可靠，效率高，能準確控制轉動的角度。常用於要求恆定旋轉角的分度機構中。其進入、退出嚙合時，較棘輪平穩。
最終的裝置理想要求是數字顯示窗中的數字能夠60進1。即沒到60不會進距離，能量是瞬間釋放到顯示裝置上的。到了60應快速進1.
首先，能夠在一段距離的某個範圍積累能量，在另一段距離釋放能量。在積累能量過程中需要儲能，就需要用到彈簧，如前所述的渦卷彈簧和常用的螺旋拉伸（壓縮）都可以用來儲能，之後再釋放能量。
機械原理課程設計說明書
課程設計 課程名稱機械原理 學院 機械工程學院專業 機械製造 姓名學號 1008030228 年級 2010級任課教師 戴明 2013年1月18日 貴州大學機械工程學院 機械原理課程設計任務書題號01 鎖梁自動成型工具機切削機構設計 一 機構說明和加工示意圖 鎖梁自動成型工具機加工鎖梁 即掛鎖上用於...
機械原理課程設計計算說明書
機械原理課程設計 計算說明書 設計題目 姓名 學號 班級 指導教師 二 一一年月日 目錄一 設計任務 二 機械系統的功能分析 三 執行機構的型式設計 四 機械傳動方案的確定與評價 五 執行系統的協調分析及運動迴圈圖 六 機構的尺度設計 七 設計總結 參考文獻 附錄一 設計任務書 正文中要求格式 字型...
機械原理課程設計說明書
一 設計背景 隨著生活水平的提高，鞋子成了時尚生活中不可缺少的一部分，鞋之家 鞋櫃也成了家裡乙個引人注目的區域。鞋櫃從最初僅僅有存放鞋子功能的架子變成了室內裝飾不可缺少的家具。目前市場有許多種鞋櫃，從最初的簡易鞋架，到各種藝術鞋櫃 多功能鞋櫃，它們都有或多或少的缺陷 多數是靜止的，換鞋時要用手動開啟...