国家精品课程课件 机械设计基础 完整版 上 (上下共641页)

第1章 绪 论
§1－1 本课程研究的对象和内容
§1－2 本课程在教学中的地位 §1－3 机械设计的基本要求和一般过程
§1－1 本课程研究的对象和内容
顾名思义，本课程研究对象为：机械 机械——人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物 的组合体。 任何机械都经历了：简单复杂的发展过程。 起重机的发展历程： 斜面 杠杆 起重轱辘 滑轮组 手动(电动)葫芦 现代起重机 （包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、 卷扬机、叉车、电梯－电脑控制）。 机械 机构 机器
⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形 机构的自由度。 EB 2 C1Fra bibliotekA F
4
3
D
虚约束
重新计算：n=3, PL=4,
PH=0
F=3n － 2PL － PH =3×3 －2×4 =1 特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：
AB＝CD＝EF
控制部分——保证机器的启动、停止和正常协调动作。
原动机 传动 控制 工作
分析自动洗衣机的组成：
控制器(控制)
波轮(工作)
电动机(原动)
带(传动)
减速器(传动)
机构的共有特征： ①人造的实物组合体；
②各部分有确定的相对运动； ③用来传递力或实现运动的转换。 机构的分类：通用机构和专用机构。 通用机构——用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。 专用机构——只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。 机器与机构的关系： 任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组 合而成的。 由机器与机构的共有特征可知： 机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不 同） ，故统称为机械。
1个 1个或几个 若干
§2－2 平面机构运动简图
机构运动简图——用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。 作用： 1.表示机构的结构和运动情况。 2.作为运动分析和动力分析的依据。
机构示意图——不按比例绘制的简图
现摘录了部分GB4460－84机构示意图如下表。
常见运动副符号的表示: 国标GB4460－84
3
3
2
1 1
2
F=3×2 －2×2 －1=1
事实上，两个机构的运动相同，且F=1
2.局部自由度 定义：构件局部运动所产生的自由度。 出现在加装滚子的场合， 计算时应去掉Fp。 本例中局部自由度 FP=1 F=3n － 2PL － PH －FP =3×3 －2×3 －1 －1 =1
3 3
2
1 1
2
或计算时去掉滚子和铰链： F=3×2 －2×2 －1 =1 滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。
1
二、计算平面机构自由度的注意事项
④计算图示圆盘锯机构的自由度。
解：活动构件数n= 7
低副数PL= 6 高副数PH=0 F=3n － 2PL － PH =3×7 －2×6 －0 =9 计算结果肯定不对！
B 1 2
D
4
5 6
F C
7
E
3 8
A
1.复合铰链——两个以上的构件在同一处以转动 副相联。
两个低副
计算：m个构件, 有m－1转动副。
上例：在B、C、D、E四处应各有 2 个运动副。
④计算图示圆盘锯机构的自由度。
D
5 4 1 2 6
F C
解：活动构件数n=7 低副数PL= 10 F=3n － 2PL － PH =3×7 －2×10－0 =1
B
7
E
3 8
A
圆盘锯机构
可以证明：F点的轨迹为一直线。
⑥计算图示两种凸轮机构的自由度。 解：n= 3， PL= 3， PH=1 F=3n － 2PL － PH =3×3 －2×3 －1 =2 对于右边的机构，有：
结论：构件自由度＝3－约束数 ＝自由构件的自由度数－约束数
推广到一般： 活动构件数 构件总自由度 低副约束数 高副约束数 1 × Ph n 3× n 2 × PL
计算公式： F=3n－(2PL +Ph ) 要求：记住上述公式，并能熟练应用。
①计算曲柄滑块机构的自由度。 解：活动构件数n= 3 1 低副数PL= 4 高副数PH= 0 F=3n － 2PL － PH =3×3 － 2×4 =1
链 传 动
圆柱 蜗杆 蜗轮 传动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
凸 轮 传 动
内啮 合圆 柱齿 轮传 动
棘 轮 机 构
机构运动简图应满足的条件： 1.构件数目与实际相同 2.运动副的性质、数目与实际相符
3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。
绘制机构运动简图 思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线 路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运 动副的类型，并用符号表示出来。 顺口溜：先两头，后中间， 从头至尾走一遍， 数数构件是多少， 再看它们怎相联。 步骤： 1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目； 2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面）， 绘制示意图。 3.按比例绘制运动简图。 简图比例尺： μ l =实际尺寸 m / 图上长度mm 4.检验机构是否满足运动确定的条件。 举例：绘制破碎机的机构运动简图。
2
1 1 2
2
1
2 1 2
1
1 1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2 1
1 2
构件的表示方法:
一般构件的表示方法
杆、轴构件
固定构件
同一构件
一般构件的表示方法
两副构件
三副构件
注意事项:
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副 的性质。
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机 带 传 动 齿 轮 齿 条 传 动 圆 锥 齿 轮 传 动
绘制图示鳄式破碎机的运动简图。
2 B
A
1
3 D
C
4
§2－3 平面机构的自由度
1
θ
2
1
2 3 1
3 4
S’3 S3
θ
1
θ
4
若仅给定θ 1 ＝θ 1 （t）,则θ 2 θ 3 θ 4 均不能唯一确定。若同 θ 1＝θ 1（t）唯一确定，该机 时给定θ 1 和θ 4 ，则θ 3 θ 2 能 构仅需要一个独立参数。 唯一确定，该机构需要两个独立 参数 。 给定S3＝S3(t)，一个独立参数
9
10
内燃机的工作过程：
进气 压缩 爆炸
排气
设计：潘存云
内燃机各部分的作用：
活塞的往复运动通过连杆转变为曲 轴的连续转动，该组合体称为：
曲柄滑块机构 凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为： 凸轮机构 两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动 作，称为：齿轮机构 各部分协调动作的结果： 化学能 机械能
定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的 独立运动参数称为机构的自由度。 原动件——能独立运动的构件。 ∵一个原动件只能提供一个独立参数
∴机构具有确定运动的条件为：
自由度＝原动件数
一、 平面机构自由度的计算公式
作平面运动的刚体在空间的位 置需要三个独立的参数（x，y, θ ）才能唯一确定。
y
F=3
θ (x , y) x
单个自由构件的自由度为 3
经运动副相联后，构件自由度会有变化：
y 2 θ 1 x y y
x 1
S x 1
2
2
R=2, F=1 运动副
回转副 移动副 高 副
R=1, F=2 R=2, F=1 自由度数 约束数
1（θ ） + 1（x） + 2（x,θ ） + 2（x，y） = 3 自由构 2（y，θ ）= 3 件的自 1（y） = 3 由度数
3
4 2
1.内燃机
组 成 ： 汽 缸 体 1、 活 塞 2 、 进 气 阀 3 、 排气阀4、 连 杆 5 、 曲 轴 6 、 凸 轮 7 、 顶 杆 8 、 齿轮9、10
8 7
1 5 6
工作原理： 1.活塞下行，进气阀开启，混合气体 内燃机 进入汽缸； 2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩， 在顶部点 火燃烧； 3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭； 4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。
第2章 平面机构的运动简图及自由度计算
§2－1 运动副及其分类 §2－2 平面机构运动简图 §2－3 平面机构的自由度
§2－1
运动副及其分类
名词术语解释: 1.构件 ——独立的运动单元 零件 ——独立的制造单元
套筒 内燃机 连杆 螺栓 垫圈 螺母
连杆体 轴瓦
连杆盖
2.运动副 定义：运动副——两个构件直接接触组成的仍能产 生某些相对运动的联接。 a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动 三个条件，缺一不可
机器的共有特征： ①人造的实物组合体； ②各部分有确定的相对运动； ③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量 的转换 机器的分类： 原动机——实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机） 工作机——完成有用功（如机床等）
机构 机械
机器 原动机
工作机
工作机的组成：
原动部分——是工作机动力的来源，最常见的是电动 机和内燃机。 工作部分——完成预定的动作，位于传动路线的终点。 传动部分——联接原动机和工作部分的中间部分。
4. 进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设计。
课程安排：共48学时，其中讲授42学时，实验6学时。
要求： 1）作业必须按时完成，绘图准确，字迹工整，作业 量未达到规定者不能参加考试。 2）上课认真听讲，及时消化，不主张占用较多的课 外时间。
3）仔细观察实物和模型，欢迎到实验室参观，并动手 组装各种机构。
运动副元素——直接接触的部分（点、线、面）
例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。