机械设计基础(一)
机械设计基础第一章机构自由度计算
◆实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不 计入，并非实际拆除。
机械设计基础第一章机构自由度计 算
n = 4, Pl =6, Ph = 0
A
F = 3×4 -2×6 – 0 = 0
与实际不符
如图1-9所示的曲柄滑块机构，给定构件1 的位置时，其他构件的位置就被确定下来， 即只需要一个原动构件，机构就有确定的 相对运动。
机械设计基础第一章机构自由度计 算
• 机构的自由度也就是机构具有的独立运动的 个数。为了使机构具有确定的相对运动，这 些独立运动必须是给定的， 由于只有原动件才能作给定的独立运动， 因此机构的原动件数必须与其自由度相同。
§1-3 平面机构自由度的计算
• 一、机构具有确定运动的条件 • 机构要实现预期的运动传递和变换，必须
使运动具有可能性和确定性， 所谓运动的确定性，是指机构中的所有 构件，在任意瞬时的运动都是
完全确定的，可控的。
•那么，机构应具备什么条件，其运动才 是确定的呢？
机械设计基础第一章机构自由度计 算
• 下面举例来讨论。如图1—7所示，由三个 构件通过3个转动副联接而成的系统没有运 动可能性。
给定构件1运动参数 1 = 1 ( t )，
构件2、3、4的运动是不确定的
再给定构件4运动参数 4 = 4 ( t )，
构件2、3的运动是确定的
机械设计基础第一章机构自由度计 算
• 但如果给定构件1、4的位置参数φ1和φ4， 则其余构件的位置就被确定下来了。即需 要两个原动构件，五杆机构才有确定的相 对运动。
计算实例
Pl ：机构中低副数； F ：机构的自由度数；
机械设计基础第1章
K个构件具有K-1个转动副.
• 2.局部自由度
与输出构件运动无关的自由度称 为局部自由度。
• 3.虚约束
• 对机构运动不起限制作用的重复约 束称为虚约束。
•
虚约束虽然对运动不起作用，
但有增加构件刚性、使构件受力均
衡等作用。
•
例题４ 例题５
局部自由度
2
2
2
2
1
1 1
Hale Waihona Puke 11(a) 1
2
2
1
2
2
运动副表示
2
1 (b) 1
2 1
2
a)
b) 构件表示
c)
2 构件分类: 1） 固定构件（机架）：用来支承运动构件的构件。 相对地面不动。 2）原动件（主动件）：运动规律已知的活动构件。如： 原动机，又称输入构件。 3）从动件：机构中随着原动件的运动而运动的其余活 动构件。其中输出预期运动规律的从动件称输出构件。
第1章 平面机构的自由度和速度分析
本章要解决问题 构件组合具有确定相对运动的条件是什么？ 怎样绘制机构运动简图。 何谓速度瞬心？速度瞬心有哪些用途？
基本要求 自由度、运动副、瞬心、复铰、局部自由度、虚约束； 能正确计算平面机构的自由度； 能绘制简单机械的机构运动简图；能正确判定瞬心。
重点 机构自由度的计算，机构运动简图绘制。 所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机
• 瞬心数目 一个机构若有Ｎ个构件，则瞬心总数为
•
k=Ｎ(Ｎ-１)/２
瞬心位置 两构件相互接触 分为４种情况
• 三心定理 作平面运动的三构件的三瞬心必位于同一
机械设计基础第1章 绪论
1.1.2 机械中的构件、零件和部件 1. 构件 机构是由构件组成的，构件在机构中具有独立的运动特性， 在机械中形成一个运动整体。如图1-2（a）所示的内燃机是由 活塞、连杆、曲轴和汽缸等构件构成的一个典型的曲柄滑块机 构，其中，原动件活塞作直线往复运动，通过连杆带动曲轴作 连续转动。
2. 机械零件 机械零件 机械都是由机械零件组成的。 机械都是由机械零件组成的 。 机械零件是指机械中每一个 单独加工的单元体，例如图1-1所示的曲轴 所示的曲轴。 单独加工的单元体，例如图 所示的曲轴。构件可以是单一的 机械零件，也可以是若干机械零件的刚性组合。例如图1-2(b)所 机械零件，也可以是若干机械零件的刚性组合。例如图 所 示的连杆，它是由连杆体、连杆盖、 示的连杆 ， 它是由连杆体 、 连杆盖 、 螺栓和螺母等零件组合而 成的。这些零件之间没有相对运动，是一个运动整体， 成的 。 这些零件之间没有相对运动 ， 是一个运动整体 ， 故属一 个构件。因此，构件是运动的单元，零件是制造单元。 个构件。因此，构件是运动的单元，零件是制造单元。 随着机械的功能和类型的日益增多， 随着机械的功能和类型的日益增多 ， 作为组成机械的最基 本单元的零件更是多种多样。 本单元的零件更是多种多样。 通常将机械零件分为通用机械零 件和专用机械零件两大类。 件和专用机械零件两大类。
1.3 机械零件的材料选择
1.3.1 使用要求 按强度条件设计的零件，当其尺寸和重量都受限制时，应 选用强度较高的材料； 按刚度条件设计的零件，应选用弹性模 量较大的材料；若零件表面接触应力较高(如齿轮)，应选用可 以进行表面强化处理的材料(如调质钢、渗碳钢)。此外，对容 易磨损的零件(如蜗轮)，应选用耐磨性好的材料；对滑动摩擦 下工作的零件(如滑动轴承)，应选用减摩性好的材料；对高温 下工作的零件，应选用耐热材料；对腐蚀性介质中工作的零件， 应选用耐腐蚀材料。
机械设计基础第一章受力图
动力学分析
动力学分析
动力学分析主要研究物体在运动状态下受到的力，以及这些力如何影响物体的 运动状态。通过动力学分析，可以确定物体在运动状态下的受力情况，以及物 体在受到外力作用时的运动变化。
动力学分析的应用
动力学分析在车辆、航空航天、机器人等领域有着广泛的应用。例如，在车辆 设计中，通过动力学分析可以优化车辆的运动性能，提高车辆的操控性和稳定 性。下 的变形和应力分布，其基本原理 包括胡克定律、弹性模量等。
弹性力学应用
弹性力学在机械设计、建筑、航 空航天等领域有广泛应用，如弹 簧设计、减震器设计等。
流体动力学分析
流体动力学基本原理
流体动力学研究流体在运动状态下的 行为，包括流体压力、流速、粘性等 特性。
受力分析的方法
总结词
受力分析的方法包括隔离法、整体法、假设法等。
详细描述
受力分析是机械设计中的重要环节，通过分析物体所 受的力，可以确定物体的运动状态和变形情况。受力 分析的方法有多种，其中隔离法是将物体隔离成单独 的个体，分析每个个体所受的力；整体法是将多个物 体视为一个整体，分析整体所受的力；假设法则是根 据物理规律和实际情况，假设某些力存在或不存在， 然后通过计算验证假设的正确性。
机械设计基础第一章受力图
目录
• 引言 • 受力图的基本概念 • 受力分析的应用 • 常见受力问题解析 • 受力图在机械设计中的应用 • 案例分析
01 引言
主题简介
01
受力图是机械设计中的基础环节 ，用于表示机械系统中力的作用 和传递方式。
02
受力图是进行力学分析和计算的 基础，对于机械设计的成功与否 至关重要。
受力图的绘制
总结词
受力图的绘制需要遵循一定的步骤和规范， 包括选择合适的坐标系、确定研究物体、分 析受力情况、绘制力的矢量箭头等。
机械设计基础1-绪论
凸轮7
3、工作过程：
活塞下行，进气阀打开， 燃气被吸入汽缸
活塞上行，进气阀关闭，压缩燃气
点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞 下行，经连杆带动曲轴输出转动
活塞上行，排气阀打开，排出废气
4、运动分析： 原动件：活塞—由燃气推动（驱动力所作用的构件） 主运动：将活塞的往复直线运动→曲轴的回转运动 辅助运动：配气 ——启闭进排气阀
电力代替了蒸汽。 集中驱动被抛弃了， 每台机器都安装了独 立的电动机。
为汽车、飞机的 出现提供了可能性。
1886年，本茨发明的汽油发动 机为动力的三轮车被授予专利。
与此同时，戴姆勒也发明 出了他的第一辆四轮汽车。
莱 特 兄 弟
1903
近代 — 材料的变革
19世纪中叶，发明了炼钢法，从那时一直到现在，
运动学
静力学
动力学
强度理论
牛顿经典力学
材料学
到20世纪上半叶，机械设计的方法已基本形成。
机 构 结 构 学 机 构 运 动 学 机 器 静 力 学 机 器 动 力 学 机 械 零 件 设 计
运动学
静力学
动力学
强度理论
但是，这些方法都基于图解和手工计算。 牛顿经典力学
材料学
现 代： 20世纪中叶 －
单一零件曲轴
多个零件
刚性组合 连杆
4.零件是组成机器最基本的单元体，是机械制造的单元体。
专用零件：特定机器中所使用的零件，如活塞、曲 轴、叶片
通用零件：各类机器中普遍使用的零件，如齿轮、 轴、螺栓等
5.部件：若干个零件的装配体
具体内容
常用机构设计
连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构（棘轮机构、 槽轮机构、不完全
只具有机器的前两个特征——机构 如 凸轮机构（配气机构）：把回转运动→直线运动 曲柄滑块机构：将活塞的直线运动→曲柄的回转 运动
机械设计基础1
《机械设计基础1》期末复习填空题1.机械是机器和机构的统称。
2.从制造的角度看，机器是由若干个零件装配而成；从运动的角度看，机器是由若干个运动的单元所组成，这种运动单元称为构件。
3.平面任意力系向一点简化可得到一个与简化中心无关的力偶和一个与简化中心有关的力。
4.在平面力系中各力的作用线全部汇交于一点，那么称此力系为平面汇交力系。
5.在平面力系中各力的作用线既不汇交于一点，相互间也不全部平行，那么称此力系为空间力系。
6.零件产生剪切变形时，一般都伴随着挤压变形，即联接件的接触面发生压陷现象。
7.梁的三种基本形式为简支梁、外伸梁、悬臂梁。
8.利用材料的强度条件，可以解决三大类工程实际问题：校核强度、求最小截面尺寸（截面尺寸设计）、确定许用载荷。
9.平面高副是两构件以点或线接触构成的运动副，它给构件的相对运动引入一个约束条件；平面低副是两构件以面接触构成的运动副，它给构件的相对运动引入两个约束条件。
10.若平面四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链四杆机构，根据其两两连架杆运动形式的不同有三种基本形式，分别是曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
11.轴向拉伸和压缩时，内力垂直于横截面并通过其形心，所以内力称为轴力。
12. 单位长度上的绝对变形称之为 相对变形或线应变 。
13. 塑性金属材料的极限应力是σs ，称为 许用应力 。
14. 剪力是剪切面上 分布内力 的合力。
15. 扭转变形的受力特点是：垂直于轴线的平面受到 大小相等 、 方向相反 的两个力偶作用。
16. 杆件各横截面绕轴线发生相对转动，这种变形称之为 扭转变形 。
17. 由轴传递的功率和转速，通过公式计算作用于轴上的外力偶矩。
18. 作用在轴上的外力是力偶，横截面上内力偶与之平衡，内力偶之矩称为 扭矩 。
19. 杆件的基本变形有：拉压变形，剪切变形、和 扭转变形 。
单选题1. 圆轴扭转剪应力 C 。
A. 与扭矩和极惯性矩都成正比；B. 与扭矩成反比，与极惯性矩成正比C. 与扭矩成正比，与极惯性矩成反比；D. 与扭矩和极惯性矩都成反比2. 插销穿过水平放置的平板上的圆孔（如右图），在其下端受有拉力P 。
机械设计基础第一章
机械设计基础 —— 平面连杆机构
2-1 平面机构的运动简图和自由度
一、构件 二、运动副 三、机构 四、平面机构的运动简图 五、平面机构的自由度
精品课件
机械设计基础 —— 平面连杆机构
一、构件
构件：独立影响机构功能并能独立运 动的单元体 （实物、刚体、运动的整体）
机架、原动构件、从动构件 零件：单独加工的制造单元体
(运动副)
精品课件
与动力 源组合
机器
机械设计基础 —— 平面连杆机构
二、运动副
❖ 运动副: 两构件直接接触而形成的可动联接 ❖ 运动副元素：构成运动副时直接接触的点、线、面部分 ❖ 接触形式: 点、线、面
精品课件
y
o
x
机械设计基础 —— 平面连杆机构
运动副分类
❖ 按接触形式分类 ❖ 按相对运动分类
闭链
开链
精品课件
原动件 1
2 从动件 3
机构
机架 4
机械设计基础 —— 平面连杆机构
四、平面机构的运动简图
1 概述 2 构件的表示方法 3 运动副的表示方法 4 运动简图的绘制方法 5 例题
精品课件
机械设计基础 —— 平面连杆机构
1 概述
❖ 机构各部分的运动，取决于： 原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸( 确定各运动副相对位置的尺寸)
❖ 机构运动简图: （表示机构运动特征的一种工程用图）
用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置 与原机械具有完全相同的运动特性 ❖ 比较： 机构示意图：没严格按照比例绘制的机构运动简图 ❖ 用途：分析现有机械，构思设计新机械
精品课件
机械设计基础 —— 平面连杆机构
机械设计基础第一章 平面机构的自由度和速度分析
F=3n － 2PL － PH =3×7 －2×6 －0 =9
计算结果肯定不对！
D5
F
46 1E 7 C
2
3
B
8A
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。
定义：具有确定运动的运动链称为机构 。
机架－作为参考系的构件，如机床床身、车辆底盘、 飞机机身。
原(主)动件－按给定运动规律运动的构件。 从动件－其余可动构件。
机构的组成：
机构 ＝ 机架 ＋ 原动件 ＋ 从动件
1个
1个或几个
若干
§1-2 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。
⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形
机构的自由度。 B 2 E
C
1
4
3
A
F
D 虚约束
重新计算：n=3, PL=4,
F=3n － 2PL － PH =3×3 －2×4 =1
PH=0
特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：
AB＝CD＝EF
出现虚约束的场合： 1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，
约束数
回转副
移动副 高副
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
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
机械设计基础 第一章 受力图
4.受力图
恰当地选取研究对象，正确地画出 构件的受力图是解决力学问题的关键。 画受力图的具体步骤如下： 1.明确研究对象，画出分离体； 2.在分离体上画出全部主动力； 3.在分离体上画出全部约束反力。
4.受力图
例 1-1 一重为 G 的球体 A ，用绳子 BC 系在光滑的 铅垂墙壁上，试画出球体A的受力图。
3.约束和约束反力
中间铰链约束
3.约束和约束反力
固定铰链约束
3.约束和约束反力
可动铰支座
3.约束和约束反力
固定端约束及其反力FN
固定端约束特点：一杆插入固定面的力学模型，如车刀 与工件分别夹持在刀架和卡盘上，都是固定不动的。 约束反力：固定端既限制了非自由体的垂直与水平移动， 又限制了非自由体的转动，故此在平面问题中，可将固 定端约束的约束反力简化为一组正交的约束反力与一个 约束力偶。
衡条件求出约束反力。
3.约束和约束反力
（2）约束的基本类型
柔性约束 光滑面约束 固定铰链约束 可动支座 固定端约束
3.约束和约束反力
柔性约束及其反力FT
柔性约束特点：柔软易变 形，只能承受拉，不能承 受压。柔性约束只能限制 非自由体沿约束伸长方向 的运动而不能限制其它方 向的运动。 约束反力：只能是拉力， 作用在与非自由体的接触 点处，作用线沿柔索背离 非自由体。
4.受力图
4.受力图
4.受力图
B B
C W M GAB GC A M FNM
C
F FW
FNM’
GC
GAB FAXFAYA第1章构件静力分析基础
1.基本概念（力、刚体） 2.静力学公理 3.约束和约束反力 4.受力图
3.约束和约束反力
机械设计基础第一章机构自由度计算
机械设计基础第一章机构自由度计算机构自由度是机械设计中的重要概念，用于描述机构的自由运动能力。
在机械设计中，机构是由多个刚性杆件和连接件组成，起到连杆传动或者变换运动的作用。
机构的自由度计算是机械设计的基础，它能够帮助工程师确定机构的设计方案，确保机构能够完成预期的运动任务。
机构的自由度是机构中自由运动的最大数量。
也就是说，机构在特定约束下能够独立运动的最大自由度数目。
在机构设计中，自由度计算通常用于确定机构的可运动数量，以及判断机构设计是否满足要求，为机械设计提供指导。
机构的自由度计算基于以下几个原则：1.机构中刚性杆件的数量与连接件的数量是一致的。
每个连接点都需要一个连接件连接至少两个刚性杆件。
2.每个刚性杆件的两个连接点分别属于两个连接件，除非这个杆件是机构的基座。
3.每个连接点至少有一个约束，包括固定约束（连接点位置固定）、转动约束（杆件绕连接点旋转）和滑动约束（杆件在连接点滑动）。
在实际的机构设计计算中，可以通过以下步骤进行机构自由度的计算：1.确定机构中的刚性杆件数量和连接点数量。
2.根据连接点的约束情况，计算机构中的自由度。
-如果连接点有固定约束，则自由度减1-如果连接点有转动约束，则自由度减1-如果连接点有滑动约束，则自由度减2-如果连接点既有转动约束又有滑动约束，则根据实际情况确定减1或者减23.将所有刚性杆件加起来得到总刚性杆件数量，减去连接件数量，即可得到机构的自由度。
需要注意的是，在机构自由度的计算中，每个连接点只能属于一个连接件，而且一个连接件只能连接两个刚性杆件。
如果机构中存在复杂的连接关系，可以将其分解为多个简单的子机构，再分别计算子机构的自由度。
机构自由度的计算在机械设计中具有重要的意义，它能够帮助机械工程师理解机构的运动特性，优化机构设计方案。
通过合理的自由度计算，可以保证机构能够顺利完成预期的运动任务，提高机械系统的性能。
因此，机构自由度的计算是机械设计中不可忽视的一环。
机械设计基础第1章平面机构的自由度和速度分析
§1 – 1 运动副及其分类
1.低 副 两构件通过面接触组成的运动副
①转 动 副(铰链): 组成运动副的两构件只能在平面内相对转动。
§1 – 1 运动副及其分类
②移 动 副: 组成运动副的两构件只能沿某一方向相对移动。
§1 – 1 运动副及其分类
2.高副：
F 3n2pLpH33241
§1 – 3 平面机构的自由度
⑷ 机构中对传递运动不起独立作用的对称部分
2B
3
4
1
A
DC
2 2
B
3 2
4
1
A
行星轮系
对称布置的两个行星轮2和2以及相应的两个转动副D、 C和4个平面高副提供的自由度
F322214 2 即引入了两个虚约束。 未去掉虚约束时 F 3n2pLpH352516 1 去掉虚约束后 F 3n2pLpH3323121
§1 – 3 平面机构的自由度 例
分析图c)，可知： n=4，PL=6，PH=0 该平面机构的自由 度为：
F 3 n 2 P L P H 3 4 2 6 0 0
例:
复合
解: 1.如不考虑上述 2
3
因素，解得： 1
K=9, n=K－1=8
PL=10，PH=1，
虚 5局
6
7
8
4 9
§1 – 3 平面机构的自由度
机构具有确定运动的条件 （1）机构的自由度F >0。
（2）机构的原动件数等于机构的自由度F。
§1 – 3 平面机构的自由度
机构的自由度和原动件的数目与机构运动的关系
1)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动； 2)若Ｆ>０且与原动件数相等，则机构各构件间
机械设计基础复习题(1)
机械设计基础复习题一、选择题（每题1分）1、两个构件直接接触而形成的 A ，称为运动副。
A.可动联接；B.联接；C.接触2、机构具有确定运动的条件是 C 。
A.自由度数目＞原动件数目；B.自由度数目＜原动件数目；C.自由度数目= 原动件数目3、当急回特性系数为 C 时，曲柄摇杆机构才有急回运动。
A．K＜1 B. K=1 C .K＞14、平面四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和小于其余两杆的长度之和，最短杆为机架，这个机构叫做 BA．曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构` C.双摇杆机构5、凸轮机构从动件作等速规律运动时会产生 A 冲击。
A. 刚性；B. 柔性；C. 刚性和柔性6、渐开线上任意一点法线必 C 基圆。
A.交于B.垂直于C.切于7、一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是 B 。
A.必须使两轮的模数和齿数分别相等。
B.必须使两轮模数和压力角分别相等。
C.必须使两轮的齿厚和齿槽宽分别相等。
8、对于正常齿制的标准直齿圆柱齿轮而言，避免根切的最小齿数为 B 。
A.16B. 17C. 189、一对渐开线齿轮啮合时，啮合点始终沿着 C 移动。
A.分度圆B.节圆C.基圆公切线10、一般开式齿轮传动的主要失效形式是 C 。
A. 齿面胶合B. 齿面疲劳点蚀C. 齿面磨损或轮齿疲劳折断11、设计一对软齿面齿轮传动时，从等强度要求出发，大、小齿轮的硬度选择时，应使 B 。
A. 两者硬度相等B. 小齿轮硬度高于大齿轮硬度C. 大齿轮硬度高于小齿轮硬度12、标准直齿圆柱齿轮传动的弯曲疲劳强度计算中，齿形系数Y Fa只取决于 B 。
A. 模数mB. 齿数ZC. 分度圆直径d13、一对圆柱齿轮，通常把小齿轮的齿宽做得比大齿轮宽一些，其主要原因是 C 。
A. 使传动平稳B. 提高传动效率C. 便于安装，保证接触线长度14、带传动是依靠 B 来传递运动和功率的。
A. 带与带轮接触面之间的正压力B. 带与带轮接触面之间的摩擦力C. 带的紧边拉力15、设计V带传动时，为防止 A ，应限制小带轮的最小直径。
机械设计基础作业(一)答案
机械设计基础课程形成性考核作业（一）第1章静力分析基础1．取分离体画受力图时，_CEF_力的指向可以假定，_ABDG_力的指向不能假定。
A．光滑面约束力B．柔体约束力C．铰链约束力D．活动铰链反力E．固定端约束力F．固定端约束力偶矩G．正压力2．列平衡方程求解平面任意力系时，坐标轴选在_B_的方向上，使投影方程简便；矩心应选在_FG_点上，使力矩方程简便。
A．与已知力垂直B．与未知力垂直C．与未知力平行D．任意E．已知力作用点F．未知力作用点G．两未知力交点H．任意点3．画出图示各结构中AB构件的受力图。
4．如图所示吊杆中A、B、C均为铰链连接，已知主动力F＝40kN,AB＝BC＝2m,α＝30︒.求两吊杆的受力的大小。
解：列力平衡方程：又因为 AB=BC第2章常用机构概述1．机构具有确定运动的条件是什么?答：当机构的原动件数等于自由度数时，机构具有确定的运动。
2．什么是运动副？什么是高副？什么是低副？答：使两个构件直接接触并产生一定相对运动的联接，称为运动副。
以点接触或线接触的运动副称为高副，以面接触的运动副称为低副。
3．计算下列机构的自由度，并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。
（1）n=7,P L=10, P H=0F=3n-2 P L–P H=3×7-2×10=1C处为复合铰链（2）n=5,P L=7, P H=0F=3n-2 P L–P H=3×5-2×7=1（3）n=7,P L=10, P H=0F=3n-2 P L–P H=3×7-2×10=1（4）n=7,P L=9, P H=1F=3n-2 P L–P H=3×7-2×9-1=2E、E´有一处为虚约束F为局部自由度C处为复合铰链第3章平面连杆机构1．对于铰链四杆机构，当满足杆长之和的条件时，若取_C为机架，将得到双曲柄机构。
A．最长杆B．与最短杆相邻的构件C．最短杆D．与最短杆相对的构件2．根据尺寸和机架判断铰链四杆机构的类型。
机械设计基础——1-3 计算单缸内燃机的自由度
任务实施
1.设计要求与数据 计算图示单缸四冲程内燃机的自由度 2.设计内容 确定该机构中机构中PL、PH、的数量， 计算机构自由度。
任务实施
3.设计步骤、结果及说明 （1）机构运动副分析 活塞与连杆；连杆与曲轴；小齿轮、大齿轮与机架构成5个转动副； 活塞与机架；顶杆与机架均构成3个移动副； 小齿轮与大齿轮；凸轮与滚子之间均构成4个高副。 机构中滚子自转为2个局部自由度，去除局部自由度。 （2）机构自由度计算 机构中 n = 7, PL = 8, PH = 4 其自由度为 F = 3n – 2PL – PH=3×7 – 2×8 – 4= 1
机械设计基础
项目一
单缸四冲程内燃机的机构表达
任务三 计算单缸四冲程内燃机的自由度
工程实例
单缸四冲程内燃机
任务分析
单缸四冲程内燃机，包括曲柄滑块机构、齿轮机构和凸轮机构，主要功 用是传递运动和动力，或改变运动的形式和运动轨迹。当原动件活塞按给定的 运动规律上下运动，其余构件的运动是否是完全确定的。
F = 3n – 2PL – PH= 2
机构不能运动
F’= 3（n+1）– 2（PL+2）– PH= 3n– 2PL– PH +3 – 4=1
培养技能
例4 震动落筛机自由度的计算
C
B
E′
EF
G
A
O D
（1）机构自由度分析
机构中滚子自转为局部自由度；顶杆DF与机架组成两导路重合的移
动副E、E′，故其中之一为虚约束；C处为复合铰链。去除局部自由度和虚
通过对单缸四冲程内燃机自由度的计算，来判定通过运动副相连起来的构 件系统是否为机构，以及机构是否具有确定的相对运动。
任ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ目标
机械设计基础 第一章
其他部分———减速器等。
1.2.2 本课程的学习方法
本课程综合运用了工程力学、金属工艺学、机械制图、 公差配合等先修基础课程知识，解决常用机构及通用零部件 的设计问题，较之以往的先修课程更接近工程实际，因此学 生在学习本课程时必须在学习方法上有所改变。
1.3 机械设计的基本要求及一般过程
1.3.1 机械设计的基本要求
机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的 第一步，是决定机械性能的最主要的因素。
1.1 本课程的研究对象
在学习本课程之前,我们首先要了解一些基础知识，如机 器、机构、机械、零件、部件和构件等，这些基础知识也是本 课程的研究对象。
1.1.1 引言
在我国，机械的创造、发展及其使用有着悠久的历史。 三千年前出现了简单的纺织机，两千年前已将绳轮、凸轮、 连杆机构等用于生产中。汉代以后的指南车及记里鼓车中利 用了齿轮和齿轮系传动。
注重产品的工艺造型设计，不仅要功能强、价格低，而 且外型美观、实用，使产品在市场上具有竞争力。
1.3.2 机械设计的一般过程
机械设计是一项创造性工作，需要考 虑的因素较多，解答的方案也不止一个。 下面简要介绍机械产品设计的一般过程。
1. 产品规划
通常，设计者在深入调查研究的基础上，根据社会、市 场的需求确定所设计机器的功能范围和性能指标；根据现有 的技术、资料及研究成果分析其实现的可能性，明确设计中 要解决的关键性问题；拟定设计工作计划和设计任务书。
1.4 机械零件设计的基本要求及一般方法
1.4.1 机械零件设计的基本要求
设计零件时应满足的基本要求是从设计机器 的要求中提出来的，一般概括为以下两点:
使用要求 01
设计的零件应 在预定的使用寿命 周期内按规定的工 作条件可靠地工作。
机械设计基础课程设计(一级 一)
常用：Y系列三相异步电动机
Y系列三相异步电动机的型号及技 术数据（额定功率、满载转速等）
见P203 表17-1 电动机的安装及外型尺寸 见P204 表17-3
二、减速器内传动零计的设计
1. 圆柱齿轮传动设计 1) 设计准则： a) 软齿面： 按齿面接触疲劳强度设计， 校核齿根弯曲疲劳强度。 b）硬齿面： 按齿根弯曲疲劳强度设计， 校核齿面接触疲劳强度。
2) 斜齿轮分度圆螺旋角β＝8o～20o
3) 确定材料及热处理时应考虑： a.结构尺寸大小 b.大小齿轮等强度 c.齿面硬度差
二、课程设计内容
电动机
输送带
滚筒
减速器
联轴器
三、设计题目
P242
单级圆柱齿轮减速器
题目分配（单级）
学号 1０1 ０２ ０３ ０４ ０５ ０６ ０７ ０８ ０９ １０ 题目 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 直齿 学号 126 １２ １３ １４ １５ １６ １７ １８ １９ ２０ 题目 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 斜齿 学号 ２１ ２２ ２３ ２４ ２５ ２６ ２７ 124 题目 学号 题目
四、设计工作量 1.减速器装配草图1张(0号坐标纸、手绘)；
2.工作图：三维总装图+装配图1张、零件图 2张，（计算机绘图（solidworks） 、比例 1:1）
3.设计计算说明书1份（6000～8000）字。
4.答辩
★ 五、课程设计计划（2周集中）
1.传动装置总体设计
2天
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机械设计基础（一）第一章绪论一、判断(每题一分)1、一部机器可以只含有一个机构，也可以由数个机构组成。
……（√ ）2、机器的传动部分是完成机器预定的动作，通常处于整个传动的终端。
（×）4、机构是具有确定相对运动的构件组合。
………………………………（√）5、构件可以由一个零件组成，也可以由几个零件组成。
………………（√）6、整体式连杆是最小的制造单元，所以它是零件而不是构件。
……（×）7、连杆是一个构件，也是一个零件。
………………………（√）8、减速器中的轴、齿轮、箱体都是通用零件。
…………………（×）二、选择(每题一分)1、组成机器的运动单元体是什么？（ B ）A．机构B．构件C．部件D．零件2、机器与机构的本质区别是什么？（ A ）A．是否能完成有用的机械功或转换机械能B．是否由许多构件组合而成C．各构件间能否产生相对运动D．两者没有区别3、下列哪一点是构件概念的正确表述？（ D ）A．构件是机器零件组合而成的。
B．构件是机器的装配单元C．构件是机器的制造单元D．构件是机器的运动单元4、下列实物中，哪一种属于专用零件？（ B ）A．钉B．起重吊钩C．螺母D．键5、以下不属于机器的工作部分的是（ D ）A．数控机床的刀架B．工业机器人的手臂C．汽车的轮子D．空气压缩机三、填空(每空一分)1、根据功能，一台完整的机器是由（动力系统）、（执行系统）、（传动系统）、（操作控制系统）四部分组成的。
车床上的主轴属于（执行）部分。
2、机械中不可拆卸的基本单元称为（零件），它是（制造）的单元体。
3、机械中制造的单元称为（零件），运动的单元称为（构件），装配的单元称为（机构）。
4、从（运动）观点看，机器和机构并无区别，工程上统称为（机械）。
5.机器或机构各部分之间应具有_相对__运动。
机器工作时，都能完成有用的__机械功___或实现转换__能量___。
第二章平面机构一、填空题(每空一分)2.两构件之间以线接触所组成的平面运动副，称为高副，它产生 1 个约束，而保留 2 个自由度。
3.机构具有确定的相对运动条件是原动件数等于机构的自由度。
4.在平面机构中若引入一个高副将引入___1__个约束，而引入一个低副将引入_2___个约束，构件数、约束数与机构自由度的关系是F=3n-2Pl-Ph 。
5.当两构件构成运动副后，仍需保证能产生一定的相对运动，故在平面机构中，每个运动副引入的约束至多为2，至少为 1 。
6.在平面机构中，具有两个约束的运动副是低副，具有一个约束的运动副是高副。
7.计算平面机构自由度的公式为F=F=3n-2Pl-Ph，应用此公式时应注意判断：A.复合铰链，B.局部自由度，C.虚约束。
二、选择题(每空一分)1.有两个平面机构的自由度都等于1，现用一个带有两铰链的运动构件将它们串成一个平面机构，则其自由度等于B。
A. 0B. 1C. 22.在机构中原动件数目B机构自由度时，该机构具有确定的运动。
A. 小于B. 等于C. 大于。
3.计算机构自由度时，若计入虚约束，则机构自由度就会B。
A. 增多B. 减少C. 不变。
4.构件运动确定的条件是C。
A. 自由度大于1B. 自由度大于零C. 自由度等于原动件数。
三、计算图示平面机构的自由度。
（机构中如有复合铰链，局部自由度，虚约束，予以指出。
）(每题5分)F=3×5-2×7=1 F=3×7-2×9-1=2F=3×5-2×7=1 F=3×9-2×12-1×2=1F=3×3-2×4=1 F=3×3-2×4=1F=3×3-2×4=1四、如图所示为一缝纫机下针机构，试绘制其机构运动简图。
(5分)第三章平面连杆机构一、填空(每空一分)1.平面连杆机构由一些刚性构件用_转动___副和_移动___副相互联接而组成。
2. 在铰链四杆机构中，能作整周连续旋转的构件称为__曲柄_____，只能来回摇摆某一角度的构件称为__摇杆_____，直接与连架杆相联接，借以传动和动力的构件称为_连杆。
3. 图1-1为铰链四杆机构，设杆a最短，杆b最长。
试用符号和式子表明它构成曲柄摇杆机构的条件：（1）___a+b≤c+d_____。
（2）以__b或d__为机架，则__a__为曲柄。
4.在图示导杆机构中，AB为主动件时，该机构传动角的值为90。
5.在摆动导杆机构中，导杆摆角ψ=3 0°，其行程速度变化系数K的值为1.4。
6.铰链四杆机构具有急回特性时其极位夹角θ值＞0，对心曲柄滑块机构的θ值＝0，所以它无急回特性，摆动导杆机构有急回特性。
7.当四杆机构的压力角α=90°时，传动角等于0 ，该机构处于死点位置。
8.一对心式曲柄滑块机构，若以滑块为机架，则将演化成定块机构。
二、选择题(每空一分)1．在曲柄摇杆机构中，只有当 C 为主动件时，才会出现“死点”位置。
A.连杆B.机架C.摇杆D．曲柄2．绞链四杆机构的最短杆与最长杆的长度之和，大于其余两杆的长度之和时，机构 BA.有曲柄存在B.不存在曲柄C. 有时有曲柄，有时没曲柄D. 以上答案均不对3．当急回特性系数为 C 时，曲柄摇杆机构才有急回运动。
A. K＜1B. K＝1C. K＞1D. K＝04．当曲柄的极位夹角为 D 时，曲柄摇杆机构才有急回运动。
A.θ＜0B.θ=0C. θ≦0D. θ﹥05．当曲柄摇杆机构的摇杆带动曲柄运动对，曲柄在“死点”位置的瞬时运动方向是。
（ C ）A.按原运动方向B.反方向C.不确定的D. 以上答案均不对6．曲柄滑决机构是由 A 演化而来的。
A. 曲柄摇杆机构B.双曲柄机构C.双摇杆机构D. 以上答案均不对7．平面四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和，最短杆为机架，这个机构叫做 B 。
A.曲柄摇杆机构B.双曲柄机构C.双摇杆机构D. 以上答案均不对8．平面四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆的长度之和，最短杆为连杆，这个机构叫做 A 。
A.曲柄摇杆机构B.双曲柄机构C.双摇杆机构D. 以上答案均不对9． B 能把转动运动转变成往复摆动运动。
A.曲柄摇杆机构B.双曲柄机构C.双摇杆机构D．摆动导杆机构10. C 能把转动运动转换成往复直线运动，也可以把往复直线运动转换成转动运动。
A.曲柄摇杆机构B.双曲柄机构C.双摇杆机构 D．曲柄滑决机构11.设计连杆机构时，为了具有良好的传动条件，应使A。
A.传动角大一些，压力角小一些B.传动角和压力角都小一些C.传动角和压力角都大一些。
12.在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件，且D处于共线位置时，机构处于死点位置。
A.曲柄与机架B.曲柄与连杆C.连杆与摇杆13.在摆动导杆机构中，当曲柄为主动件时，其传动角A变化的。
A.是由小到大B.是由大到小C.是不。
14.下图所示的摆动导杆机构中，机构的传动角是B。
A.角AB.角B D.0° E.90°。
15.压力角是在不考虑摩擦情况下作用力和力作用点的C方向所夹的锐角。
A.法线B.速度C.加速度D.切线。
16.为使机构具有急回运动，要求行程速比系数E。
A.K=1B.K>1C.K<117.铰链四杆机构中存在曲柄时，曲柄B是最短构件。
A.一定B.不一定C.一定不三、判断题(每空一分)1、铰链四杆机构根据各杆的长度，即可判断其类型。
（×）2、铰链四杆机构中，传动角越小，机构的传力性能越好。
（×）3、四杆机构的死点位置即为该机构的最小传动角位置。
（√）4、极位角越大，机构的急回特性越显著。
（√）5、极位角就是从动件在两个极限位置的夹角。
（×）四、计算题（5分）图示为一铰链四杆机构，已知各杆长度：L AB=10cm，L BC=25cm，L CD=20cm，L AD=30cm。
当分别固定构件1、2、3、4机架时，它们各属于哪一类机构？该机构满足杆长之和条件AB为机架时，双曲柄机构AD或BC为机架时，曲柄摇杆机构CD为机架时，双摇杆机构第四章凸轮机构一、填空题(每空一分)1.凸轮机构主要是由_凸轮__、_从动件___和固定机架三个基本构件所组成。
2.按凸轮的外形，凸轮机构主要分为_盘形__、_移动__凸轮等基本类型。
3.从动杆与凸轮轮廓的接触形式有_尖顶__、_滚子__和平底、球面底四种。
4.以凸轮的理论轮廓曲线的最小半径所做的圆称为凸轮的__基圆__。
5.凸轮理论轮廓曲线上的点的某点的法线方向(即从动杆的受力方向）与从动杆速度方向之间的夹角称为凸轮在该点的_压力角___。
6.随着凸轮压力角α增大，有害分力F2将会_增大__而使从动杆自锁“卡死”，通常对移动式从动杆，推程时限制压力角α。
7.等速运动凸轮在速度换接处从动杆将产生__刚性_冲击，引起机构强烈的振动。
二、选择题(每空一分)1. A 对于较复杂的凸轮轮廓曲线，也能准确地获得所需要的运动规律。
A.尖顶式从动杆B.滚子式从动杆C.平底式从动杆D. 以上均不对2． A 可使从动杆得到较大的行程。
A.盘形凸轮机构B.移动凸轮机构C.圆柱凸轮机构D. 以上均不对3.理论廓线相同而实际廓线不同的两个对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，其从动件的运动规律A。
A.相同B.不相同。
4.对于转速较高的凸轮机构，为了减小冲击和振动，从动件运动规律最好采用 C 运动规律。
A.等速B.等加速等减速C.正弦加速度。
5.凸轮机构中从动件作等加速等减速运动时将产生 B 冲击。
它适用于 E 场合。
A.刚性B.柔性C.无刚性也无柔性D.低速E.中速F.高速6.滚子从动件盘形凸轮机构的滚子半径应 B 凸轮理论廓线外凸部分的最小曲率半径。
A.大于B.小于C.等于7.直动平底从动件盘形凸轮机构的压力角 A 。
A.永远等于B.等于常数C.随凸轮转角而变化第六章 齿轮传动一、填空：1．渐开线上各点压力角等于___arccos(/)b r r α=___；越远离基圆，压力角越_大___；基圆压力角等于___0___。
2．把齿轮某一圆周上的比值P k /л规定为标准值并使该圆上的压力角也为标准值，这个圆称为 分度圆 。
3．如果分度圆上的压力角等于 20 ，模数取的是 标准值 ，齿顶高系数和顶隙系数均为标准值，齿厚和齿间宽度 相等 的齿轮，就称为标准齿轮。
4．已知一标准直齿圆柱齿轮Z=30，h=22.5，m=__10_，da=__320_。
5．标准斜齿轮的正确啮合条件是：__m n1= m n2，_ αn1=_αn2_，β1=-β2__。
6．直齿圆锥齿轮的正确啮合条件是：_ m1=m2，α1=_α2_。