机械设计基础(一)

合集下载

机械设计基础第1章

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
ω1由×１p1可2p1得3 ；vp12 =
由构件２可得 =vp12=v2 （构件２为平动构件，其上各点速度都等于 v2）。
故得 p12p13 = v2/w2 。
第一章小结
• 基本概念自由度运动副局部自由度虚约束速度瞬心
• 基本技能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
瞬心位置:
(1) 两构件组成转动副(左图a) 转动副的中心便是瞬心；
(2) 两构件组成移动副(左图b) 瞬心在导路垂线的无穷远
处； (3) 两构件组成纯滚动副(左图
d) 所以接触点就是其瞬心；
(4) 两构件组成一般高副(左图
c) 瞬心应位于过接触点的公
法线
• 1．铰链四杆机构杆
求出杆２、４的瞬心p24如图。因 p24是构件4和2的等速点，故有：vp24 = ω4× p14p24 = ω2× p12p24
• 瞬心数目一个机构若有Ｎ个构件，则瞬心总数为

机械设计基础第一章受力图

机械设计基础第一章受力图
欢迎来到机械设计基础第一章的探索。在这节课中，我们将学习受力图的重要性，以及如何分析不同类型的力和力的平衡。
受力图的目的
1 力的可视化
受力图将力以图形方式呈现，更容易理解和分析。
2 问题解决
通过受力图，我们可以解决实际工程问题，如杆件的应力和变形。
3 通用语言
受力图是工程师们之间沟通的通用语言，有助于更好地交流和合作。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
练习题
通过练习题，我们可以提高对受力图的分析和理解能力。
案例研究
通过实际案例，我们可以深入了解受力图在工程中的重要性。
总结和要点
受力图的作用
受力图帮助我们可视化力的分布和计算力的大小和方向。
不同类型的受力图
我们学习了自由体示意图、剪力图和弯矩图的应用。
力的平衡和合力
静态平衡要求合力和合力矩为零。
静态平衡和识别力的关系
1
静态平衡
一个物体处于静态平衡意味着合力和合
力的识别
2
力矩均为零。
通过受力图，我们可以识别哪些力对物
体的静态平衡起着关键作用。
3
力的平衡
要保持静态平衡，物体上的各个力必须相互平衡，合力为零。
实例分析和练习
实际应用
利用受力图，我们可以解决实际工程中的受力问题，如支撑结构和机械零件。

机械设计基础第一章机构自由度计算

n = 3, Pl = 4, Ph = 0
F = 3n - 2Pl - Ph
=3×3 - 2Pl - Ph =3×3 - 2×4 - 0
=1
Pl ：机构中低副数； F ：机构的自由度数；
计算实例
解： n =5, Pl = 7, Ph = 0 F = 3n – 2Pl – Ph = 3×5 – 2×7 – 0 =1
• F=3n-2PL-PH=3×7-2×9一l×l=2 • 此机构应当有两个主动件。
• n=7，低副数PL=9，高副数PH=I，按式 (1-1)得
• F=3n-2PL-PH=3×7-2×9一l×l=2 • 此机构应当有两个主动件。
图1-16大筛机构
•习题 • 1-1、机器与机构有何区别？ • 1-2、什么是运动副？运动副的作用是什么？何谓
• 1-7、平面机构具有确定运动的条件是什么？ • 1-8试绘制图示平面机构的运动简图
题1-8图
• 1-9 试计算图示各运动链的自由度（若含有复合铰链、局部自由度或虚约束，应明确指出），并判断其能否成为机构（图中绘有箭头的构件为原动件）。
题1-9图
• 自由度＝运动度― 约束度
机构自由度＝机构运动度―机构约束度机构运动度确定机构所有构件运动所需的
• 【例1—2】计算图1—11所示直线机构的自由度。
• 解图示机构中其活动机构数n＝7， PL＝10，PH＝0

吉林大学《机械设计基础》期末考试学习资料(一)

吉大《机械设计基础》（一）

1.构件、部件与零件的区别

构件是机械的运动单元，构件可以是由单一的零件，也可以是由若干零件组成；从制造角度看，若干个零件组成了机构，若干个机构组成了机器，因此零件是机械的制造单元，也是机器的基本组成要素；部件是由一组协同工作的零件组成的独立制造装配的组合件，它是机械中的装配单元，如减速器、离合器等。

2. 何为平面机构？

平面机构：组成机构的所有构件都在同一平面内或几个互相平行的平面内运动，这种机构称为平面机构。

3. 试述复合铰链、局部自由度和虚约束的含义？为什么在实际机构中局部自由度和虚约束常会出现？

复合铰链：两个以上的构件同时在一处用回转副相联接时就构成了复合铰链。

局部自由度：在机构中，有些构件所产生的运动并不影响其他构件的运动，这种构件运动的自由度称为局部自由度。

虚约束：在运动副引入的约束中，有些约束对机构自由度的影响是重复的，对机构的运动不起限制作用，这种重复的约束称为虚约束。

局部自由度的使用是为了减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩擦。

虚约束的引入可以增加构件的刚性，改善构件的受力情况，提高工作性能，提高稳定性等。

4. 计算图示连杆机构的自由度，为保证该机构具有确定的运动，需要几个原动件？为什么？

解：机构在k 点处有局部自由度。

1129===h l P ,P ,n ，则211229323=-⨯-⨯=--=h l P P n F 。若该机构要具有确定的运动，

则需要两个原动件，因为机构具有确定运动的条件为：机构的自由度数等于机构原动件的数目，该机构的自由度为2，所以应具有两个原动件。

机械设计基础第一章平面机构运动

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
运动副符号名称两运动构件构成的运动副两构件之一为固定时的运动副
2
转动副
2
1
2
2 1
2
1 1 2
2
1
2
2
平面运动副
1 2
1
1
2 1
2 1 2 1 1 1 2 1
移动副
2 1 1
2
平面高副
内啮合圆柱齿轮传动外啮合圆柱齿轮传动凸轮传动
图1 - 8 凸轮机构
3．虚约束
在机构中与其他约束作用重复而对机构运动不起独立限制作用的约束，称为虚约束。在工程实际中，虽然虚约束不影响机构的运动，但它却可以保证机构顺利运动，或增加机构的刚性，改善机构的受力情况。虚约束经常出现的场合有：
（1）重复运动副。当两个构件在多处接触并组成相同的运动副时，就会引入虚约束。如图1-9（a）、（b）、（c）所示。
（3）计算机构自由度。机构有7个活动构件，7个转动副、2个移动副、1个高副，即n=7、PL=9、PH=1，按式（1.2）计算得 F=3×7–2×9 –1=2 经对机构进行分析和计算可知机构的自由度等于2，有两个主动件，故筛料机构有确定的运动。

机械制图：机械设计基础-第一章平面机构的自由度和速度

第一章平面机构的自由度和速度分析
• §1-1 运动副及其分类 • §1-2 平面机构运动简图 • §1-3 平面机构的自由度 • §1-4 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用
• 重点内容：
• §1-1---§1-3
§1-1 运动副及其分类
平面机构:所有构件在同Βιβλιοθήκη Baidu平面或相互平行的平面内运动的机构(常用机构大多数为平面机构).
一般在高副接触处，若有滚子存在，则滚子绕自身轴线转动的自由度属于局部自由度，采用滚子结构的目的在于将高副间的滑动摩擦转换为滚动摩擦，以减轻摩擦和磨损。
3. 虚约束: 对机构的运动不起独立限制作用的约束称为虚
约束。
平行四边形机构
中图：F 3n 2PL PH 3 4 2 6 0 0 （错误）右图：F 3n 2PL PH 3 3 2 4 0 0 （正确）
– 在计算机构的自由度时，局部自由度不应计入。
– 图a所示的凸轮机构中，自由度计算为： n=2、PL=2(PL≠ 3)、 PH=1，则
F=3n－2PL－PH=3×2－2×2－1=1。
局部自由度
凸轮机构
单击……
左图： F 3n 2PL PH 33 231 2
右图： F 3n 2PL PH 3 2 2 2 1 1
转动副转动副的表示方法移动副移动副移动副的表示方法高副线接触凸轮副齿轮副1个约束2个自由度凸轮副齿轮副空间运动副球面副螺旋副12平面机构运动简图机构运动简图在研究机构运动时为了便于分析常常瞥开它们因强度等原因形成的复杂外形及具体构造仅用简单的符号和线条表示并按一定的比例定出各运动副及构件的位置这种简明表示机构各构件之间相对运动关系的图形称为机构运动简图

机械设计基础第一章

3.1 课程内容：
(1)分析常用机构的结构、工作特点、 (1)分析常用机构的结构、工作特点、运分析常用机构的结构动和动力特性及其关系和设计计算方法；动和动力特性及其关系和设计计算方法； (2) 从机械零件工作能力出发，研究零从机械零件工作能力出发，件的计算计算方法。件的计算计算方法。 (3) 介绍常见的机械设计理论及机械设计思想
(4)初步具有正确使用、维护一般机械和分析、初步具有正确使用、维护一般机械和分析、初步具有正确使用处理常见机械故障的能力。处理常见机械故障的能力。
本章目录
：
§1-4 机械设计的基本要求和一般过程
1 机械设计的基本要求在满足预期功能的前提下，性能好、在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在预定使用期限内安全率高、成本低，可靠、操作方便、维修简单和造型美观可靠、操作方便、等。
本章目录
2.颚式破碎机 2.颚式破碎机
大带轮4 大带轮4
功用：功用：压碎物料
偏心轴5 偏心轴5 动颚板6 动颚板6 定颚板8 定颚板8
V带3
电动机1 电动机1
小带轮2 小带轮2
轴板7 轴板7
本章目录
2.颚式破碎机 2.颚式破碎机
功用：功用：压碎物料
本章目录
2.2 机器的组成部分
(1) 原动机它是机器的动力来源。它是机器的动力来源。 (2) 执行部分直接完成预定任务的部分，直接完成预定任务的部分，也称工作部分 (3) 传动系统将原动机的运动和力传递给工作部分的中间环节 (4) 控制部分它是控制机器的其它部分，实现或终止各自预定它是控制机器的其它部分，的功能

机械设计基础第一章

动画
F＝3n－2pl－ph ＝3 3 －23 1－＝2
错
精品课件
F＝3n－ 2pl－ph ＝3 2 －22 －1 ＝1
对
机械设计基础 —— 平面连杆机构
(3) 虚约束 —排除
❖ 不影响机构运动传递的重复约束
❖ 在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限
机械设计基础 —— 平面连杆机构
2-2 平面四杆机构的基本类型
一、铰链四杆机构
1 基本型式 2 铰链四杆机构划分 3 平面四杆机构的工作特性 4 机构演化方式
二、偏心轮机构三、曲柄滑块机构四、导杆机构
精品课件
应用实例：契贝谢夫步行机器人
精品课件
精品课件
精品课件
精品课件
机械设计基础 —— 平面连杆机构
=3n－2pl－ph = 34 －25 0－
=1
=2
B
F =3n－2pl－ph = 32 －22 1－ =1
C A
F =3n－2pl－ph = 33 －24 0－= 1
F =3n－2pl－ph = 精品课件 34 －25 1－= 1
机械设计基础 —— 平面连杆机构
2 机构具有确定运动的条件
C
B
B
D
4 自由度计算小结
❖ 自由度计算公式:

(完整版)机械设计基础1自由度

例题1.已知一机构如图所示，求其自由度？
解：n=3 PL= 4 PH= 0 F = 3n - 2PL - PH=33-2 4=1
即该机构只有一个自由度，F>0,且与原动件数相同（构件4为原动件）。所以，满足机构具有确定运动的条件。
例题2. 计算牛头刨床传动机构的自由度？
解：n=6 PL= 8 PH=1 F=3n-2PL-PH=36-281=1
高副： a. 点或线接触 b. 有两个自由度. 转动 + 移动
（约束了一个自由度）
此外，还有球面副和螺旋副，均属于空间相对运动。本课程不进行讨论。
§1-2.平面机构的运动简图
1．平面运动副的表示方法：
转动副表示方法
2．构件表示方法：
移动副表示方法
高副表示方法
两个转动副构件
一个转动副一个移动副构件
计算机构自由度的公式:
F = 3n - 2PL - PH
n —— 活动构件数 PL —— 机构中低副数目 PH —— 机构中高副数目
2
1
2
3
三杆不能动 ( 桁架)
3 1 1
4
四杆机构
三杆桁架: F=3×2-2×3=0
四杆机构:F=3×3-2×4=1
2 1
1 5
3 4 2
五杆机构
五杆机构:F=3×4-2×5=2
2 ．运动副分类 1）低副：两构件通过面接触组成的运动副。转动副：只有一个转动自由度φ。（铰链）移动副：只有一个移动自由度（X或Y）。

机械设计基础-第一章受力分析

00:50
ccj_hly
机械设计基础
引言静力学:研究作用于物体上力系的平衡力系:作用于物体上的一群力
平面力系按其作用线所在位置空间力系力系共线力系平行力系按其作用线相互关系汇交力系任意力系
00:50
F3 F1
F2
(a) 平面力系
F1 F2
(b) 空间力系
ccj_hly
机械设计基础
第一章静力学基础
00:50
ccj_hly
机械设计基础
引主要符号:
fs ,f
F FR或F F
言
静摩擦系数,动摩擦系数力,绳索拉力,杆端力(原符号为T或S) 合力(原符号为R)
FN或F F M MO(F) P
法向反力(原符号为N)
FAx,FAy A处铰支座反力(原符号为XA,YA) 力偶矩,力矩力F对点O的矩重力
00:50
ccj_hly
机械设计基础
§1.1.1 力的基本概念
3. 力的三要素: 力的三要素:
力的三要素力的三要素
大小方向
作用点
确定力的必要因素
4. 力的表示:A 图形表示力的表示: B 符号表示
A 矢量大小 F
F
F
= F
00:50
ccj_hly
机械设计基础

机械设计基础第一章

机械设计基础第一章：绪论

1.1引言

机械设计是机械工程领域的重要组成部分，它涉及到机械产品的构思、设计、分析、制造、试验和优化等方面。机械设计基础是机械工程专业的基础课程，旨在为学生提供机械设计的基本理论和实践方法。本章将介绍机械设计的基本概念、设计过程、设计方法和设计原则，为后续章节的学习奠定基础。

1.2机械设计的基本概念

机械设计是指根据产品功能、性能、可靠性和经济性等要求，运用科学理论和工程技术，进行机械系统的构思、分析和计算，并最终形成设计方案的过程。机械设计的目标是创造具有优良性能、可靠性和经济性的机械产品。

1.3机械设计过程

机械设计过程是一个复杂而有序的创造性工作过程，它包括需求分析、方案设计、详细设计、制造和试验等阶段。需求分析阶段是确定设计任务和目标，明确产品功能和性能要求；方案设计阶段是形成设计方案，包括选择合适的机构和结构形式；详细设计阶段是进行零件和装配图的绘制，确定零件的尺寸和形状；制造阶段是

将设计方案转化为实际产品；试验阶段是对产品进行性能测试和可靠性验证。

1.4机械设计方法

机械设计方法是指在机械设计过程中采用的科学方法和工程技术。常用的机械设计方法包括经验设计法、计算设计法和优化设计法。经验设计法是基于设计经验和常识进行设计的方法；计算设计法是通过数学模型和计算方法进行设计的方法；优化设计法是通过优化算法和计算机辅助设计软件进行设计的方法。

1.5机械设计原则

机械设计原则是指在机械设计过程中应遵循的基本原则和规范。机械设计原则包括可靠性原则、安全性原则、经济性原则、环保性原则和创新性原则。可靠性原则要求机械产品具有稳定的性能和长的使用寿命；安全性原则要求机械产品在使用过程中不会对人员和环境造成伤害；经济性原则要求机械产品在成本和效益方面具有竞争力；环保性原则要求机械产品对环境的影响最小化；创新性原则要求机械产品具有新颖的结构和功能。

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2

3.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

机械设计基础第一章

5）机构中对运动不起作用的自由度F=-1 的对称部分存在虚约束。
行星轮
end
计算机构的自由度
2
1 3 4
6
5
n = 5 Pl= 6 F = 3 ×5 – 2 × 6 = 3 n = 5 P l= 7 F = 3 × 5 – 2 × 7 = 1
思考题
n=3 Pl=4 Ph=1 F=3×3-2 × 4-1 × 1=0
第一章
平面机构组成原理及其自由度分析
§1–1机构的组成及运动简图机构的组成要素——构件和运动副
一、构件和零件构件机器中的独立运动单元零件机器中的制造单元
机架（固定构件）构件分成以下几种主动件活动构件从动件其中，运动规律已知的活动构件称为原动件，输出运动或动力的从动件称为输出件。
虚约束一
虚约束二
2）两构件组成的若干个导路中心线互相平行或重合的移动副。 x2 B 2 C A 1 3 x1 x1 x2 4
3）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。
B
5 A A B 1 2 5 D 4 C 3 F
E
4）在机构整个运动过程中，如果其中某两构件上两点之间的距离始终不变，则联接此两点的两个转动副和一个构件形成的约束为虚约束。
V
1
IV
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
螺旋副
V

机械设计基础第一章机构自由度计算

图1-11 直线机构
2 局部自由度滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。
4 2 C 3 B 1 A A B 1 D 4 D 2
计入局部自由度时
n = 3, Pl = 3, Ph = 1
F =3×3 - 2×- 1 = 2 与实际不符
处理方法应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。 n = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 3×2 - 2×2 – 1 = 1 与实际相符 ◆实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不
3 C＇
φ
D
2 B 1 A
1
D＇
1 A
3
4
φ
4
＂ φ
φ
1
3
4 (d)
D
5 (e)
E
主动件
活动构件
构件静止构件（机架）从动件
• 活动构件数
n n+1
总构件数 ?
2.计算公式设 n：机构中活动构件数； Ph ：机构中高副数；则 F = 3n - 2Pl - Ph
Pl ：机构中低副数； F ：机构的自由度数；
原动件数＞自由度数，机构在薄弱处损坏
二、平面机构自由度计算构件自由度
一个构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。
当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。

机械设计基础课件第一章平面机构及其自由度

平面机构的基本组成
构件
运动副
构成机构的基本单元，通过运动副连接在一起。
构件之间的连接方式，能够使构件之间产生相
对运动。
运动链
由构件和运动副组成的封闭回路。
机构
具有确定相对运动的运动链。
02
平面机构的运动简图
机构运动简图的概念
机构运动简图是一种用简单线条和符号表示实际机构的方法，用于描述机构的运动特性和结构组
平面机构通常由输入构件、执行构件和传动构件三部分组成，各构件之间通过运动副相连接。
运动副是机构中各构件之间的联接方式，它能够限制各构件之间的相对运动，从而实现预定的运动规律。
平面机构的组成原理示例
以平面四杆机构为例，其由四个刚性构件通过三个转动副联接而成，可以实现多种运动规律，如曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构等。
成。
它通过抽象和简化实际机构，突出其主要运动特征，便于分析和
研究。
机构运动简图是机械设计、分析和研究的基础工具之一，具有广
泛应用。
机构运动简图的绘制方法
01
选择合适的投影面，将机构置于该投影面。
02
03
04
忽略机构的实际尺寸和形状，仅关注其运动副和构件的相对位置。
使用简单的线条和符号表示运动副和构件，并标注必要的尺寸和参数。
机构具有确定运动的条件是：机构的自由度必须等于机械系统所需要完成的运动参数的数目。

机械设计基础第一章

4. 应用举例：
如图所示的齿轮传动，当略去摩擦时，齿廓曲面间的接触也是光滑接触，因
一定沿着齿廓曲面在啮合点 K的公法线方向，如而两齿轮的相互作用力 FN 、 FN
图所示。
动画
第 1章
光滑支承面约束
动画
第 1章
光滑接触面约束
动画
第 1章
光滑接触面约束
动画
第 1章
光滑接触面约束
第一节力刚体和平衡的概念

力是物体间的相互机械作用，这种作用使物体间的运动状态和形状发生改变。
力的外效应静力学力的内效应材料力学
力的三要素
大小
表示机械作用的强弱力的作用方位和指向
力的三要素
方向
作用点
力的作用位置
矢量：有大小、有方向。
标量：只有大小，没有方向。
按照力的作用位置来分：
动画
第 1章
刚化原理（1）
动画
第 1章
刚化原理（2）
第三节约束与约束反力
1.3.1 约束与约束反力的概念
几个有关定义：可以在空间任意运动的物体称为自由体。
受到周围物体的限制而不能作任意运动的物体称为非自由体。
在力学中，把加与非自由体上使其位移受到一定限制的条件，称为约束。在静力学中，约束总是以物体间相互接触的方式构成的。习惯上，总把周围接触的物体也称为约束。约束对物体的作用力称为约束( 反 )力。与约束反力相反，那些能主动改变物体运动状态的力称为主动力。如物体的重力，结构承受的风力、水压力，机械零件中的弹簧力等。

机械设计基础(一)

机械设计基础第1章

机械设计基础第一章受力图

机械设计基础第一章机构自由度计算

吉林大学《机械设计基础》期末考试学习资料(一)

机械设计基础第一章 平面机构运动

机械制图：机械设计基础-第一章 平面机构的自由度和速度

机械设计基础第一章

机械设计基础第一章

(完整版)机械设计基础1自由度

机械设计基础-第一章受力分析

机械设计基础第一章

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

机械设计基础第一章机构自由度计算

机械设计基础课件第一章平面机构及其自由度

机械设计基础第一章

机械设计基础第一章平面机构运动

机械制图：机械设计基础-第一章平面机构的自由度和速度