《机械设计基础》绪论概述
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机械设计基础绪论
引言概述：机械设计是现代工程领域中的重要学科之一，它涉及到各个行业的产品设计与制造。
机械设计的基础是机械工程学科的根基，包括材料力学、工程力学、热学、流体力学等基本理论，以及机械元件与机械系统的设计原理和方法。
在本文中，我们将在上一篇绪论的基础上进一步探讨机械设计的基础知识。
正文内容：一、机械设计与机械工程学科的关系1.1机械设计的定义和范围1.2机械设计与其他工程学科的关系二、机械设计的基本原理与方法2.1设计思路与设计流程2.2机械设计的目标与要求2.3需要考虑的因素与约束条件2.4设计参数选择与优化方法2.5机械设计的可靠性与安全性三、机械元件的设计与计算3.1紧固件、弹簧与轴承的设计与选型3.2机械传动系统的设计和计算3.3常见机械元件的强度与刚度计算3.4特殊机械元件的设计问题与解决方法3.5机械元件的装配与尺寸配合四、机械系统的设计与分析4.1机械系统的功能要求与设计原则4.2机械系统的运动分析与动力学计算4.3机械系统的工作性能与效率分析4.4机械系统的稳定性与可靠性分析4.5机械系统的布置与优化设计五、机械设计的进展与未来发展趋势5.1机械设计的现状与应用情况5.2当前机械设计领域的研究重点5.3机械设计技术的创新与发展前景5.4机械设计与智能制造的结合总结：机械设计作为一门独立的学科，是工程技术领域中不可或缺的一部分。
本文深入探讨了机械设计与机械工程学科的关系，以及机械设计的基本原理与方法。
我们还详细介绍了机械元件的设计与计算、机械系统的设计与分析等重要内容。
通过对机械设计的研究，可以提高产品的性能和质量，促进工程技术的发展。
随着智能制造的兴起，机械设计技术将面临新的挑战和机遇，需要继续加强研究和创新，推动机械设计学科的快速发展。
机械设计基础1第一章绪论
量转换。
（摘自《机械工程师进修大学刊授教材》第一册20页）
三星堆图片1
三星堆介绍
1986年7月至9月，三星堆两个大型祭祀坑的发现，是本世 纪以来最为重要的考古发现。大宗精品文物洋洋洒洒横空出 世，成为举世轰动的重大新闻，三星堆从此名扬四海。在这 批古蜀秘宝中，有许多光怪陆离、奇异诡谲的各类青铜造型 ：威仪凛然的青铜大立人、神奇怪异的青铜面具和‘通天彻 地’的青铜神树等，均堪称独一无二的旷世神品。而以流光 溢彩的金杖为代表的金器，以满饰图案的边璋为代表的玉器 ，亦多属前所未见的稀世珍宝……。
机械设计基础课程的学习阶段一般处在
课程内容介绍
从一般科学知识学习向专业技术知识的过渡 期，因此本课程既具有机械工程知识普及教 育的功能，同时也是一门具有实用价值的， 可以独立设置的专业技术课。让学生学习基 本的机械设计方面的知识与技能，经历工程 实践的探究过程，受到科学态度和科学精神 的熏陶；它是以提高全体学生的科学素养、 工程技术素质和职业道德修养，促进学生的 全面发展为主要目标的工程技术基础课程。
三星堆图片2
三星堆图片3
三星堆图片4
三星堆图片5
河南博物馆文物
解放后，我国的机械制造业和其他行业一样得到了很大的 发展，尤其是党的十一届三中全会以来，发展速度更快，很 多先进技术和科研成果达到或超过了世界先进水平。目前， 我国已建立起了比较完整的机械制造工业体系，为我国的社 会主义现代化建设打下了雄后的物质基础。所以，我国的机 械制造事业发展速度是相当快的，当然也应该看到我国的机 械制造业起点低、发展时间短，在某些方面和世界先进水平 相比，还存在一些差距，这就要求我们要学好机械，热爱机 械制造业，将来为我国的机械工业发展做出应有贡献。
我国的机械发展历史
（摘自《机械工程师进修大学刊授教材》第一册20页）
三星堆图片1
三星堆介绍
1986年7月至9月，三星堆两个大型祭祀坑的发现，是本世 纪以来最为重要的考古发现。大宗精品文物洋洋洒洒横空出 世，成为举世轰动的重大新闻，三星堆从此名扬四海。在这 批古蜀秘宝中，有许多光怪陆离、奇异诡谲的各类青铜造型 ：威仪凛然的青铜大立人、神奇怪异的青铜面具和‘通天彻 地’的青铜神树等，均堪称独一无二的旷世神品。而以流光 溢彩的金杖为代表的金器，以满饰图案的边璋为代表的玉器 ，亦多属前所未见的稀世珍宝……。
机械设计基础课程的学习阶段一般处在
课程内容介绍
从一般科学知识学习向专业技术知识的过渡 期，因此本课程既具有机械工程知识普及教 育的功能，同时也是一门具有实用价值的， 可以独立设置的专业技术课。让学生学习基 本的机械设计方面的知识与技能，经历工程 实践的探究过程，受到科学态度和科学精神 的熏陶；它是以提高全体学生的科学素养、 工程技术素质和职业道德修养，促进学生的 全面发展为主要目标的工程技术基础课程。
三星堆图片2
三星堆图片3
三星堆图片4
三星堆图片5
河南博物馆文物
解放后，我国的机械制造业和其他行业一样得到了很大的 发展，尤其是党的十一届三中全会以来，发展速度更快，很 多先进技术和科研成果达到或超过了世界先进水平。目前， 我国已建立起了比较完整的机械制造工业体系，为我国的社 会主义现代化建设打下了雄后的物质基础。所以，我国的机 械制造事业发展速度是相当快的，当然也应该看到我国的机 械制造业起点低、发展时间短，在某些方面和世界先进水平 相比，还存在一些差距，这就要求我们要学好机械，热爱机 械制造业，将来为我国的机械工业发展做出应有贡献。
我国的机械发展历史
《机械设计基础》第一章 绪论
构件
活塞、连杆、曲轴、滑枕等都是构件。 构件是组成机构的有确定运动的单元。
构件
零件
构件是运动的单元，而零件是制造的单元。
通用零件与专用零件
各种机械中广泛使用的零件称为通用零件。 如螺栓、轴、齿轮、弹簧等。
只在某一类机械中使用的零件称为专用零件。 如内燃机中的活塞、曲轴等。
通用零件中主要包括三大类零件： 传动零件 （齿轮、带、链等） 联接零件 （螺栓、键等） 轴系零件 （轴、轴承等） 此外: 弹簧等零件。
通过本课程的学习和课程设计实践，可以培养同学 们初步具备运用手册设计简单机械装备的能力，为 今后操作、维护、管理、革新机械装备创造条件。
什么是机械设计？
机械设计:规划和设计实现预期 功能的新机械或改进原有机械的性能。
基本要求：在满足预期功能的前提下， 性能好、效率高、成本低、安全可靠、操 作方便、维修简单和造型美观。
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机器的组成
如牛头刨床、空气压缩机
传统机器都包含如下三个部分：
驱动装置
传动装置
执行装置
常称为原动机，是机器 的动力来源。 常用：电动机、内燃机 、液压缸和气动缸， 以各种电动机的应用最 为普遍。
处于整个传动路线的终端， 按照工艺要求完成确定的运 动，是直接完成机器功能的 部分。 执行装置随机器的用途不同 而不同，它属于各种专业机 械课程研究的内容。
完成有用功 或处理信息， 以代替或减轻人的劳动。
机器是由机构组成的。 简单的机器，可能只含有一个机构, 但一般都含有 多个机构。
机器中的单个机构不具有转换能量或完成有用功 的功能。
机器 机构
机械: 机器和机构的总称。
常用机构
在各种机械中广泛使用的一些机构称为 常用机构。 如：
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
的初拉力 4）张紧轮装置： V 带传动用张紧轮 装置时，张紧轮应安装在带松 边内侧，尽量靠近大带轮，防止因张紧造成小轮包角过小，而且也避 免带的反向弯曲。 平带传动用张紧轮装置时， 张紧轮应安装在带松边 外侧， 尽量靠近小带轮，以增大小轮包角。 9、带传动的失效形式及设计准则？ 1）打滑、疲劳破坏（脱层、撕裂、拉断） 2）保证带在工作中不打滑，同时具有足够的疲劳强度和一定的使用 寿命。
律时，在起点、中点和终点时，加速度有突变，因而推杆的惯性力也 将有突变，不过这一突变为有限值，所以，凸轮机构中由此而引起的 冲击称为柔性冲击。适用场合：中速、轻载。 3）简谐（余弦加速度）运动规律 运动特性：这种运动规律的加
速度在起点和终点时有有限数值的突变， 故也有柔性冲击。 适用场合： 中速、中载。 5、从动件作余弦加速度运动规律，当无远、近休止时，是否会产生 柔性冲击？ 1）从动件作余弦加速度运动规律，当无远、近休止时，不会产生柔 性冲击； 2）从动件作余弦加速度运动规律，当有远、近休止时，会产生柔性。
四〃凸轮机构
1、凸轮机构由：凸轮、从动件、机架组成。 2、按凸轮形状分类，它分哪几种？ 盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮 3、按从动件形状分哪几种？ 顶尖从动件、滚子从动件、平底从动件 4、从动件常用的运动规律有哪三种？它们的运动特性怎样？ 1）等速运动规律 运动特性：当采用匀速运动规律时，推杆在
运动的起始点和终止点因速度有突变， 在理论上加速度值为瞬时无穷 大，使推杆产生非常大的惯性力，致使凸轮受到很大的冲击，称为刚 性冲击。 2）等加速等减速运动规律 运动特性：当采用等加速等减速运动规
三〃平面连杆机构
1、铰链四杆机构的概念；铰链四杆机构的基本形式？ 铰链四杆机构：所有运动副均为转动副的平面四杆机构。 曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。 2、曲柄存在的条件及应用？ 1).最短杆和最长杆之和应小于或等于其他两杆长度之和； 2）.连架杆和机架杆中必有一杆为最短杆。 3、急回特性及行程速度变化系数？ 急回特性：主动件连续运转，从动件在空回行程（非工作行程）的平
机械设计基础-绪论
机械设计的重要性
机械设计保证了设备的可靠运行、高效工作和安全操作，提高生产力和竞争 力，满足市场需求。
机械设计的基本原则
• 功能设计 • 可制造性 • 材料选择 • 结构设计 • 电气与控制集成
机械设计的基本流程
1
需求分析
明确用户的需求和功能要求，进行调研和需求分析。
2
方案设计
制定多个方案，进行评估和优化，选择最佳设计方案。
经济成本
机械设计需要在满足需求的前提下降低生产成本 和维护成本。
在工程领域的应用
汽车工业
机械设计应用于汽车的发动机、底盘、悬挂系统等 各个方面。
航空航天
机械设计用于飞机、导弹、卫星等航空航天领域的 设备与部件。
工业机械
机械设计涵盖了各类工厂和设备中的传动、输送、 加工等机械系统。
机器人技术
机械设计在机器人领域中负责关节、结构、传感器 以及执行器的设计。
3
详细设计
进行更细节的设计，包括零部件选型、绘图和计算等。
4
制造
根据设计图纸完成设备和部件的制实验和测试，验证设计的性能和可靠性。
机械设计的挑战和难点
1 复杂性
机械设计需要解决复杂问题，涉及多学科的知识和技能。
2 创新性
机械设计需要不断创新和改进，以适应不断变化的需求和技术。
机械设计基础-绪论
机械设计是将工程知识与经验应用到机械设备与零部件的创造、改进和完善 过程。
机械设计的定义
精确度与可靠性
机械设计的目标是通过精确的计算和测试来确保 设备的可靠性和精度。
安全与环保
机械设计要考虑工作环境和操作员的安全，并遵 守环境保护准则。
功能与效率
机械设计需要满足设备的功能需求，并最大化效 率，减少能源消耗。
机械设计基础绪论概述
实现或终止机器的各种预定功能。
第20页/共26页
第二节 本课程的内容、地位、学习目的和方法
一、本门课程的研究内容 ▪研究常用机构的工作原理、运动特性及设计方法。
▪研究通用零部件的工作原理、结构特点及设计方法。 ▪介绍机械系统的设计思路和设计方法。 二、本门课程的地位
本课程是一门技术基础课，要综合运用数学、力学、 制图、金属材料及热处理、互换性与技术测量等课程的知 识，解决常用机构和通用零部件的设计问题。它研究的是 各种机械所具有的共性问题，是从基础课到专业课之间的 联系环节，起着承上启下的作用。
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
第8页/共26页
动画
2.牛头刨床
本课程的研究对象
功用： 加工长度较大的平面。
组成： 工作台１、 刀架２、 滑枕３、 电动机４、 机身５、 工作台横向进给机构６、 横梁７、 丝杠８。
是机器和机构的总称。
第16页/共26页
本课程的研究对象
二、零件、部件和构件 零件：机器中最小的制造单元体。 部件：机器中最小的装配单元。 构件：机器中的最小的运动单元。
多个零件的刚性组合——连杆
第17页/共26页
Байду номын сангаас
机械传动装置的组成
组成机器的不可 拆卸的基本单元，
机械传动装置
是制造单元
零件
机构
构件
—由电机、带传动、 减速器（齿轮机 构）、曲柄摇杆机 构等组成
第13页/共26页
打油机
第14页/共26页
抽油机在抽 油时电动机 输出的扭矩 远大于不抽 油时的扭矩， 电动机的峰 值变化大， 电动机的利 用率低，抽 油机的系统 效率也低。
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第二节 本课程的内容、地位、学习目的和方法
一、本门课程的研究内容 ▪研究常用机构的工作原理、运动特性及设计方法。
▪研究通用零部件的工作原理、结构特点及设计方法。 ▪介绍机械系统的设计思路和设计方法。 二、本门课程的地位
本课程是一门技术基础课，要综合运用数学、力学、 制图、金属材料及热处理、互换性与技术测量等课程的知 识，解决常用机构和通用零部件的设计问题。它研究的是 各种机械所具有的共性问题，是从基础课到专业课之间的 联系环节，起着承上启下的作用。
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
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动画
2.牛头刨床
本课程的研究对象
功用： 加工长度较大的平面。
组成： 工作台１、 刀架２、 滑枕３、 电动机４、 机身５、 工作台横向进给机构６、 横梁７、 丝杠８。
是机器和机构的总称。
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本课程的研究对象
二、零件、部件和构件 零件：机器中最小的制造单元体。 部件：机器中最小的装配单元。 构件：机器中的最小的运动单元。
多个零件的刚性组合——连杆
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Байду номын сангаас
机械传动装置的组成
组成机器的不可 拆卸的基本单元，
机械传动装置
是制造单元
零件
机构
构件
—由电机、带传动、 减速器（齿轮机 构）、曲柄摇杆机 构等组成
第13页/共26页
打油机
第14页/共26页
抽油机在抽 油时电动机 输出的扭矩 远大于不抽 油时的扭矩， 电动机的峰 值变化大， 电动机的利 用率低，抽 油机的系统 效率也低。
机械设计基础绪论
3.运动副的符号
2
转动副：
1
1
移动副：
1
2
2
1
1
1 2
2
1
2
2
2
2 1
1 2
1 2
齿轮副：
凸轮副：
2
2
1
1
二、构件的分类及其表示方法
1.分类： 机架：固定不动的构件 原动件：输入运动规律的构件 从动件：其他的构件
2.构件的表示方法
三、常用机构运动简图
1.机构运动简图：简明表示机构各构件之间相对运动关系的图形 （按比例，用特定的符号和线条）
1-2机械零件的常用材料
碳素钢 钢 合金钢
碳素结构钢：用于受力不大且基本上是承受静载荷的零件
优质碳素结构钢： 用于受力较大，且受变载荷或冲击载荷 的零件
普通低合金钢
合金结构钢：常用 合金工具钢
通常只用于制造重要的或具有特殊 性能要求的零件
特殊合金钢
铸钢
碳素铸钢 合金铸钢
制造承受重载荷的大型零件或形状复杂、力学性 能要求较高的零件，如联轴器等
n个活动构件：自由度为3n。 PL个低副： 限制 2PL个自由度 PH个高副： 限制 PH 个自由度 因此，该机构相对于固定构件的自由度数应为活动构件的自由度数与引 入运动副减少的自由度数之差，该差值称为机构的自由度，并以F表示，
F=3n- 2PL-PH
F=3n- 2PL-PH =3*7-2*8-4 =1
实际尺寸 m
4）确定比例尺：l 图上尺寸(mm) 5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)）
例 试绘制内燃机的机构运动简图
1-6平面机构具有确定运动的条件
一、平面机构的自由度的计算 1.机构的自由度：机构中活动构件相对于机架所具有的独立运动的数目。 （与构件数目，运动副的类型和数目有关）
机械设计基础(0)绪论(宋育红)
绪
论
机械原理部分
机械零件部分
机构
机器动力
联
组成
常用机构
学基础
接 机 械 传 动 轴 系 零、部 件
理论
自由 平面 凸 齿 轮 其它 机械 回转 机械 联 齿 蜗 带、链 轴 滑 滚 联轴 弹
度与 连杆 轮 轮 系 常用 速度 件的 零件 接 轮 杆 传动
动 动 器与 簧
速度 机构 机 机
机构 波动 平衡 设计
机械手
机构的应用
插秧机
机构的应用
打谷机
机构的应用
电阻自弯机
机构的应用
玩具-跳跳鸡
机构的应用
玩具乌龟
机构的应用
玩具-熊猫吹泡泡
4.机器
• 机器是由若干机构组成的，用来变换或传递能量、物料 和信息的装置。如图所示内燃机、装载机、挖掘机、焊 接机器人、牛头刨床和自行车等就是常见的机器。
挖掘机
三、本课程研究的对象和内容
– 研究对象：机械（机构和机器）设计。 – 研究内容：机械中的常用机构和通用零件的
工作原理、结构特点、基本的设计理论和计 算方法。 – 内容主要有以下几个方面：
1. 机械零件常用材料及结构强度
– 主要介绍机械零件常用材料及其选用原则， 零件受力及变形的基本形式及其强度计算。
5.机械 机器和机构的总称。 • 这些基本概念之间的关系
零 组成 构 组成 机 组成
机
件
件
构
器
机 械
• 机构与机器的区别：机构只有一个构件系统，而机器除 构件系统之外还包含电气、液压等其它装置；机构只用 于传递运动(或改变运动形式)和力，而机器除传递运动和 力之外，还具有变换或传递能量、物料、信息的功能。
机械设计基础绪论
构件由若干个（或一个）零件组合 （刚性联结）而成的独立运动的整体。
连杆头 连杆体 从运动的观点分析机械时，构件是组成机械的基本 单元体。机械是由若干个（两个以上）构件组合而成的。
例：齿轮构件的组成
构件(轴系) 零件1 零件2
零件3
由三个零件组成的构件
2.运动副 定义：两个构件直接接触而组成的可动连接。
机械设计基础
绪论
主讲教师：赵荣荣
一、研究对象
机械 机器和机构的总称。 1.机器
是一种执行机械运动的装置，可用来传递或
变换能量、物料与信息。
在日常生活和工程实践中随处都可见到各种各样的机器。例如：
从功能看，机器的组成
轿 车 组 成
机器
=
原动机 (动力部分)
辅助系统
+ 传动系统
控制系统
+ 执行部分
2.机构 用来传递与变换运动和力的可动的装置。
特点：a)两个构件、b) 直接接触、c) 可动连接
运动副元素－两构件参与接触而构成的运动副表面。
例：轴与轴承、 滑块与导轨、 两轮齿啮合
圆柱面与圆孔面
棱柱面与棱孔面
两轮轮齿曲面
自由度：构件所具有的独立运动的数目。
约束：对构件独立运动所施加的限制。
一个完全独立的刚体 在空间直角坐标系下的自 由 度 为 sx ， sy ， sz ， x ， y ， z ， 即 自 由 度 sy
y x O z
x
O
sz
sx
x
空间运动刚体的自由度
观察图示两构件组成的圆柱副
两构件保留的相对运动 sz 和 z ， 即自由度数 f 2。 两构件之间受限制的相对运动 sx，sy ，x和y，即约束数 s 4。 结论： 空间两构件构成的运动副，其自由度 f 和约束数s满足 f +s=6 两构件构成运动副后所受的约束最少为1，最多为5。
机械设计基础绪论
通用零部件:各种机器中普遍使用，如齿轮、螺栓。
标准件：制定了国家标准，由专门工厂生产。 如：滚动轴承、螺栓等。
第一章 绪论
12
零 静联接 构 动联接 机 协调组合 机
件
件
构
器
机构：是具有确定的相对运动的若干构件的组合。
曲柄滑块机构
第一章 绪论
13
机器：是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、 物料或信息。
和谐号动车组 CRH1、CRH2、 CRH3、CRH5、CRH380
第一章 绪论
34
磁浮列车
上海磁浮列车 430km/h
日本磁浮车 500km/h
高温超导试验车
北京地铁S1号线<160km/h (2015年)
南车集团中低速磁浮车<100km/h
第一章 绪论
35
真空管道运输
2003年，西南交通开始研究真空管道磁悬浮
二、注意事项 ➢ 课程的特点：综合性、实践性、繁杂性、多解性 ➢ 学习方法：注重理解记忆和平时积累 ➢ 成绩构成：平时成绩30%（考勤、作业、实验、期中 等环节），期末70%。
第一章 绪论
新中国成立后：我国机械工业得到了长足发展。 如：轿车发展
红旗、上海 → 桑塔纳、夏利、标致505 → 几十个品牌
1964
1958 1985
1984 1986
第一章 绪论
30
火车发展： 蒸汽机车 —→内燃机车 —→电力机车 —→高速列车 —→磁浮列车 —→真空管道运输
蒸汽机车
(1804年) (中国1952) 2005年退出历史
第一章 绪论
44
虚拟现实是一种基于可计算信息的视、听、触觉一 体化的交互环境，是在图形学、电子显示、语音识别与 合成、传感器等技术上发展起来的一门综合仿真技术。
标准件：制定了国家标准，由专门工厂生产。 如：滚动轴承、螺栓等。
第一章 绪论
12
零 静联接 构 动联接 机 协调组合 机
件
件
构
器
机构：是具有确定的相对运动的若干构件的组合。
曲柄滑块机构
第一章 绪论
13
机器：是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、 物料或信息。
和谐号动车组 CRH1、CRH2、 CRH3、CRH5、CRH380
第一章 绪论
34
磁浮列车
上海磁浮列车 430km/h
日本磁浮车 500km/h
高温超导试验车
北京地铁S1号线<160km/h (2015年)
南车集团中低速磁浮车<100km/h
第一章 绪论
35
真空管道运输
2003年，西南交通开始研究真空管道磁悬浮
二、注意事项 ➢ 课程的特点：综合性、实践性、繁杂性、多解性 ➢ 学习方法：注重理解记忆和平时积累 ➢ 成绩构成：平时成绩30%（考勤、作业、实验、期中 等环节），期末70%。
第一章 绪论
新中国成立后：我国机械工业得到了长足发展。 如：轿车发展
红旗、上海 → 桑塔纳、夏利、标致505 → 几十个品牌
1964
1958 1985
1984 1986
第一章 绪论
30
火车发展： 蒸汽机车 —→内燃机车 —→电力机车 —→高速列车 —→磁浮列车 —→真空管道运输
蒸汽机车
(1804年) (中国1952) 2005年退出历史
第一章 绪论
44
虚拟现实是一种基于可计算信息的视、听、触觉一 体化的交互环境，是在图形学、电子显示、语音识别与 合成、传感器等技术上发展起来的一门综合仿真技术。
《机械设计基础》绪论
绪论
三、课程的内容体系和基本要求
本课程的内容体系主要包含三个方面： (1) 构件的基本变形形式与强度条件等； (2)各类常见机构的运动原理及特点、机构的图解法设计，以及各类通用零 件的结构设计等方面的基本内容； (3)机械传动系统的组成与应用分析。 设计机械应满足的基本要求是：实现预期功能。在满足预期功能的前提下， 还应保证其性能好，效率高，成本低，造型美，在预定的寿命期限内安全可靠， 操作方便，维修简单等。 本课程主要研究常见机构的运动规律和基本设计方法；研究各类通用零件的 工作原理、结构特点。掌握机械传动的基本知识和具备一定的机械设计能力，是 本课程学习的主要目的和任务。
机械设计基础（多媒体课件）
绪论
绪论
机械
机械是减轻或替代体力劳动、提高生产效率的重要辅助工具，是人类在长期 的生产实践中不断地创造与发展起来的。
工业机器人
牛头刨床Байду номын сангаас
绪论
虽然机器的构造、用途和性能有所不同，但都具有以下几个共同的特征。 是许多人为实物的组合； 各实物之间具有确定的相对运动； 能完成有用的机械功或转换机械能。
随着我国科学技术的发展，特别是计算机应用的普及，各个生产、研究部门 已将一些新的方法和设计软件应用于机械设计中。例如：概念设计、模块化设计、 最优化设计、有限元设计、可靠性设计、工业造型设计以及支持新设计方法的 PRO／E、UG、I-DEAS、MATLAB、ANSYS、3DMAX软件平台等。可以预计， 在21世纪，机械设计这门学科还将创新出更多、更先进的设计方法和设计软件， 并在我国现代工业的高速发展中发挥越来越大的作用。
机构 实现某种特定运动的构件组合。内燃机中的活塞、连杆、曲轴和气缸 体组成曲柄滑块机构；凸轮、顶杆和气缸体组成凸轮机构。
《机械设计基础》绪论
机械设计基础
绪论
如图1-1所示的内燃机， 是由汽缸体1、活塞2、连杆3、曲轴4、 小齿轮5、大齿轮6、凸轮7、推杆8等系列 构件组成，其各构件之间的运动是确定的。
0.1.2 构件与零件 机构是由具有确定运动的单元体组成的，这 些运动单元体称为构件。 组成构件的制造单元体称为零件。 零件则是指机器中不可拆的一个最基本的 制造单元体。构件可以由一个或多个零1．熟悉常用机构的组成、工作原理及其特点，掌握通用机构的分析和设计 的基本方法。 2．熟悉通用机械零件的工作原理、结构及其特点，掌握通用机械零件的选 用和设计的基本方法。 3．具有对机构分析设计和零件设计计算的能力，并具有运用机械设计手册、 图册及标准等有关技术资料的能力。 4．具有综合运用所学知识和实践的技能，设计简单机械和简单传动装置的 能力。
机械设计基础
绪论
0.2.2 本课程的研究对象 本课程的研究对象为机械中的常用机构及一般工作条件下和常用参数范围内的 通用零部件，研究其工作原理、结构特点、运动和动力性能、基本设计理论、计 算方法以及一些零部件的选用和维护。
0.3 本课程的基本要求和学习方法 0.3.1 本课程的基本要求 本课程的任务是使学生掌握常用机构和通用零件的基本理论和基本知识，初 步具有分析、设计能力，并获得必要的基本技能训练，同时培养学生正确的设计 思想和严谨的工作作风。通过本课程的教学，应使学生达到下列基本要求：
内燃机动画机械设计基础绪论02本课程的性质和研究对象021本课程的性质本课程是一门研究常用机构通用零件与部件以及一般机器的基本设计理论和方法的课程是机械工程类各专业中的主干课程它介于基础课程与专业课程之间具有承上启下的作用是一门重要的技术基础课程
《机械设计基础》
机械设计基础
绪论
绪论
如图1-1所示的内燃机， 是由汽缸体1、活塞2、连杆3、曲轴4、 小齿轮5、大齿轮6、凸轮7、推杆8等系列 构件组成，其各构件之间的运动是确定的。
0.1.2 构件与零件 机构是由具有确定运动的单元体组成的，这 些运动单元体称为构件。 组成构件的制造单元体称为零件。 零件则是指机器中不可拆的一个最基本的 制造单元体。构件可以由一个或多个零1．熟悉常用机构的组成、工作原理及其特点，掌握通用机构的分析和设计 的基本方法。 2．熟悉通用机械零件的工作原理、结构及其特点，掌握通用机械零件的选 用和设计的基本方法。 3．具有对机构分析设计和零件设计计算的能力，并具有运用机械设计手册、 图册及标准等有关技术资料的能力。 4．具有综合运用所学知识和实践的技能，设计简单机械和简单传动装置的 能力。
机械设计基础
绪论
0.2.2 本课程的研究对象 本课程的研究对象为机械中的常用机构及一般工作条件下和常用参数范围内的 通用零部件，研究其工作原理、结构特点、运动和动力性能、基本设计理论、计 算方法以及一些零部件的选用和维护。
0.3 本课程的基本要求和学习方法 0.3.1 本课程的基本要求 本课程的任务是使学生掌握常用机构和通用零件的基本理论和基本知识，初 步具有分析、设计能力，并获得必要的基本技能训练，同时培养学生正确的设计 思想和严谨的工作作风。通过本课程的教学，应使学生达到下列基本要求：
内燃机动画机械设计基础绪论02本课程的性质和研究对象021本课程的性质本课程是一门研究常用机构通用零件与部件以及一般机器的基本设计理论和方法的课程是机械工程类各专业中的主干课程它介于基础课程与专业课程之间具有承上启下的作用是一门重要的技术基础课程
《机械设计基础》
机械设计基础
绪论
《机械设计基础》绪论
导杆机构
摇块机构和定块机构
双滑块机构
双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构。可以认为是由铰链四杆 机构中的两杆长度趋于无穷大而演化成的。
按照两个移动副所处位置的不同，可将双滑块机构分成四种型式。 ⑴两个移动副不相邻，如图2-19所示。 从动件3的位移与原动件转角的正切成 正比，故称为正切机构。 ⑵两个移动副相邻，且其中一个移动副 与机架相关联，如图2-20所示。从动件3 的位移与原动件转角的正弦成正比，故 称为正弦机构。
机车车轮联动机构及下图均为平行四 边形机构的应用实例。
反向双曲柄机构：
反向双曲柄机构
c.双摇杆机构
两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机 构(如下图)。
右下图所示为双摇杆机构在鹤式起重机中的应用。
双摇杆机构
鹤式起重机
在双摇杆机构中，若两摇杆长度相等，则形成
等腰梯形机构。下图所示的汽车前轮转向机构，即为 其应用实例。
机构只有一个构件系统，而机器 除构件系统之外还包含电气、液压等 其它装置；机构只用于传递运动(或改 变运动形式)和力，而机器除传递运动 和力之外，还具有变换或传递能量、 物料、信息的功能。
3.机械：机器和机构的统称。
4.构件：组成机构的人为实体。 构件是机构运动的最小单元体，是组成
机构的基本要素。构件可能是一个零件；也 可能是由若干零件固联在一起的一个独立运 动的整体 。（见连杆、曲轴图）
5.零件：
制造的最基本单位。若将一部机器进行拆卸， 拆到不可再拆的最小单元就是零件。 有通 用零件与专用零件之分。
通用零件：各种机械都使用的零件，如
螺栓、轴、键等；
专用零件：只在某一类机械中使用的零
件，如曲轴、吊钩、钢丝绳等。
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平面四杆机构
由四个构件组成的平面连杆机构是最简 单的平面连杆机构，简称平面四杆机构。 平面四杆机构是具有转换运动功能而构 件数目最少的平面连杆机构。
图2-1 铰链四杆机构
2.平面连杆机构的特点
①.具有多种运动形式的转换，如转动变摆动 或逆运动；转动变转动；转动变直线或逆运 动；转动变特殊轨迹等。
曲柄摇杆机构
雷达天线调整机构和颚式破碎机
颚式破碎机机构
急回特性
在曲柄摇杆机构中，当曲柄为原动件并作等速转动时， 从动摇杆空回行程的平均角速度大于其工作行程的平均 角速度，摇杆的这种运动特性称为急回特性。
曲柄摇杆机构的运动过程如图所示。 摇杆在两极限位置间
的夹角称为摇杆的
摆角。摇杆处于两极 限位置时，主动件曲
柄所夹的锐角称为
极位夹角。
图2-4 曲柄摇杆机构的急回特性
死点位置
按运动副元素接触形式可将运动副分为低副和高 副。
运动副按其所能产生相对运动形式分为 转动副、移动副、螺旋副和球面副等。
如果构成运动副的两构件间相对运动是平面 运动，则称为平面运动副；如果构成运动副 的两构件间相对运动是空间运动，则称为空 间运动副
4.运动副的种类
a. 低副——两运动副元素通过面接触所构成 的运动副。
所示。
移动副
移动副的表示方法
2. 高副——两运动副元素通过点或线 接触所构成的运动副。如图所示
用简图表示高副时，应将两构件接触处的几何形状绘 出(图1-4)。对于齿轮与齿轮啮合及齿轮与齿条啮合的
高副，可按规定的简图表示。
二.机构的组成
运动链：两个以上的构件通过运动副连接而组成 的系统。其中，若构件构成首末封闭的系统称为 闭链，反之，称为开链。一般机构都是闭链。
转动副和移动副都属于低副。
⑴转动副——两构件间只能作相对转动的低 副称为转动副或铰链。转动副及其简图符 号表示如下图所示。如果转动副中的一个 构件为固定构件，则该转动副又称为固定 铰链，否则称为活动铰链。
转动副
转动副的表示方法
⑵ 移动副——两构件间只能作相对移动的低副 称为移动副，移动副及其简图符号表示如下图
构件种类： 1.原动件：运动规律已知的构件。 2.从动件：随原动件运动而运动的构件。 3.固定件：固定不动的构件，也称机架。
三.平面连杆机构 Fra bibliotek.平面连杆机构的概念
连杆机构：构件间全部由低副连接组成的机 构。
平面连杆机构：连杆机构中的构件在同一平 面内或在相互平行的平面内运动称其为平面连杆 机构。
机构的基本要素。构件可能是一个零件；也 可能是由若干零件固联在一起的一个独立运 动的整体 。（见连杆、曲轴图）
5.零件：
制造的最基本单位。若将一部机器进行拆卸， 拆到不可再拆的最小单元就是零件。 有通 用零件与专用零件之分。
通用零件：各种机械都使用的零件，如
螺栓、轴、键等；
专用零件：只在某一类机械中使用的零
机器是由若干机构组成的，用来变换 或传递能量、物料和信息的装置。
将其它形式的能量变换为机械能的机 器称为原动机。
利用机械能去变换或传递能量、物料、 信息的机器称为工作机。
机器的组成：
机器的主体部分是由机构组成的。 一般机器包含四个基本组成部分： 动力部分； 传动部分； 控制部分； 执行部分。
在三维空间内自由运动的构件具有六个自由度。 作平面运动的构件则只有三个自由度， 这三个自由度可以用三个独立的参数x、y和角度θ 表示。
2.约束：对构件的独立运动所加的限制。
3.运动副：使两构件直接接触并能产生一定相对
运动的联接。是由两构件组成的可动联接。运动 副是约束运动的，构件组成运动副后，其独立运 动受到约束，自由度便随之减少。 运动副的基本特征是： ①具有一定的接触形式，并把两构件上直接参与接 触而构成运动副的部分称为运动副元素； ②能产生一定形式的相对运动。
3.铰链四杆机构的基本类型
a.曲柄摇杆机构 b.双曲柄机构 c.双摇杆机构
4.平面四杆机构的基本特性
a.曲柄摇杆机构
两连架杆中一个是曲柄，一个是摇杆的铰链四
杆机构。
当曲柄为原动件时，可将 曲柄的连续转动，转变为 摇杆的往复摆动。下图所 示的雷达天线俯仰机构和 颚式破碎机机构即为曲柄 摇杆机构的应用。
2．机构：满足上面前两个特征的 实物组合体。
机构与机器的区别：
机构只有一个构件系统，而机器 除构件系统之外还包含电气、液压等 其它装置；机构只用于传递运动(或改 变运动形式)和力，而机器除传递运动 和力之外，还具有变换或传递能量、 物料、信息的功能。
3.机械：机器和机构的统称。
4.构件：组成机构的人为实体。 构件是机构运动的最小单元体，是组成
机械设计基础
§1.机械的概念及其组成
一.机械的概念
首先，我们先看2个例子： 内燃机（见课件） 牛头刨床（见课件） 挖掘机
上述机械的共同特征：
a.由许多人为实体组成； b.各实体之间具有确定的相对运 动
C.做有用的机械功或进行能量转 换
1.机器：满足上面三个特征的 实物组合体。
件，如曲轴、吊钩、钢丝绳等。
构件与零件的区别：
构件是运动单元： 零件是制造单元。 6.部件：由一些零件组成的实体，具有
特定的功能。如，连轴器，离合器。 7.装置：静止的实物组合体，具有贮存
或转换能量的功能。如，压力容器。
§2.平面连杆机构
一.运动副的概念 1.构件的自由度：构件所具有的独立运动数目。
②.运动副为低副，制造容易，寿命长，润 滑方便，承载能力强。
③.结构复杂，运动误差积累大。
3.平面连杆机构的应用
搅拌机；
压力机；
内燃机等
四.平面连杆机构的类型及演化
1.铰链四杆机构
所有运动副都是转动副的平 面四杆机构。
图2-1 铰链四杆机构
2.铰链四杆机构各部分名称
杆——构件 ①.机 架：固定构件。 ②.连架杆：与机架相连的杆； a.曲柄：360°转动的连架杆。 b.摇杆：在某角度φ摆动的连架杆。 ③.连 杆：不与机架相连的杆。