机械设计 第1讲
机械设计全套课件 ppt课件
凡具备上述（1）、（2）两个特征的实物组合体称为机构。 机器能实现能量的转换或代替人的劳动去做有用的机械功，而 机构则没有这种功能。
仅从结构和运动的观点看，机器与机构并无区别，它们 都是构件的组合，各构件之间具有确定的相对运动。因此，通 常人们把机器与机构统称为机械。
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机械设计基础
绪论
如图1-1所示的内燃机，
图1-5（a）闭式运动链
机械设计基础
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图1-5（a）开式运动链
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• 将运动链中的一个构件固定，并且它的一个 或几个构件作给定的独立运动时，其余构件 便随之作确定的运动，此时，运动链便成为 机构。
• 机构的组成:
• 机 架：固定不动的构件
• 原动件：输入运动的构件
• 从动件：其余的活动构件
1)运动副：两构件之间直接接触并能产生一定的相对
运动的连接称为运动副。
运动副元素：两构件上直接参与接触而构成运动副的部分— —点、线或面。
2) 运动副的分类
平面
运 运动副 动 副
空间 运动副
机械设计基础
高副：点、线接触 低副：面接触
球面副 螺旋副
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运动副 转动副
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图1-2 转动副
图1-3 移动副
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件组成。
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机械设计基础
机械设计 第1章 平面机构及其运动简图
第一章平面机构及其运动简图案例导入：通过硬纸片是否钉在桌面上及常见的推拉门、活页等例子，引入自由度、铰链、铰接、约束条件和运动副、运动链、机构等概念，介绍运动副的分类；以牛头刨床为例子导入运动简图，介绍用简单的符号和图形表示机器的组成和传动原理。
第一节平面运动副一、平面运动构件的自由度平面机构是指组成机构的各个构件均平行于同一固定平面运动。
组成平面机构的构件称为平面运动构件。
两个构件用不同的方式联接起来，显然会得到不同形式的相对运动，如转动或移动。
为便于进一步分析两构件之间的相对运动关系，引入自由度和约束的概念。
如图1-1所示，假设有一个构件2，当它尚未与其它构件联接之前，我们称之为自由构件，它可以产生3个独立运动，即沿x方向的移动、沿y方向的移动以及绕任意点A的转动，构件的这种独立运动称为自由度。
可见，作平面运动的构件有3个自由度。
如果我们将硬纸片（构件2）用钉子钉在桌面（构件1）上，硬纸片就无法作独立的沿x或y方向的运动，只能绕钉子转动。
这种两构件只能作相对转动的联接称为铰接。
对构件某一个独立运动的限制称为约束条件，每加一个约束条件构件就失去一个自由度。
图1-1 自由构件二、运动副的概念机构是具有确定相对运动的若干构件组成的，组成机构的构件必然相互约束，相邻两构件之间必定以一定的方式联接起来并实现确定的相对运动。
这种两个构件之间的可动联接称为运动副。
例如两个构件铰接成运动副后，两构件就只能绕轴在同一平面内作相对转动，称为转动副，见图1-2a)、b)所示。
又如图1-2d)所示，一根四棱柱体1穿入另一构件2大小合适的方孔内，两构件就只能沿轴线X作相对移动，称之为移动副；图1-2c)所示为车床刀架与导轨构成的移动副。
我们日常所见的门窗活叶、折叠椅等均为转动副，推拉门、导轨式抽屉等为移动副。
图1-2 平面低副三、运动副的分类两构件只能在同一平面作相对运动的运动副称为平面运动副。
构成运动副的点、线或面称为运动副元素，根据运动副元素的不同，平面运动副可分为低副和高副。
机械设计基础第1章运动简图ppt课件
运动简图绘制原则
简化原则
在保证能够准确表达机构运动情况的前提下， 尽量简化图形，突出重点。
清晰原则
图形应清晰易懂，符号、线条和标注应符合规 范。
完整性原则
应完整地表达机构的组成、运动传递关系和运动特性，不遗漏任何重要信息。
运动简图在机械设计中的应用
机构运动分析
通过运动简图可以直观地了解机 构的运动情况，包括速度、加速 度、位移等运动参数的变化规律。
凸轮机构运动简图绘制方法
选择视图平面 一般选择垂直于凸轮回转轴线的平面 作为视图平面
绘制凸轮轮廓线
根据凸轮的实际尺寸和形状，用实线 绘制出凸轮的注出 从动件的长度和位置
标注尺寸和参数
标注出凸轮的回转半径、基圆半径、 偏距等关键尺寸，以及从动件的位移、 速度、加速度等运动参数
机构运动简图绘制方
02
法
机构组成及运动副类型
机构组成
机构是由刚性构件通过运动副连接而成的系统。构件是机构 中的运动单元，可以是单一的整体，也可以是几个零件组成 的刚体。
低副
两构件通过面接触而构成的运动副。根据两构件的相对运动 形式，低副可分为转动副和移动副两种。
运动副类型
运动副是两构件直接接触并能产生相对运动的活动联接。根 据接触形式的不同，运动副可分为低副和高副两大类。
高副的表示
高副用一条通过接触点的公法线来表示，并在公法线上标注出接触点 的位置。
机构运动简图绘制步骤与实例
绘制步骤
1. 分析机构的组成和运动情况，确定机构的类型 和运动副的性质。
2. 选择适当的比例尺，绘制机构示意图，表示出 各构件的相对位置和尺寸关系。
机构运动简图绘制步骤与实例
3. 根据机构示意图，用规定的符号绘制机构运动简图，表示出各构件间的连接关系和相对运动情况。
机械设计基础课程设计
4. 完成减速器装配草图见P28~P40 1轴系零件的结构设计 a画齿轮结构 齿轮结构见P188~P192.齿轮啮合画法按参考样图. b画滚动轴承结构 滚动轴承简化画法见P67. c画套筒和轴端挡圈 在需要处画套筒,套筒结构根据需要设计. 轴端挡圈可略去不画. d画挡油盘和甩油盘 当轴承用脂润滑时,为防止润滑油冲掉润滑脂,需装挡油盘； 用油润滑时,为防止大量热油涌入轴承也需装挡油盘. 铸造挡油盘结构见P20图4-13和P29图5-10；冲压挡油盘见 P29图5-10.
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二、轴的最小直径见P13
1.初算轴的最小直径
计算见机械设计基础P240.
高速轴Ⅰ：最小轴径轴段与皮带轮配合,一个键槽,得
dⅠ mi n
1.05 1173 pⅠ nⅠ
mm
低速轴Ⅱ ：最小轴径轴段与联轴器配合,一个键槽,得
dⅡmi n
1.05 1063
pⅡ nⅡ
mm
PⅠ、 PⅡ：已计算轴功率,kW. nⅠ、 nⅡ ：已计算轴转速,r/min. 2.轴的最小直径确定
高速轴最小轴径应由皮带轮孔径确定,也可参考电机轴径确
定.
低速轴最小轴径应由以下所选联轴器标准孔径确定.
应保证： 高速轴最小轴径<低速轴最小轴径
12
三、选择联轴器见P13
1.类型 推荐选用弹性套注销联轴器见P128表13-5.
L1
L
L
Z型轴孔
Y型轴孔
Z型轴孔：阶梯形圆锥轴孔. Y型轴孔：长圆柱轴孔. J型轴孔： 阶梯形圆柱轴孔. J1型轴孔：短圆柱轴孔.
3.各轴转矩
TⅠ=9550PⅠ/nⅠ N·m TⅡ=9550PⅡ/nⅡ N·m TⅠ, TⅡ：分别为高速轴,低速轴转矩.
9
《机械设计基础》课件 第1章 平面机构的自由度和速度分析
13
§1-2 平面机构运动简图
机构示意图 —— 不按比例绘制
三、机构运动简图的作用
是机构分析和设计的工具
四、机构中构件的分类
分为三类：
1）固定构件（机架）：用来支承活动构件的构件。在研究机构
中活动构件的运动时，常以固定构件作为参考坐标系；
2）原动件（主动件）：运动规律已知（外界输入）的构件；
61
3. 直动从动件凸轮机构
求构件2的速度？
62
课后作业：
5、7、9、11、13、15
63
1
1
1
2）移动副
17
§1-2 平面机构运动简图
3）高副：应画出接触处的曲线轮廓
18
§1-2 平面机构运动简图
六、机构运动简图中构件的表示方法
轴、杆
机架
永久连接
固定连接，如轴和齿轮
19
§1-2 平面机构运动简图
参与组成两转动副的构件
一个转动副+一个移动副的构件
参与组成三个转动副的构件
20
§1-2 平面机构运动简图
4
3
2
2
1
4
32
§1-3 平面机构的自由度★
平面机构自由度：
所有活动构件相对于机架所能具有的独立运动数目之和。
作用：
讨论机构具有确定运动的条件。
C
C
D
B
A
B
D
A
E
F
33
§1-3 平面机构的自由度★
一、平面机构自由度计算公式
1. 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度
34
2. 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度
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：第1章绪论
一、机器的组成
人们为了满足生产和生活的需要，研制了类型繁多、功能各异的 机器。尤其是蒸汽机出现之后，使机器具有了完整的形态。
一台完整的机器的组成如下：
润滑、显示、照明等辅助部分
原动机部分
传潘存动云教部授分研制
执行部分
传感器
传感器
传感器
控制系统
原动部分——机器完成预定功能的动力源，最常见的是 内燃机、电动机。
三、机械工业的主要任务
研究、设计和发展新的机械装备及仪器，以适应当 前和将来的社会需要。
各个产业和工程领域要求机械及其系统性能优良， 以便提高能源、材料、劳动和设备的利用率，减少 对环境的污染，提高安全性、可靠性和寿命；要求 机械及其系统与电子技术相结合，提高自动化程度， 提高生产线柔性，以便适应多品种、小批量、常变 化的新生产方式。
二、机械工业在国民经济中起着重要作用
机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要 标志之一。
以机械科学为基础的制造业是一个国家的支柱产业，是 社会的财富，也是国家富强和国防稳固的基础。据报 道，美国约60%的财富来源于制造业，日本约50%的 国民生产总值是由制造业创造的。
据统计，80年代我国制造业的产值占工业总产值的1/4, 目前已达到40%以上。
中国地质大学专 涉及面广 体现为5多
关系多——因与诸多先修课关系密切。 要求多——强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、
经济性。 门类多——各类零件，各有特点，设计方法各异。
公式多——有解析式、半解析式、经验式、半经验式 以及定义式的。
图表多——结构图、分析图、原理图、示意图、曲线 图、标准、经验数表。
▲ 实践性强——只有理论知识不行，要多联系实际，
注重实践性环节。
机械设计基础课件 第1章 物体的受力分析与平衡
1.1.3 物体的受力分析与受力图
（3）取整体为研究对象 由于铰链C处所受的力FC、 FC 为作用与反作用关系，这些力成对地出 现在整个系统内，称为系统内力。内力 对系统的作用相互抵消，因此可以除去 ，并不影响整个系统平衡，故内力在整 个系统的受力图上不必画出，也不能画 出。在受力图上只需画出系统以外的物 体对系统的作用力，这种力称为外力。
作用于圆柱销上有重力G，杆AB和AC的反力FAB和FAB; 因杆AB和AC均为二力杆，指向 暂假设如图示。圆柱销受力如图所示，显然这是一个平面汇交的平衡力系。
（2）列平衡方程
Fx 0 : FAB FAC cos60 0 F 0 : F sin 60 G 0 y AC
y
G E
FRx Fx1 Fx 2 Fx 3 Fx
FRy Fy1 Fy 2 Fy 3 Fy
Fry
Fy2 D Fy3 Fy1 F3 A F2
C
FR
α FR1
F1 B
合力投影定理:
合力在某轴上的投影，等于各 分力在同一轴上投影的代数和。
FR = F + F = tan Fy Fx
1.力在坐标轴上的投影 2.力的合成、合力投影定理
FR1 F1 F2 FR FR1 F3 F1 F2 F3 FRx ab gb ab ( ge be )
ab be ge
ab ac ad
o x
d Fx3 a c Fx2 Fx1 g b e
2.力系 是指作用在物体上的一组力的集合
5
1.1 基本概念和物体的受力分析
3.静力学公理
公理1：力的平行四边形法则 作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，合力的 大小和方向由这两力为边构成的平行四边形的对角线来表示。
机械设计基础课件合集_(01~09合集)_(共16个)
静应力是变应力的特例
σ =常数 o σ σmax σa σmin σm σa t t
σa
σa
σ
r =+1
σmax σa σa σmin 对称循环变应力 r =- 1
σmin σm
o
循环变应力
t o
to
脉动循环变应力 r =0
静应力下的许用应力 静应力下，零件材料的破坏形式：断裂或塑性变形 塑性材料，取屈服极限σS [ ] s S 作为极限应力,许用应力为： B 脆性材料：取强度极限σB [ ] 作为极限应力,许用应力为： S 变应力下的许用应力 变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。疲劳断裂 具有以下特征： 1)疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限 低，甚至比屈服极限低; 不管脆性材料或塑性材料， 2) 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂; 3) 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。它的初期现象是在零
产品规划
概念设计
构形设计
编制技术文件
技术审定和产品鉴定
2.2 机械零件的主要失效形式和工作能力
2.2.1机械零件的主要失效形式 机械零件的失效： 机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时，称 为失效。 零件的失效形式: ①断裂; ②过大的弹性变形或塑性变形; ③ 工作表面损伤失效（腐蚀、磨损和接触疲劳）； ④发生强烈的振动；联接的松弛; 摩擦传动的打滑等。 失效并不简单地等同于零件的破坏。
课程安排：讲授82学时 本课程的特点：是工程制图、工程材料及机械制造基 础、理论力学，材料力学、金工实习等理论知识和实 践技能的综合运用。 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。
机械设计培训第一讲自动化设备概述
机械设计培训第一讲自动化设备概述一、教学内容本讲主要介绍自动化设备的基本概念、分类和应用。
教材章节为《机械设计基础》第一章“自动化设备概述”。
内容包括：1. 自动化设备的基本概念：自动化设备、自动化系统、控制系统等。
2. 自动化设备的分类：基于控制原理的分类、基于应用领域的分类等。
3. 自动化设备的应用：工业生产、交通运输、医疗保健、家庭生活等。
二、教学目标1. 使学生了解自动化设备的基本概念、分类和应用，建立对自动化设备的初步认识。
2. 培养学生对自动化设备的兴趣和好奇心，激发学生学习机械设计的热情。
3. 培养学生运用所学知识分析、解决实际问题的能力。
三、教学难点与重点重点：自动化设备的基本概念、分类和应用。
难点：自动化设备的工作原理和控制系统。
四、教具与学具准备教具：PPT、自动化设备实物或模型、视频资料。
学具：笔记本、笔、教材《机械设计基础》。
五、教学过程1. 实践情景引入：展示自动化设备实物或视频，如自动洗衣机、自动生产线等，引导学生关注自动化设备在生活中的应用。
2. 知识讲解：讲解自动化设备的基本概念、分类和应用。
以PPT形式呈现，结合实物或模型进行讲解，让学生直观地了解自动化设备。
3. 例题讲解：选取具有代表性的例题，分析自动化设备的工作原理和控制系统。
引导学生运用所学知识分析、解决问题。
4. 随堂练习：布置随堂练习题，让学生巩固所学知识。
练习题包括选择题、填空题和简答题。
5. 课堂讨论：组织学生进行小组讨论，探讨自动化设备在实际应用中的优势和局限性。
六、板书设计板书内容：1. 自动化设备的基本概念2. 自动化设备的分类3. 自动化设备的应用领域4. 自动化设备的工作原理5. 自动化设备的控制系统七、作业设计1. 课后阅读：阅读教材第二章“自动化设备的基本原理”，了解自动化设备的工作原理和控制系统。
2. 练习题：完成教材后的练习题，包括选择题、填空题和简答题。
八、课后反思及拓展延伸1. 课后反思：反思本次课程的教学效果，分析学生的掌握情况，为下次课程做好准备。
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-期末复习材料
第1章概论第一讲： 1.1 本课程的研究对象、主要内容及任务课题： 1.1.1 本课程的研究对象1.1.2 本课程研究的主要内容1.1.3 本课程的主要任务教学目标：1. 使学生了解本课程研究的对象、内容以及其在培养高级机械人才全局中的地位、作用和任务，从而明确学习本课程的目的。
2. 了解本学科的重要性在课程结构中的重要性。
3. 掌握本课程研究对象、内容、增强感性认识。
教学重点：机器与机构、构件与零件的区别教学方法：利用工程案例等多种教学软件，展示本门课研究的对象、内容。
教学内容：1.1.1 本课程的研究对象1.主要研究的对象；（1）机械：是机器和机构的统称。
从研究机器工作原理、分析运动特点和设计机器的角度看，机器可视为若干机构的组合体。
图1-1的单缸内燃机。
图1-1 单缸内燃机2.机器的主要特征是:（1）它们都是人为实体（构件）的组合;（2）各个运动实体（构件）之间具有确定的相对运动;（3）能够实现能量的转换，代替或减轻人类完成有用的机械功。
3.机构：是由构件组成的。
4.构件：是指机构的基本运动单元。
它可以是单一的零件，也可以是几个零件联接而成的运动单元。
5.零件：是组成机器的最小制造单元。
实例：图1-2 齿轮机构 图1-3 凸轮机构 图1-4 连杆机构6.机器：是由各种机构组成的，可以完成能量的转换或做有用功;而机构则仅仅是起着运动的传递和运动形式的转换作用。
机构的主要特征是:（1）它们都是人为实体（构件）的组合;（2）各个运动实体之间具有确定的相对运动。
1.1.2 本课程研究的主要内容（1）机构的运动简图和自由度计算（2）平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等的组成原理、运动分析及设计（3）各种联接零件（如螺纹联接、键销联接等）的设计计算方法和标准选择（4）各种传动零件（如带传动、齿轮传动等）的设计计算和参数选择（5）轴系零件（如轴、轴承等）的设计计算及轴承参数类型选择。
1.1.3 本课程的主要任务（1） 培养学生运用基础理论解决简单机构和零件的设计问题，掌握通用机械零件的工作原理、特点、选用及计算方法，初步具有分析失效原因和提高改进措施的能力。
精密机械设计基础第1讲精密机械设计概论
试制
小批生
投
试验
产试销
产
样 机 评 价 改
考核 工艺 性收 集用 户意
产 品 销 售
进
见
精密机械设计基础第1讲精密机械设 计概论
1.2 精密机械设计的基本要求及设计程序
2、机械零件设计的一般步骤
1）建立零件的受力模型，确定零件的计算载荷 2）选择零件的类型与结构； 3）选择零件的材料； 4）按可能的失效形式确定零件的计算准则，并确定零件的
精密机械设计基础第1讲 精密机械设计概论
2020/11/30
精密机械设计基础第1讲精密机械设 计概论
第一讲 精密机械设计概论
内容提示
本课程的性质和任务 精密机械设计的基本要求及设计程序 精密机械设计的最新进展
精密机械设计基础第1讲精密机械设 计概论
1.1 本课程的性质和任务
一、本课程的研究对象
精密机械设计基础第1讲精密机械设 计概论
参考书目：
（1）精密机械设计，徐峰、李庆祥等著 北京：清华大 学出版社2005 （2）天津大学精品课程网站:
/jmjx/index.htm
精密机械设计基础第1讲精密机械设 计概论
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
一、精密机械设计的基本要求
1、对机械设计的要求
a) 对机器使用功能方面的要求； b)对机器经济性的要求； c) 设备外观、环保等。 2、对机械零件设计的基本要求 a) 在预定工作期限内正常、可靠地工作，保证机器的各种
功能； b)要尽量降低零件的生产、制造成本 c) 精度要求。
精密机械设计基础第1讲精密机械设 计概论
主要是研究精密机械中常用机构和常用的零件和部 件。从机构分析、工作能力、精度和结构等方面来研 究这些机构和零、部件，并介绍其工作原理、特点、 应用范围、选型、材料、精度以及设计计算的一般原 则和方法。
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
机械设计基础第一章-1-3速度瞬心
绝对瞬心－重合点绝对速度为零。
A2(A1) VA2A1
2
P21
B2(B1)
VB2B1
1
Vp2=Vp1≠0 Vp2=Vp1=0
由定义推出的特点：
①该点涉及两个构件。
②绝对速度相同，相对速度为零。（重合点）
③相对回转中心。 2、瞬心数目 若机构中有n个构件，则
P13
1 23
P13 P34
③求瞬心P24的速度 。 VP24＝μl(P24P12)·ω2
VP24
P23 3
2 ω2
1
（令构件2绕绝对瞬心P12旋转，得VP24 ） P24 P12
4
ω4
P14
VP24＝μl(P24P14)·ω4（绕绝对瞬心P14旋转）
ω4 ＝ω2·(P24P12)/ P24P14 方向: 与ω2相同。
P36 2
3 P13
P26
P35
P25
2
P12
P46 5
P14 1
P15
∞ P16
6 P56
二、速度瞬心在机构速度分析中的应用
1.凸轮机构直动从动件求线速度 3 P23 ∞
已知凸轮转速ω1，求推杆的速度。
解： ①直接观察求瞬心P13、 P23 。
②根据三心定律和公法线
n2
ω1 1 V2
三心定理的证明：
（用反证法证明）
如右图所示的三个构件组 成的一个机构，设构件1为固定 件。若P23不与P12、P13共线 （同一直线），而在任意一点 C，则C点在构件2和构件3上的 绝对速度的方向不可能一致， 即绝对速度不相等。而只有C 点在P12、P13连成的直线上， 重合点速度方向才可能一致。
机械设计基础第1章概述
2.可靠性要求 可靠性要求 使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工作时 间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、 间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、不 丧失稳定性。 丧失稳定性。 能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。 能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。 对于周围环境和人不造成危害和污染， 对于周围环境和人不造成危害和污染，同时要保证机 器对环境的适应性。 器对环境的适应性。 机器的可靠性的高低用可靠度R来衡量。 机器的可靠性的高低用可靠度 来衡量。 来衡量 可靠度：在规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件 可靠度：在规定的使用时间（寿命） 下机器能够正常工作的概率。 下机器能够正常工作的概率。
两个齿轮用来保证进、 两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动 称为： 作，称为： 齿轮机构
各部分协调动作的结果： 各部分协调动作的结果： 化学能 机械能
第1章 机械设计基础概述
1.1机械设计的基本要求和一般过程 1.1机械设计的基本要求和一般过程 1.1.1机械设计的基本要求 机械设计的基本要求
构件与零件
组成机械的各个相对运动的机件,是机械的运动单元 构件 组成机械的各个相对运动的机件,是机械的运动单元 .如汽车的轮子,车床的主轴. 如汽车的轮子,车床的主轴.
可能是由一个零件构成， 可能是由一个零件构成， 但通常是由若干个零件刚性联接而成。 但通常是由若干个零件刚性联接而成。
第一章机械设计概述
N0个），在一定的工作条件下进行实验，如在经过 时间t后，还有Ns个正常工作，有Nf个损坏了，则 这批零件在该工作条件下能正常工作达到时间t的
可靠度R为
RNs N0Nf 1Nf
N0 N0
N0
我们称F=Nf/N0为零件的失效概率（即不可靠度）， 它与可靠度的和为1。
按可靠性理论，机械是零件的串联、并联或混 联系统。系统的可靠度取决于零件的可靠度。
n
RS1－Fi (i1,2, ,n) i1
式中，Fi为各个零件的失效概率。可见，并联系统 失效概率低于任一零件的失效概率，因此，其可靠 度高于任一零件的可靠度。
为了提高系统可靠度，在设计时可采取下列 措施： •在满足机器性能要求的前提下，力求结构简单， 零件数目少； •尽可能采用有可靠度保证的标准件； •安全系数要留有余地； •增加重要环节的备用系统； •合理规定维修期等。
•应使零件形状简单合理。 •适应生产条件和规模。 •合理选用毛坯类型。 •便于切削加工。 •便于装配和拆卸。 •易于维护和修理。
人机学要求 在结构设计中必须考虑安全问题，应优先采用具
有直接（本身）安全作用的结构方案。此外应使结构 造型美观，操作舒适，有利于环境保护。
第七节 机械零件的标准化
机械零件的标准化，就是对零件的尺寸、结构要 素、材料性能、检验方法、设计方法、制图要求等， 制定出各种大家共同遵守的标准。
一般来讲各种零件都应满足一定的强度要求， 因而强度准则是零件设计最基本的准则。
二、刚度准则
刚度指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。
其表达式为
y≥[y]
y——弹性变形量； [y]——许用变形量。
弹性变形量可用各种求变形量的理论或实验方 法确定，而许用变形量则应随不同的使用场合，按 理论或经验来确定其合理的数值。
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1-2 运动副分类及表示
1-2 运动副分类及表示
1-2 运动副分类及表示
I级副 III级副 II级副
1-2 运动副分类及表示
V级副1
V级副3
IV级副
V级副2
1-3 机构运动简图及其画法
平面机构运动简图的画法： 找出运动平面；识别所有运动单元即构件；辨明所有 直接接触的构件之间的相对运动，据此确定运动副； 测量同一构件上不同回转副之间的距离以及移动副的 导轨方向角；选择适当比例在运动平面上投影绘制完 成。有高副时要画出接触区域的曲线轮廓。 画构件时应撇开构件外形，而只考虑运动副的性质。
1-4 平面机构自由度计算
使用公式时需要注意的问题5：易错情形
根据相对运动形式判断。
1-4 平面机构自由度计算
再举两例：
F = 3n − 2 PL − PH
= 3× 6 − 2 × 7 − 3 =1
1-4 平面机构自由度计算
再举一例：
F = 3n − 2 PL − PH
= 3 × 9 − 2 × 13 − 0 =1
1 平面机构结构分析
1-1 机构结构分析的内容 1-2 运动副分类及表示 1-3 机构运动简图及其画法 1-4 平面机构自由度计算 1-5 平面机构的组成原理
1 平面机构结构分析
思考题：
如何描述刚体的平面运动和空间运动？ 什么是速度瞬心？有加速度瞬心吗？ 什么是牵连点？什么是科氏加速度？ 如图所示曲柄滑块机构，若各构件长度已知且 主动曲柄角速度已知，滑块速度怎样求？
F = 3n − 2 PL − PH
= 3 × 7 − 2 × 10 − 0 =1
回转副数=构件数−1
1-4 平面机构自由度计算
使用公式时需要注意的问题2：局部自由度
局部自由度：算前去掉!
F ' = 3n − 2 PL − PH
= 3× 3 − 2 × 3 −1 =2
F = 3n − 2 PL − PH
1-3 机构运动简图及其画法
绘制偏心泵机构运动简图：
3 2 1 4 偏心泵
出料口
进料口
出料口
进料口
出料口
进料口
出料口
进料口
出料口
进料口
出料口
进料口
出料口
进料口
出料口
进料口
出料口
进料口
出料口
进料口
用途：用于机构运动与力分析
1-5 平面机构的组成原理
n = 2的杆组有五种：
n = 4的杆组有多种，举例如下：
封闭多边形最大边数 = 杆组级别 = 机构级别
1-5 平面机构的组成原理
拆杆组两例：
6 1 5 4 9 1 3 6 5 4 9 3 7 8 2 2 7 8
II级杆组
1-5 平面机构的组成原理
1-5 平面机构的组成原理
平面机构中的高副低代
1-5 平面机构的组成原理
平面机构中、1、2阶运动特性不变。
1-5 平面机构的组成原理
平面机构杆组及其拆分 机构=机架+若干主动件+从动件系统（F=0） 从动件系统可拆成若干F=0的最简构件组：基本杆组。
3 3n − 2 PL = 0 PL = n 2
= 3× 2 − 2 × 2 −1 =1
1-4 平面机构自由度计算
使用公式时需要注意的问题3：虚约束
虚约束：算前去掉! F = 3n − 2 PL − PH
= 3× 3 − 2 × 4 =1
1-4 平面机构自由度计算
使用公式时需要注意的问题4：公共约束
F = 3n − 2 PL − PH
= 3× 2 − 2 × 3 − 0 =0 F = (3 − 1)n − (2 − 1) PL = 2 × 2 − 1× 3 =1 虚约束：修正公式! 平面自由度公式，可看成是空间自由度公式具有3个公 共约束的情形： F = (6−3)n − (5−3)PV − (4−3)PIV − 3PIII −2PII −PI =3n−2PL−PH
运动副的接触特征及符号表示方法 平面低副的约束特征：约束个数=2、自由度=1 平面高副的约束特征：约束个数=1、自由度=2
1-3 机构运动简图及其画法
机构运动简图的定义： 简单线条和规定符号，按比例，构件， 运动副的相对位置。（机构示意图） 用途： 表达机构的结构、组成，便于进行自由度计算、运动 分析和力分析。 画法及举例： 偏心泵 颚式破碎机 内燃机
B 1 4 A 2 C 3
1-1 机构结构分析的内容
机构的表示：机构运动简图的画法。 机构的可动性：自由度及其计算。 机构具有确定运动的条件。 机构的组成原理及分类。
1-2 运动副分类及表示
按引入约束的数目划分： I、II、III、IV、V五种 按相对运动的类型划分 回转副 平面低副 运 动 副 平面运动副 平面高副 空间运动副 移动副
1-4 平面机构自由度计算
机构自由度定义为： 确定各构件相对位置所需的独立参数数目。
F=1
F=2
机构具有确定相对运动的条件： 主动件数目=自由度数目> 0
1-4 平面机构自由度计算
y 2 y y x x
θ1
R=2, F=1
x
1 s
2
1
2
R=2, F=1
R=1, F=2
平面机构的自由度计算公式： F = 3n – 2PL – PH 空间机构的自由度计算公式： F = 6n – 5PV – 4PIV – 3PIII – 2PII – PI
1-4 平面机构自由度计算
验证:
F = 3n − 2 PL − PH
= 3× 3 − 2 × 4 − 0 =1
F = 3n − 2 PL − PH
= 3× 4 − 2 × 5 − 0 =2
1-4 平面机构自由度计算
使用公式时需要注意的问题1：复合铰链
F = 3n − 2 PL − PH
= 3× 7 − 2× 6 − 0 =9
拆杆组两例：
2 3
4 5 7 6
1 8
III级杆组
2 3
4 5 7
6
1
1-5 平面机构的组成原理
拆杆组两例：
2 1
II级杆组
4 3 5 7 4 3 5 7
6
2 1
6
1-2 运动副分类及表示
1-2 运动副分类及表示
1-2 运动副分类及表示
1-2 运动副分类及表示
1-2 运动副分类及表示
1-2 运动副分类及表示