清华大学机械设计讲义
合集下载
清华大学机械设计基础讲义-机械的平衡-PPT精品文档
（1）刚性转子的平衡：
作转速低于一阶临界转速的转子平衡。
（2）挠性转子的平衡： 当工作转速大于一阶临界转速的转 子平衡。
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
2) 机构的平衡
机构的平衡：一般是指存在有往复运 动或平面复合运动构件的机构平衡。
• 惯性力和惯性力矩不可能在构件内部 Evaluation only. 消除
ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 • 所有构件上的惯性力和惯性力矩可合 成为一个通过机构质心并作用于机架 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 上的总惯性力和惯性力矩。
机构在机架上的平衡： 总惯性力和总惯性力矩在机架 上得到完全或部分平衡。
wwwww
乐考无忧，考研我有！
F=F1+F2+F3+Fb=0
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
11.2.1 刚性转子的静平衡设计
m e m r m r m r m r 0 1 1 2 2 3 3 b b
m和e分别为转子的总质量和总质心的向径；
Evaluation only. 径宽比D/b≥5的转子（砂轮、飞轮、齿轮）：可近似地认为其不平衡质 ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 量分布在同一回转平面内。 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 1) 根据转子结构定出偏心质量的大小
ted
5.2
Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.
若不平衡，则需要在结构上采取措施消除不平衡惯性 力的影响。
作转速低于一阶临界转速的转子平衡。
（2）挠性转子的平衡： 当工作转速大于一阶临界转速的转 子平衡。
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
2) 机构的平衡
机构的平衡：一般是指存在有往复运 动或平面复合运动构件的机构平衡。
• 惯性力和惯性力矩不可能在构件内部 Evaluation only. 消除
ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 • 所有构件上的惯性力和惯性力矩可合 成为一个通过机构质心并作用于机架 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 上的总惯性力和惯性力矩。
机构在机架上的平衡： 总惯性力和总惯性力矩在机架 上得到完全或部分平衡。
wwwww
乐考无忧，考研我有！
F=F1+F2+F3+Fb=0
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
11.2.1 刚性转子的静平衡设计
m e m r m r m r m r 0 1 1 2 2 3 3 b b
m和e分别为转子的总质量和总质心的向径；
Evaluation only. 径宽比D/b≥5的转子（砂轮、飞轮、齿轮）：可近似地认为其不平衡质 ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 量分布在同一回转平面内。 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 1) 根据转子结构定出偏心质量的大小
ted
5.2
Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.
若不平衡，则需要在结构上采取措施消除不平衡惯性 力的影响。
【清华课件-机械设计基础A(3)】讲义05-2齿轮传动总结
96 120 3.75 240 50.3655 120 120 3.0 144 120 2.5 180 120 2.0 240 120 1.5 240 50.3655 240 50.3655 240 50.3655 240 50.3655
20 3.75 240 240 240 240 240 240
(1)轴的刚度较大宜取较大齿宽系数； (2)对称布置宜取较大齿宽系数； (3)软齿面齿轮传动宜取较大齿宽系数；
z1
z2
m
b
软对 2.1116 4.1926 8.1909
软非 2.1115
软悬 2.1113
20 20 5.0 10 20 20 5.0 20 20 20 5.0 40 20 20 5.0 80 20 20 5.0 100
第6章 齿轮传动
6-6直齿圆柱齿轮的参数选择和许用应力 6.6.1 设计参数选择 1.齿数
1.不根切 最小齿数选择17或19 采用变为齿轮，减小最小齿数，不能变尖 采用斜齿轮
软齿面材料（结构钢正火） z1 20 z2 b m a pmax z1 20
硬齿面（合金钢渗碳淬火） z2 60 b m a 240 pmax 147.3638
接触强度
H Z E Z H Z
2 KT1 u 1 [ ]H 2 bd1 u
接触强度
2T1 F YFaYSaY K [ ]F bd1m
弯曲强度
2T1 F YFaYSaY K [ ]F bd1m
弯曲强度
2T1 F YFaYSaY K [ ]F bd1m
第6章 齿轮传动
6-6直齿圆柱齿轮的参数选择和许用应力 6.6.1 设计参数选择 3.齿轮精度
(1)经济性原则； (2)匹配性原则； (3)高速传动，精密传动，宜选用较高制造精度； (4)封闭环境中的传动装置，宜选用较高制造精度； (5)制造精度应与制造方法相适应；
清华机械设计 第1章机械零部件设计 肖丽英讲解
、ετ 综合影响系数（k）D
k
提高疲劳强度的措施
减少应力集中
减小尺寸
提高表面质量
1.3.2机械零件的疲劳强度
6.零件的疲劳强度设计
名义应力疲劳设计法
零件受对称循环变应力
Sca
lim
S
式（1-10）
局部应力应变分析法、损伤容限设计法、 疲劳可靠性设计
零件在交变应力下发生的失效即疲劳失 效
疲劳失效的特点
< < 1.σmax σB 或 σ max σS
2. 疲劳失效的过程：裂纹萌生、裂纹扩展、断裂— —发展的过程
3. 断口形状：光滑的疲劳发展区+粗糙的脆性断裂区
1.3.2机械零件的疲劳强度
2、交变应力的产生及表征
引起变应力的原因
1.变载荷 2.零件运动
m
N0 N
r
1.3.2机械零件的疲劳强度
疲劳曲线方程
rN
m
N0 N
r
m：与零件的材料和应力状态有关。
钢材:受弯曲应力时m=9,受表面接触应力时m=6。 青铜:受弯曲应力时m=9,受表面接触应力时m=8。
寿命系数的意义：用寿命系数，通过疲劳曲线方程， 可以计算出任意循环次数N下的疲劳极限应力σrN。
由1： d=18.8 由2： S=6.6 由3： b=54.7
由4：e= 29.3
‘等强原则’
取d为18 取S为7 取b为55
取e为30
1.3机械零件的强度设计
1.3.1 机械零件的静强度
[ ] lim
s0
1.3.2机械零件的疲劳强度
【清华课件-机械设计基础B(1)】讲义2
稳定循环变应力
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算 2.1概述 2.1.2变应力的种类
非稳定循环变应力
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算
2.1概述 2.1.3变应力的特征参数
max m a
min m a
m
max
2
m in
a
max
2
m in
应力循环特性： r min max
小、磁性变化；
成分失效：润滑剂缺失、螺丝松动
第二章
——机械零件的疲劳强度
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算
2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （一）疲劳失效现象
零件工作在低于屈服强度的应力状态下， 经过一定次数的应力循环后突然断裂， 断裂时没有明显的宏观塑性变形， 这种破坏形式称为疲劳失效。
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算 2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （三）疲劳断口特征
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算 2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （三）疲劳断口特征
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算 2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （三）疲劳断口特征
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算
2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （四）引起变应力的原因
1.变载荷 例：内燃机连杆
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算
2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （四）引起变应力的原因
2.零件运动 例：齿轮轮齿
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算
2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （四）引起变应力的原因
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算
2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （二）疲劳失效原因
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算 2.1概述 2.1.2变应力的种类
非稳定循环变应力
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算
2.1概述 2.1.3变应力的特征参数
max m a
min m a
m
max
2
m in
a
max
2
m in
应力循环特性： r min max
小、磁性变化；
成分失效：润滑剂缺失、螺丝松动
第二章
——机械零件的疲劳强度
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算
2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （一）疲劳失效现象
零件工作在低于屈服强度的应力状态下， 经过一定次数的应力循环后突然断裂， 断裂时没有明显的宏观塑性变形， 这种破坏形式称为疲劳失效。
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算 2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （三）疲劳断口特征
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算 2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （三）疲劳断口特征
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算 2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （三）疲劳断口特征
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算
2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （四）引起变应力的原因
1.变载荷 例：内燃机连杆
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算
2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （四）引起变应力的原因
2.零件运动 例：齿轮轮齿
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算
2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （四）引起变应力的原因
第二章 机械零件的疲劳强度及轴的设计计算
2.1概述 2.1.1疲劳失效的特点 （二）疲劳失效原因
机械设计基础全套教学ppt课件清华大学
• 平面四杆机构：最简单的平面四杆机构是由四 个构件组成的，简称平面四杆机构。
• 铰链四杆机构：构件间用四个转动副相连的平 面四杆机构。
机械设计基础
2.1 概 述 • 平面连杆机构的优点是： • （1）运动副都是低副，寿命长，传递动力
大。 • （2）何形状简单，易于加工，成本低。 • （3）在主动件等速连续运动的条件下，当
处形成两个转动副。 • 推理：N个构件时，有N – 1个转动副。
机械设计基础
机械设计基础
图1-15 复合铰链
• 【例1-4】计算如图1-16所示的复合杆机构 的自由度。
• 解：活动构件数n=5 • 低副数 PL 7 • 高副数 PH 0
F 3n 2PL PH 35 27 0
1
图1-16 复合杆机构
• 解：活动构件数n=2 • 低副数 PL 2 • 高副数 PH 1
F 3n 2PL PH 32 221 1
图1-14 凸轮机构
机械设计基础
1.3.2 计算机构的自由度时应注意的问题
1).复合铰链 由三个或三个以上构件组成的轴线重合
的转动副称为复合铰链。 • 如图1-15所示，三个构件在同一轴线
（a）一个构件上有两个运动副
（a）一个构件上有三个运动副
图1-6 构件的表示方法
机械设计基础
• 2．转动副
（a）图面与回转轴线垂直；
（b）图面与回转轴线共面
图1-7 转动副的表示方法
机械设计基础
• 3．移动副
• 如图1-8所示，注意移动副的导路应与两 构件相对移动的方向一致。
机械设计基础
图1-8 移动副的表示方法
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。
• 铰链四杆机构：构件间用四个转动副相连的平 面四杆机构。
机械设计基础
2.1 概 述 • 平面连杆机构的优点是： • （1）运动副都是低副，寿命长，传递动力
大。 • （2）何形状简单，易于加工，成本低。 • （3）在主动件等速连续运动的条件下，当
处形成两个转动副。 • 推理：N个构件时，有N – 1个转动副。
机械设计基础
机械设计基础
图1-15 复合铰链
• 【例1-4】计算如图1-16所示的复合杆机构 的自由度。
• 解：活动构件数n=5 • 低副数 PL 7 • 高副数 PH 0
F 3n 2PL PH 35 27 0
1
图1-16 复合杆机构
• 解：活动构件数n=2 • 低副数 PL 2 • 高副数 PH 1
F 3n 2PL PH 32 221 1
图1-14 凸轮机构
机械设计基础
1.3.2 计算机构的自由度时应注意的问题
1).复合铰链 由三个或三个以上构件组成的轴线重合
的转动副称为复合铰链。 • 如图1-15所示，三个构件在同一轴线
（a）一个构件上有两个运动副
（a）一个构件上有三个运动副
图1-6 构件的表示方法
机械设计基础
• 2．转动副
（a）图面与回转轴线垂直；
（b）图面与回转轴线共面
图1-7 转动副的表示方法
机械设计基础
• 3．移动副
• 如图1-8所示，注意移动副的导路应与两 构件相对移动的方向一致。
机械设计基础
图1-8 移动副的表示方法
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。
清华大学-机械设计Ch05
防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。按工作原理的不同，防松 方法分为摩擦防松、机械防松等。此外还有一些特殊的防松方法，例如铆 冲防松、在旋合螺纹间涂胶防松等。
螺纹联接的强度计算
联接的失效形式：主要是指螺纹联接件的失效。对于受拉螺栓，其失效 形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。对于受剪螺栓，其失效 形式可能是螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃。 螺栓联接强度计算的目的是根据强度条 件确定螺栓直径，而螺栓和螺母的螺纹牙及 Evaluation only. 其他各部分尺寸均按标准选定。
• 为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓 数目取成4、6、8等偶数。 •螺栓布置应使各螺栓的受力合理。
说明 说明 说明
•螺栓的排列应有合理的间距、边距。
•避免螺栓承受附加的弯曲载荷。
螺栓组联接的设计
二、螺栓组联接的受力分析
螺纹联接组的设计2
受力分析的目的：根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓 及其所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。 受力分析时所作假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；
T fF0
fF0
1．受横向载荷
2．受转矩
3．受轴向载荷
4．受倾覆力矩
螺栓组联接的设计
1．受横向载荷的螺栓组联接 图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接。
螺纹联接组的设计3
（1）对于铰制孔用螺栓联接（图b），每个螺栓所受工作剪力为：
F Evaluation only. 式中：z为螺栓数目。 F F eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
清华大学机械设计基础讲义-机械的效率
结论：并联系统的总效率不仅与各组成机器的效率有关, 而且与各机器所传递的功率也有关。
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
12.2.2 机械系统的机械效率
3.混联
由串联和并联组成的混联式机械系统。 其总效率的求法按其具体组合方式而定。 设串联部分效率为 并联部分效率为 系统的总效率：
3）槽面摩擦 当量摩擦系数：
f fe sin
当量摩擦角：
e arctan f e
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
12.1.2 螺旋副中的摩擦
1. 矩形螺纹螺旋副中的摩擦
乐考无忧，考研我有！
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
12. 4 摩擦在机械中的应用
1. 摩擦离合器
主动轴靠近从动轴并紧密接触，两 盘间的摩擦力带动从动轴转动。
2. 摩擦制动器
刹车时，刹车片靠紧钢片，摩 擦力使钢片停下来。 3. 摩擦连结 顶尖柄撞入顶尖座后，由于顶尖 柄存在小锥度，在顶尖柄和顶尖 座之间产生摩擦力，锁紧顶尖。
3) 自锁现象和自锁条件的判断
本章的难点:
关于自锁条件的判断
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
12.1 机械中的摩擦
• • 效率是衡量机械性能的重要指标 研究机械中摩擦的主要目的在于寻 找提高机械效率的途径
12.1.1 移动副中的摩擦
1）平面摩擦 滑块与平面构成的移动 副，滑块在自重和驱动力的 作用下向右移动。
以力矩的形式表达
MQ M Q0
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
清华大学机械设计基础讲义-开式链机构-PPT精选文档
ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.
直线及回转运动（1）
直线及回转运动（2）
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
9.2.2 操作器的自由度
结论：
• 为了使操作器手部能够达到空间任一指定位置，通用 Evaluation only. 的空间机器人操作器臂部应至少具有3个自由度。
ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. • 为了使操作器手部能够达到平面任一指定位置，通用的
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
9.1 开式链机构特点及应用
9.1.1 开式链机构的特点
• 开式运动链要成为有确定运动的 Evaluation only. 机构，常要更多的原动机。
ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.
Evaluation only. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 • 操作器的主运动链通常是一个装在固 定机架上的开式运动链。 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.
• 操作器中的运动副仅包含单白由度的运 动副——转动关节和移动关节。
• 开式运动链中末端构件的运动与闭式运动 链中任何构件的运动相比，更为任意和复 杂多样。