机械设计基础1
陈立德第五版-机械设计基础 第1章机械设计概述
一、设计机械零件的基本要求
工作可靠并且成本低廉;
零件的工作能力是指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力，对载荷而言称为承载能力。
设计机械零件要注意以下几点：
（1）合理选择材料，降低材料费用；
（2）保证良好的工艺性，减少制造费用；
（3）尽量采用标准化、通用化设计，简化设计过程从而降低成本。
产品规划 设计任务书 原理方案设计 原理方案图 结构方案设计 总体布局设计 总装配图 施工设计 试制、实验、批 量生产、销售
由设计人员构思出多种可行方案进行分析比较，从中优选出一种方案。
设计结果以工程图及计算书的形式表达出来。
经过加工、安装及调试制造出样机，对样机进行试运行或在生产现场试用。
机械设计的内容与过程
市场调查 可行性研究 …… 功能分析 原理方案设计 …… 主参数匹配设计 主结构构形设计 …… 人机工程设计 外观设计 …… 产品部件设计 产品零件设计 …… 技术文档 样机试制 性能试验 定型批产 ……
使用功能要求 经济性要求 可靠性要求 劳动保护要求－操作方便、工作安全 造型美观、减少污染 其它专用要求
二、机械设计的基本要求
机械设计的基本要求
一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。它是一个创造性的工作过程，同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作。
§1.1 机械设计的基本要求 §1.2 机械设计的内容与过程 §1.3 机械零件的失效形式及设计计算准则 §1.4 机械零件的接触强度 §1.5 机械零件的标准化 §1.6 现代机械设计理论概述
第1章 机械设计概述
1.1 机械设计的基本要求
机械设计包括以下两种设计:
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1到7章
机械设计基础复习第一章：1.机构具有确定运动的条件；2.自由度的计算：h l P P n F --=23，其中n 为活动构件数（注：要弄懂书本上复合铰链、局部自由度和虚约束的情况，这个一般是计算题，相对简单，做题时先把公式列出来）第二章：1.曲柄存在的条件；2.曲柄摇杆机构重要特性（急回特性、传动角、死点）；3.双曲柄机构（有急回，无死点）；4.双摇杆机构（有死点，无急回特性）；5.四连杆机构作图（可能大题）注：此章可看PPT ，掌握判断机构存在的条件。
第三章：1.凸轮机构各运动规律（1.等速运动规律：刚性冲击，适合低速轻载和从动件质量较小的机构；2.等加速等减速运动规律：柔性冲击，适合于中、低速、轻载场合；3.余弦加速度运动规律：柔性冲击，适合于中速场合；4.正弦加速运动：适合高速轻载。
）；2.凸轮机构作图（对心和偏心轮机构，可看那个辅导书上面，此题难度不是很大，一般是特殊凸轮（圆））；3.凸轮机构的压力角和自锁（基圆半径越大，压力角越小；滚子半径小于理论轮廓曲线的最小曲率半径）。
第五章（重点）：1.前面三节主要是理论知识，看看，能理解最好；2.基圆半径确定，其瞬时传动比仍保持原值不变；3.基圆是个假想圆；4.模数m 是轮齿抗弯曲能力的重要标志；5.具有标准模数、标准压力角的圆称为分度圆；6.掌握直齿轮计算公式；7.直齿轮正确啮合条件；8.重合度1≥αε（计算公式可以记记）；9.避免根切17min =Z ；10.齿轮失效形式及计算准则（记住）P81；11.直齿轮受力分析（一般不会考计算，力的方向判断：圆周力主反从同；径向力分别指向各自的轮心）；12.复合齿形系数FS Y 决定于齿数、变位系数，与模数无关；13.齿宽系数1/d b d =ψ，b 取大齿轮（这个我有点不确定，你可以看看那个辅导书后面，那上面有）；14.齿轮精度等级（12个精度等级，1级最高，12级最低）；15.斜齿轮法面参数为标准值；16.掌握斜齿轮计算公式；17.当量齿数β3cos /z z v =；18.斜齿轮受力分析（圆周力：主反从同；径向力：指向各自的轮心；轴向力：主动轮左右手定则； 其他计算公式没有要求掌握，考的可能性很小）；19.齿轮传动的润滑（润滑的原因、润滑方式）。
《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复习要点(全部)
机械设计基础1复习要点（机械原理部分）第1章 绪论掌握：机器的特征：人为的实物组合、各实物间具有确定的相对运动、有机械能参与或作机械功了解：机器、机构、机械、常用机构、通用零件、专用零件和部件的概念第2章 机构组成和机构分析基础知识2.1 掌握：构件的定义（运动单元体）、构件与零件（加工、制造单元体）的区别平面运动副的定义、分类（低副：转动副、移动副；高副：平面滚滑副）各运动副的运动特征、几何特征、表示符号及位置2.2 掌握：机构运动简图的画法（注意标出比例尺、主动件、机架和必要的尺寸）2.3 掌握平面机构自由度计算：自由度计算公式：H L P P n F --=23；在应用计算公式时的注意事项（复合铰链、局部自由度、虚约束）；机构具有确定运动的条件（机构主动件数等于机构的自由度）；2.4 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用 ：掌握：速度瞬心定义；绝对瞬心、相对瞬心；瞬心的数目；速度瞬心的求法：观察法： 三心定理法：用速度瞬心求解构件的速度；第4章 平面连杆机构4.1 掌握：铰链四杆机构的分类：铰链四杆机构的变异方法：改变构件长度、改变机架（倒置）4.2 掌握：铰链四杆机构的运动特性：曲柄存在条件：曲柄摇杆机构的极限位置：曲柄摇杆机构的极位夹角θ：曲柄摇杆机构的急回特性及行程速比系数 K ；铰链四杆机构的传力特性：压力角α：传动角γ：许用传动角[γ]；曲柄摇杆机构最小传动角位置：死点（止点）位置：死点（止点）位置的应用和渡过4.3 掌握：平面连杆机构的运动设计：实现给定连杆二个或三个位置的设计；实现给定行程速比系数的四杆机构设计：曲柄摇杆、曲柄滑块第5章 凸轮机构5.1 掌握：凸轮机构的分类5.2 掌握：基圆（理论廓线上最小向径所作的圆）、理论廓线、实际廓线、行程；从动件运动规律（升程、回程、远休止、近休止）刚性冲击（硬冲）、柔性冲击（软冲）；三种运动规律特点和等速、等加速等减速、余弦加速度位移曲线的画法；5.3 掌握：反转法绘制凸轮廓线的方法、对心或偏置尖端移动从动件、对心或偏置滚子移动从动件；5.4 掌握：滚子半径的选择、运动失真的解决方法，压力角α、许用压力角、基圆半径的确定；第6章 齿轮传动6.2 掌握齿廓啮合基本定律 定传动比条件、节点、节圆、共轭齿廓6.3 掌握：渐开线的形成、特点及方程；一对渐开线齿廓啮合特性：定传动比特性、可分性；一对渐开线齿廓啮合时啮合角、啮合线保持不变；6.4 掌握：渐开线齿轮个部分名称：基本参数：齿数、模数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数；计算分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆；齿顶高、齿根高、齿全高，齿距（周节）、齿厚、齿槽宽；外啮合标准中心距；标准安装：分度圆与节圆重合（d d ='、αα='）； 一对渐开线齿轮啮合条件：正确啮合条件、连续传动条件、重合度的几何含义；一对渐开线齿轮啮合过程：起始啮合点（入啮点）、终止啮合点（脱啮点）；实际啮合线、理论啮合线、极限啮合点；6.5 了解：范成法加工齿轮的特点、根切现象及产生的原因、不根切的最少齿数第8章 轮系和减速器8.1 掌握：定轴轮系、周转轮系、混合轮系概念8.2 掌握：定轴轮系传动比计算，包括转向判定；周转轮系传动比计算；混合轮系传动比计算：第11章 其他传动机构11.1 掌握：棘轮机构的组成、工作原理、类型（齿式、摩擦式）运动特性：有噪音有磨损、运动准确性差、自动啮紧条件；11.2 掌握：槽轮机构组成、类型（外槽轮机构、内槽轮机构）、定位装置（锁止弧）、运动特性：连续转动转换为单向间歇转动了解：最少槽数、运动特性系数、主动拨销进出槽轮的瞬时其速度应与槽的中心线重合且有软冲、动力特性概念：第20章 机械系统动力学设计20.1 掌握：作用在机械上的力：驱动力、工作阻力等效构件、等效力矩、等效转动惯量、等效力、等效质量、等效动力学模型等效原则：等效力矩e M 、等效力e F ：功或功率相等等效转动惯量e J 、等效质量e m ：动能相等 等效方程：∑=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛±+⎪⎭⎫ ⎝⎛=n i i i i i i e M v F M 1cos ωωωα∑=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=n i i si si i e J v m J 122ωωω ∑=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛±+⎪⎭⎫ ⎝⎛=n i i i i i i e v M v v F F 1cos ωα∑=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=ni i si si i e v J v v m m 122ω20.2 掌握：机器运动的三个阶段、周期性速度波动的原因、调节周期性速度波动的目的（限制速度波动幅值）和方法（转动惯量）平均角速度、不均匀系数；掌握等效力矩为位置函数时，飞轮转动惯量计算：[][]J n W J W J m F -∆=-∆≥δπδω22max 2max900 掌握：能量指示图、最大盈亏功、最大速度位置、最小速度位置20.3 掌握：静平衡的力学条件：0=∑i F ；动平衡的力学条件：0=∑i F 、0=∑i M 与平衡方法。
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
(完整版)机械设计基础1自由度
（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
5 F=3×5 - 2×7 = 1 ✓
(2) 局部自由度： 与整个机构运动无关的自由度。 计算机构自由度时应予排除。
F=3×3 - 2×3 -1 = 2 ×
F=3×2 - 2×2 -1 = 1 ✓
目的：变滑动磨擦为滚动磨擦，以减少磨损。计 算时应将该构件连同运动副一起除去。
(3) 虚约束： 对机构自由度是重复的约束。
第一章 平面机构的自由度 和速度分析
平面机构：所有的构件都在同一平面或在相互平行平 面内运动的机构。
§1-1.运动副及分类
自由构件：在平面内不受约束做自由运动的构件。
自由度：做平面运动的自由构件的独立的自由运动 数（三个自由度）X、Y、 。
Y
y
0
x
X
1．运动副（关节）：两构件间的可动联接
定义：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接。
即该机构只有一个自由度，与原 动件数相同（齿轮3为原动件）。 所以,满足机构具有确定运动的条 件。
例题3. 已知一机构如图所示，求其自由度？
解：1. A、B、C、D处为复合铰 链
2. n=7 PL= 10 PH=0
F=3n-2PL-PH=37-2100=1
即该机构只有一个自由度，与原 动件数相同（杆8为原动件）。所 以,满足机构具有确定运动的条件
机械设计基础课后答案1
练习题答案第一章 平面连杆机构1-1 什么叫曲柄？在铰链四杆机构中，曲柄的存在条件是什么？曲柄是否一定是最短杆？答：⑴ 能绕固定铰链中心作整周转动的连架杆称为曲柄。
⑵ 曲柄存在的条件：①、最短杆和最长杆的长度之和小于或等于其它两杆长度之和；②、最短杆或其临杆做机架。
⑶ 曲柄不一定是最短杆。
（当满足条件1时并最短杆作机架时，曲柄为最短杆的两个临杆） 1-2 铰链四杆机构用不同的杆长组合并通过构件位置的倒置会得到哪些类型的机构？试填在下表中。
1-3 什么叫摆角？什么叫极位夹角？什么叫行程速比系数？前两者之间有怎样的关系？后两者之间又有怎样的关系？答：⑴ 在曲柄摇杆机构中，取曲柄为主动件，在曲柄转动一周的过程中，有两次与连杆共线，这时的摇杆分别摆至左、右两极限位置。
摇杆两极限位置间的夹角称作摇杆的摆角。
⑵ 对应于摇杆处于两极限位置时，曲柄两位置直线间所夹的锐角，称为极位夹角。
⑶ ()()θ－180θ＋180/ωθ＋180C C /ωθ－180C C /t C C /t C C V V 0002101212121212====线速度从动件工作行程的平均线速度从动件返回行程的平均行程速比系数⑷ 极位夹角和摆角的大小取决于机构中的杆长关系。
摆角越大，极位夹角越大。
⑸ 极位夹角极位夹角行程速比系数－180＋18000== 1-4 曲柄滑块机构是怎样演化为偏心轮机构的？这种演化机构有何优点？答：当曲柄的实际尺寸很小但传递动力较大时，通常将曲柄做一圆盘，圆盘的几何中心为B （亦即圆盘与连杆2的铰接中心），B 与圆盘自身的回转中心A 的距离就是曲柄AB 的长度，这时的机构称为偏心轮机构。
这种演化机构的优点：既减少了加工程序，又提高了曲柄的强度和刚度。
1-5 何谓机构的急回特性？机构具有急回特性的特征是什么？并分析K值大小对机构工作的影响。
答：当曲柄等速转动时，摇杆往返摆动的速度其值不相同，返回时速度较大。
从动件这种返回行程的速度大于工作行程速度的性质，称为机构的急回特性。
1 机械设计基础概论
工作能力计算准则：根据零件失效的原因，可建立相应的零件工作 能力的判定条件。
计算准则包括：①强度判定条件：应力许用应力； ②刚度判定条件：变形量许用变形量； ③耐磨性判定条件：压强许用压强； ……。 判定条件可概括为：计算量许用量。
1、机械零件的强度准则（基本条件） 强度：零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面失效的 能力。 判定准则：零部件在载荷作用下的工作应力不超过许用应力。
2、 磨损的分类
按照磨损的机理以及零件表面磨损状态的不同，一般工况下把 磨损分为磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等。
(1）粘着磨损 也称胶合，摩擦表面的微观凸峰粘在一起后，在相对运动 中，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘着磨损。
(2）磨粒磨损 也称磨料磨损，是外界的硬颗粒或粗糙的硬表面在相对运 动中，对摩擦表面的擦伤所引起的磨损。
•经济性要求 1、应尽可能采用先进的设计方法，计算机辅助设计，加快 设计进度，降低设计成本； 2、尽量采用标准件、通用件，产品系列化； 3、采用新技术、新材料和新结构，选用高效传动系统以降 低能耗； 4、考虑机器的机械化、自动化水平，提高机器的生产率。
•满足社会要求 操作方便、省力，劳动强度低，维修简便；能够安全运行； 造型美观；低噪音、无毒、低辐射等。
另外，要考虑材料的费用（材料费占成本的30﹪以上）。
材料的费用 （材料费占成本 的30﹪以上）
原材料的价格 包 括
零件制造费用
机械零件材料具体的选用措施： (1)尽量采用高强度铸铁来代替钢材，用工程塑料或粉末冶金 材料代替有色金属材料； (2)采用热处理或表面强化处理等工艺，充分发挥利用材料的 潜在力学性能； (3)合理采用表面镀层等方法，减少磨损速度，延长零件的使 用寿命； (4)采用组合式零件结构，使得工作部分用贵重材料，非工作 部分用廉价材料（如部分铸铁刀具只在刀尖处用金刚石、大型蜗轮 用青铜齿圈和铸铁轮心的组合式结构）； (5)优化工艺方案，提高材料的利用率； （6）用本地富有元素合金钢代替稀有元素合金钢，金属采购、 运输费用。
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。
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》第1章 机构运动简图及自由度
F = 3× 4 − 2× 5 − 0 = 2
F = 3× 5 − 2× 7 − 0 = 1
关于虚约束的几点说明 机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的， 机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的， 如果这些几何条件不满足， 如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约 而使机构不能运动。 束，而使机构不能运动。 采用虚约束是为了:改善构件的受力情况；传递较 采用虚约束是为了:改善构件的受力情况； 大功率；或满足某种特殊需要。 大功率；或满足某种特殊需要。 在设计机械时， 在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束 则必须严格保证设计、加工、装配的精度， 时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，以 满足虚约束所需要的几何条件。 满足虚约束所需要的几何条件。
4.运动副符号及构件的表示（国标GB4460－84） 4.运动副符号及构件的表示（国标 运动副符号及构件的表示 －
转动副
移动副
高副（齿 高副（ 轮副、 轮副、凸轮 副）
２
杆、轴类构件 机架 同一构件
两副构件
三副构件
四、机构中构件的分类及组成
构件
固定构件 机架（ 机架（相对不 动的构件） 动的构件）
步骤： 步骤： 1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件 运转机械，搞清楚运动副的性质、 运转机械 数目； 数目； 2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平 测量各运动副之间的尺寸，选投影面（ 测量各运动副之间的尺寸 ），绘制示意图 绘制示意图。 面），绘制示意图。 3.按比例绘制运动简图。 按比例绘制运动简图。 按比例绘制运动简图 简图比例尺： 实际尺寸m 图上长度mm 简图比例尺：µ = 实际尺寸 / 图上长度 4.检验机构是否满足运动确定的条件。 检验机构是否满足运动确定的条件。 检验机构是否满足运动确定的条件 注意：画构件时应撇开构件的实际外形， 注意：画构件时应撇开构件的实际外形，而只考 虑运动副的性质。 虑运动副的性质
机械设计基础陈云飞第一章_平面机构的自由度讲解
解：
(a) F =3×7-2×9-2＝1 (b) F =3×4-2×4-2＝2
例、计算大筛机构的自由度 解： Ｆ＝３ｎ－２ＰL－ＰH ＝３×7－２×9－ 1 ＝2
例、计算直线机构的自由度
解： Ｆ＝３ｎ－２ＰL－ＰH ＝３×7－２×10－ ０ ＝1
本章小结
1、自由度的概念、运动副的分类 2、平面机构的运动简图的概念及画法 3、机构自由度的计算公式 4、计算自由度注意事项
4
1原动件
构安装在运动的机械上时则是运动的。 原动件——按给定已知运动规律
机架 平面铰链四杆机构
独立运动的构件；常以转向箭头表示。 原动件
从动件 ——机构中其余活动构件。
2
其运动规律决定于原动件的运动规律 和机构的结构及构件的尺寸。
3 从动件 1
机构常分为平面机构和空间机构 机架
4
两类，其中平面机构应用最为广泛。
计算平面机构的自由度应注意的事项(2/3)
2. 复合铰链
两个以上的构件在同一处以转动副联接，则构成复合铰链。 m 个构件在同一处构成转动副(在机构运动简图上显现为1个转 动副)，但该处的实际转动副数目为（m-1）个。
计算平面机构的自由度应注意的事项(3/3)
3. 虚约束 对机构运动实际上不起限 制作用的约束称为虚约束。 (a) AB、CD、EF平行且相等 (b)平行导路多处移动副 (c)同轴多处转动副 (d) AB=BC=BD且A在D、C 轨 迹交点 (e)两构件上两点始终等距 (f)轨迹重合 (g)全同的多个行星轮 (h)等径凸轮的两处高副 (i) 等宽凸轮的两处高副
计 算
计算如图所示双曲线画规机构和牛头刨床机构的
实
自由度。
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任务：从互换性角度出发，围绕误差与公差来研究，如何解决 使用与制造的矛盾。而这一矛盾的解决是合理确定公差和采用 适当的技量手段。
四、课程的研究对象与任务
本课程的基本要求： 1. 掌握互换性原理的基础知识； 2. 了解本课程所介绍的各种公差标准和基本内容并掌握 其特点； 3. 学会根据产品的功能要求，选择合理的公差并能正确 地标注到图样上； 4. 掌握一般几何参数测量的基础知识； 5. 了解各种典型零件的测量方法，学会使用常用的计量 器具。对零件的加工误差及其控制范围所制订的技术标准 称“极限与配合”标准，它是实现互换性的基础。
表面粗糙度
加 工误差
二、互换性与技术测量
1. 加工误差与公差 尺寸误差 宏观几何形状误差 相互位置误差 表面粗糙度
二、互换性与技术测量
1. 加工误差与公差 公差：控制几何参数的技术规定就称“公 差”，即为实际参数值所允许的最大变动量。
二、互换性与技术测量
1. 加工误差与公差
问题：加工误差与公差的区别与联系 区别：误差在加工过程中产生，
•
4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的 错儿。 03:30:0 003:30: 0003:3 0Sunda y, June 07, 2020
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5、知人者智，自知者明。胜人者有力 ，自胜 者强。 20.6.72 0.6.703 :30:000 3:30:00 June 7, 2020
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6、意志坚强的人能把世界放在手中像 泥块一 样任意 揉捏。 2020年 6月7日 星期日 上午3 时30分0 秒03:3 0:0020. 6.7
第一讲 绪论
2007.2.25
一、互换性
1. 互换性的概念 互换性(interchangeability) 同一规格工件， 不需要作任何挑选和附加加工，就可以装 配到所需的部位上，装配后并能满足使用 要求。
问题：如何使工件具有互换性？
一、互换性
2. 互换性的作用
使用过程：方便替换 生产制造：专业化协调生产
• 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。6/7/20
20 3:30:00 AM03:30:002020/6/7
• 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。6/7/20
谢 谢 大 家 20 3:30 AM6/7/2020 3:30 AM20.6.720.6.7
• 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。7-Jun-207 Jun e 202020.6.7
缩短维修时间和节约费用 提高产品质量和生产效率
装配过程：缩短装配时间 产品设计：简化绘图、计算
提高效 加速产品更新换代
一、互换性
3. 互换性的分类 完全互换 不完全互换
加 工误差
二、互换性与技术测量
1. 加工误差与公差 尺寸误差 宏观几何形状误差 相互位置误差 表面粗糙度
尺寸、形状误差
位置误差
三、互换性与标准化
1. 标准
我国： 1959年我国正式颁布了第一个《公差与配合》国家标准（GB159～ 174－59） 1979年以来对旧的基础标准进行了两次修订：一次是上世纪八十年 代初期，（GB1800～1804－79、GB1182～1184－80、GB1031－83）； 另一次是九十年代中期（GB/T1800.1－1997GB/T1182－1996GB/T1031 －1995）
优先数与优先数系：对产品技术参数合理分档、 分级，对产品技术参数进行简化，协调统一
一般优先选择R5系列、其次为R10系列、R20系列 等等
四、课程的研究对象与任务
性质：技术基础课。互换性属于标准化的范围，而技术测量属 于计量学，本课程就是将理论和实践紧密结合的学科
特点：定义多，概念多，符号多 , 标准多，记忆内容多，但 简单，易学。
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7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我 。。20 20年6 月上午3 时30分 20.6.70 3:30June 7, 2020
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8、业余生活要有意义，不要越轨。20 20年6 月7日星 期日3 时30分0 秒03:3 0:007 June 2020
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9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自 强不息 。上午 3时30 分0秒上 午3时3 0分03: 30:0020 .6.7
•
1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。20.6. 720.6.7 Sunday , June 07, 2020
•
2、阅读一切好书如同和过去最杰出的 人谈话 。03:3 0:0003: 30:0003 :306/7/ 2020 3:30:00 AM
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3、越是没有本领的就越加自命不凡。 20.6.70 3:30:00 03:30J un-207-J un-20
三、互换性与标准化
2. 标准化
为了实现互换性，必须对公差值进行标准化， 不能各行其是，标准化是实现互换性生产的重要 技术措施。
对零件的加工误差及其控制范围所制订的技术 标准称“极限与配合”标准，它是实现互换性的 基础。
三、互换性与标准化
3.优先数与优先数系
技术参数不能随便使用 数值使用广泛 数值具有扩散型
• 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异 纸上画饼充饥，无补于事。Sunday, June 07, 20207-Jun-2
020.6.7
• 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自 己眷恋了。20.6.703:30:007 June 202003:30
公差由设计人员确定 联系：公差是误差的最大允许值
举例
二、互换性与技术测量
2. 技术测量 技术测量是实现互换性的技术保证
统一计量单位 计量器具的发展
三、互换性与标准化
1. 标准
公差标准在工业革命中起过非常重要的作用
国际 1902年颁布了全世界第一个公差与配合标准（极限表） 1924年英国在全世界颁布了最早的国家标准B.S 164—1924，紧随 其后的是美国、德国、法国 1929年俄罗斯（前苏联）也颁布了“公差与配合”标准 1926年成立了国际标准化协会（ISA），1940年正式颁布了国际 “公差与配合”标准，1947年将ISA更名为ISO（国际标准化组织）。