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:
考研试题-机械设计基础
P8 考研试题[1.1] 简答题（5）（吉林工业大学1999年）图示一拐形零件，当A 点受一垂直向下的力F 时，试分析其与板联接处B 截面的应力种类，并判断B 截面有可能产生的失效形式。
（3.5分）图1（6）（中南大学2001年）在图示零件的极限应力线图中，零件的工作应力位于M 点，在零件的加载过程中，可能发生哪种失效？若应力循环特性r 等于常数，应按什么方式进行强度计算？（10分）（7）（北京理工大学1997年）判断下列工况零件的主要失效形式。
（4分）A. 开式传动的齿轮B. 润滑不良的高速滑动轴承C. 低速重载的滚动轴承D. 初拉力F 。
过大的传动Ⅴ带（13）（国防科学技术大学1998年）试比较以下三种情况，哪一种的润滑条件最好，并简述其理由。
( 注：题中有F l ＞F 2＞F 3 ，v l ＜v 2＜v 3 )（5分）图2（15）（华中理工大学1995年）何谓产品的可靠度R t ？若有一批零件的件数为N ，在预定的时间t 内，有N t 个零件随机失效，剩下N t ’个零件仍能继续工作，则此种零件的可靠度R t ＝？（6分）图3σσm（20）（模拟）机械零件设计计算准则与失效形式有什么关系？有哪些常用的计算准则？它们是针对什么失效形式建立的？（22）（模拟）什么是静载荷、变载荷，静应力和变应力？试举出两个机械零、部件在工作时受静载荷作用而产生变应力的例子。
（23）（模拟）作用在机械零件上的变应力有哪几种类型？如何区分它们？（25）（模拟）怎样区分表面挤压应力和表面接触应力？试说明两圆柱体接触应力计算公式2111ρρπσ±⋅=L F Z n E H 中各符号的意义。
（27）（模拟）试根据材料的疲劳曲线（σ-N 曲线），说明什么叫循环基数N 0、条件疲劳极限σrN 和疲劳极限σr ，并根据疲劳曲线方程导出σrN 的计算式。
（28）（模拟）试述金属材料的疲劳断裂过程。
*（29）（摸拟）影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？原因是什么？为什么影响因素中的K σ、εσ、β只对变应力的应力幅部分有影响？*（30）（模拟）零件设计中常见的有哪些应力集中源？若零件危险剖面上有几个应力集中源，在疲劳强度计算中应如何考虑K σ（K τ）对零件疲劳强度的影响？试比较形状、尺寸一致，工作条件相同，分别用铸铁、低碳钢、高强度钢制造的三个零件，哪一个的K σ（K τ）数值最大？哪一个的K σ（K τ）数值最小？在设计零件选用材料时如何考虑这些问题？（31）（模拟）如何绘制考虑K σ、εσ、和β影响的极限应力图？它有何用途？（34）（模拟）何谓摩擦？常见的摩擦（润滑）状态有哪几种？各有何特点？试画出各种摩擦（润滑）状态的几何形貌图。
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》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
石油大学 机械设计基础 第1章 机构结构分析
§1-5 计算自由度时的注意事项
(1)复合铰链
F 3n 2P l P h
3 5 2 6 1 0
3
复合铰链问题分析：
F 3n 2P l P h
3 5 2 7 1 0
1
(2)局部自由度
[1] 问题描述
尖顶推杆凸轮机构
F 3n 2P l P h
二、运动副约束
constraint
运动副自由度:确定组成运动副中的一个构件 相对另一个构件的位置所需的独立参变量的数目.
1、低副
转动副、
移动副
低副---2 个约束 低副个数： Pl 所有低副约束总数：2 Pl
2、高副
凸轮副
齿轮副
平面高副 ---1 个约束
高副个数：Ph
所有高副约束总数： Ph
三、机构自由度
1原动件
机架 平面铰链四杆机构
原动件
2 3
从动件
平面机构/空间机构
1
机架
4
空间铰链四杆机构
§1-2 机构运动简图
一、机构运动简图 kinematic scheme
简单线条与符号按比例表示各构件相对运动关系。
机构示意图--不严格按比例绘制
(1)构件表示
(2)运动副表示
(3)常用机构表示
(3)常用机构表示
运动副--两构件直接接触而构成的可动连接。 1、平面运动副 2、空间运动副
planar pair spatial pair
1、平面运动副 planar pair
按接触形式分
点、线接触 高副： 转动副 低副： 面接触 移动副
2、空间运动副 spatial pair 点高副 球面副 螺旋副 圆柱副 等
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
《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
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。
(整理)机械设计基础试题[1]
![(整理)机械设计基础试题[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/691a0eb980eb6294dd886c77.png)
试题一一 .填空1.一平面铰链四杆机构的各杆长度分别为a=350,b=600,c=200,d=700； (1) 当取c 杆为机架时，它为何种具体类型？____双曲柄机构_______；（2）当取d杆为机架时，则为_____曲柄摇杆机构______。
2.曲柄摇杆机构中，摇杆为主动件时，____曲柄与连杆共线时为_____死点位置。
（A）不存在（B）曲柄与连杆共线时为（C）摇杆与连杆共线时为3.为保证四杆机构良好的机械性能，______传动角_____不应小于最小许用值。
（A）压力角（B）传动角（C）极位夹角4.____ 凸轮轮廓曲线_______决定了从动杆的运动规律。
（A）凸轮转速（B）凸轮轮廓曲线（C）凸轮形状5.凸轮机构中，凸轮基圆半径愈_____大______，压力角愈_____小___ ，机构传动性能愈好。
6.紧键联接与松键连联接的主要区别在于：前者安装后，键与键槽之间就存在有____摩擦力_______。
(A) 压紧力 (B) 轴向力 (C) 摩擦力7.链“B18X80”的含义是___B型键宽度b=18mm，长度L=80mm _______。
8.螺纹联接是指利用螺纹零件把需要固定在一起的零件固连起来___。
螺旋传动是指__利用螺纹零件实现回转运动转换成直线运动________。
9.螺纹的公称直径是指它的____外径___，螺纹“M12X1.5”的含义为_细牙螺纹外径12mm，螺距1.5____。
10.采用螺纹联接时，若被联接件总厚度较大，切材料较软，在需要经常装卸的情况下，宜采用_________双头螺栓联接______________。
用于薄壁零件联接的螺纹，宜采用_________三角形细牙螺纹______________。
(A) 螺栓联接 (B) 双头螺栓联接 (C) 螺钉联接 (D) 三角形细牙螺纹(E) 三角形粗牙螺纹 (F) 矩形螺纹11.某调整螺纹，采用双头粗牙螺纹，螺距为3mm，为使螺母相对螺杆沿轴向移动12mm，则螺杆应转____2_____圈。
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。
机械设计基础课后答案1
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。
01机械设计基础-平面机构的运动简图及自由度
三、 计算平面机构自由度的注意事项
1．复合铰链 两个以上构件组成两个或更多个共 轴线的转动副，即为复合铰链，如图112a），为三个构件在A处构成复合铰 链。由其侧视图b）可知，此三构件共 组成两个共轴线转动副。当由K个构件 组成复合铰链时，则应当组成（K-1） 个共轴线转动副。
c
图1-12 复合铰链
1、搞清机构的结构、动作原理和运动情况 。 2、沿着运动传递路线，逐一分析每两个构件之间 相对运动的性质，确定运动副的类型和数目。 3、恰当选择运动简图的视图平面，通常选择机构 中多数构件的运动平面为视图平面。 4、选择恰当的作图比例尺。 5、确定各运动副的相对位置，用各运动副的代 表 符号、常用机构运动简图符号和简单线条 绘制机构运动简图。 6、在原动件上标出箭头以表示其运动方向。
c
图1-1 移动副
c
图1-2 转动副
c
2．高副
两构件通过点或线接触构成的运动副称 为高副。 如图1-3，凸轮1与尖顶推杆2间构成了高
副；
又如图1-4，两齿轮轮齿啮合处构成的高 副。
c
图1-3 凸轮高副
c
图1-4 齿轮高副
c
§1-2 平面机构运动简图
实际构件的外形和结构往往很复杂，在 研究机构运动时，为了突出与运动有关的因素， 将那些无关的因素删减掉、注意保留与运动有 关的外形，用规定的符号来代表构件和运动副， 并按一定的比例表示各种运动副的相对位置。 这种表示机构各构件之间相对运动的简化图形， 称为机构运动简图。部分常用机构运动简图符 号见表1-1。
c
该机构的自由度数F：
F=3n-2PL-PH
c
（1-1）
式（1-1）就是平面机构自由度的 计算公式。由公式可知，机构自由度F 取决于活动构件的数目以及运动副的 性质和数目。 机构的自由度必须大于零，机构才 能够运动，否则成为桁架。
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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(3)信息机器 实现其它信息与机械运动信息 之间的转换。
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2. 根据功能组成分
(1)驱动系统 机械系统的动力源。如电动机、 内燃机等。
(2)执行系统 直接实现机器特定功能的部分。
(3)传动系统 传递原动机的动力和和运动的 中间装置。
螺栓
垫圈 螺母
套筒 连杆体
轴瓦
小结: 零件
构件
机构
机器
连杆盖
6．机械零件的分类 联接件（螺纹，键，销）
通用零部件 传动件（带，链，齿轮）
轴系零件（ 轴，轴承，联轴器）
专用零部件 （涡轮机的叶片，飞机的螺旋桨，内燃 机的曲轴）
二、机械的分类
1. 根据实现的功能分
(1)工作机器 能对物料进行加工及运输等工作 的、能完成有用的机械功。如机床、汽车等。
2. 机器的组成
原动部分 传动部分 执行部分（机构）
控制部分
3. 机构的特征 ①人造的实物组合体； ----结构观点
②各部分有确定的相对运动。 ----运动观点
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4. 机构的组成：构件 独立的运动单元。
内燃机 连杆
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5. 构件的组成：零件 独立的制造单元。
2．了解机械设计的基本要求、基本内容及一 般程序。
3．掌握通用零件的工作原理、结构特点、设 计计算和维护，初步具有简单机械及常用机 械传动装置的能力。
4．培养学生具有查阅手册、图册等资料的能 力。
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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二、本课程的内容
1．功能原理方案设计 2．运动特性动力特性 3．结构与强度设计 4．驱动与控制设计
三、机械设计的一般程序
1．提出和制定产品设计任务书 2．方案设计 3．技术设计 4．样机试制和鉴定 5．产品投产
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第三节 机械工程常用材料
一、常用工程材料
最常用材料：钢、铸铁。 金属材料
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第六节 本课程的地位、内容与任务
一、本课程的地位 一门重要的技术基础课。
二、本课程的内容 机械系统的组成与结构，功能与原理，
机械设计的基本要求、内容与一般程序等。
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三、本课程的任务
1．认识和了解机械系统的组成与结构、功能 与原理以及正确选择通用机械。
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3.应力分类
按应力随时间变化分 1)静应力：不随时间变化或变化缓慢的应力。
2)变应力：随时间变化的应力 。
a.稳定循环变应力 a) 非对称循环变应力 b) 脉动循环变应力 c) 对称循环变应力 b.不稳定循环变应力 c.随机变应力
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第四节 零Leabharlann 的强度机械零件的强度条件一、载荷和应力的类型
1．按载荷随时间变化情况分：
静载荷：不随时间变化或变化较缓慢的载荷。
变载荷：随时间变化的载荷 。
2．按载荷的应用情况分：
名义载荷： 根据额定功率用力学公式计算出 作用在零件上的载荷。
计算载荷： 载荷系数K与名义载荷的乘积 。
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第一节 机械的功能及功能组成
一、机械的组成 机器和机构的总称。
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活塞 推杆 凸轮
连杆
曲轴
内燃机
壳体
推杆
凸轮
齿轮
齿轮
齿轮
工件自动载送装置 工业机器人
1.机器的特征(重点) ①人造的实物组合体；----结构观点 ②各部分有确定的相对运动；----运动观点 ③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量 的转换。 ------能量观点
二、许用应力和安全系数
式中: lim——材料的极限应力。
S——安全系数。
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第五节 机械零件结构的工艺性及标准
一、零件结构的工艺性
1．毛坯选择合理
2．结构简单合理
3．选择合理的公差配合与等级及正确的形位 公差
二、标准化
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1．产品品种规格的系列化 2．零部件的通用化 3．产品质量标准化
2020/11/20
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其次常用材料：有色金属、合金。
非金属材料：工程材料、橡胶、尼龙、木材、石 墨、陶瓷等。
常用材料见表0-1、0-2
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二、金属材料的热处理
常用材料见表0-3、0-4。 三、材料选择的基本要求
1．使用要求 1）力学性能要求 2）物理性能要求 3）化学性能要求
2．工艺要求 3．经济性要求
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绪论
什么是机械设计？
机械设计是为了满足机器的某些特定 功能而进行的创造性活动,即应用新的原 理和新的概念,开发创造出新的产品,或对 现有机器局部进行创造性的改造(如改进 不合理的结构、改善加工工艺性、装配性 或降低成本)。
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(4)控制系统 使驱动系统、执行系统、传动 系统彼此协调工作并准确可靠地完成整个机械 系统功能的装置。
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第二节 机械设计的基本要求、 基本内容与一般程序
一、机械设计的基本要求
1.实现预定的功能； 2.工作可靠，操作方便，运行安全性； 3.市场需求与经济性； 4. 零部件的结构设计要求 5. 工艺性、系统性、通用性及标准化； 6. 其他方面。