机械设计基础全套课程教学课件
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机械设计基础全套课件完整版ppt教程
任务分析
（1）掌握机器和机构的特征。 （2）掌握构件和零件、通用零件和专用零件等概念。
任务目标
夯实理论
机器的特征
（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）能够代替或减轻人类劳动，完成有用功或实现能量转换，能进行信息处理、影像处理等功能。
任务实施
识别机器与机构 机械钟表、打字机、发报机用于传递信息都属于机器。
培养技能
机械钟表 打字机 发报机
球磨机的铁球，摇奖机不强调构件间具有确定的相对运动，它们也属于机器。
平面运动副的分类
转动副
夯实理论
转动副
夯实理论
2)移动副 只允许两构件作相对移动。
移动副
夯实理论
移动副
夯实理论
(2)高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副
齿轮副
夯实理论
机构中构件按运动性质分类
机 架 用来支承运动构件，相对于地面固定不动的构件。 原动件 按给定的运动规律独立运动的构件。 从动件 除原动件以外的所有活动构件。
B
4
3
2
A
D
C
计算实例
n = 3, PL = 4, PH = 0
F = 3n - 2PL- PH =3×3 – 2×4 – 0 = 1
n：机构中活动构件数； PL ：机构中低副数； PH ：机构中高副数； F ：机构的自由度数；
构件的图样长度
构件的实际长度
夯实理论
单缸四冲程内燃机
任务实施
任务实施
1.设计要求与数据
单缸四冲程内燃机主体机构。
2.设计内容
绘制单缸四冲程内燃机的运动简图。
（1）掌握机器和机构的特征。 （2）掌握构件和零件、通用零件和专用零件等概念。
任务目标
夯实理论
机器的特征
（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）能够代替或减轻人类劳动，完成有用功或实现能量转换，能进行信息处理、影像处理等功能。
任务实施
识别机器与机构 机械钟表、打字机、发报机用于传递信息都属于机器。
培养技能
机械钟表 打字机 发报机
球磨机的铁球，摇奖机不强调构件间具有确定的相对运动，它们也属于机器。
平面运动副的分类
转动副
夯实理论
转动副
夯实理论
2)移动副 只允许两构件作相对移动。
移动副
夯实理论
移动副
夯实理论
(2)高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副
齿轮副
夯实理论
机构中构件按运动性质分类
机 架 用来支承运动构件，相对于地面固定不动的构件。 原动件 按给定的运动规律独立运动的构件。 从动件 除原动件以外的所有活动构件。
B
4
3
2
A
D
C
计算实例
n = 3, PL = 4, PH = 0
F = 3n - 2PL- PH =3×3 – 2×4 – 0 = 1
n：机构中活动构件数； PL ：机构中低副数； PH ：机构中高副数； F ：机构的自由度数；
构件的图样长度
构件的实际长度
夯实理论
单缸四冲程内燃机
任务实施
任务实施
1.设计要求与数据
单缸四冲程内燃机主体机构。
2.设计内容
绘制单缸四冲程内燃机的运动简图。
机械设计基础 课件 PPT
5
照相机
第一章 绪论
6
凸轮机构
第一章 绪论
7
齿轮机构
第一章 绪论
8
棘轮机构
第一章 绪论
9
一、机械、机器和机构
机器实例：内燃机
进气阀3
排气阀4 活塞2 1、功能：内燃机 顶杆8 是将燃气燃烧时的热 连杆5 能转化为机械能的机 器。 曲轴6 2、组成包含三种机构： 曲柄滑块机构，将活塞往复 移动转化为曲柄的连续转动； 齿轮9 齿轮机构，改变转速大小和 转向；凸轮机构，将凸轮的 连续转动转变为推杆往复移动。 气缸体 1
第一章 绪论
33
三、机械零件设计的一般步骤
6）细节设计完成后，必要时进行详细的校核计算， 以判定结构的合理性。 7）画出零件的工作图，并写出计算说明书。
第一章 绪论
34
作业
• P13 • 1-1 • 1-2
第一章 绪论 2、机构的特征
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
14
3、机器和机构的关系
机器是由一种或多种机构组成的。
第一章 绪论
15
三、构件和零件
1. 机器由机构组成:
2. 机构是人工组合的构件系统，必须满足两点:若干构
第一章 绪论 ２）表面接触强度
产生原因：点、线接触的零件受载后产生的局部应力 失效形式：
21
静载荷：脆性材料的表面压碎和塑性材料的表面塑性变形；
循环接触：表面疲劳磨损，疲劳点蚀（在交变应力的反复作 用下，零件表面的金属成小片状脱落下来而形成一些小凹坑 的现象） 不发生失效的强度条件：σＨ≤[σＨ]
5.部件：若干个零件的装配体
机械设计基础全套教学ppt课件清华大学
• 4．高副 • 两构件组成高副时的相对运动与这两个构件
在接触处的轮廓形状有直接关系，因此，在 表示高副时必须画出两构件在接触处的曲线 轮廓。如图1-8、图1-9所示为齿轮高副和凸 轮高副的表示方法。
机械设计基础
（a）外啮合齿轮；
（b）内啮合齿轮；
（c）齿轮齿条；
（d）锥齿轮；
（e）蜗杆蜗轮
图1-9 齿轮高副的表示方法
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。
如图1-1所示内燃机的曲轴为一个零件；连 杆则为多个零件的组合。因此，构件是相互固 接在一起的零件组合体。
机械设计基础
图1-5（a）开式运动链
• 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
机械设计基础
§1-2 平面机构的运动简图
机械设计基础
常见虚约束
（1）两构件构成多个导路平行的移动副， 如图1-18所示。
机械设计基础
图1-18 两构件构成多个导路平行的移动副
（2）两构件组成多个轴线互相重合的转动 副，如图1-19所示。
图1-19 两构件组成多个轴线互相重合的转动副
机械设计基础
• （3）机构中存在对传递运动不起独立作用 的对称部分，如图1-20所示。
机械设计基础全套课件
机构的共有特征： ①人造的实物组合体；
②各部分有确定的相对运动；
机构的分类：通用机构和专用机构。 通用机构---用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。 专用机构---只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。
机械、机器、机构、构件、零件
机构是由一些相对独立运
动的单元体组成的，这些单 元体称为构件。
从制造观点来看，机构由 许多独立加工的单元体组成 ，这些单元体称为零件 。
机器的分类： 动力机器－实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）
种类有限
工作机器－完成有用功（如机床等） 种类繁多
信息机器－完成信息的传递与变换（如复印机、传真机等）
机器的组成：
原动部分－是工作机动力的来源，最常见的是电动机 和内燃机。
工作部分－完成预定的动作，位于传动路线的终点。
传动部分－联接原动机和工作部分的中间部分。
械，因此必须掌握机械方面的基础知识。
研究的内容主要有以下几个方面：
(1)机械设计基础知识
(2)常用机构及传动设计
(3)通用零件设计
(4)有关机械总体设计中的一些问题
(5)机械现代设计方法与手段的概念和特点
1.2.2 本课程的性质和任务 课程性质： 技术基础课 作用： 承前启后 本课程的主要任务是：
1.1.1 现代机械及其组成
现代机械主要由以下系统或部分组成： （1）驱动系统 （2）传动系统 （3）执行系统 （4）控制和信息处理系统
1.1.2 机器与机构
机器－能实现确定的机械运动，又能做有用的机械功 或实现能量、物料、信息的传递与变换的装置。它是根 据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合 体。
活塞的往复运动通过连杆转变为曲 轴的连续转动，该组合体称为：
②各部分有确定的相对运动；
机构的分类：通用机构和专用机构。 通用机构---用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。 专用机构---只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。
机械、机器、机构、构件、零件
机构是由一些相对独立运
动的单元体组成的，这些单 元体称为构件。
从制造观点来看，机构由 许多独立加工的单元体组成 ，这些单元体称为零件 。
机器的分类： 动力机器－实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）
种类有限
工作机器－完成有用功（如机床等） 种类繁多
信息机器－完成信息的传递与变换（如复印机、传真机等）
机器的组成：
原动部分－是工作机动力的来源，最常见的是电动机 和内燃机。
工作部分－完成预定的动作，位于传动路线的终点。
传动部分－联接原动机和工作部分的中间部分。
械，因此必须掌握机械方面的基础知识。
研究的内容主要有以下几个方面：
(1)机械设计基础知识
(2)常用机构及传动设计
(3)通用零件设计
(4)有关机械总体设计中的一些问题
(5)机械现代设计方法与手段的概念和特点
1.2.2 本课程的性质和任务 课程性质： 技术基础课 作用： 承前启后 本课程的主要任务是：
1.1.1 现代机械及其组成
现代机械主要由以下系统或部分组成： （1）驱动系统 （2）传动系统 （3）执行系统 （4）控制和信息处理系统
1.1.2 机器与机构
机器－能实现确定的机械运动，又能做有用的机械功 或实现能量、物料、信息的传递与变换的装置。它是根 据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合 体。
活塞的往复运动通过连杆转变为曲 轴的连续转动，该组合体称为：
机械设计基础全套ppt课件
机械设计基础全套ppt 课件•机械设计概述•机械零件设计基础•传动系统设计•轴系零部件设计目录•连接与紧固件设计•液压与气压传动系统设计•现代设计方法在机械设计中的应用机械设计概述01机械设计定义与分类•机械设计的定义：根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
•新型设计：应用成熟的科学技术或经过实验证明是可行的新技术，设计过去没有过的新型机械。
•继承设计：根据使用经验和技术发展对已有的机械进行设计更新，以提高其性能、降低其制造成本或减少其运用费用。
•变型设计：为适应新的需要对已有的机械作部分的修改或增删而发展出不同于标准型的变型产品。
机械设计原则技术性能准则：技术性能包括产品功能、制造和运行状况在内的一切性能，既包含静态性能，又包含动态性能。
经济性准则：提高设计经济性的途径有：选择适当的设计准则，避免或减小过剩设计；采用现代设计方法，合理地设计零部件或系统；设计高效率的零部件；提高制造精度，采用可靠性设计，优化产品设计结构，减少维修频次和维修量，延长产品寿命。
可靠性准则可靠性是指产品在规定的使用条件下，在预期的使用寿命内，完成规定功能的能力。
可靠性不仅与产品有关，还与产品的使用有关。
安全性准则安全性指产品在流通和使用过程中，有关危害人身安全与健康的风险大小。
经验设计根据已有的经验公式或设计者本人的工作经验，或借助类比方法所进行的设计。
它主要适用于使用要求不大变动而结构形状已典型化的零部件。
理论设计依靠现有的科学理论和试验数据所进行的设计。
它是一种定量设计，凡属重要和大型的结构均应采用理论设计。
类比设计应用类比推理方法进行的设计。
它适用于有定型产品的零部件和工艺装备的设计，特别适用于对系列产品的改进和新产品的开发。
绿色是从环境保护领域中引用来的，人类社会的发展必将走向人类社会与自然界的和谐。
史上最全的 机械设计基础 ppt课件
举例：绘制破碎机的机构运动简图。
绘制图示鳄式破碎机的运动简图。
2A 1 B
3 D
C4
§2－3 平面机构的自由度
1 θ1 2
3
S’3 S3
2 1 θ1
3 4 θ4
给定S3＝S3(t)，一个独立参数 θ1＝θ1（t）唯一确定，该机 构仅需要一个独立参数。
若仅给定θ1＝θ1（t）,则θ2 θ3 θ4 均不能唯一确定。若同 时给定θ1和θ4 ，则θ3 θ2 能 唯一确定，该机构需要两个独立
§1－2 本课程在教学中的地位
课程性质： 技术基础课
作用： 承前启后
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。
同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如自动 武器原理、机床夹具设计、机床、机械制造工艺学 等专业课程打下基础，
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、革新武器装备创造条件。
第1章 绪 论
§1－1 本课程研究的对象和内容 §1－2 本课程在教学中的地位 §1－3 机械设计的基本要求和一般过程
§1－1 本课程研究的对象和内容
顾名思义，本课程研究对象为：机械 机械——人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物
的组合体。 任何机械都经历了：简单复杂的发展过程。 起重机的发展历程：
各部分协调动作的结果： 化学能
机械能
机器的共有特征： ①人造的实物组合体； ②各部分有确定的相对运动； ③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量 的转换
机器的分类： 原动机——实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机） 工作机——完成有用功（如机床等）
绘制图示鳄式破碎机的运动简图。
2A 1 B
3 D
C4
§2－3 平面机构的自由度
1 θ1 2
3
S’3 S3
2 1 θ1
3 4 θ4
给定S3＝S3(t)，一个独立参数 θ1＝θ1（t）唯一确定，该机 构仅需要一个独立参数。
若仅给定θ1＝θ1（t）,则θ2 θ3 θ4 均不能唯一确定。若同 时给定θ1和θ4 ，则θ3 θ2 能 唯一确定，该机构需要两个独立
§1－2 本课程在教学中的地位
课程性质： 技术基础课
作用： 承前启后
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。
同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如自动 武器原理、机床夹具设计、机床、机械制造工艺学 等专业课程打下基础，
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、革新武器装备创造条件。
第1章 绪 论
§1－1 本课程研究的对象和内容 §1－2 本课程在教学中的地位 §1－3 机械设计的基本要求和一般过程
§1－1 本课程研究的对象和内容
顾名思义，本课程研究对象为：机械 机械——人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物
的组合体。 任何机械都经历了：简单复杂的发展过程。 起重机的发展历程：
各部分协调动作的结果： 化学能
机械能
机器的共有特征： ①人造的实物组合体； ②各部分有确定的相对运动； ③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量 的转换
机器的分类： 原动机——实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机） 工作机——完成有用功（如机床等）
机械基础(全套)ppt课件
类型。
联轴器类型、特点及选用
刚性联轴器
适用于两轴对中精度高、无冲 击的场合，传递扭矩大，但无
缓冲作用。
弹性联轴器
适用于两轴对中精度稍差、有 冲击的场合，能吸收振动和冲 击，但传递扭矩较小。
液压联轴器
适用于需要无级调速和过载保 护的场合，能自动适应两轴的 不对中，但价格较高。
选用原则
根据传递扭矩、转速、对中精 度、工作环境等条件综合考虑
CAE软件
如ANSYS、Nastran等，用于进行有限元分析、 结构优化等，提高设计的准确性和效率。
PDM/PLM软件
如Windchill、Teamcenter等，用于产品数据管 理、流程管理等，提高设计协同和效率。
03
机械制造工艺与装备
机械制造工艺概述
机械制造工艺的定义
研究机械产品制造过程中的加工方法 、工艺装备、加工顺序和工艺参数等 内容的总称。
，选择合适的联轴器类型。
离合器类型、特点及选用
牙嵌离合器
适用于低速重载、有频繁接合和分离 的场合，传递扭矩大，但接合时冲击 较大。
摩擦离合器
适用于中高速轻载、需要平稳接合的 场合，接合平稳，但传递扭矩较小。
电磁离合器
适用于需要远程控制和自动控制的场 合，动作迅速，但价格较高。
选用原则
根据传递扭矩、转速、接合方式、工 作环境等条件综合考虑，选择合适的 离合器类型。
气压元件选用与安装
液压与气压元件选用与安装
根据系统工作压力和流 量选择合适的气源装置 、气缸、控制阀等元件 ；
安装前应检查元件的清 洁度和完好性，确保无 损坏和污染；
安装时应按照制造厂的 推荐规范进行，确保正 确的配合间隙和紧固力 矩；
联轴器类型、特点及选用
刚性联轴器
适用于两轴对中精度高、无冲 击的场合，传递扭矩大，但无
缓冲作用。
弹性联轴器
适用于两轴对中精度稍差、有 冲击的场合，能吸收振动和冲 击，但传递扭矩较小。
液压联轴器
适用于需要无级调速和过载保 护的场合，能自动适应两轴的 不对中，但价格较高。
选用原则
根据传递扭矩、转速、对中精 度、工作环境等条件综合考虑
CAE软件
如ANSYS、Nastran等，用于进行有限元分析、 结构优化等，提高设计的准确性和效率。
PDM/PLM软件
如Windchill、Teamcenter等，用于产品数据管 理、流程管理等，提高设计协同和效率。
03
机械制造工艺与装备
机械制造工艺概述
机械制造工艺的定义
研究机械产品制造过程中的加工方法 、工艺装备、加工顺序和工艺参数等 内容的总称。
，选择合适的联轴器类型。
离合器类型、特点及选用
牙嵌离合器
适用于低速重载、有频繁接合和分离 的场合，传递扭矩大，但接合时冲击 较大。
摩擦离合器
适用于中高速轻载、需要平稳接合的 场合，接合平稳，但传递扭矩较小。
电磁离合器
适用于需要远程控制和自动控制的场 合，动作迅速，但价格较高。
选用原则
根据传递扭矩、转速、接合方式、工 作环境等条件综合考虑，选择合适的 离合器类型。
气压元件选用与安装
液压与气压元件选用与安装
根据系统工作压力和流 量选择合适的气源装置 、气缸、控制阀等元件 ；
安装前应检查元件的清 洁度和完好性，确保无 损坏和污染；
安装时应按照制造厂的 推荐规范进行，确保正 确的配合间隙和紧固力 矩；
机械设计基础教案ppt课件
约 束 组成运动副后,构件的某些独立运动受到限制,构件自由
度减少,这种对构件独立运动的限制称为约束
❖ 对构件施加
的约束个数等于 其自由度减少的 个数。
编辑版pppt
6
低副
转动副
组成运动副的两个构件只能 在一个平面内做相对转动,
也称铰链
移动副
两构件通过面接触
若组成运动副的两个构件 只能沿轴线相对移动
ω
编辑版pppt
38
图 2 - 19 原动件数小于F
如果原动件数大于自
2
由度数, 则运动链中
最薄弱的构件或运动
3
副可能被破坏, 也不
能成为机构, 如图2 -
1
20所示。
4 图 2 - 20原动件数大于F
编辑版pppt
39
结论
机构的自由度 —— 机构所具有的独立运动的数目。 ◆由上可知：
1）F<=0 机构蜕化成刚性桁架，无相对运动。 2）F>0 如原动件数大于机构自由度数——损坏
转动副： 偏心轮1和杆件2 杆件2和杆件3 杆件3和杆件4 滑块7和压杆8 槽凸轮6—齿轮6‘和机座9 杆件4和滚子5 机座9和偏心轮1—齿轮1’ 移动副 杆件3和机座9 杆件4和滑块7 压杆8和机座9 高副 齿轮1‘和齿轮6’ 滚子5和槽凸轮6
编辑版pppt
23
编辑版pppt
24
第三节 常用机械传动机构
机构 在运动链中，若选定某构件为机架，且各
构件具有确定的相对运动，则称该运动链为机构。
平面机构 机构中各构件的运动平面互相平行 空间机构
机构中至少有一构件不在相互平行的平面上运动，或
至少有一构件能在三维空间中运动
机 架 机构中的固定构件；一般机架相对地面固定不
度减少,这种对构件独立运动的限制称为约束
❖ 对构件施加
的约束个数等于 其自由度减少的 个数。
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6
低副
转动副
组成运动副的两个构件只能 在一个平面内做相对转动,
也称铰链
移动副
两构件通过面接触
若组成运动副的两个构件 只能沿轴线相对移动
ω
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38
图 2 - 19 原动件数小于F
如果原动件数大于自
2
由度数, 则运动链中
最薄弱的构件或运动
3
副可能被破坏, 也不
能成为机构, 如图2 -
1
20所示。
4 图 2 - 20原动件数大于F
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39
结论
机构的自由度 —— 机构所具有的独立运动的数目。 ◆由上可知：
1）F<=0 机构蜕化成刚性桁架，无相对运动。 2）F>0 如原动件数大于机构自由度数——损坏
转动副： 偏心轮1和杆件2 杆件2和杆件3 杆件3和杆件4 滑块7和压杆8 槽凸轮6—齿轮6‘和机座9 杆件4和滚子5 机座9和偏心轮1—齿轮1’ 移动副 杆件3和机座9 杆件4和滑块7 压杆8和机座9 高副 齿轮1‘和齿轮6’ 滚子5和槽凸轮6
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第三节 常用机械传动机构
机构 在运动链中，若选定某构件为机架，且各
构件具有确定的相对运动，则称该运动链为机构。
平面机构 机构中各构件的运动平面互相平行 空间机构
机构中至少有一构件不在相互平行的平面上运动，或
至少有一构件能在三维空间中运动
机 架 机构中的固定构件；一般机架相对地面固定不
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动量定理描述了力的时间累积效应，导致物体动量的变化；动量矩定理描述了力 对旋转运动的效应，即力矩对动量矩的影响。这两个定理在分析机械系统的动态 行为时非常重要。
刚体的平面运动和定轴转动
总结词
描述刚体在平面和旋转运动的运动学和动力学特性
详细描述
刚体的平面运动涉及到刚体在平面内的平移和旋转运动，需要考虑速度和加速度的分析。定轴转动是刚体绕固定 轴线的旋转运动，需要分析转动惯量、角速度和角加速度等参数。这些运动形式在机械系统中广泛存在，对于理 解机械系统的动态行为至关重要。
传动系统
将动力传递至执行机构，包括齿轮 、链条、带轮等。
控制系统
控制机械的运动，如控制器、传感 器等。
04
机械系统的设计流程
方案设计
根据需求分析，制定多个设计 方案，并评估其可行性。
仿真与优化
通过仿真分析验证设计的正确 性和性能，并进行优化。
需求分析
明确机械系统的功能和性能要 求。
详细设计
对选定方案进行详细设计，包 括零件尺寸、材料、工艺等。
弹簧的制造工艺
根据工作需求和弹簧形状，确定弹簧的参 数，如弹簧刚度、圈数、节距等。
根据弹簧的材料和形状，选择合适的制造 工艺，如热卷、冷卷、锻造等。
CHAPTER 03
机械系统设计
机械系统的基本组成
01
动力系统
为机械提供动力，包括发动机、电 动机等。
执行系统
执行机械动作，如连杆、凸轮等。
03
02
淬火
将金属加热到临界点以上，快速冷却以提高 硬度。
回火
将淬火后的金属加热到一定温度，以稳定组 织、消除内应力。
表面处理
通过化学或电化学方法改变金属表面的性质 ，以提高耐腐蚀性、耐磨性等。
刚体的平面运动和定轴转动
总结词
描述刚体在平面和旋转运动的运动学和动力学特性
详细描述
刚体的平面运动涉及到刚体在平面内的平移和旋转运动，需要考虑速度和加速度的分析。定轴转动是刚体绕固定 轴线的旋转运动，需要分析转动惯量、角速度和角加速度等参数。这些运动形式在机械系统中广泛存在，对于理 解机械系统的动态行为至关重要。
传动系统
将动力传递至执行机构，包括齿轮 、链条、带轮等。
控制系统
控制机械的运动，如控制器、传感 器等。
04
机械系统的设计流程
方案设计
根据需求分析，制定多个设计 方案，并评估其可行性。
仿真与优化
通过仿真分析验证设计的正确 性和性能，并进行优化。
需求分析
明确机械系统的功能和性能要 求。
详细设计
对选定方案进行详细设计，包 括零件尺寸、材料、工艺等。
弹簧的制造工艺
根据工作需求和弹簧形状，确定弹簧的参 数，如弹簧刚度、圈数、节距等。
根据弹簧的材料和形状，选择合适的制造 工艺，如热卷、冷卷、锻造等。
CHAPTER 03
机械系统设计
机械系统的基本组成
01
动力系统
为机械提供动力，包括发动机、电 动机等。
执行系统
执行机械动作，如连杆、凸轮等。
03
02
淬火
将金属加热到临界点以上，快速冷却以提高 硬度。
回火
将淬火后的金属加热到一定温度，以稳定组 织、消除内应力。
表面处理
通过化学或电化学方法改变金属表面的性质 ，以提高耐腐蚀性、耐磨性等。
国家精品课程课件 机械设计基础 完整版(641页)
a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动 三个条件，缺一不可
运动副元素——直接接触的部分（点、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
运动副的分类： 1)按相对运动范围分有：
平面运动副——平面运动 空间运动副——空间运动
例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。
平面机构——全部由平面运动副组成的机构。 空间机构——至少含有一个空间运动副的机构。
机构＝机架＋原动件＋从动件
1个
1个或几个
若干
§2－2 平面机构运动简图
机构运动简图——用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。
作用： 1.表示机构的结构和运动情况。 2.作为运动分析和动力分析的依据。
机构示意图——不按比例绘制的简图 现摘录了部分GB4460－84机构示意图如下表。
常见运动副符号的表示: 国标GB4460－84
第1章 绪 论
§1－1 本课程研究的对象和内容 §1－2 本课程在教学中的地位 §1－3 机械设计的基本要求和一般过程
§1－1 本课程研究的对象和内容
顾名思义，本课程研究对象为：机械 机械——人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物
的组合体。 任何机械都经历了：简单复杂的发展过程。 起重机的发展历程：
2)按运动副元素分有： ①高副——点、线接触，应力高。
例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。
②低副——面接触，应力低 例如：转动副（回转副）、移动副 。
3. 运动链
运动链——两个以上的构件通过运动副的联接而 构成的系统。闭式链、开式链
4. 机构
定义：具有确定运动的运动链称为机构 。
机架——作为参考系的构件，如机床床身、车 辆底盘、飞机机身。 原（主）动件——按给定运动规律运动的构件。 从动件——其余可动构件。 机构的组成：
运动副元素——直接接触的部分（点、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
运动副的分类： 1)按相对运动范围分有：
平面运动副——平面运动 空间运动副——空间运动
例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。
平面机构——全部由平面运动副组成的机构。 空间机构——至少含有一个空间运动副的机构。
机构＝机架＋原动件＋从动件
1个
1个或几个
若干
§2－2 平面机构运动简图
机构运动简图——用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。
作用： 1.表示机构的结构和运动情况。 2.作为运动分析和动力分析的依据。
机构示意图——不按比例绘制的简图 现摘录了部分GB4460－84机构示意图如下表。
常见运动副符号的表示: 国标GB4460－84
第1章 绪 论
§1－1 本课程研究的对象和内容 §1－2 本课程在教学中的地位 §1－3 机械设计的基本要求和一般过程
§1－1 本课程研究的对象和内容
顾名思义，本课程研究对象为：机械 机械——人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物
的组合体。 任何机械都经历了：简单复杂的发展过程。 起重机的发展历程：
2)按运动副元素分有： ①高副——点、线接触，应力高。
例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。
②低副——面接触，应力低 例如：转动副（回转副）、移动副 。
3. 运动链
运动链——两个以上的构件通过运动副的联接而 构成的系统。闭式链、开式链
4. 机构
定义：具有确定运动的运动链称为机构 。
机架——作为参考系的构件，如机床床身、车 辆底盘、飞机机身。 原（主）动件——按给定运动规律运动的构件。 从动件——其余可动构件。 机构的组成：
机械设计基础课件.ppt
O1 O3
例5-1: (图5-4)已知Z1=16 ,Z2=32, Z2′=20, Z3=40, Z3′=2(右)，Z4=40,若n1=800r/min, 求蜗轮的转速n4 及各轮的转向。 解: 1.蜗杆传动: ①旋向
②蜗轮转向: 左右手定则判→ 蜗杆相对蜗轮的运动方向 →蜗轮逆时针转动 3′ ③传动比: i = n3/n4= Z4 / Z3′ 右 2.求轮系传动比: Z Z Z 32 40 40 2 3 4 i 80 ①大小: ②方向: 画箭头
200 n 25 60 H 5 ( 50 ) n 15 20 H
nH= － 8.3r/min
n=4,PL=4,PH=2 差动轮系
例题5：已知齿数Z1=12 , Z2 = 28 , Z 2’ = 14 , Z3 = 54。 求iSH (P.259) 行星轮系
中心轮
第 五 章 轮 系
§5-1 轮系的类型
§5-2 定轴轮系及其传动比
§5-3 周转轮系及其传动比 §5-4 复合轮系及其传动比 §5-5 轮系的应用
§5-1轮系的类型
p.74
(一)引言 轮系 :一系列齿轮组成的传动系统 1 ）获得大传动比 2 ）连接距离较远的轴 应用 3）变速 4）变向 图5-3.a 平行轴 外啮合: 转向相反 内啮合: 转向相同 图5-3.b 运动 简图 相交轴: 圆锥齿轮机构 图5-3.c 交错轴: 蜗杆蜗轮 图5-3.d 2 2 1
H 13 H 1 H 3
例5-2(图5-5 p.78)
Z Z Z n n n 61 2 3 3 1 H i n Z Z Z 27 n n 3 H 1 2 1 n 61 1 n H i n n 1 61 27 3 . 26 1 H 1 H 0§5-4复合轮系及其传动比
机械设计基础全套ppt课件
3
4
D
机架
连 曲柄：可回转360°的连架杆 架 摇杆：摆角小于360°的连架杆 杆 滑块：作往复移动的连架杆
一.铰链四杆机构基本类型 （按连架杆类型）
铰链四杆机构
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
双摇杆机构
一曲一摇
二曲
二.(铰链四杆机构)演变类型
二摇
1.曲柄摇杆机构： 连架杆 ┌曲柄→(一般)原动件→匀速转动
本章重点:平面四杆机构主要特性和设计 本章难点:平面四杆机构的设计
第二章 平面连杆机构
铰链四杆机构的基本型式 铰链四杆机构有整转副的条件 铰链四杆机构的演变 平面四杆机构的设计
§2-1铰链四杆机构的基本型式 p.20
平面连杆机构－平面机构+低副联接 (转动、移动副) 最常用→平面四杆机构（ 四个构件→四根杆)
(3)过C1、C2、 B1 A
D
P 作圆
O
在圆上任选一点A (4)AC1=L2－L1,
AC2=L2+L1→
θ
→无数解
L1=1/2(AC2－AC1)
以L1为半径作圆,交B1,B2点
P
→曲柄两位置
NM
2.导杆机构: P.31
已知:机架长L4 , K
解:
180
K
1
n
m
K 1
(1)任选固定铰链中心C→
B A
C D
解: (1)连接B1B2,C1C2并作其垂直平分线b12,c12
(2)在b12线上任取一点A, 在C12...任取一点D
步骤：
B1
1、连接B1B2, C1C2
2、作B1B2, C1C2中垂线
3、在中垂线上取一点作A, D
机械设计基础全套教学ppt课件清华大学
第1章 平面机构的运动简图和自由度
1.1 机构的组成
1.1.1 自由度、运动副与约束
•
构件：机构中
运动的单元体，是组
成机构的基本要素。
•
• 自由度：构件可能出 现的独立运动。
• 对于一个作平面运动 的构件，则只有三个
机械设计基础
图1-1 自由度
1.1.2 运动副及其分类
1)运动副：两构件之间直接接触并能产生一定的相对
根据用途不同，机器可分为：
动力机器：实现能量转换，如内燃机、电动机、蒸汽机、发电机、压气机等。
加工机器：完成有用的机械功或搬运物品，如机床、织布机、汽车、飞机、起重
机、输送机等。
信息机器：完成信息的传递和变换，如复印机、打印机、绘图机、传真机、照相
机等。
绪论
虽然机器的种类繁多，构造、用途和功能也各不相同。 但具有相同的基本特征： （1）人为的实物（构件）组合体。 （2）各个运动实物之间具有确定的相对运动。 （3）代替或减轻人类劳动，完成有用功或实现能量的转换。
在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其机构 运动简图。
1. 机构运动简图的定义 为了便于分析，人们不考虑机器的复杂外形和结构，仅用规 定的线条和符号按一定的比例表示构件的尺寸和各运动副的位置， 这种将机构中各构件间相互运动关系表示出来并反映机构特征的 简图称为机构运动简图。
机械设计基础
1.2.1 运动副及构件的表示方法 • 1．构件 • 构件均用直线或小方块来表示，如图1-6示。
机械设计基础
机械设计基础
图1-10 凸轮副的表示方法
1.2.2 平面机构运动简图的绘制
• 绘制机构运动简图的步骤：
• （1）分析机构的组成，观察相对运动关系， 了解其工作原理。
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高副：点、线接触
机械设计基础Ⅰ （机械原理）
一、研究对象
绪论
1、机械： 机器和机构的总称
机器（三个特征）：
①人为的实物组合（不是天然形成的）；
②各运动单元具有确定的相对运动；
③必须能作有用功，完成物流、信息的传递及 能量的转换。
机构：有①②两特征。
机器和机构最明显的区别是： 机器能作有用功，而机构不能，机构仅能实现预期的机械运动。
Rt ：可靠度——表示零件在规定的条件下和规定的时间
内完成规定功能的概率
N个相同零件在同样条件下同时工作，在规定的时间内有Nf 个失效，剩下Nt个仍继续工作，则
Rt
Nt N
NNf N
1 N f N
不可靠度（失效概率）：
Ft
Nf N
1 Rt
,
Rt Ft 1
n个零件组成的串联系统，单个零件的可靠度:R1、R2 、 …Rn， 则系统的可靠度为Rf=R1R2…Rn
b) 铜合金——黄铜：Cu与Zn合金 青铜：Cu与Sn的合金 无锡青铜：Cu与铝、硅、锰、镍的合金。
3、非金属材料 塑料——轻、易加工成形、减摩性好，强度低，可作 为普通机械零件、绝缘体 陶瓷——电热性好，硬度高 橡胶——弹性、绝缘性好，常用作弹性元件和密封元 件、减震元件
4、复合材料
二、机械零件材料选用的原则
二、机械设计的一般程序 1、机器设计的一般程序
市场调 研
可行性 研究
设 计 任 务 书
原理 方案 设计
技术 设计
试制 试验
定
装配图、 样
出
零件图、 机
最
技术文
评
佳
件
价
方
改
案
进
小批生 投 产试销 产
考核
产
工艺
品
性收
销
集用
售
户意
见
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 Pca KP 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
y [y]
y——可以是挠度、偏转角或扭转角
3、耐磨性准则 作相对运动的零件其工作表面抵抗磨损的能力
p [ p] pv pv
4、振动和噪声准则
f p 0.85 f ,
f p 1.15 f
5、热平衡准则
t t
6、可靠性准则 系统、机器或零件在规定的条件下和规定 的时间内完成规定功能的能力。
二、本课程的任务：
1）树立正确的设计思想 2）掌握通用机械零部件的设计原理、方法和一般规律。 3）掌握一定的设计技能（查阅资料，运用标准、规范。） 4）掌握典型机械零件的实验方法，获得基本的实验技能。 5）了解机械设计的最新动态。
学习本课程的注意事项：
1）注意理论联系实际，将机械零件的设计放到整个机械系统 中加以考虑。
1、使用要求 2、工艺要求 3、经济性要求
§1—5 机械设计的最新进展
1、设计理论的不断完善与发展 2、设计手段和方法的不断更新 3、机械设计的综合程度越来越高，与其它学科交叉越来越
广泛和深入——机电一体化 4、机械设计的实验研究技术有了很大的发展和提高，实验
与理论相互促进
第一章 平面机构的结构分析
3、要求：解决二类问题：
分析：结构分析，运动分析，动力分析
综合（设计）：①运动要求，②功能要求,设计 新的机器。
ห้องสมุดไป่ตู้
第一篇 机械设计总论
第一章 机械设计概论
§1—1 机械设计课程的性质与任务 一、本课程的研究对象
机器（机械）： 机械系统、液压气动系统、控制监测系统、电气系统
机械零件：标准零件、非标准件 本课程的研究对象：一般参数的通用零件的设计理论与方法 本课程的设计性、综合性和实践性都较强。
§1—4 机械零件常用的材料及其选择原则
一、机械零件的常用材料
1、黑色金属 铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁 铸钢——铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好。 强度性比铸铁好，但比锻钢和轧制钢差 碳钢与合金钢——应用最广泛
2、有色金属 a) 铝合金——重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化性 好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近
工作能力——零件不发生失效时的安全工作限度
计算准则——以防止产生各种可能失效为目的而拟定的零件 工作能力计算依据的基本原则
1、强度准则 零件在载荷作用下抵抗破坏的能力
lim
(
lim
)
B S
( (
B S
) )
脆性材料 塑性材料
Y (Y ) 疲劳极限
2、刚度准则
零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力
两者之间也有联系，机器是由几个机构组成的系统，最简单 的机器只有一个机构。
机械的组成：
1.原动机：机械动力的来源 2.工作机：能完成机械预期的动作 3.传动部分：把原动机的运动和功率传递给工作机的中间环节 4.自动控制部分
2、概念
构件：运动单元体 零件：制造单元体
构件可由一个或几个零件组成。
机架：机构中相对不动的构件
基本尺寸，并加于标准化和圆整 5）零件的结构设计 6）绘制零件的工作图，并编写计算说明书
§1—3 机械零件的主要失效形式和设计计算准则
一、机械零件的失效形式
失效——零件丧失正常工作能力或达不到设计要求的性能 失效形式：强度失效、刚度失效、磨损失效、振动、
噪声失效、精度失效、可靠性失效
二、机械零件的计算准则
2）注意掌握零部件的共性 3）掌握机械零部件设计的一般思路
§1—2 机械设计的基本要求及设计程序
一、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
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
原动件：驱动力（或力矩）所作用的构件。
→输入构件
从动件：随着原动构件的运动而运动的构件。
→输出构件
机构：能实现预期的机械运动的各构件（包括机
架）的基本组合体称为机构。
二、研究内容：
1、机构的结构和运动学：
①机构的组成； ②机构运动的可能性和确定性； ③分析运动规律。
2、机构和机器动力学：
力——运动的关系·F=ma 功——能
： 平面机构 各构件的相对运动平面互相平行 （常用的机构大多数为平面机构）。
： 空间机构 至少有两个构件能在三维空间中相对运动。
§1-1 机构结构分析的目的
1、探讨机构具有确定运动的条件 2、机构的分类 3、画机构的运动简图
§1-2 机构的组成
机构是由构件组成的。
一、运动副：
构件间的可动联接。（既保持直接接触，又能产生一定的 相对运动）
机械设计基础Ⅰ （机械原理）
一、研究对象
绪论
1、机械： 机器和机构的总称
机器（三个特征）：
①人为的实物组合（不是天然形成的）；
②各运动单元具有确定的相对运动；
③必须能作有用功，完成物流、信息的传递及 能量的转换。
机构：有①②两特征。
机器和机构最明显的区别是： 机器能作有用功，而机构不能，机构仅能实现预期的机械运动。
Rt ：可靠度——表示零件在规定的条件下和规定的时间
内完成规定功能的概率
N个相同零件在同样条件下同时工作，在规定的时间内有Nf 个失效，剩下Nt个仍继续工作，则
Rt
Nt N
NNf N
1 N f N
不可靠度（失效概率）：
Ft
Nf N
1 Rt
,
Rt Ft 1
n个零件组成的串联系统，单个零件的可靠度:R1、R2 、 …Rn， 则系统的可靠度为Rf=R1R2…Rn
b) 铜合金——黄铜：Cu与Zn合金 青铜：Cu与Sn的合金 无锡青铜：Cu与铝、硅、锰、镍的合金。
3、非金属材料 塑料——轻、易加工成形、减摩性好，强度低，可作 为普通机械零件、绝缘体 陶瓷——电热性好，硬度高 橡胶——弹性、绝缘性好，常用作弹性元件和密封元 件、减震元件
4、复合材料
二、机械零件材料选用的原则
二、机械设计的一般程序 1、机器设计的一般程序
市场调 研
可行性 研究
设 计 任 务 书
原理 方案 设计
技术 设计
试制 试验
定
装配图、 样
出
零件图、 机
最
技术文
评
佳
件
价
方
改
案
进
小批生 投 产试销 产
考核
产
工艺
品
性收
销
集用
售
户意
见
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 Pca KP 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
y [y]
y——可以是挠度、偏转角或扭转角
3、耐磨性准则 作相对运动的零件其工作表面抵抗磨损的能力
p [ p] pv pv
4、振动和噪声准则
f p 0.85 f ,
f p 1.15 f
5、热平衡准则
t t
6、可靠性准则 系统、机器或零件在规定的条件下和规定 的时间内完成规定功能的能力。
二、本课程的任务：
1）树立正确的设计思想 2）掌握通用机械零部件的设计原理、方法和一般规律。 3）掌握一定的设计技能（查阅资料，运用标准、规范。） 4）掌握典型机械零件的实验方法，获得基本的实验技能。 5）了解机械设计的最新动态。
学习本课程的注意事项：
1）注意理论联系实际，将机械零件的设计放到整个机械系统 中加以考虑。
1、使用要求 2、工艺要求 3、经济性要求
§1—5 机械设计的最新进展
1、设计理论的不断完善与发展 2、设计手段和方法的不断更新 3、机械设计的综合程度越来越高，与其它学科交叉越来越
广泛和深入——机电一体化 4、机械设计的实验研究技术有了很大的发展和提高，实验
与理论相互促进
第一章 平面机构的结构分析
3、要求：解决二类问题：
分析：结构分析，运动分析，动力分析
综合（设计）：①运动要求，②功能要求,设计 新的机器。
ห้องสมุดไป่ตู้
第一篇 机械设计总论
第一章 机械设计概论
§1—1 机械设计课程的性质与任务 一、本课程的研究对象
机器（机械）： 机械系统、液压气动系统、控制监测系统、电气系统
机械零件：标准零件、非标准件 本课程的研究对象：一般参数的通用零件的设计理论与方法 本课程的设计性、综合性和实践性都较强。
§1—4 机械零件常用的材料及其选择原则
一、机械零件的常用材料
1、黑色金属 铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁 铸钢——铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好。 强度性比铸铁好，但比锻钢和轧制钢差 碳钢与合金钢——应用最广泛
2、有色金属 a) 铝合金——重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化性 好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近
工作能力——零件不发生失效时的安全工作限度
计算准则——以防止产生各种可能失效为目的而拟定的零件 工作能力计算依据的基本原则
1、强度准则 零件在载荷作用下抵抗破坏的能力
lim
(
lim
)
B S
( (
B S
) )
脆性材料 塑性材料
Y (Y ) 疲劳极限
2、刚度准则
零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力
两者之间也有联系，机器是由几个机构组成的系统，最简单 的机器只有一个机构。
机械的组成：
1.原动机：机械动力的来源 2.工作机：能完成机械预期的动作 3.传动部分：把原动机的运动和功率传递给工作机的中间环节 4.自动控制部分
2、概念
构件：运动单元体 零件：制造单元体
构件可由一个或几个零件组成。
机架：机构中相对不动的构件
基本尺寸，并加于标准化和圆整 5）零件的结构设计 6）绘制零件的工作图，并编写计算说明书
§1—3 机械零件的主要失效形式和设计计算准则
一、机械零件的失效形式
失效——零件丧失正常工作能力或达不到设计要求的性能 失效形式：强度失效、刚度失效、磨损失效、振动、
噪声失效、精度失效、可靠性失效
二、机械零件的计算准则
2）注意掌握零部件的共性 3）掌握机械零部件设计的一般思路
§1—2 机械设计的基本要求及设计程序
一、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
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
原动件：驱动力（或力矩）所作用的构件。
→输入构件
从动件：随着原动构件的运动而运动的构件。
→输出构件
机构：能实现预期的机械运动的各构件（包括机
架）的基本组合体称为机构。
二、研究内容：
1、机构的结构和运动学：
①机构的组成； ②机构运动的可能性和确定性； ③分析运动规律。
2、机构和机器动力学：
力——运动的关系·F=ma 功——能
： 平面机构 各构件的相对运动平面互相平行 （常用的机构大多数为平面机构）。
： 空间机构 至少有两个构件能在三维空间中相对运动。
§1-1 机构结构分析的目的
1、探讨机构具有确定运动的条件 2、机构的分类 3、画机构的运动简图
§1-2 机构的组成
机构是由构件组成的。
一、运动副：
构件间的可动联接。（既保持直接接触，又能产生一定的 相对运动）