机械设计方法-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。
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
1 机械制造装备设计方法1.2
（2）提出初步的零件表、加工和装配说明书；
（3）对结构设计进行技术经济评价。
采用诸如有限元分析、优化设计、可靠性设计、
计算机辅助设计等现代设计方法来解决设计中出 现的问题。
1.5 机械制造装备设计方法 (四)施工设计阶段（工艺设计阶段）
1．零件图设计
包含了为制造零件所需的全部信息，包括几何形 状、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形位公差、 表面质量要求、材料和热处理要求以及其它特殊 技术要求。
1.5 机械制造装备设计方法
—提交可行性分析报告，内容包括：
①产品开发的必要性、市场调查及预测情况，包括 用户对产品功能、用途、质量、使用维护及价格 等方面的要求；
②国内外同类产品的技术水平与发展趋势；
1.5 机械制造装备设计方法
③从技术上预期产品开发能达到的技术水平；
④从设计、工艺和质量等方面需要解决的关键技术 问题； ⑤投资费用及开发时间进度、经济效益和社会效益 估计； ⑥现有条件下开发的可能性及准备采取的措施。
（二）系列化设计的步骤 确定主参数和主要性能指标
参数分级
制定系列型谱
1．确定主参数和主要性能指标的确定 ---选择和设计基型产品
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ基型产品一般选择系列产品中应用最广泛的中
档产品，是精心设计的新产品。
主参数和主要性能指标应最大程度地反映产品 的工作性能和设计要求。
例如： （1）卧式车床产品中，一般选择床身上最大回转直
1.4 机械制造装备设计的类型
二、变型设计（变型产品设计）——系列产品
变型产品：在现有产品基本工作原理和总体 结构不变的基础上，仅对部分结构、尺寸或性能 参数加以改变的产品。 变型设计：在现有产品基本原理和总体结构 保持不变的基础上，仅对部分结构、尺寸或性能 参数加以改变，以获得变型产品的设计方法。分 为：
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-第4章-1-凸轮机构
30
30
120
120
90
δ
360
七、解析法设计凸轮轮廓曲线
1、偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
建立凸轮转轴中心的坐标系xOy
根据反转法原理，凸轮以w转过j角；
B点坐标为
x y
(s0 (s0
s) sin j s) cosj
e cosj esinj
上式即为凸轮理论廓线方程
实际廓线与理论廓线在法线上相距
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传 递动力不大的场合。
示例一 内燃机配气机构
示例二 靠模车削机构
示例 绕线机的凸轮绕线机构
示例 缝纫机的凸轮拉线机构
凸轮机构的主要优点： 使从动件实现预定的运动规律，结接触，容易磨损。 用于传递动力不大的控制机构或调节机构。
2、自D0起，沿-ω方向取δ1-4 角，等分各部分，从D1起以 从动件长度为半径作圆，与基 圆交于C点。
3、C1D1起，分别量取β角， 与2的圆交于B点，连接B0、 B1、B2…，即为凸轮曲线。
例题：设计盘形凸轮机构，已知凸轮角速度ω1逆时针转动， 基圆半径r0=30mm，从动件的行程h=40mm。从动件的 位移线图如下：
第四章 凸轮机构及间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类 §4-2 从动件常用的运动规律 §4-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 §4-4 凸轮机构设计中应注意的问题 §4-5 间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从 动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不 连续的任意预期运动。
当凸轮继续以角速度ω1逆时针 转过角度δ2时，从动件尖顶从 C到D，在最远位置停止不动， 对应的δ2是远休止角。
机械设计——齿轮传动-(1)
第十二章 齿轮传动1、图示为两级斜齿圆柱齿轮减速器，已知条件如下图。
试问：〔1〕画出轴II 和轴III 的转向。
〔2〕低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴Ⅱ上两齿轮所受的轴向力相反？ 〔3〕低速级小齿轮的螺旋角β2应取多大值，才能使轴Ⅱ上轴向力相互抵消？ 〔4〕画出各个齿轮所受轴向力。
2、今有两对斜齿圆柱齿轮传动，主动轴传递的功率P 1=13kW ，n 1=200r/min ，齿轮的法面模数m n =4mm ，齿数z 1=60均相同，仅螺旋角分别为9°与18°。
试求各对齿轮传动轴向力的大小？3、图所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器。
已知：齿轮1的螺旋线方向和轴III 的转向，齿轮2的参数m n =3mm ，z 2=57，β2 =14°；齿轮3的参数m n =5mm ，z 3=21。
试求：〔1〕为使轴Ⅱ所受的轴向力最小，选择各齿轮的螺旋线方向，并在图上标出； 〔2〕在图b 上标出齿轮2、3所受各分力的方向；〔3〕如果使轴Ⅱ的轴承不受轴向力，则齿轮3的螺旋角β3应取多大值〔忽略摩擦损失〕？10、分析图中斜齿圆柱齿轮传动的小齿轮受力，忽略摩擦损失。
己知：小齿轮齿数221=z ，大齿轮齿数902=z ，法向模数mm m 2n =，中心距mm a 120=，传递功率KW P 2=，小齿轮转速min /3201r n =，小齿轮螺旋线方向右旋。
求： 〔1) 大齿轮螺旋角β大小和方向； 〔2) 小齿轮转矩1T ；1234〔3) 小齿轮和大齿轮受力的大小和方向，并在图上画出。
11、有一齿轮传动如下图，已知：281=z ，702=z ,1263=z ,模数mm m 4n =，压力角 20=α，中心距mm a 2001=，mm a 4002=，输入轴功率kW P 101=，转速min /10001r n =，不计摩擦。
〔1) 计算各轴所受的转矩；〔2)分析中间齿轮的受力，在图中画出，并计算所受各力的大小。
现代机械设计理论与方法(1)
⑦ 满足轮齿弯曲强度要求，应有
2 g8 ( X ) x3 z小x2 AFT小YF 0
3）选用合适的优化方法求解，得
z1 22 X b 53 m 4. 5
优化设计
将设计问题的 物理模型转化 为数学模型
选用适当的优化方 法和计算机程序
通过计算机 求解得到最 佳设计方案
② 计算机辅助设计(CAD)
CAD能够帮助我们完成机械设计中的图形设计（制图） 及部分分析计算。（以计算机为工具） 计算机辅助设计
传统设计
人工计算、绘图
用计算机设计、 计算、绘图。
设计精度、稳定性 和效率有限，修改 不方便
四、现代设计方法的特点
程式性。研究设计的全过程，要求设计者从产品 规划、方案设计、技术设计到试验、试制进行全面考 虑，按步骤有计划地进行设计。
创造性。突出人的创造性，力求探寻更多新方案， 开发创新性产品。
最优化。设计的目的是得到功能全、性能好、成 本低的最优产品。 综合性。建立在系统工程和创造工程基础上，综 合运用信息论、优化论、相似论、决策论、预测论等 相关理论，提供多种途径解决产品的设计问题。 计算机化。
④ 模数和齿宽之间要求 5m b 17 m
g 4 ( X ) x2 5x3 0 g5 ( X ) 17x3 x2 0
⑤ 保证各行星轮之间齿顶不相碰撞，应满足
g 6 ( X ) x1 sin
C
1 x1 (i 2)(1 sin ) 0 2 C
⑥ 满足接触强度要求，应有
主要应用于 以下方面
机械原理-连杆机构设计图解法_一_
连杆机构设计(图解法)
按给定连杆位置设计四杆机构 按给定两连架杆对应的角位移设计四杆机构
按给定的急回要求设计四杆机构
按给定连杆位置设计四杆机构
按给定连杆位置设计四杆机构
给定连杆三个位置，设计四杆机构
B1
A1
E1
A
2
E2
A3
B2
A0
B0
E3
B3
A0 A1 B1 B0就是所求机构的第一个位置。
m12
N1 M2
n12
M1 M0
动平面上任选两个参考点 M、N——动铰链
N2
12 12
P12
N0
m12上任选M0—定铰链
n12上任选N0—定铰链
引导平面由E1到E2的位置的 四杆机构有无数
两连架杆上动铰链和定铰链与极连线的夹角 相等∠M1 P12 M0= ∠N1 P12 N0= θ 12/2
方法：半角转动法
方法：半角转动法
原理
N1 M1 M2 E1 E2 N2
动平面由E1到E2的位置过程中，动 平面上任意一点都可以视为绕某点 P12转θ 12
P12——转动极（极）
θ 12——有向转动角
E1、E2两个位置一经确定，P12、 θ 12就确定与选择的参考点无关
12
P12
转动极P12 的求法
m12
N1 M2
n12
M1
连接P12M1和P12M2，所夹 的角即为转动角θ 12
N2
12 12
P12
连接P12 N1和P12 N2 ，所 夹的角也为转动角θ 12 ∠M1 P12 M2= ∠N1 P12 N2= θ 12
动平面由E1到E2的位置可由四杆机构实现
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。
机械设计基础课程设计(一)指导书
机械原理课程设计指导书机械原理课程设计说明书姓名班级学号时间年月指导教师第一章概论一．机械原理课程设计的目的机械原理课程设计是继机械原理课程的课堂理论教学之后，面向学生设置的一项实践性教学环节。
机械原理课程设计以机械制图、数学、物理、理论力学、金属工艺学、计算机语言等先修课和金工实习为基础，在机械原理课程所探讨的常用机构的分析、综合基本理论方法指导下，采取教师引导与学生个人独立思考相结合的方式，通过对整部机器的运动和动力学设计的训练，以期达到下述几项主要目的：1）初步培养学生综合应用各学科理论，进行机器工作原理设计，机构选型和机器总体设计的能力。
2）提高学生在机构的分析与综合方面的熟练程度。
3）培养学生运用计算机辅助机械设计的能力。
4）让学生接触机械设计方面的感性知识，使他们对机械设计的一般过程和步骤有初步的了解。
5）提高学生计算、绘图、使用技术资料和计算机的熟练程度；锻炼他们独立工作，了解实际问题的能力。
二.机械原理课程设计的内容和方法1.机械原理课程设计的内容为培养具有独立设计能力的人才创造条件，机械原理课程设计的内容应包括：机械传动方案的选择与设计；机械的运动分析与设计；机械的动力分析与设计三个方面，所以机械原理课程设计的选题应当注意到：一定程度的综合性和完整性——应包括三种基本机构（如连杆机械、凸轮机构、齿轮机构）的分析与综合；一定程度的自动化——应具有多个执行机构的运动配合关系，包括运动循环图的分析与设计；一定程度的深度和广度——应较全面而综合地应用机械原理的基本理论、基本知识和基本技能，以使学生在机械设计技术工作的适应能力和开发创造能力方面受到初步实践性的训练。
2．机械原理课程设计的方法课程设计的方法原则上可分为两大类：（1）图解法运用基本理论中的基本关系式，用图解的方法将其结果确定出来，并清晰地以线图的形式表现在图纸上，有直观、简单、可检查解析计算正确与否等特点，对于简单机构的分析与综合问题，其优点更为明显。
机械设计课程设计ZDD-1
机械设计课程设计ZDD-1一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械设计的基本原理和概念，理解机械结构的设计流程；2. 使学生了解并掌握ZDD-1型机械设计的相关知识和技能；3. 引导学生掌握机械设计中的关键参数计算和选择方法。
技能目标：1. 培养学生运用CAD软件进行机械结构设计的能力；2. 培养学生运用工程图纸表达机械设计意图的能力；3. 培养学生运用机械设计原理解决实际问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设计的兴趣，激发学生的创新意识；2. 培养学生严谨的科学态度和良好的团队协作精神；3. 引导学生关注机械设计在国民经济发展中的应用，提高学生的社会责任感。
课程性质：本课程为专业实践课，旨在通过实际操作，让学生掌握机械设计的基本知识和技能。
学生特点：学生具备一定的机械基础知识，但对机械设计实践操作相对陌生。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调实践操作能力的培养。
通过本课程的学习，使学生能够具备独立完成ZDD-1型机械设计的能力，并在此基础上，培养学生的创新意识和团队协作精神。
教学过程中，注重分解课程目标为具体可衡量的学习成果，以便进行教学设计和评估。
二、教学内容1. 机械设计基本原理：包括机械设计的基本概念、设计流程、设计方法等，对应教材第一章内容。
- 机械结构设计的基本要求；- 机械设计的一般流程；- 机械设计中的创新意识培养。
2. ZDD-1型机械设计：详细讲解ZDD-1型机械设计的具体内容和要求，对应教材第二章内容。
- ZDD-1型机械结构的特点；- ZDD-1型机械设计的参数计算和选择；- ZDD-1型机械设计的工程图纸表达。
3. 机械设计实践操作：包括CAD软件应用、工程图纸绘制、机械结构组装与调试等，对应教材第三章内容。
- CAD软件的基本操作与机械结构设计；- 工程图纸的规范与绘制；- 机械结构组装与调试技巧。
4. 机械设计案例分析：分析典型机械设计案例，提高学生解决实际问题的能力，对应教材第四章内容。
机械设计实践(日本机械设计的构思和设计方法)-第一章
序言为初次进行实物制作的设计者而写的日文版《实际的设计》一书，做为教学用书出版至今已有9年了，此书的续篇《续。
实际的设计》也已出版5年。
《实际的设计》上要阐述设计的思考方法和具体作法的问题，而《续。
实际的设计》则记述设计的必要知识和具体的设计信息问题。
本书为了使设计的思考过程更为明了，将上述两书的内容归纳整理，合二为一，取名为《机械设计实践》，由中国机械工业出版社出版。
当为实际制作某种东西而进行设计时，首先要搞清楚设计的意义，怎样实行设计，设计时需要具备什么样的基础知识，以及设计时设计者经过怎样的思考决定过程等，这些问题将在本书中找到答案。
本书著者们的研究室隶属东京大学工学部机械系三学科。
大约从30年前开始，本研究室就在进行设计指导工作。
本书是由曾在本研究室学习过的学生们，以当时的设计指导资料为基础，合作编写而成的。
著者的研究室对于每年新人室的学生都要进行设计指导。
学生为了进行毕业研究，必须设计各种各样的实验装置，但由于大学过去所设置的设计教育内容不充分，达不到能制作成实物的设计程度，所以，著者的研究室很自然地卅始了设计指导工作。
从设计指导工作开始至今已经过了30年。
接受过研究室设计指导的学生们已陆续进入企业，其中的大多数人以各种身份参与与设计有关的工作：在大学的研究室所搞的设计与社会生产所需要的设计在性质上虽具有不同点，但就设计的本质而言，没有任何不同。
基于这种观点，为了使广大的读者能了解什么是设计，著者以研究室现仍使用的设计指导教程为原本，归纳整理出了日文版的《实际的设计》和《续。
实际的设计》两本书。
本书是在这二册日文版书的基础上改编而成的，由于是以机械为主要设计对象，冈此本书取名为《机械设计实践》。
不过，书中所阐述的设计基本观点，绝非仅于机械，也完全适合|土木，建筑和电气等其他技术领域。
本书是针对第--次为制作实物而着手设计的人解决实际上怎样才能制作出新东西的问题而写的，书中记述了各种设计过程的思考方法和具体作法以及有关必要的知识和具体的数据因此，本书与其他单纯的设计论、规格介绍、机构说明、设计计算、设计顺序说明等作为中心内容的设计著书截然不同写这本书的意图在于使读者读了这本书之后，只要在实际中开动自己的头脑和手脚、就能搞出应用于实际的设计。
机械设计基础——3-1 带传动的设计计算
四、带传动的弹性滑动、打滑和设计准则 （一）带传动的弹性滑动和打滑 1.带传动的弹性滑动
弹性滑动 由于带的弹性变形而引起带与带轮间的局部相对滑动。是带 传动所不可避免的特性。
带传动时，带与轮面之间存在着弹性滑动,这使得从动带轮的圆周速
度υ2总是低于主动带轮的圆周速度υ1 。
滑差率ε υ2 相对于υ1 的降低率。
啮合带
（二）常用摩擦带的类型、组成、特点及应用场合
摩擦带类型
平带传动
V带传动
多楔带传动
圆带传动
按传动带的截面形状分 1、平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。
平带
2、V带截面形状为梯形，两侧面为工作表面。
V带
3、多楔带是在平带基体上由多根V带组成的传动带。
多楔带
4、圆形带横截面为圆形。
失稳
设计准则 防止失效和进行设计计算的依据。 1、强度准则 零件在危险截面处的最大应力不超过允许的限度
≤ lim
S
≤ lim
S
2、刚度准则 零件在载荷作用下产生的弹性变形量不超过机
器工作性能允许的极限值
y ≤ y
≤
3、耐磨性准则 零件的磨损量在预定限度内不超过允许量
p ≤ p ≤ p≤p
p lim F dF A0 A dA
单位面积上的内力，称为应力。
正应力σ 垂直于截面的分量
剪应力τ 沿截面的分量。
应力的单位是帕斯卡，用符号Pa表示，1Pa=1N/m2，
1Gpa=103MPa=109Pa
ΔF
p τ
C ΔA
σ
C
应力的分类
2.带传动的应力分析
三种应力共同作用，使带处在变应力条件下工作，故带 易产生疲劳破坏。
机械设计基础——1-3 计算单缸内燃机的自由度
任务实施
1.设计要求与数据 计算图示单缸四冲程内燃机的自由度 2.设计内容 确定该机构中机构中PL、PH、的数量， 计算机构自由度。
任务实施
3.设计步骤、结果及说明 （1）机构运动副分析 活塞与连杆；连杆与曲轴；小齿轮、大齿轮与机架构成5个转动副； 活塞与机架；顶杆与机架均构成3个移动副； 小齿轮与大齿轮；凸轮与滚子之间均构成4个高副。 机构中滚子自转为2个局部自由度，去除局部自由度。 （2）机构自由度计算 机构中 n = 7, PL = 8, PH = 4 其自由度为 F = 3n – 2PL – PH=3×7 – 2×8 – 4= 1
机械设计基础
项目一
单缸四冲程内燃机的机构表达
任务三 计算单缸四冲程内燃机的自由度
工程实例
单缸四冲程内燃机
任务分析
单缸四冲程内燃机，包括曲柄滑块机构、齿轮机构和凸轮机构，主要功 用是传递运动和动力，或改变运动的形式和运动轨迹。当原动件活塞按给定的 运动规律上下运动，其余构件的运动是否是完全确定的。
F = 3n – 2PL – PH= 2
机构不能运动
F’= 3（n+1）– 2（PL+2）– PH= 3n– 2PL– PH +3 – 4=1
培养技能
例4 震动落筛机自由度的计算
C
B
E′
EF
G
A
O D
（1）机构自由度分析
机构中滚子自转为局部自由度；顶杆DF与机架组成两导路重合的移
动副E、E′，故其中之一为虚约束；C处为复合铰链。去除局部自由度和虚
通过对单缸四冲程内燃机自由度的计算，来判定通过运动副相连起来的构 件系统是否为机构，以及机构是否具有确定的相对运动。
任ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ目标
机械设计(2.1.1)--零件的失效形式与设计准则
(3) 胶合—热胶合
高速、重载，润滑不良， 高温导致油膜破裂，材料 熔化、“焊接”，相对运 动表面涂抹烧伤 - 表面精 度降低、噪声。
1-1 零件的失效形式与设计准则
3 、变形过大
齿顶 塑变
三、失效形式
齿体 塑变
(1) 塑性变形
载荷过大导致零件产生塑性变 形，精度降低，零件失效；
1-1 零件的失效形式与设计准则
1-1 零件的失效形式与设计准则
一、机械零件设计步骤
一、F 机械零件设计步骤
建立计算模型
拟定零件的计算简图
确定零件上的载荷
选择材料、热处理方式
分析失效形式、设计准则、确定形状和主要尺 寸
按工艺、标准、规范要求，设计尺寸、绘图、说明 书
仿真优化、修改设计、工程试 验
1-1 零件的失效形式与设计准则
二、失效的概念
刚度—抗弹变能力
刚度准则： y≤[y] 、 θ≤[θ]
1-1 零件的失效形式与设计准则
五、工作能力准则
（ 3 ）寿命准则：设计寿命 L≥[L] 要求寿命
（ 4 ）耐磨性准则：零件抗磨损失效的能力
•压强条件： p≤[p] 防表面间油膜破坏产生磨损 •pv 值条件： pv≤[pv] (v— 相对滑动速度 ) ---- 防止表面间温升过高，油膜破坏加剧磨损—胶合
1 、整体断裂
轮齿整 体断裂
三、失效形式
齿轮轴 疲劳断 裂
(1) 过载断裂
零件上作用（非正 常）过大载荷，导致 零件整体断裂；
(2) 疲劳断裂
交变应力反复作用， 导致疲劳裂纹生成、 扩展、断裂。
1-1 零件的失效形式与设计准则
2 、表面破坏
三、失效形式
(1) 磨损
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第一章 概论
有关设计
机 械 设 计 属 于 工 程 设 计 范 畴 ， 是 工 程 设 计的内容之一，工程设计学是研究技术产 品设计理论、方法、技术及工具的一门学 科。 在机械设计中有意识地应用工程设计学 方面的知识有助于显著提高开发新产品和 改进已有产品的效率，并且可以改善设计 质量和获得良好设计效果，从而增强产品 的市场竞争能力。
由于客观条件和现实要求在随时发生变化， 所以一个设计的解只能在当时给定的约束 条件下力求最优，或者力求可能实现。
鉴于上述原因，设计的求优过程是一个相 对动态和持续发展的过程，由此愈显示出 设计工程学的作用和重要性。
10
设计是一种创造价值的过程
从组织学的角度看，设计是创造价值过程中的主要部分， 是对毛坯进行精制的过程，是对产品品质进行精心提高过 程的主要部分。
一个信息渠道畅通、经验交流活跃及相互合作融洽的良好 环境对设计来讲是十分必要的，并且必须通过组织文化和 个人的工作作风相互配合来给予激励和促进。
11
设计的主要类型
创新设计：根据一个系统(装置、设备、机器或部 件)原有的、或是有变化的、或是新的任务书的要 求，制定一个新的解的原理。
适应性设计：使一个已有的系统(解的原理保持不 变)，适应于一个有改变的任务书，以克服原有系 统的明显的局限性，这时常常必须对个别部件或 零件作新设计。
机械设计方法
Design Method of Machinery
——学术硕士研究生学位课程
课程代号：09SAS7003（4学分、40学时）
上海大学机电工程与自动化学院
2013.09
1
课程主要内容：
(1) 概论 (2) 基础知识和基本概念 (3) 设计的战略进程 (4) 创新设计的途径和方法 (5) 制订产品计划和阐明任务 (6) 方案设计 (7) 设计的评价与决策 (8) 技术设计 (9) 工程设计专题选讲（包括：优化设计，摩擦学设计等） (10) 专题设计作业
2
基本要求
通过课程的学习，掌握现代机械设计理 论的思想和基本方法，能够运用相关机械设 计方法学的基本原理及思维方法，进行技术 产品的功能原理分析与系统设计，提出并完 成一种机电装置或产品的原理方案及结构设 计。
3
主要参考文献
1.张直明等译，《工程设计学》，机械工业出版社，1992 2.71.251/P141 G.Pahl and W. Beitz, Engineering Design，Springer-Verlag, 1996, 1984 3.N091/W81k 吴国盛，科学的历程，北大出版社，2002.10 4.TB47/S64 N.P.Suh著，谢友柏等译，公理设计---发展与应用，机械工业出版社， 2004 5.TB472/T16 檀润华编著，创新设计---TRIZ：发明问题解决理论，机械工业出版 社，2002 6.G305/Q18/：5 夏镇平译，创造性，上海译文出版社，2001.11 7.侯珍秀，《机械系统设计》，哈尔滨工业大学出版社，2001 8.刘光复等，《绿色设计与绿色制造》，机械工业出版社，1999 9.TB122/Z94 邹慧君 等编著，机械系统概念设计，机械工业出版社，2002 10.TH122/H512 胡家秀 等编著，机械创新设计概论，机械工业出版社，2005 11.TH122-43/Z31 张鄂 主著，现代设计理论与方法，科学出版社，2007 12.TH122-43 张鄂、买买提明 主著，现代设计理论与方法，科学出版社，2007 13.J120.92/G95 郭廉夫 等编著，中国设计理论辑要，江苏美术出版社，2008等
设计工作只有在和从事其它活动的人们的合作中才可以实 现。因此，设计人员必须同销售人员、采购人员、财会人 员、生产准备人员、计划员、制造工程师、材料专家、科 研人员、试验工程师、装配工作人员、领导人员和标准工 作工程师等各类相关人员建立各种横向联系，以便获得各 种必要的信息资料，并使所作的设计有可能具有合理的结 构和实现的可能。
在工程活动中，设计人员是处在主要的、负责任的 位置上参与此活动，他的想法、知识和能力，以决 定性的方式决定了产品本身及其在制造和使用中的 经济性。(知识经济中这点更加突出)
7
设计的地位
政治
右图给出了在 文化生活和技 术活动影响下 设计工作的社 会位置，它表 自然 工程 明作为设计工 科学 科学 作结果的技术 设计方案，正 处在现实的文 化生活和技术 水准二者相互 交叉影响的中 心位置。
5
什么是设计？
设计是一个广义的动作范畴，是人类特有的能 力，就是使想法变为现实的行为，它力图以目 前尽可能好的方式来满足所提出的要求。
工程设计是一种工程活动，它以获得物质的实 现为前提，需要应用自然科学方面的知识和法 则，并触及人类生活的全部领域，随着人类文 明的发展而不停顿地向前发展。
机械设计则是指机械工程中的活动之一，是为 了获得某种功能将想法变为具体的机构、机器 或其它与机械相关的实物或现实的过程。
6
设计的任务
工程师是设计的主体，其主要任务就是运用自然科 学知识去寻求具体技术问题的解，并且要在当时的 文化背景、生活环境以及材料、工艺和经济等社会 条件的约束下，以最佳方式去实现它。
经济
社会学 心理学
技术设 计方案
艺术
工艺学
造型 建筑
制造 技术
消费8设计是一种创来自性的智力活动 从工作心理学来讲，设计是一种创造性的智力活 动，数学、物理、化学、力学、热力学、流体力 学、电子学、制造工艺学、材料学和设计学等领 域的基础知识是进行设计工作的可靠基础，而设 计所涉及的各个专业领域里的知识和经验则是非 常必要的，在设计活动中起着重要作用。
在设计工作中，设计师应具有在决策方面的决心 和决断能力、经济方面的洞察力、设计方面的工 作毅力和优化处理的能力以及乐于交往和乐于小 组工作的作风等重要品质。处在负责岗位上的人 更不可缺少上述重要品质。
9
设计是一种求优过程
从方法学的角度看，设计是在按给定的目 标和在部分相互矛盾的条件下进行求优的 过程（至少对设计者自身来讲确实如此）。