机械设计 绪论

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§1－2 平面机构的组成原理
运动副的分类： 1)按相对运动分： 转动副（回转副、铰链）
轴
轴承
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§1－2 平面机构的组成原理
移动副
滚滑副
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§1－2 平面机构的组成原理
2)按接触情况分： ①高副：点、线接触，应力高。 例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。
内燃机中的 连杆
内燃机 连杆 螺栓
套筒 连杆体
垫圈 螺母
轴瓦
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连杆盖
连杆
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§1－1 机械设计概述
通用零件：在各种机器中普遍使用，例如：齿轮、轴、螺栓等。
专用零件：只有在特定的机器中才用到，具有特殊的功能。 例如：曲轴、叶片、犁铧、枪栓等。
刚性连接
零件
构件
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为投影面）； 3.选择适当的比例尺； 4.用规定的符号和线条绘制图形； 5.验算自由度。
比例尺：
长度比例尺
L
实际长度(m)
图示长度(mm)
（ L =0.001m/mm相当1：1）
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§1－2 平面机构的组成原理
举例
简单偏心圆盘
2 O A 1
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§1－2 平面机构的组成原理
一、运动副
1、自由度F 构件（机构）具有的独立运动的数目
（确定构件位置所需要的独立参变量的数目）。
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§1－2 平面机构的组成原理
一、运动副
1、自由度F 构件（机构）具有的独立运动的数目 （确定构件位置所需要的独立参变量的数目）。
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机
齿 轮 齿 条 传 动
带 传 动
圆 锥 齿 轮
传
动
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§1－2 平面机构的组成原理
链 传 动
圆柱 蜗杆 蜗轮 传动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
凸 轮 传 动
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§1－2 平面机构的组成原理
内啮
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§1－1 机械设计概述
二、内容
常用机构的分析与设计 （连杆、凸轮、齿轮…. ）
通用零部件的分析与设计 （螺栓、轴承、轴、带、链…）
机器的组成原理及设计方法
内容的性质：
对已有机械的研究 -----“分析” 根据运动和动力性能的要求，构思新的机械 -----“设计”
本课程只限于根据运动和动力要求，确定机构各部分的运动学尺 寸，而不涉及各零件的强度计算、材料选择以及具体结构形状和工艺 要求等问题，实质上是运动学尺寸的设计，因此
固定构件
同一构件
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§1－2 平面机构的组成原理
一般构件的表示方法
两副构件
三副构件
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§1－2 平面机构的组成原理
注意事项:
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。
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§1－2 平面机构的组成原理
结论：构件自由度＝3－约束数
＝自由构件的自由度数－约束数
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§1－3 平面机构自由度的计算
设一平面机构有N个构件组成，PL个低副，PH个 高副。则：
活动构件数： n N 1 未用运动副联接前： 3 n 个自由度
用运动副联接后，低副约束数 ： 2 PL 高副约束数 ： 1 PH
棘
合圆
轮
柱齿
机
轮传
构
动
机构运动简图应满足的条件： 1、构件数目与实际相同； 2、运动副的性质、数目与实际相符； 3、运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。
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§1－2 平面机构的组成原理
绘制步骤：
1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目； 2. 合理选择投影面及原动件的静态位置（以机构的运动平面
可动连接 (运动副)
组合
机构
机器
控制操作系统
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§1－1 机械设计概述
典型机器的分析： 内燃机
组成：气缸体1、活塞2、连杆5、曲轴6 --------连杆机构
作用：活塞的往复运动通过连杆转变为 曲轴的连续转动。
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2
1
8
5
7
6
9
凸轮7、进气阀3、排气阀4、顶杆8
-------凸轮机构
用来启闭进气阀和排气阀。
的构件，运动输入的构件。
从动件：其余活动构件。 机构的组成：
原动件
机构＝机架＋原动件＋从动件
机架
1个 1个或几个 若干
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§1－2 平面机构的组成原理
四、机构运动简图
机构运动简图：用最简单的线条和规定的符号按比例绘制， 表明机构 中各构件之间的相对运动关系的图形。
机构示意图：不按比例绘制的简图。 绘制简图的目的：
内燃机的工作过程：
进气 压缩 爆炸膨胀 排气
化学能
机械能
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§1－1 机械设计概述
机器和机构的区别和联系：
区别：研究的着重点不同 机构-----实现运动的转换或力的传递 机器-----完成能量的转换或作有益的机械功
从结构和运动的观点来看，两者并无区别。
联系：机器由机构组成，一部机器包含不同的机构； 不同的机器可能包含相同的机构。
→运动链 → 取机架和原动件 → 机构 → 机构组合 → 机器
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§1－2 平面机构的组成原理
三、机构
在运动链中，固定某一构件为机架，并给定一个或数个构件
确定的运动，使其余构件的运动随之确定，运动链即成为机构。
机架：相对固定不动的构件， 如机床床身、车辆底盘。
从动件
原动件（主动件）：运动已知
1
20
平
面
2
高
副
1
2
螺
空 间
旋 副
2
1 1
运
动 副
球 面
1
副
球 销
2
副 河南科技大学 18:52:32
2 1
2 1
1
2
2 1
1 2
2
1
1 2
1 2
2 1
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§1－2 平面机构的组成原理
二、运动链
构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统。 分为：闭链、开链；平面运动链、空间运动链
闭链
开链
机构、机器的形成：零件 → 刚性组合 → 构件 → 可动连接（运动副）
②低副：面接触，应力低
例如：转动副、移动副 。
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运动副 名称
常用运动副的符号
运动副符号 两运动构件构成的运动副 两构件之一为固定时的运动副
2 转
2
动
平副 1
1
面
运
动
2
副移
动
1
副
2
1
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2
2
1
1
2
1 2 1
22
22
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
1
1
1
2
2
1 2 1
1 2
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§1－2 平面机构的组成原理
y
2、约束s
B
对独立运动所加的限制。
3、运动副
A
两个构件直接接触组成的能 产生某些相对运动的联接。
A (xA,yA)
o
x
运动副元素 ——直接接触的部分（点、线、面） 例如：滚子凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
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2 A O
1 3
3
2 A
1 O 2 A
1
3
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§1－2 平面机构的组成原理
内燃机
4 9
7
2 1 6
5
10
34
2
1
8
5
7
6
9
10
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§1－2 平面机构的组成原理
颚式破碎机
2A 1 B
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3 D
C4
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§1－2 平面机构的组成原理
偏心泵
3 2 1 4
机电工程师必备的基础知识。
五、学习目的
为学习机械类有关专业课打好基础；
为机械产品的创新设计打下良好基础；
为现有机械的合理使用和革新改造打下基础。
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§1－1 机械设计概述
六、特点
它既有理论课的性质，又兼有专业课的特点，尤其与理论力学 关系密切；
理论性、逻辑性、系统性较强；
1.简明表达一部机器的的运动原理，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。
简图表示的内容：运动副的类型、数目，构件的数目，运动尺寸， 主、从动关系等。
运动副、构件、机构的表示方法（见下表）
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§1－2 平面机构的组成原理
一般构件的表示方法
杆、轴构件
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§1－1 机械设计概述
参考书目： 《机械设计基础》，杨可桢、程光蕴主编，高教出版社 《机械原理》第六版，孙桓、陈作模主编，高教出版社 《机械原理》，曹泗秋、杨巍主编，湖北科学技术出版社 《机械原理》申永胜主编，清华大学出版社 《机械原理作业集》第二版，葛文杰主编，高教出版社 《机械原理辅导与习题》申永胜主编，清华大学出版社 《机械运动方案与机构设计》姜琪主编，高教出版社 《机械设计课程设计》王昆等主编，高教出版社
活塞泵 旋转泵
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偏心泵
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§1－2 平面机构的组成原理
2
1
4 13
21 3
4
1
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§1－2 平面机构的组成原理
1
4
2-4 2 3
4
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1
4
2 3
4
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§1－3 平面机构自由度的计算
一、 平面机构自由度的计算公式 作平面运动的刚体有三个独立 y 的运动，即（x，y，α）
“综合”“设计”
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§1－1 机械设计概述
三、本课程在教学计划中的地位 -------承上启下的作用
基基础础课课
技技术术基基础础课课
专专业业课课
基础理论
机械共性问题 专门机械知识
先修课程：理论力学、机械制图、物理
四、本课程在机械工程技术中的作用
机电类各专业一门主干技术基础课，研究机械中共性问题；
机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但具有 相同的基本特征。
机器的特征－1.人造实物组合体
2.各部分有确定的运动（必须按我们的需要运动） 3.代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量的转换。
机构－ 能够用来传递运动和力改变运动形式的机械装置。
如：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。
机构的特征－ 1.人造实物组合体
计算公式： F 3n 2PL PH
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§1－3 平面机构自由度的计算
【例1】计算铰链四杆机构的自由度。
2
解：活动构件数n= 3
3
低副数pl= 4
1
高副数ph= 0
4
F 3n 2 pl ph 3 3 2 4 1
【例2】计算铰链五杆机构的自由度。
单个自由构件的自由度为3
F=3
（x, y)
x
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§1－3 平面机构自由度的计算
经运动副相联后，构件自由度会有变化：
y
y
2
1 x
s=2, F=1
12
x
x
s=2, F=1
y x
1
2
s=1, F=2
运动副
转动副 移动副 高副
自由度数F 约束数S
1（） + 2（x，y） = 3 1（x） + 2（y，）= 3 2（x，） + 1（y） = 3
2.各部分有确定的运动（必须按我们的需要运动）
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§1－1 机械设计概述
零件: 加工制造的单元。 部件：由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独
立装配的组合体。 例如：联轴器、滚动轴承等。 构件： 运动的单元，由若干零件组成。
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§1－1 机械设计概述
一、研究对象
机械－ 用来减轻或替代人类劳动的人造实
物的组合体。
机械
机构 机器
构件（由若干零件组成） 零件
机构 构件
零件
机器－根据某种使用要求而设计的一种执
行机械运动的装置，可用来变换或
传递能量、物料和信息。
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§1－1 机械设计概述
如: 发动机、升降台、蛋糕切片机、牛头刨床、翻斗车、缝纫 机、机械手、榨油机、玩具、电阻打弯机、自动机床、送料机、 自动装卸机构、工业机器人等。 机器图片
第1章 绪论
§1－1 机械设计概述 (32) § 1－2 平面机构的组成原理（34）
§1－3 平面机构自由度的计算（31）
作业：1-1、1-2、2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、
2-6、 2-7、2-8、2-9、2-10、2-11、2-12
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§1－1 机械设计概述
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齿轮9、10 -------齿轮机构
用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作
内燃机
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§1－1 机械设计概述
工作原理： 1.活塞下行，进气阀开启，混合气体进入 气缸；
2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被 压缩，在顶部点火燃烧；
3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭； 4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出气缸。
名词、概念、公式、图形较多，几何概念强；
与工程实际联系密切。
七、学习中应注意 抓住基本概念和分析、设计的基本原理，注意原理、方法在
机械工程实际中的应用范围和条件，理论联系实际，注意观察 日常生活和生产中的机器、机构；
逻辑思维和形象思维相结合；
机构的静态图形和动态图形相结合；
要有工程观点（选择与比较、工程实际的灵活性、可行性等）