机械设计基础 第一章 受力图
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:
(国家开放大学)机械设计基础形成性考核习题与答案
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,＝30.求两吊杆的受力的大小。
解：受力分析如下图列力平衡方程：Fx0又因为AB=BCF A sinF C sinF A FCFy02F A sinFFF A F B40KN2sin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＝0（2）n＝5，P L＝7，P H＝0F3n2P L PF3n2P L P HH37210352711C处为复合铰链（3）n＝7，P L＝10，P H＝0（4）n＝7，P L＝9，P H＝1F3n2P L PF3n2P L P HH372103729112E、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受力图
不同类型的受力图
自由体示意图
用于显示单个物体上的所有外部 力，以及该物体对其他物体施加 的力。
Hale Waihona Puke 剪力图描述梁上各点的纵向内力，帮助 我们分析梁的强度和变形。
弯矩图
显示梁上各点的弯矩分布，用于 研究梁的强度和挠曲性能。
平衡力和合力的概念
1 平衡力
当合力为零时，物体处于平衡状态，受力图中的力构成平衡力。
2 合力
将多个力合并为一个力，有助于简化分析和计算。
3 力的合成
利用力三角法或平行四边形法计算合力的大小和方向。
力的大小和方向的分析方法
三角法
根据受力图中的角度和斜边 长度，计算力的大小和方向。
矩法
通过平衡力矩的原理，计算 力的大小和方向。
向量法
使用向量代数计算力的大小 和方向，包括向量相加和减 法。
练习题
通过练习题，我们可以提高对 受力图的分析和理解能力。
案例研究
通过实际案例，我们可以深入 了解受力图在工程中的重要性。
总结和要点
受力图的作用
受力图帮助我们可视化力的分布和计算力的大小和方向。
不同类型的受力图
我们学习了自由体示意图、剪力图和弯矩图的应用。
力的平衡和合力
静态平衡要求合力和合力矩为零。
静态平衡和识别力的关系
1
静态平衡
一个物体处于静态平衡意味着合力和合
力的识别
2
力矩均为零。
通过受力图，我们可以识别哪些力对物
体的静态平衡起着关键作用。
3
力的平衡
要保持静态平衡，物体上的各个力必须 相互平衡，合力为零。
实例分析和练习
实际应用
利用受力图，我们可以解决实 际工程中的受力问题，如支撑 结构和机械零件。
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）。
机械设计基础物体的受力分析与平衡(1)
明确施力体，找出所有外力的作用点
2 受力分析
选择研究对象→取分离体→画受力图（分析受力）
F23
F13
第十四页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
根据约束性质
3 判别约束力 根据平衡条件 确定某些力的作用线
根据作用力与反作用力定律。
F23
2
3
受力体：构件3
只受两个力的物体
课程组成 第一篇力学部分—工程力学
1-4章 第二篇机构部分—机械原理
5-10章 第三篇传动及零件部分—机械零件
11-19章
第一页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
课程组成
第一篇力学部分—工程力学 1-4章
第二篇机构部分—机械原理 5-10章
第三篇传动及零件部分—机械零件 11-19章
第二页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
平面力系向一点简化
y F1
F4
o
F2 F3
A
x
F5
汇交力系(合力)
平面力系
力偶系(合力偶)
平面任 (合力) 意力系 (合力偶)
第三十四页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
简化
1.4 .1、力的平移定理
作用在刚体上的力向刚体上任一点平移后需附加一力偶， 此力偶的矩等于原力对该点的矩
等效
第三十五页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
利用空间力系的平衡来求解支反力
k jR
第四十六页，编辑于星期五：十一点 三十五分。
斜齿轮的受力（三个分力）为空间力
R
合成 1 几何法——力多边形法 方法 2 解析法——坐标投影法
R=∑F
Rx= ∑Fx
机械设计基础第一章受力图
动力学分析
动力学分析
动力学分析主要研究物体在运动状态下受到的力，以及这些力如何影响物体的 运动状态。通过动力学分析，可以确定物体在运动状态下的受力情况，以及物 体在受到外力作用时的运动变化。
动力学分析的应用
动力学分析在车辆、航空航天、机器人等领域有着广泛的应用。例如，在车辆 设计中，通过动力学分析可以优化车辆的运动性能，提高车辆的操控性和稳定 性。下 的变形和应力分布，其基本原理 包括胡克定律、弹性模量等。
弹性力学应用
弹性力学在机械设计、建筑、航 空航天等领域有广泛应用，如弹 簧设计、减震器设计等。
流体动力学分析
流体动力学基本原理
流体动力学研究流体在运动状态下的 行为，包括流体压力、流速、粘性等 特性。
受力分析的方法
总结词
受力分析的方法包括隔离法、整体法、假设法等。
详细描述
受力分析是机械设计中的重要环节，通过分析物体所 受的力，可以确定物体的运动状态和变形情况。受力 分析的方法有多种，其中隔离法是将物体隔离成单独 的个体，分析每个个体所受的力；整体法是将多个物 体视为一个整体，分析整体所受的力；假设法则是根 据物理规律和实际情况，假设某些力存在或不存在， 然后通过计算验证假设的正确性。
机械设计基础第一章受力图
目录
• 引言 • 受力图的基本概念 • 受力分析的应用 • 常见受力问题解析 • 受力图在机械设计中的应用 • 案例分析
01 引言
主题简介
01
受力图是机械设计中的基础环节 ，用于表示机械系统中力的作用 和传递方式。
02
受力图是进行力学分析和计算的 基础，对于机械设计的成功与否 至关重要。
受力图的绘制
总结词
受力图的绘制需要遵循一定的步骤和规范， 包括选择合适的坐标系、确定研究物体、分 析受力情况、绘制力的矢量箭头等。
机械设计基础-第一章受力分析
力的合成与分解
力的合成和分解是将一个力分解为多个互相垂直的力的过程，或者将多个力 合成为一个力的过程。这个概念在受力分析中非常重要，让我们能够更好地 理解力的作用。
刚体的平衡
当一个物体内部的所有粒子受到的合力和合力矩都为零时，物体处于平衡状 态。我们将学习如何应用平衡条件，分析刚体受力的平衡情况。
力矩的概念与计算
力矩是衡量力在刚体上产生转动效应的物理量。了解力矩的概念和计算方法， 可帮助我们更好地理解刚体受力状况，并应用于实际的设计问题中。
应用实例与练习题解析
通过一些实际的应用实例和练习题，我们将学习如何应用受力分析的知识来 解决实际问题。这将帮助我们将理论知识与实践相结合，增强我们的设计能 力。
机械设计基础-第一章受 力分析
受力分析是机械设计中的关键步骤，帮助我们理解物体受到的力和力的作用 方式。本章将介绍受力分析的基本概念和方法。
静力学与动力学
静力学关注物体处于静止状态时的受力分析，动力学则研究物体在运动中受到的力的影响。了解这两个 概念有助于我们全面理解受力分析的原理和应用。
Байду номын сангаас
平衡条件与受力分析方法
机械设计基础：轴力和轴力图
轴力和轴力图
50kN
1
2
150kN
100kN 求作该阶梯轴的轴力图
1
2
同理，2-2截面我们取右段分析
FN2
100kN
-FN2-100kN=0
FN2=-100kN（压力）
轴力和轴力图
50kN
1
2
150kN
1
2
50kN
+
_
100kN 求作该阶梯轴的轴力图
100kN
轴力和轴力图
4kN
6kN
10kN 求作该阶梯轴的轴力图
轴力和轴力图
拉杆 压杆
拉杆
压杆
F
F 拉力
F
F 压力
受力特点 直杆受到一对大小相等，作用线与其轴线重合的外力F 作用
变形特点 杆件发生纵向拉伸或压缩
拉杆 压杆
压杆
F
F 压力
受力特点 直杆受到一对大小相等，作用线与其轴线重合的外力F 作用
变形特点 杆件发生纵向拉伸
轴力和轴力图
轴力
拉压杆的内力称为轴力，用FN表示。规定拉为正，压为负。
轴力和轴力图
50kN
1
2
150kN
100kN 求作该阶梯轴的轴力图
1
2
解：先用截面法求各段轴力
截 用两个截面1-1和2-2将轴截成三段
弃 先分析截面1-1，取1-1截面左段分析，弃掉右段
50kN
FN1
代 丢掉的右段对左段的作用力用FN1代替
平 列平衡方程 FN1-50kN=0 FN1=50kN(拉力)
A
B
C
DE
两个外力之间，所有截面的轴力都一样 CD和DE之间的所有截面上的轴力都一样
机械设计基础 物体的受力分析与平衡讲解
T2
T1
A
W
1 3
2
T1 A
T2 W
1.3 力对点之矩、力偶
1.3.1 力对点之矩
1、力矩 力矩（力×力臂）：力使物体绕O点转动的效应 m0 (F) F d
力矩（力×力臂）
m0 (F) F d
⑴力矩的大小力F和O点的位置有关 d=0→M=0 F=0→M=0 ⑵力沿作用线移动力矩不变
汇交力系可以合成一个力， 力偶系可以合成一个合力偶
平面力系向一点简化
y F1
F4
o
F2 F3
A
x
F5
汇交力系(合力)
平面力系
力偶系(合力偶)
平面任 (合力) 意力系 (合力偶)
简化
1.4 .1、力的平移定理
作用在刚体上的力向刚体上任一点平移后需附加一力偶， 此力偶的矩等于原力对该点的矩
等效
力的平移（螺栓组联接受力分析） F M
竖直平面V：作用力Fr、 Fa
k
支反力 RA′ 、 RB′ 水平面H： 作用力Ft
j A
Fr
支反力 RA″ 、 RB″
若齿轮对称布置（中点），半径为r， 求支反力RA 、 RB 解：先分别求得分力，再合成
⑴∑Fy=0 RA′ + RB′ =Fr
∑MA=0 2aRB′ =aFr+rFa
∑Fx =0 RB =Fa
G+Pδ
M=6H
Pcosα
T2
Psinα
T= 100T2
各杆为二力杆
T2 sin45°=Q T2 =Rcos30° Q：R=sin45°cos30°1
=0.61 4
1.4 . 2 平面力系向一点简化 平移 + 合成
机械设计基础第一章摩擦
实验证明：
F
G
O B Ff
FR
FN
Mmax FN 其中 称为滚阻系数, 量纲为长度单位, 其
物理意义是将摩擦力简化为纯主矢时, 简化中心B 到 A点的距离, 与接触物体的性质有关
滚动阻力偶 M f是由于轮轨接触变形而形成
说明: α是静摩擦力取值 范围的几何表示。
0 ≤ Fs≤Fmax
与 0 α 等价
2、自锁现象：
考察平面－物块的运动趋 势：
FQ
当时：
主动力作用线位于 摩擦角范围内时，不 管主动力多大，物体 都保持平衡，这种现 象称为自锁。
当时：
主动力作用线位于摩擦 角范围以外时，物体将 发生运动。
当=时：
主动力作用线与 法线之间的夹角等于 摩擦角时物体处于临 界状态。
当时：
当时：
物块静止（自锁） 物块滑动
当=时：
平衡与运动 的临界状态
四、考虑摩擦时物体的平衡问题
考虑摩擦时，求解物体平衡问题的步骤与前面所讲大致相 同，但是应该注意：
1、分析物体受力时，必须考虑接触面间切向的摩擦力Fs， 通常增加了未知数量的个数；
n
Fiy 0
i1
Qmax sin FN P cos 0
由 F2max fs FN
Qmax
sin cos
fs cos fs sin
P
故力Q应满足的条件为：
sin fS cos P Q sin fS cos P
cos fS sin
cos fS sin
B
例2 梯子AB长为2a，重为P，其一端置于水
Fmax fs FN
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。
安工大机械设计基础-齿轮受力分析
❖ 各力关系： ❖ Ft1= - Ft2 Fr1= - Fr2 Fa1= - Fa2
机械设计基础 ——齿轮传动
螺旋线旋向判别：
❖ 将齿轮轴线垂直，螺旋线右边高——右旋
❖
螺旋线左边高——左旋
右旋 左旋
机械设计基础 ——齿轮传动
方向判定
❖ 径向力Fr：指向各自圆心 ❖ 圆周力Ft：利用转向判断 ❖ 主动轮——与转向相反
T2
i
T1
9550
P1
n2
103
N mm
Fr1 Fr2
Ft2 Fa2
机械设计基础 ——蜗杆传动
蜗杆作用力的方向判定
❖ 径向力的判断方法： 指向各自圆心
Ft1
❖ 圆周力
❖ 轴向力的判断方法：
蜗杆左、右手方法
❖ 主动轮为右旋，握紧右手，四指弯曲 方向表示主动轮的回转方向，拇指的 指向即为作用在主动轮上轴向力的方 向；若主动轮为左旋，用左手
❖ 例1：
❖ 从动轮——与转向相同
❖ 轴向力Fa：取决于齿轮的转向和轮
齿的旋向
Fr1
❖ 用“主动轮左、右手方法”来判断 Ft2 ：
Ft1 Fa2
Fa1
❖ 主动轮为右旋，握紧右手，四指弯
Fr2
曲方向表示主动轮的回转方向，拇
指的指向即为作用在主动轮上轴向
力Fa的方向；若主动轮为左旋，用 左手
❖ ★ 不能用在从动轮上
❖ 蜗轮的转向：与Fa1反向
Fr1 Fr2
Ft2 Fa2
1.试说明下图中蜗轮的螺旋方向，标出蜗轮的
转向，并画出啮合点处的受力图（ Ft、Fr、Fa）
蜗轮为左旋，逆时针转动(或在图中标出)。 画出六个力的方向
Fa1
机械设计基础-朱龙英-01平面机构运动简图
2020/5/22
限制一个自由度：（一个移动） 保留两个自由度（一个移动，一个转动）
8
§1-2 平面机构运动简图
和运动无关的： 构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、 运动副的具体构造
和运动有关的： 运动副的类型、数目、相对位置、构件数目
1、机构运动简图：简明表示机构中各构件之间相对运动关系 的图形。
机构要能运动，它的自由度必须大于零。机构的自由度表明机 构具有的独立运动数。由于每一个原动件只可从外界接受一个独立 运动规律（如内燃机的活塞具有一个独立的移动）因此：
当机构的自由度为1时，只需有一个原动件； 当机构的自由度为2时，则需有2个原动件。
B C
A
F =3n－2pl－ph = 3 2－2 3－0=0
1.转动副 （或铰链）
两构件只能在一个平面内作相对转动
限制两个自由度：（两个移动） 保留一个自由度（转动）
2020/5/22
6
2.移动副 两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。
2020/5/22
限制两个自由度：（一个移动，一个转动） 保留一个自由度（移动 ）
7
（二）高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。
F=3n- 2PL-Ph =3*3-2*4-0 =1
讨论： 两构件构成多个导路平行的移动副
2020/5/22
31
B、 两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时
在这两个例子中，加与不加红色构件MN效果完全一样，为虚 约束
解决方法：计算时应将构件MN及其引入的约束去掉
M
N
F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 －4 0 ＝1
在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，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
国家开放大学《机械设计基础》形考任务1-4参考答案
国家开放大学《机械设计基础》形考任务1-4参考答案形考作业1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(G）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。
参考答案：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。
参考答案：列力平衡方程：ΣFx=0又因为AB=BCF A ﹒sinα=FC﹒sinαF A =FCΣFY=02FA﹒sinα=F∴FA =FB=F/ 2sinα=40KN第2章 常用机构概述1．机构具有确定运动的条件是什么?参考答案：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？ 参考答案：使两个构件直接接触并产生一定相对运动的联结，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。
参考答案：（1）n=7,P L =10,P H =0 F=3n-2P L -P H=3×7-2×10-0=1C 处为复合铰链 （2）n=5,P L =7,P H =0 F=3n-2P L -P H =3×5-2×7-0 =1（3）n=7,P L =10,P H =0 F=3n-2P L -P H=3×7-2×10-0 =1（4）n=7,P L =9,P H =1 F=3n-2P L -P H =3×7-2×9-1 =2E、Eˊ有一处为虚约束，F 为局部自由度第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___为机架，将得到双曲柄机构。
机械设计基础学习要点
“机械设计基础”学习要点机械设计概论：机器、机构、机械的概念；构件、零件的概念第一章机械系统的运动简图设计基本概念：运动副、平面低副、平面高副、转动副、移动副、机构的组成、机构运动简图（运动副符号、构件符号）、机构简图(机构示意图)、机构具有确定运动的条件、机构自由度、复合铰链、局部自由度、虚约束等。
平面机构自由度的计算，F=3n-(2P l+P h)。
第二章平面连杆机构设计基本概念：机架、连架杆、曲柄、摇杆、连杆、平面四机构类型（组成、运动转换过程）、四杆机构曲柄存在条件、曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、导杆机构的急回特性、极位夹角θ、行程速比系数K、压力角α、传动角γ、死点位置。
作图法分析平面连杆机构特性：极位夹角、行程速比系数、压力角α、传动角γ、最小和最大传动角位置、机构死点位置等。
按行程速比系数对四杆机构进行图解法设计。
注意：作图应取比例尺，应正确作出各特征点位置，设计时应求出各杆长度，并作出机构运动简图。
第三章凸轮机构基本概念：凸轮机构的分类和特点；从动件常用运动规律及其特点，直动、摆动从动件；尖顶、滚子、平底从动件；从动件的偏置与偏距；基圆、基圆半径；推程、远休止、回程、近休止；从动件行程；从动件运动规律；刚性冲击、柔性冲击；理论廓线、实际廓线；压力角、许用压力角；滚子半径；最小曲率半径；第四章常用步进传动机构常用步进传动机构的类型、组成及运动转换过程第五章齿轮传动设计齿轮机构的传动特点；标准直齿圆柱齿轮的基本参数、几何尺寸计算；渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动：正确啮合条件、中心距及啮合角；轮齿的切削加工方法；根切现象和不产生根切最少齿数；齿轮传动的主要失效形式（轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合、齿面塑性变形）及计算准则；齿轮常用材料（热处理、齿面硬度及配对、加工工序）、齿轮传动的强度计算（齿面接触疲劳强度计算、齿根弯曲疲劳强度计算）、设计参数的确定和选择（弹性系数、齿形系数、应力修正系数、模数、小齿轮齿数、齿宽系数、齿宽）；齿轮的结构。
《工业设计机械基础(第3版)》习题解答
解 1）当拉力F对铰链C之矩与重物G对铰链C之矩相等，可提升重物。 此时 MC（F）＝Mc（G），即 F×3m× sin60° ＝5kN×1m×sin60°,
移项得 F＝5kN／3＝1.67kN。
解 ⑴图1-43a
图1-45 题1-13图
⑵图1-45b
⑶图1-45c ∵BC为二力杆，可得NC的方向，再用三力 平衡汇交定理。
1-14 画出图1-46所示物系中各球体和杆的受力图。 解 ⑴各球体受力图如右
图1-46 题1-14图 ⑵此为两端受拉的二力杆
1-15 重量为G 的小车用 绳子系住，绳子饶过光滑的 滑轮，并在一端有F 力拉住， 如图 1-47所示。设小车沿光 滑斜面匀速上升，试画出小 车的受力图。（提示：小车 匀速运动表示处于平衡状态）
1
(FB×3a)－Fa－M＝0 FB－F－FA＝0 FB ＝ F＋FA
2-11 梁的载荷情况如图2-64所示，已知 F＝450N，q＝10N/cm， M＝300N·m，a＝50cm ， 求梁的支座反力。
解 各图的支座反力已用红色 线条标出，然后 ①取梁为分离体，列平衡方程， ②求解并代入数据，即得结果。
图2-64 题2-11图
1）图2-64a情况
∑MA（F）＝0， ∑Fy＝0， 由（2）：
MA（R）＝MA（F1）＋MA（F2） ＝F1 ×2m＋F2 ×（2m ×sin α） ＝（10N ×2m） ＋（ 40N ×2m ×sin α） ＝20N·m＋（ 80N·m ）sin α
代入已知值 MA（R）＝60N·m 得到 sin α＝0.5， 即α＝30°。
机械设计基础-第一章受力分析
础
③二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。
二力杆
08:43
ccj_hly
机
§1.1.2力的基本性质
械 设 计
二力构件
只有两个力作用下处 于平衡的物体
基
础
不是二力构件08:43 Nhomakorabeaccj_hly
机 械
§1.1.2力的基本性质
设
计
基
公理三 (加减平衡力系原理)
础
可以在作用于刚体的任何一个力系上加上
D
FD A
FAX
FA
08:43
ccj_hly
机
§1–3 受力分析和受力图
械 设
例3 尖点问题
计
基
础
FB
FA
FD
FC
FB
08:43
ccj_hly
机 械
例4
设
计
基
础
§1–3
D C
A P
受力分析和受力图
B
FD D
F
C F’C
FC
FD D
FAY A
C
B
FAY
C
FAX
P
F
A
B
FAX
P
F
08:43
ccj_hly
础
B
A
构件在球心不能有任何位移，但构件可
绕球心任意转动。约束反力通过球心，方向 不确定的，可用三个正交分力FAx、FAy、FAz
08:43
ccj_hly
机
§1–2 约束和约束反力
械
设 计
(3)止推轴承：
基
础
除了能限制轴的径向位移以外，
还能限制轴沿轴向的移动。
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4.受力图
恰当地选取研究对象，正确地画出 构件的受力图是解决力学问题的关键。 画受力图的具体步骤如下： 1.明确研究对象，画出分离体； 2.在分离体上画出全部主动力； 3.在分离体上画出全部约束反力。
4.受力图
例 1-1 一重为 G 的球体 A ，用绳子 BC 系在光滑的 铅垂墙壁上，试画出球体A的受力图。
3.约束和约束反力
中间铰链约束
3.约束和约束反力
固定铰链约束
3.约束和约束反力
可动铰支座
3.约束和约束反力
固定端约束及其反力FN
固定端约束特点：一杆插入固定面的力学模型，如车刀 与工件分别夹持在刀架和卡盘上，都是固定不动的。 约束反力：固定端既限制了非自由体的垂直与水平移动， 又限制了非自由体的转动，故此在平面问题中，可将固 定端约束的约束反力简化为一组正交的约束反力与一个 约束力偶。
衡条件求出约束反力。
3.约束和约束反力
（2）约束的基本类型
柔性约束 光滑面约束 固定铰链约束 可动支座 固定端约束
3.约束和约束反力
柔性约束及其反力FT
柔性约束特点：柔软易变 形，只能承受拉，不能承 受压。柔性约束只能限制 非自由体沿约束伸长方向 的运动而不能限制其它方 向的运动。 约束反力：只能是拉力， 作用在与非自由体的接触 点处，作用线沿柔索背离 非自由体。
4.受力图
4.受力图
4.受力图
B B
C W M GAB GC A M FNM
C
F FW
FNM’
GC
GAB FAXFAYA第1章构件静力分析基础
1.基本概念（力、刚体） 2.静力学公理 3.约束和约束反力 4.受力图
3.约束和约束反力
（1）概念 约束：能限制某些物体运动的其它物体。 约束反力(反力)：约束对非自由体的作用。
反力的作用点是约束与非自由体的接触点 反力的方向总是与该约束所能限制的运动方向相反 反力的大小总是未知的。在静力学中可以利用相关平
3.约束和约束反力
光滑面约束及其反力FN
光滑面约束特点：无论两物体间的接触面是平面还是曲 面，只能承受压而不能承受拉，只能限制物体沿接触面 法线方向的运动而不能限制物体沿接触面切线方向的运 动。 约束反力：垂直于接触处的公切面，而指向非自由体。
3.约束和约束反力
光滑铰链约束及其反力FN
光滑铰链约束特点： 两非自由体相互联接后，接 触处的摩擦忽略不计，只能限制两非自由体的相 对移动，而不能限制两非自由体的相对转动的约 束，包括中间铰链约束、固定铰链约束和活动铰 支座三种类型。 约束反力： 通过铰链中心，大小、方向均未确定。 一般用一对通过铰链中心，大小未知的正交分力 来表示。但其中二力构件、可动支座的反力方位 是可以确定的。
C B FN D A G D
FT
B A G
4.受力图
例 1-2 如图所示三铰拱桥，由左、右两半拱铰接 而成。设半拱自重不计，在半拱 AB 上作用有载 荷F，试画出左半拱片AB的受力图。
4.受力图
4.受力图
例1-3 如图曲柄冲压机 工作简图，皮带轮重为G， 冲头C及连杆BC的重量忽 略不计，冲头C所受工作 阻力为Q。试画出带轮A、 连杆BC、冲头C和整个系 统的受力图。