机械设计基础全套ppt课件
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机械设计基础
1
研究对象和内容 课程特点和学习要求
一、 研究对象和内容
机器: 1.实物组合
2.各实物间有确定的运动
3.做有用功或转换能量
－利用机器来减轻劳动和提高生产率
机器种类: 金属切削机床
机构:
内燃机 汽车 拖拉 机 起重机 …
－具备1、2特征
零件 －制造单元
2
机械
机构和机器的总称
机器由机构(连杆机构、凸轮机构、齿轮机构)组成
附件 机架
5
三、课程的地位 基础： 制图、力学、金属工艺学...
机械设计基础是技术基础课
专业课 四、学习方法（机械原理）
•培养运动想象力 •培养各学科知识综合应用能力 •步步为营
1.基本概念: 机器、机构、构件、零件 2.机器、机构的基本特征
6
第二章 平面连杆机构
主要内容:1.平面四杆机构的基本型式及演变 2.平面四杆机构主要特性 3.平面四杆机构的设计
└摇杆→(一般)从动件→变速往复摆动
(天线→摇杆)→调整天线 俯仰角的大小
放映机
图2-3雷达调整机构
12
2 . 双曲柄机构： 连架杆均为曲柄→ ┌主动曲柄: 匀速转动
└从动曲柄: 变速转动
例: 惯性筛中的铰链四杆机构→从动曲柄3变速转动 →使筛子6产生加速度 →使不同材料因惯性不同而筛分
13
3.双摇杆机构－连架杆均为摇杆 例: 门式起重机的变速机构: CD(杆3)为原动件, 悬挂重 物的E 点在连杆上→保持E点运动轨迹在近似水平线上。 （平移货物→平稳、减小能量消耗）
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
7
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
8
§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)
机构由构件（运动单元）组成，
运动单元： 1.箱体 2.活塞 3.连杆
4.曲轴 5、6.齿轮 7.凸轮 8.推杆
(齿轮机构由三个构件组成－1、5、6)
构件由零件（制造单元）组成。
(齿轮5由许多零件组成)
构件5← 齿轮
→传动件
(齿轮5) 轴、轴承、套筒等 →轴系零件
键
→联接件
最基本 →的通用
零件
3
机器具有确定的相对运动、完成机械功或转换机械能的组合体 机构具有确定的相对运动组合体，是机器所共有的组成部分 构件运动的单元 零件制造的单元
→（方便）传动角 γ = 90°－ α (α的余角) 2.传动角γ－ 连杆与从动杆所夹锐角
F
γ ↑ →有效力F·sin γ ↑ → γ ≥ 40°
B
B
C
C
VC
A
α VC
F
A
D 19
压力角（）：从动件受力作用点的速度方位线与力 的作用线所 夹的锐角。
传动角： =90°－ 压力角越小(即传动角越大)，有用的分力越大。
17
二. 死点位置 p.22第6
从动件与连杆共线→卡死 当摇杆为主动件, 而曲柄AB与
连杆BC共线时(摇杆CD处于极位) →CD(主)通过连杆加于曲柄的驱 动力F正好通过曲柄的转动中心A →不能产生使曲柄转动的力矩。
图2-5
曲柄摇杆机构摇杆主动→死点
死点 → 机构运动卡死 机构运动不确定
措施 → 飞轮
所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。 死点： = 90°
20
§2-2 铰链四杆机构有整转副的条件 P.25
－取决于机构各杆的相对长度和机架的选择
连一杆.分共析线: 的(曲极柄位lA1,二连B’.杆及曲lA柄2,B摇存”时杆在→l3条,机能件架顺：l4利)当通A过B能→摆整至转与副。
K
v2 v1
C1C2 / t2 C1C2 / t1
t1 t2
1 2
180 180
(2-1)
θ－极位夹角(摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角)
θ↑→K ↑ →急回运动性质↑
图2-4 ψ
φ1
φ2 曲柄摇杆机构
180 K 1 (2-2)
K 1
曲柄摇杆机构曲柄主动 →急回
二、学习内容
1.常用机构(组成原理、运动学和动力学)－机械原理 连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构…
2.通用零件（设计与计算）－机械设计 联接：螺纹联接、键联接、销联接… 传动: 带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动 轴与轴系零部件: 轴、轴承、联轴器 其它: 弹簧…
4
传动零件 轴系零件 联接零件
14
二.(铰链四杆机构)演变类型
2C
B
3
1
A
4
D
→铰链四杆机构
（全由转动副相联）
B
1
2
C
A
4
3
曲柄滑块机构
导杆机构 偏心轮机构
15
（二）曲柄摇杆机构的主要特性 P.21
一.急回运动: → 工作行程时间＞空回行程时间
曲柄(主)匀速转动(顺)
图2-4
摇杆(从)变速往复摆动
ψ 例：牛头刨床、
往复式输送机
基本类型 →铰链四杆机构（全由转动副相联） (－)铰链四杆机构 (二)曲柄摇杆机构的主要特性
9
(－)铰链四杆机构 p.20
－全由转动副相联的平面四杆机构
基 机架－参考系（固定件）
本 构
连架杆－与机架相联
件 连杆－不与机架相联 连架杆 B
1
机架、连杆、连架杆
A
曲柄 摇杆(摆杆) (整转) (摆转)
连杆
二.φ死1 点位置 三φ.2压力曲角柄和摇传杆机动构角
极位: 曲柄与连杆共线(B1、 B2)→摇杆极位C1、C2
→ 缩短非生产时间, 提高生产率
工作行程: B1→B2 (φ1) → 摇杆C1→C2 (ψ)
空回行程: B2→B1 (φ 2) →
C2→C1 (ψ)
∵ φ 1＞ φ 2 , 而ψ不变
16
其运动特性→行程速度变化系数(行程速比系数)K
图2-4曲柄摇杆机构
自身惯性
存在死点条件：有极限位置（从动件与连杆共线1）8
三、压力角和传动角 p.22倒6, 图2-7
1.压力角α－ 作用在从动件上的驱动力F与该力作用
点绝对速度VC之间所夹的锐角。
分析：BC是二力杆,驱动
力F 沿BC方向
VC沿导轨(⊥CD) α↓→有效力F·cosα↑
→压力角α 作业：2-3, 2-4 p.35
2
C 连架杆
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
10
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
源自文库11
1.曲柄摇杆机构： 连架杆 ┌曲柄→(一般)原动件→匀速转动
1
研究对象和内容 课程特点和学习要求
一、 研究对象和内容
机器: 1.实物组合
2.各实物间有确定的运动
3.做有用功或转换能量
－利用机器来减轻劳动和提高生产率
机器种类: 金属切削机床
机构:
内燃机 汽车 拖拉 机 起重机 …
－具备1、2特征
零件 －制造单元
2
机械
机构和机器的总称
机器由机构(连杆机构、凸轮机构、齿轮机构)组成
附件 机架
5
三、课程的地位 基础： 制图、力学、金属工艺学...
机械设计基础是技术基础课
专业课 四、学习方法（机械原理）
•培养运动想象力 •培养各学科知识综合应用能力 •步步为营
1.基本概念: 机器、机构、构件、零件 2.机器、机构的基本特征
6
第二章 平面连杆机构
主要内容:1.平面四杆机构的基本型式及演变 2.平面四杆机构主要特性 3.平面四杆机构的设计
└摇杆→(一般)从动件→变速往复摆动
(天线→摇杆)→调整天线 俯仰角的大小
放映机
图2-3雷达调整机构
12
2 . 双曲柄机构： 连架杆均为曲柄→ ┌主动曲柄: 匀速转动
└从动曲柄: 变速转动
例: 惯性筛中的铰链四杆机构→从动曲柄3变速转动 →使筛子6产生加速度 →使不同材料因惯性不同而筛分
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3.双摇杆机构－连架杆均为摇杆 例: 门式起重机的变速机构: CD(杆3)为原动件, 悬挂重 物的E 点在连杆上→保持E点运动轨迹在近似水平线上。 （平移货物→平稳、减小能量消耗）
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
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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
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§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)
机构由构件（运动单元）组成，
运动单元： 1.箱体 2.活塞 3.连杆
4.曲轴 5、6.齿轮 7.凸轮 8.推杆
(齿轮机构由三个构件组成－1、5、6)
构件由零件（制造单元）组成。
(齿轮5由许多零件组成)
构件5← 齿轮
→传动件
(齿轮5) 轴、轴承、套筒等 →轴系零件
键
→联接件
最基本 →的通用
零件
3
机器具有确定的相对运动、完成机械功或转换机械能的组合体 机构具有确定的相对运动组合体，是机器所共有的组成部分 构件运动的单元 零件制造的单元
→（方便）传动角 γ = 90°－ α (α的余角) 2.传动角γ－ 连杆与从动杆所夹锐角
F
γ ↑ →有效力F·sin γ ↑ → γ ≥ 40°
B
B
C
C
VC
A
α VC
F
A
D 19
压力角（）：从动件受力作用点的速度方位线与力 的作用线所 夹的锐角。
传动角： =90°－ 压力角越小(即传动角越大)，有用的分力越大。
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二. 死点位置 p.22第6
从动件与连杆共线→卡死 当摇杆为主动件, 而曲柄AB与
连杆BC共线时(摇杆CD处于极位) →CD(主)通过连杆加于曲柄的驱 动力F正好通过曲柄的转动中心A →不能产生使曲柄转动的力矩。
图2-5
曲柄摇杆机构摇杆主动→死点
死点 → 机构运动卡死 机构运动不确定
措施 → 飞轮
所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。 死点： = 90°
20
§2-2 铰链四杆机构有整转副的条件 P.25
－取决于机构各杆的相对长度和机架的选择
连一杆.分共析线: 的(曲极柄位lA1,二连B’.杆及曲lA柄2,B摇存”时杆在→l3条,机能件架顺：l4利)当通A过B能→摆整至转与副。
K
v2 v1
C1C2 / t2 C1C2 / t1
t1 t2
1 2
180 180
(2-1)
θ－极位夹角(摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角)
θ↑→K ↑ →急回运动性质↑
图2-4 ψ
φ1
φ2 曲柄摇杆机构
180 K 1 (2-2)
K 1
曲柄摇杆机构曲柄主动 →急回
二、学习内容
1.常用机构(组成原理、运动学和动力学)－机械原理 连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构…
2.通用零件（设计与计算）－机械设计 联接：螺纹联接、键联接、销联接… 传动: 带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动 轴与轴系零部件: 轴、轴承、联轴器 其它: 弹簧…
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传动零件 轴系零件 联接零件
14
二.(铰链四杆机构)演变类型
2C
B
3
1
A
4
D
→铰链四杆机构
（全由转动副相联）
B
1
2
C
A
4
3
曲柄滑块机构
导杆机构 偏心轮机构
15
（二）曲柄摇杆机构的主要特性 P.21
一.急回运动: → 工作行程时间＞空回行程时间
曲柄(主)匀速转动(顺)
图2-4
摇杆(从)变速往复摆动
ψ 例：牛头刨床、
往复式输送机
基本类型 →铰链四杆机构（全由转动副相联） (－)铰链四杆机构 (二)曲柄摇杆机构的主要特性
9
(－)铰链四杆机构 p.20
－全由转动副相联的平面四杆机构
基 机架－参考系（固定件）
本 构
连架杆－与机架相联
件 连杆－不与机架相联 连架杆 B
1
机架、连杆、连架杆
A
曲柄 摇杆(摆杆) (整转) (摆转)
连杆
二.φ死1 点位置 三φ.2压力曲角柄和摇传杆机动构角
极位: 曲柄与连杆共线(B1、 B2)→摇杆极位C1、C2
→ 缩短非生产时间, 提高生产率
工作行程: B1→B2 (φ1) → 摇杆C1→C2 (ψ)
空回行程: B2→B1 (φ 2) →
C2→C1 (ψ)
∵ φ 1＞ φ 2 , 而ψ不变
16
其运动特性→行程速度变化系数(行程速比系数)K
图2-4曲柄摇杆机构
自身惯性
存在死点条件：有极限位置（从动件与连杆共线1）8
三、压力角和传动角 p.22倒6, 图2-7
1.压力角α－ 作用在从动件上的驱动力F与该力作用
点绝对速度VC之间所夹的锐角。
分析：BC是二力杆,驱动
力F 沿BC方向
VC沿导轨(⊥CD) α↓→有效力F·cosα↑
→压力角α 作业：2-3, 2-4 p.35
2
C 连架杆
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
10
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
源自文库11
1.曲柄摇杆机构： 连架杆 ┌曲柄→(一般)原动件→匀速转动