机械设计基础模块1绪论.ppt

绪论主目录本课程的研究对象1本课程的内容和学习方法2机械设计的基本要求及一般过程3机械零件设计的基本要求及一般方法43本课程的研究对象本课程的研究对象是机械，机械是机器和机构的总称1.机器 在人们的生产和生活中广泛地使用着各种类型的机器，如内燃机、发电机、机床、汽车、火车等以图0-1所示的单缸内燃机为例进行分析内燃机是由机架（缸体）1、曲轴2、连杆3、活塞4、进气阀5、排气阀6、推杆7、凸轮8、齿轮9和10等组成的主体部分：活塞、连杆、曲轴和机架组成主体部分控制部分：凸轮、推杆和机架组成进、排气的控制部分图0-1 单缸内燃机本课程的研究对象 尽管机器种类繁多，形状各异，但就其功能而言，一般的机器主要由控制、动力、传动、执行、支承及辅助五个部分组成，如图0-2所示图0-2 机器的组成本课程的研究对象2.机构 零件是制造的基本单元它可分为通用零件和专用零件两大类通用零件是指在各种机械中经常使用的零件；专用零件是指仅在某些类型的机械设备中使用的零件，构件是机构的基本运动单元，它可以是单一的零件，也可以是由若干零件组成的运动单元如图0-3所示的内燃机连杆1轴套；2连杆体；3连杆头；4螺栓；5定位销；6轴瓦。

图0-3内燃机连杆本课程的研究对象2.机构 由若干构件采用一定方式连接，其中一个构件为机架（固定件），用来传递力、运动或转换运动形式的系统，称为机构机器和机构的区别和联系 机构是一个构件系统，而机器除构件系统外还包含电气、液压等其他装置机构只用于传递运动和力，实现预期的机械运动，而机器还具备传递和变换能量、物料和信息的功能机器是由若干机构组成的系统，最简单的机器只有一个机构本课程的内容和学习方法1.本课程的内容绪论部分：绪论部分包括本课程的研究对象、机械设计的基本要求及一般过程、机械零件设计的基本要求及一般过程等常用机构部分：常用机构部分包括平面连杆机构、凸轮机构和间歇机构等传动部分：传动部分包括带传动、链传动、齿轮传动和蜗杆传动等连接部分：连接部分包括螺纹连接、键连接和销连接等轴系部分：连接部分包括螺纹连接、键连接和销连接等其他部分：其他部分包括制动器和弹簧等本课程的内容和学习方法2.本课程的学习方法 （1）学习本课程时要理论联系实际，多注意观察各种机械设备，掌握各种机构的基本原理和结构2）最终研究的目标就是设计出能应用的机构和零件；并且本课程各部分内容都是按照结构特点、强度计算和维护使用的顺序介绍的，有其自身的系统性，学习时应注意这些特点。

3）本书中常常会出现经验公式、参数及简化计算等，使计算步骤和计算结果不像基础课那样具有唯一性，学习时应注重理解、掌握计算方法机械设计的基本要求及一般过程1.机械设计的基本要求 机械产品设计应满足以下几方面的基本要求：实现预定功能满足可靠性要求符合经济性要求确保安全性要求推行标准化要求体现工艺造型美观要求2.机械设计的一般过程产品规划方案设计技术设计技术文件编制定型产品设计机械零件设计的基本要求及一般方法1.机械零件设计的基本要求 设计零件时应满足的基本要求是从设计机器的要求中提出来的，一般概括为以下两点：使用要求：设计的零件应在预定的使用寿命周期内按规定的工作条件可靠地工作经济性要求：经济性要求贯穿于零件设计的全过程，关键要注意以下几点：在满足强度条件的前提下，合理选择材料合理确定精度等级赋予零件良好的工艺性，降低装配费用尽可能采用标准化的零、部件机械零件设计的基本要求及一般方法2.机械零件设计的一般过程通用机械零件设计的一般过程如下：（1）根据零件的功能及使用要求，选择零件类型并拟定计算简图2）分析零件的受力状况，考虑各种因素对载荷的影响，确定计算载荷3）根据零件的工作条件，合理选择材料及热处理方法，并确定许用应力。

4）分析零件可能的失效形式，确定设计准则，确定零件的基本尺寸5）确定零件的主要参数和几何尺寸，确定零件结构6）绘制零件工作图，拟定技术要求平面机构的结构分析项目一运动副1平面机构的运动简图2平面机构的自由度3主目录4任务一 运动副 以一定的方式与其他构件组成可动连接，这种使两构件直接接触并能产生确定相对运动的连接称为运动副根据组成运动副两构件之间的接触特性不同，运动副可分为低副和高副一、低副 两构件以面接触组成的运动副称为低副转动副是指组成运动副的两构件之间只能绕某一轴线做相对转动的运动副移动副是指组成运动副的两构件只能做相对直线移动的运动副图1-1转动副图1-2移动副任务一 运动副二、高副高副：两构件以点或线接触组成的运动副，如图1-4所示a）（b）（a）齿轮副（b）凸轮副图1-4高副任务二 平面机构的运动简图 需要按一定的长度比例尺用规定的简化画法表示构件和运动副，这样绘制的图形称为机构运动简图机构运动简图中运动副表示方法如图1-7所示a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）（i）（j）任务二 平面机构的运动简图 机构运动简图中构件的表示方法如图1-8所示图1-8（a）为具有两个转动副的构件；图1-8（b）为具有一个转动副和一个移动副的构件；图1-8（c）为具有三个转动副的构件，图1-8（d）为三个转动副的中心均在一条直线上的构件。

a）（b）（c）（d）任务二 平面机构的运动简图 组成机构的构件按运动情况可分为原动件、从动件和机架三类原动件又称主动件，是指运动规律已知的活动构件它的运动是由外界输入的，可以按照给定的运动规律做独立的运动从动件是指构件中除原动件以外，随原动件运动而运动的可动构件机架是指构件中固定不动的构件，用于支撑运动构件一个机构中有且只有一个机架任务二 平面机构的运动简图 绘制平面机构运动简图时，可按照以下步骤进行：分析机构的组成和运动情况确定运动副的类型和数量选择投影面选择瞬时位置选择适当的比例绘图任务三 平面机构的自由度一、自由度和约束把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为构件的自由度，如图1-10所示图1-10构件自由度两个构件通过运动副连接以后，相对运动受到限制，即减少了自由度运动副限制构件独立运动的作用称为约束任务三 平面机构的自由度二、平面机构自由度的计算未连接前：如果一个平面机构中包含有n个可动构件，未用运动副连接之前，这些可动构件的自由度总数应为3n用运动副连接之后：在平面机构中，每个平面低副（如转动副、移动副等）引入两个约束，使构件失去两个自由度；而每个平面高副（如齿轮副、凸轮副等）引入一个约束，使构件失去一个自由度。

因此若机构中有个低副和个高副，则所有运动副引入的约束数为2P1+PH于是机构自由度F表示为任务三 平面机构的自由度三、平面机构具有确定运动的条件如图1-11所示的平面三杆构件组合体中，其自由度为这表明各构件间无相对运动，因此它是一个刚性桁架，而不是机构图1-11平面三杆构件组合体由以上分析可知，机构具有确定运动的首要条件是机构的自由度必须大于零任务三 平面机构的自由度图1-12五杆铰链构件组合体综上所述，机构具有确定相对运动的条件如下：F 0；F等于机构中原动件的个数图1-12（a）所示为五杆铰链构件组合体，其自由度为若给定两个主动件，如构件1和构件4分别绕点A和点E转动，则构件2和构件3的运动就能完全确定任务四 计算平面机构的自由度应注意的几个问题1复合铰链两个以上的构件在一处组成的转动副，称为复合铰链如图1-13所示（a）（b）（a）结构示意图（b）机构简图图1-13复合铰链任务四 计算平面机构的自由度应注意的几个问题2局部自由度机构中不影响其输出与输入运动关系的个别构件的独立运动自由度，称为机构的局部自由度如图1-15（a）所示凸轮机构中，为减少高副接触处的磨损，在从动件2上安装一个滚子3，使其与凸轮1的轮廓线滚动接触。

1凸轮；2从动件；3滚子图1-15局部自由度任务四 计算平面机构的自由度应注意的几个问题3虚约束在机构中与其他约束重复而不限制运动的约束称为虚约束在计算机构自由度时，虚约束应当除去不计当机构中存在虚约束时，其消除办法是将含有虚约束的构件及其组成的运动副去掉平面机构的虚约束常出现于下列情况中：（1）被连接件上点的轨迹与机构上连接点的轨迹重合时，这种连接将出现虚约束2）两个构件组成多个导路互相平行或重合的移动副，只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束（3）两个构件组成多个轴线重合的转动副，只有一个转动副起约束作用，其余都是虚约束3）机构中对运动不起限制作用的对称部分知识总结（1）自由度是单个无连接的构件所固有的，机构中的构件通常都要相互连接，只要有连接就有运动的相互限制，这种限制就是约束2）运动副指的是连接的构件要直接连接，同时相互间必须有确定的相对运动3）低副是面接触的连接，连接后构件只剩下一个自由度；高副是点、线连接，只能限制接触点或接触线处公法线方向的运动，即在公法线方向上不能有相对运动，连接后构件还有两个自由度4）绘制平面机构运动简图的关键在于选取合适的观察角度，以保证各构件之间不相互重叠。

5）平面机构自由度计算的关键在于判断是否有复合铰链、局部自由度和虚约束谢谢观看。