机械设计 导论.ppt

机械设计基础fundament of Mechanical Design2021/9/231机械发展的历史回顾机械发展的历史回顾五千年前已开始使用简单的纺织机械；晋朝时在连机椎和水碾中应用了凸轮原理；西汉时应用轮系传动原理制成了指南车和记里鼓车；东汉张衡发明的候风地动仪是世界上第一台地震仪目前许多机械中仍在采用的青铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我国东汉年代的文物中都可以找到它们的原始形态 我国古代在机械研我国古代在机械研制方面有制方面有许多杰出多杰出的的发明明创造2021/9/232机械发展的历史回顾机械发展的历史回顾18世纪初以蒸汽机的出现为代表产生了第一次工业革命，人们开始设计制造各种各样的机械，例如纺织机、火车、汽轮船哈格里沃斯哈格里沃斯发明的明的“珍妮珍妮纺纱机机”法国法国陆军技技术军官古官古诺发明了世明了世界上第一界上第一辆蒸汽蒸汽动力力车诸葛亮：木牛流葛亮：木牛流马2021/9/233机械发展的历史回顾19世纪到20世纪初的第二次产业革命，随着内燃机的出现，促进了汽车、飞机等运输工具的出现和发展1898年年问世的世的“雷雷诺”牌汽牌汽车“圣路易斯精神圣路易斯精神”号号飞机机1927年美国人林德伯格年美国人林德伯格驾驶着它完成了人着它完成了人类首次不着首次不着陆飞越大西洋的壮越大西洋的壮举。

2021/9/234机械发展的历史回顾现代现代汽汽车美国西科斯基公司生产的美国西科斯基公司生产的“黑鹰黑鹰”直升机直升机2021/9/235机械发展的历史回顾20世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器人，航空航天，海洋舰船等领域开发出了众多高新机械产品，如火箭、卫星、宇宙飞船、空间站、航空母舰、深海探测器等国国际太空站太空站航天航天飞机正在利用机械臂施放哈勃机正在利用机械臂施放哈勃空空间望望远镜2021/9/236展望刚刚到来的21世纪，智能机械、微型机构、仿生机械的蓬勃发展，将促进材料、信息、计算机技术、自动化等领域的交叉与融合，进一步丰富和发展机械基础学科知识用光刻技用光刻技术做成的微米尺寸的微机械做成的微米尺寸的微机械蜘蛛形探雷机器人蜘蛛形探雷机器人机械发展的历史回顾2021/9/237 机械科学与技术发展或许是我们限定思维所难以展望的，但人们在机械创新的漫漫征程中所积累的机械设计基础知识为我们提供了认识和改造客观世界的基础机械发展的历史回顾2021/9/238绪论v 本课程研究的对象和内容v 本课程在教学中的地位v 机械设计的基本要求和一般过程v “创新”2021/9/239 当今社会高度的物质文明是以近代机械工业的飞速发展为基础建立起来的，人类生活的不断改善也与机械工业的发展紧密相连。

机械是人机械是人类用以用以转换能量和借以减能量和借以减轻体力体力劳动、提高生、提高生产率率的主要工具的主要工具Ø机械工机械工业是国民是国民经济的支柱工的支柱工业之一Ø机械机械工业工业是社会生是社会生产力力发展水平的重要展水平的重要标志 & §0-1 课程的研究对象与内容课程的研究对象与内容2021/9/2310& §0-1 课程的研究对象与内容课程的研究对象与内容机械是机器与机构的总称机械是机器与机构的总称机机械械机机 器器机机 构构1. 研究对象：研究对象：什么是机器呢？什么是机器呢？ 什么是机构呢？什么是机构呢？原动机原动机—其他形式能量其他形式能量 机械能机械能工作机工作机—机械能机械能 其他形式能量其他形式能量2021/9/2311什么是机器呢？什么是机器呢？ 机器是一种人为实物组合的具有确定机械运动的装置，机器是一种人为实物组合的具有确定机械运动的装置，它用来完成有用功、转换能量或处理信息，以代替或减轻人它用来完成有用功、转换能量或处理信息，以代替或减轻人类的劳动类的劳动2021/9/2312机械手2021/9/2313例：单缸四冲程内燃机例：单缸四冲程内燃机2021/9/2314 一台典型的现代化机器是由四个部分组成的，即一台典型的现代化机器是由四个部分组成的，即动力部分、传动部分、执行部分和控制部分动力部分、传动部分、执行部分和控制部分。

机机器器动力机构动力机构传动机构传动机构执行机构执行机构控制系统控制系统& 现代化机器的组成现代化机器的组成机器主体2021/9/2315这是最常用的交流异步电动机这是最常用的交流异步电动机液压油缸气缸2021/9/2316图示轿车除原动机部分、传动部分和执行部分外，还包含了控制系统和其它辅助系统图示轿车除原动机部分、传动部分和执行部分外，还包含了控制系统和其它辅助系统 轿车的组成2021/9/23172021/9/2318一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含一种机构一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含一种机构机构机构可以定义为：是一个具有可以定义为：是一个具有确定的机械运动确定的机械运动的构的构件系统，或称它是用来传递运动和动力的可动装置件系统，或称它是用来传递运动和动力的可动装置什么是机构呢？什么是机构呢？2021/9/2319凸轮机构凸轮机构齿轮机构齿轮机构连杆机构连杆机构常见机构常见机构轮轮系系2021/9/2320 机器：执行机械运动，用以变换或传递能量、物料或信息 如 ：半自动钻床——实现确定的机械运动，又作有用的机械功 内燃机——转换能量 机械手——传递物料 照相机——传递信息 机构：执行机械运动（各构件以运动副相连，完成一定的相对运动）。

如： 齿轮机构——传递运动 凸轮机构——转换运动 机械：机器和机构的总称 有关定义及相互关联有关定义及相互关联& §0-1 课程的研究对象与内容课程的研究对象与内容2021/9/2321 构件：运动的单元如：单一零件——曲轴多个零件的刚性组合——连杆点击上图观看动画2021/9/2322通用零件：在各类机械中常见的零件专用零件：在专用机械中特有的零件 例如：齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动；轴、 例如：叶片、犁铧、枪栓等零件可分为两类：联轴器、离合器、滚动轴承、滑动轴承、螺栓、键、花键、销；铆、焊、胶结构件；弹簧、机架、箱体等 零件：制造的单元 2021/9/2323各定义关联：机械机器机构构件多个零件通用零件专用零件机械系统单一整体& §0-1 课程的研究对象与内容课程的研究对象与内容2021/9/2324 这些常用机构和通用零件的工作原理、设计理论和计算方法，对于专用机械和专用零件的设计也具有一定的指导意义 & §0-2 本课程的研究内容及地位本课程的研究内容及地位 1 ~ 8章： 机械中的常用机构及机器动力学 的基本知识（机械原理）； 9 ~18章：常用的联接、传动，轴系零、 部件等。

机械设计）课程内容2021/9/2325需求需求分析分析机械方案机械方案设设 计计机械方案机械方案运动分析运动分析机械方案机械方案动力分析动力分析机机 械械造型设计造型设计机械工作机械工作能力设计能力设计确确 定定工艺方案工艺方案确确 定定工艺参数工艺参数机械结构机械结构设设 计计& §0-3 机械设计的基本要求一般过程机械设计的基本要求一般过程2021/9/23261 1 1 1、构件：、构件：、构件：、构件：组成：组成：组成：组成：2 2 2 2、构件的自由度：、构件的自由度：、构件的自由度：、构件的自由度：AxAyAzAXYZOS2-12-12-12-1平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度独立运动的单元体独立运动的单元体由单个或多个零件刚性构成由单个或多个零件刚性构成构件所具有的独构件所具有的独立运动的数目立运动的数目AXYOyAxAS一、运动副及其分类一、运动副及其分类2021/9/2327平面机构自由度平面机构自由度平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/23283 3 3 3、约束：、约束：、约束：、约束： 4 4 4 4、运动副：、运动副：、运动副：、运动副：构件的约束数构件的约束数= =构件失去的自由度构件失去的自由度对独立运动的限制。

对独立运动的限制两个构件直接接触，并能产生两个构件直接接触，并能产生一定相对运动的联接一定相对运动的联接平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/2329平面运动副分类：平面运动副分类：平面运动副分类：平面运动副分类：根据两构件接触特性常分为：根据两构件接触特性常分为：根据两构件接触特性常分为：根据两构件接触特性常分为：1.低副低副：两构件通过两构件通过面接触面接触组成的运动副组成的运动副2.2.高副高副：两构过件通两构过件通点或线点或线接触的组成接触的组成 的运动副的运动副平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/23301）转动副）转动副1. 1.低副低副低副低副：：转动副转动副移动副移动副 组成运动副的两构件之间只能绕组成运动副的两构件之间只能绕同一轴线作相对转动，称为同一轴线作相对转动，称为转动副转动副或或铰链铰链 { {(a)固定铰链固定铰链平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/2331(b)活动铰链活动铰链平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/23322）移动副）移动副 组成运动副的两构件只能沿某一轴组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动。

线相对移动移动副移动副平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/2333低副：低副：转动副：转动副：自由度为自由度为1 1 约束数约束数: :为为2 2移动副：移动副：自由度为自由度为1 1 约束数约束数: :为为2 2 21XYo(a)(a)12XYo(b)(b)平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/23342.2.高副高副 两构件以两构件以点点或或线线接触而构成接触而构成 的运动副的运动副凸轮副凸轮副平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/2335凸轮副凸轮副高副高副平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/2336齿轮副齿轮副高副高副平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/2337平面高副：平面高副：平面高副：平面高副： 自由度自由度: :为为2 2 约束数：为约束数：为1 1 在平面内在平面内： 低副：自由度为低副：自由度为1 1，约束数为，约束数为2 2 高副：自由度为高副：自由度为2 2，约束数为，约束数为1 1t tt tn nn n12V V1212A A(c)(c)平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/2338运动副及构件的表示方法运动副及构件的表示方法1 1、运动副、运动副: :移动副移动副移动副移动副: : : :转动副转动副转动副转动副: : : :平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/2339凸轮副凸轮副凸轮副凸轮副: : : :齿轮副齿轮副齿轮副齿轮副: : : :平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/23402 2、构件、构件: :固定件固定件固定件固定件: : : :同一构件同一构件同一构件同一构件: : : :平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/2341两副构件两副构件两副构件两副构件: : : :三副构件三副构件三副构件三副构件: :平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/2342二、平面机构的运动简图二、平面机构的运动简图二、平面机构的运动简图二、平面机构的运动简图机构按运动特性可分为：机构按运动特性可分为：1）固定件（机架））固定件（机架） 是用来支承活动构件的构是用来支承活动构件的构件。

件2）原动件）原动件 是运动规律已知的活动构是运动规律已知的活动构件3）从动件）从动件 是机构中随着原动件的运是机构中随着原动件的运动而运动的其他活动构件动而运动的其他活动构件平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/2343平面机构运动简图平面机构运动简图 去掉构件的结构外去掉构件的结构外形，按一定比例将形，按一定比例将构件构件用简单线条表示，用简单线条表示，运动运动副副用特殊符号表示，能用特殊符号表示，能说明各构件间说明各构件间相对运动相对运动关系关系的的简单图形简单图形平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度2021/9/2344谢谢！2021/9/2345。