机械设计基础培训课件

直径 ；齿顶圆直径 ；分度圆直径 ） 3.了解渐开线齿廓的啮合特性 4.了解齿轮正确啮合条件 5.了解标准齿轮避免根切的条件
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6.了解齿轮失效形式
闭式传动的主要失效形式为：疲劳折断和疲劳点蚀 结论： 开式传动的主要失效形式为：磨粒磨损和疲劳折断 7.了解齿轮零件的常用材料
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第四章
1.了解凸轮机构的分类 2.解释名词：基圆、推程、远休止、回 程、近休止，压力角。 3.了解压力角与基圆的关系
Page 4
第六章 联接
1.联接的分类
固定联接
螺纹联接
可拆联接 键联接、花键联接
销联接
过盈联接 不可拆联接
铆接 焊接
（介于两者之间，过 盈量小可拆，过盈量 大不可拆）
粘接
计算传动比外，平行 轴还需考虑符号问题
1
3
H
O
O
2
2
4
Page 10
1.如图所示的轮系中，已知z1=20， z2=30， z3=80， z4=40，
z5=20，求传动比i15 ，iH5 。
解： i1H3
n1 nH n3 nH
z2z3 z1 z 2
z3 z1
n1 nH 80 4 0 nH 20
F 3n 2PL PH 37 291 2
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第三章平面连杆机构
1.平面连杆机构的定义 2.什么是铰链四杆机构以及铰链四杆机构 的基本类型都有那些？ 3.什么是铰链四杆机构曲柄存在的条件 4.解释名词：急回特性、压力角、传动角
知道传动角和压力角的关系
5.行程速比系数K，会判断是否有无急回
第一章绪论
1.了解机器、机构的含义与它们之间的关系。 2.了解零件、构件含义与它们之间的关系。 3.了解机器的组成。 4.了解机器零件的计算准则都有哪些？ 5.了解常用材料

②如果四个构件的长度满足杆长之和条件，则最短杆 所联接的两个转动副均为整转副，另两个转动副均为摆动 副。此时若取最短杆为机架，则得双曲柄机构；而取最短 杆的任一相邻杆为机架，则得曲柄摇杆机构；又若取最短 杆的相对杆为机架，则得双摇杆机构。
③如果四杆中有两个构件长度相等且均为最短，若另 两杆长度不相等，则不存在整转副； 若两杆长度也相等， 则两最短杆相邻时，有三个整转副， 当两最短杆相对时， 有四个整转副。
平面四杆机构的设计
内容
3.1 平面四杆机构的类型及其应用
一、基本概念
1、铰链四杆机构： 全部用转动副相连的平面四杆机构。它是平面四杆 机构的基本型式，其它型式的四杆机构可看作是在它 的基础上通过演化而成的。
2、机架：机构的固定构件，如杆4 。 3、连杆：不直接与机架连接的构件，如杆2。 4、连架杆：与机架用转动副相连接的构件，如杆1、3 。
ad bc ①
b (d a) c c (d a) b
整理得 a b c d ②
acd b ③
将式①、②、③中的三个不等 式两两相加，化简后得④
a a
b c
④
a d
曲柄存在条件： ① 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和； ② 连架杆与机架中必有一杆为最短杆。
若不满足①？ 该机构只能是双摇杆机构。
判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构
a、b、c、d
Y
ad bc
N 双摇杆机构
以最短杆相邻杆为机架 以与最短杆相对的杆为机架
以最短杆为机架
曲柄摇杆机构 双摇杆机构 双曲柄机构
铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：
最长杆的杆长<其余三杆长度之和。
推论：
①如果四杆长度不满足杆长条件，则机构无周转副， 此时不论取哪个构件为机架，机构均为双摇杆机构；

设计应确保机器或设备在使用过程中的安全性，防止对人员和环境造成危害。
5
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从传统的经验设计、类比设计到现代的优化设计、创新设计，机械设计经历了从简单到复杂、从低级到高级的发展过程。
未来机械设计将更加注重创新、智能化、绿色化和人性化等方面的发展，同时还将涉及到更多的新材料、新工艺和新技术等领域。
蜗杆传动的类型、特点及应用
介绍普通圆柱蜗杆传动、圆弧圆柱蜗杆传动等不同类型的蜗杆传动，阐述其工作原理、优缺点及适用场合。
蜗杆传动的参数选择与计算
深入讲解蜗杆传动的模数、齿数、导程角等关键参数的选择与计算方法，为设计提供指导。
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摩擦轮传动的类型、特点及应用
介绍圆柱摩擦轮传动、圆锥摩擦轮传动等不同类型的摩擦轮传动，阐述其工作原理、优缺点及适用场合。
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阐述创新思维的定义、特点及其在机械设计中的应用价值。
创新思维的内涵与特点
ห้องสมุดไป่ตู้
探讨如何培养创新思维，如观察分析、联想类比、逆向思维等方法。
创新思维的培养与激发
介绍TRIZ理论、头脑风暴法、六顶思考帽等创新方法在机械设计中的应用实例。
创新方法在机械设计中的应用
分析具有创新性的机械设计案例，如新型机构设计、轻量化设计、绿色设计等，探讨其创新点及实现方法。
自由度计算
机构的自由度是指机构中独立运动的数目，通过计算可以得出机构的运动确定性和灵活性。
运动链与运动副
运动链是由一系列运动副连接而成的系统，运动副是机构中两构件直接接触并能产生相对运动的连接。
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1
2
3
研究机构在已知外力作用下的运动规律，包括速度、加速度、位移等运动参数的计算。

机器与机构的根本区别在于：机构的主要职能 是传递运动和动力，而机器的主要职能除传递 运动和动力外，还能转换机械能或完成有用的 机械功。
若从运动的观点来讲，机器和机构并无差别， 故工程上统称为“机械”
7
飞机起落架和叉速器
8
三、零件和构件
零件是组成机器的最小单元，也是机器的制 造单元，机器是由若干个不同的零件组装而成 的。
各种机器经常用到的零件称为通用零件。 如螺钉、轴、轴承、齿轮等。
特定的机器中用到的零件称为专用零件。 如活塞、曲轴、叶片等。
构件是机器的运动单元，一般由若干个零 件刚性联接而成，也可以是单一的零件。
9
10
若从运动的角度来讲，可以认为机器 是由若干个构件组装而成的。这些自由 分散的零件，一旦按照一定的方式和规 则组合到一部机器中，它们就成为机器 上不可或缺的一部分，发挥着各自的作 用。特别是一些关键零部件，决定着整 个机器的性能。
14容
《机械设计基础》是机械类各专业的一门综 合性的技术基础课。它以一般机械中的常用机构 和通用零件为研究对象，分析它们的工作原理、 运动特性、结构形式，以及设计和计算方法。
15
（2）本课程的任务：
熟悉常用机构的组成、运动特点，并初步具有选用、分 析常用机构的能力。
12
以轿车为例
13
五、 本课程在工程技术中
的地位和作用
该课程研究机械设计中的共性问题，是机械 设计工程的技术基础，应用广泛。
机械设计的程序，实际上是对《机械设计基 础》所研究内容的系统应用过程。
工程上进行机械设计时，首先，将构件按照 机械的工作原理要求组成机构；其次，分析各构 件的运动情况及构件在外力作用下的平衡问题； 第三，分析构件在外力作用下的承载能力问题， 合理地选择材料、热处理，确定构件（零件）的 形状、具体结构、几何尺寸、制造工艺；最后， 绘制零件工作图，待加工。

1个或几个
若干
潘存云教授研制
§1－2 平面机构运动简图
机构运动简图－用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。
作用： 1.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。
机动示意图－不按比例绘制的简图 现摘录了部分GB4460－84机构示意图如下表。
北京联合大学专用
潘存云教授研制
∴机构具有确定运动的条件为：
自由度＝原动件数
北京联合大学专用
潘存云教授研制
一、 平面机构自由度的计算公式
作平面运动的刚体在空间的位置需
要三个独立的参数（x，y, θ） y
才能唯一确定。
单个自由构件的自由度为 3
F=3
θ (x , y)
x
北京联合大学专用
潘存云教授研制
经运动副相联后，构件自由度会有变化：
北京联合大学专用
潘存云教授研制
2.局部自由度 定义：构件局部运动所产生的自由度。
出现在加装滚子的场合，
计算时应去掉Fp。
3
本例中局部自由度 FP=1
2
F=3n － 2PL － PH －FP
1
=3×3 －2×3 －1 －1
=1
或计算时去掉滚子和铰链： F=3×2 －2×2 －1
=1 滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。
平面机构－全部由平面运动副组成的机构。
空间机构－至少含有一个空间运动副的机构。
北京联合大学专用
潘存云教授研制
3)按运动副元素分有： ①高副－点、线接触，应力高。
例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。
②低副－面接触，应力低 例如：转动副（回转副）、移动副 。
北京联合大学专用
潘存云教授研制

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
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
1.曲柄摇杆机构： 连架杆 ┌曲柄→(一般)原动件→匀速转动
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
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
§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)
(3)过C1、C2、 B1 A
D
P 作圆
O
在圆上任选一点A (4)AC1=L2－L1,
AC2=L2+L1→
θ
→无数解
L1=1/2(AC2－AC1)
以L1为半径作圆,交B1,B2点
P
→曲柄两位置
NM
2.导杆机构: P.31
已知:机架长L4 , K
解:
180
K
1
n
m
K 1
(1)任选固定铰链中心C→
B A
C D
解: (1)连接B1B2,C1C2并作其垂直平分线b12,c12
(2)在b12线上任取一点A, 在C12...任取一点D
步骤：
B1
1、连接B1B2, C1C2
2、作B1B2, C1C2中垂线
3、在中垂线上取一点作A, D

有色金属：黑色金属以外的金属。 ②有色金属：黑色金属以外的金属。 a) 铝合金 铝合金——重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化 重量轻、 重量轻 导热导电性较好、塑性好、 性好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近。 性好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近。 航空、汽车） （航空、汽车）
σmin γ= σmax
σ
σ t
σ 0 t 脉动循环： 脉动循环：r=0 σm =σa=σmax/2 σmin =0
t
0
对称循环变应力 r = -1 σm = 0 静应力r 静应力r = 1 σmax=σmin=σm σa=0 σa= σmax=-σmin
σm =
σa =
σmax +σmin
2
σ 0 t
设计计算法
校核计算法
5
§9-2 机械零件的强度
一、基本概念 名义载荷： 名义载荷：在理想的平稳工作条件下作用在 零件上的载荷。 零件上的载荷。 载荷系数：实际计算载荷与名义载荷的比值。 载荷系数：实际计算载荷与名义载荷的比值。 它考虑的是机械工作时， 它考虑的是机械工作时，零件受到的各种 附加载荷。 附加载荷。 计算载荷：载荷系数与名义载荷的乘积。 计算载荷：载荷系数与名义载荷的乘积。 名义应力:当载荷为名义载荷时计算出的应力。 名义应力:当载荷为名义载荷时计算出的应力。 计算应力：按计算载荷求得的应力。 计算应力：按计算载荷求得的应力。
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§9–4 机械零件的耐磨性
磨损：磨擦表面物质不断损失的现象。 磨损：磨擦表面物质不断损失的现象。 耐磨性：零件抵抗磨损的能力。 耐磨性：零件抵抗磨损的能力。
在预定使用期限内，零件的磨损量不超过允许值时， 在预定使用期限内，零件的磨损量不超过允许值时， 认为是正常磨损。出现剧烈磨损时． 认为是正常磨损。出现剧烈磨损时．运动副的间隙增 机械精度丧失，效率下降；振动、 大，机械精度丧失，效率下降；振动、冲击和噪声增 应立即停车检修、换零件。 大；应立即停车检修、换零件。 据统计，约有80%的损坏零件是因磨损而报废的。 的损坏零件是因磨损而报废的。 据统计，约有 的损坏零件是因磨损而报废的 机械磨损的主要类型： 机械磨损的主要类型： 磨粒磨损 硬质颗粒或摩擦表面上硬的凸蜂，在摩擦过程 硬质颗粒或摩擦表面上硬的凸蜂，

利用液体的压力能传递动力，如液压 泵、液压马达等。具有传动平稳、无 级调速等优点，但需要专门的液压系 统和维护。
啮合传动
利用齿轮、链轮等啮合元件传递动力 。具有传动效率高、结构紧凑等优点 ，但需要较高的制造精度和安装精度 。
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传动比计算与分配
传动比定义
输入转速与输出转速之比，或输 入转矩与输出转矩之比。
强度校核
对选定的传动元件进行强度校 核，以确保其能承受实际工作 载荷而不失效。
疲劳校核
考虑传动元件在交变载荷作用 下的疲劳破坏，进行疲劳寿命 校核。
热平衡校核
对于高速或大功率传动，需要 考虑热平衡问题，进行热平衡 校核以确保传动系统的正常工
作温度。
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04
机械结构设计基础
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15
结构类型与特点
工艺实施
按照工艺规程要求，组织生产并进行过程控制。包括设备 调试、工装准备、材料准备、加工操作等环节。同时加强 质量检查和工序间检验，确保产品质量符合要求。
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06
现代机械设计方法及应用
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计算机辅助设计(CAD)技术
CAD技术概述
介绍CAD技术的发展历程、基本原理和主要 应用领域。
强度要求
结构应具有足够的强度，以承受工作载荷和意外载荷的作用，防止发生断裂或塑性变形等 破坏现象。
稳定性要求
结构应具有足够的稳定性，以保证其在各种工作条件下都能保持平衡状态，不发生失稳现 象。例如，细长杆件受压时容易发生屈曲失稳，需要采取相应措施提高其稳定性。
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05
机械制造工艺基础
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桁架结构

辅助运动：配气 ——启闭进排气阀
第一章 绪论
12
总结：
机器：既能实现确定的机械运动，又能完成有用的机 械功，或者能传递或转换能量、物料、信息等。如
车床——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：仅能传递或转换运动。如
齿轮机构——传递运动 凸轮机构——转换运动
具有以上三个特征——机器
第一章 绪论
14
2、机构的特征
只具有机器的前两个特征——机构
如 凸轮机构（配气机构）：把回转运动→直线运动 曲柄滑块机构：将活塞的直线运动→曲柄的回转 运动
3、机器和机构的关系
机器是由一种或多种机构组成的。
第一章 绪论
15
三、构件和零件
1. 机器由机构组成:
2. 机构是人工组合的构件系统，必须满足两点:若干构件
极限应力σlim,τlim应根据零件材料性质及所受应力类 型作如下选择：
１)静应力下工作的塑性材料零件，失效为塑性变形，应 按不发生塑性变形的强度条件计算，常以材料的屈服点σ ｓ，τｓ作为极限应力σlim,τlim。
２)静应力下脆性材料，失效为断裂，应按不发生断裂 的强度条件计算，常以材料的强度极限σｂ，τｂ作为极限 应力σlim,τlim。
5
照相机
第一章 绪论
6
凸轮机构
第一章 绪论
7
齿轮机构
第一章 绪论
8
棘轮机构
第一章 绪论
一、机械、机器和机构
进气阀3
机器实例：内燃机
1、功能：内燃机是 将燃气燃烧时的热能转 化为机械能的机器。
活塞2
顶杆8 连杆5
曲轴6
2、组成包含三种机 曲柄滑构块：机构，将活塞往复 移动转化为曲柄的连续转动； 齿轮9 齿轮机构，改变转速大小和 转向；凸轮机构，将凸轮的 连续转动转变为推杆往复移动。

行力的合成与分解。
力矩与力矩平衡
力矩是力与力臂的乘积，它对物 体产生旋转运动或平衡状态的作 用。在静力学中，我们通过分析 力矩的平衡来研究物体的平衡状
态。
动力学基础
01
动力学基本概念
动力学是研究物体运动状态变化规律的学科。在动力学中，我们主要关
注物体的加速度、速度和位移等运动参数pt第一章
• 机械设计概述 • 机械零件的类型与功能 • 机械设计材料选择 • 机械设计中的力学基础 • 机械设计制图与标准
01
机械设计概述
机械设计的定义与特点
总结词
机械设计是一种将理论和实践相结合的过程，旨在创造满足特定需求的机械设备 。
详细描述
机械设计涉及对机械系统的整体设计和详细设计，包括对机械的工作原理、结构 、材料、制造工艺等方面的研究和规划。机械设计的特点在于其将理论和实践相 结合，需要综合考虑多种因素，如功能、性能、成本、可靠性等。
VS
详细描述
轴承类零件是支撑和引导轴类零件的重要 元件，主要作用是减小摩擦和磨损，提高 机械效率和使用寿命。轴承通常由内圈、 外圈和滚动体组成，根据不同的工作需求 和应用场景，轴承有多种类型，如深沟球 轴承、角接触轴承和圆柱滚子轴承等。
弹簧类零件
总结词
吸收和释放能量的弹性元件
详细描述
弹簧类零件是吸收和释放能量的弹性元件， 广泛应用于各种机械中，起到减震、缓冲和 平衡的作用。根据不同的工作需求和应用场 景，弹簧有多种类型，如螺旋弹簧、板弹簧 和橡胶弹簧等。弹簧通常由高弹性材料制成， 如钢丝、不锈钢和天然橡胶等。
橡胶
具有弹性好、耐磨损和隔 震等特性，用于制造密封 件、减震器和轮胎等。
陶瓷
硬度高、耐高温和化学稳 定性好，用于制造刀具、 发动机零件和耐腐蚀设备 等。

1、提出和制定产品设计任务书 需求--确定功能指标--分析可能性—制定设计任务书（产品用途， 技术经济指标，使用条件，设计承担着，设计周期）
2、总体方案设计 设计任务书—调查研究—工作原理—总体设计方案—论证可行性— 绘制机构简图
3、技术设计 总体方案—确定结构尺寸（结构设计，工作能力计算）--画图 零件设计步骤： 确定类型结构—受力分析—失效分析—选材—尺寸设计—结构设 计—绘图
4、样机的试制与鉴定
5、产品的正式投产
.
9
§0—4 机械设计基础课程的内容、性质和任务
一、课程的内容
常用机构和通用零部件的工作原理，运动特点、结构特点、基本
的设计理论和计算方法。
二、课程的性质
性质：技术基础课
作用：承上启下
特点：科学性，综合性，实践性
三、课程的任务
1.了解常用机构的结构，运动特性，初步具有分析和设计常用机
（4）、自动机，自动线
.
6
（5）、机构类型：常用机构，液压机构，气压机构等 （6）、零件类型：通用零件，专用零件
（7）、部件：协同工作且完成共同任务的零件组合 通用部件：轴承，联轴器等 专用部件：汽车转向器
.
7
§0—3 机械设计的基本要求及一般程序 一、机械设计的基本要求
1、预定功能的要求:设计的基本出发点 功能要求：设计机器的功用和性能指标（运动性能，动力性能，技 术指标，外形结构要求） 必需正确选择机器的工作原理、机构类型和机械传动方案
构的能力。
2.掌握通用零件的工作原理、结构特点、设计计算和维护等知识。
并初步具有设计简单机械传动装置的能力。
3. 具有运用标准，规范，手册，查阅相关技术资料能力。
4.获得本学科实验技能的初步训练。

面接触： ①承载能力大；②便于润滑。寿命长 几何形状简单——便于加工，成本低。
3、缺点： ①只能近似实现给定的运动规律； ②设计复杂； ③只用于速度较低的场合。
§4.2 平面四杆机构的基本型式及其演化
一、铰链四杆机构： 所有运动副均为转动副的平面四杆机构
相关名称：
2—连杆 →平面运动
C
1，3—连架杆 →定轴转动
存在死点位置的标志： 连杆与从动件共线。
摇杆为原动件，有2个死点位置； 曲柄为原动件，没有死点位置。
（因连杆与从动杆不会共线）
出现死点的利弊
利：工程上利用死点进行工作。 如快速夹具、 飞机起落架等。
弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定 现象，对机构传动不利。
渡过死点位置的方法？ ①利用系统的惯性； ②利用特殊机构。
特点：主动曲柄与从动曲柄 转向相同、速度相等
天 平 机 构 铲土机构
反平行四边形机构
车门启闭机构
3.双摇杆机构
☆两连架杆均为摇杆
汽车车轮转向机构
起重机中重物平移机构
二、铰链四杆机构的演化。
1、扩大转动副
偏心轮，偏心距， 偏心轮机构
2、转动副转化成移动副：
曲柄滑块机构（偏距e） e≠0，偏置曲柄滑块机构 e=0， 对心曲柄滑块机构
柄，另一个为摇杆。
搅拌机
雷达俯仰天线
1） 曲柄为主动件 可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动 的运动转换。
2） 摇杆为主动件 可以将摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转运动。
汽车车窗雨刷机构
缝纫机
2.双曲柄机构
☆两个连架杆都能作整周回转运动
振动筛（也称为惯性筛）
正平行四边形机构
机车车轮联动机构