机械设计基础课件

绪论
(4)工艺性要求 这包含两个方面1）装配工艺形2）零件加工工艺性。 (5)可靠性要求 要求机械系统在预定的环境条件下和寿命期限内，具 有保持正常工作状态的性能，这就称为可靠性。 2.机械零件设计的基本准则及一般步骤 (1)根据零件的使用要求（如功率、转速等），选择零 件的类型及结构型式，并拟定计算简图。 (2)分析作用在零件上的载荷（拉、压力，剪切力）。 (3)根据零件的工作条件，按照相应的设计准则，确定 许用应力。
《机械设计基础》

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一、本课程研究的对象及内容 1． 研究对象 机械应用实例：内燃机 机械 是机构和机器的总称。 机构 是指一种用来 传递与变换运动和力的 可动装臵。 机器 是指一种执行机械运动装臵， 可用来变换和传递能量、物料和信息
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（1）机构指一种用来传递与变换运动和力的可动装臵。 如常见的机构有带传动机构、链传动机构、齿轮机构、 凸轮机构、连杆机构、螺旋机构等等 （2）机器是指一种执行机械运动装臵，可用来变换和传 递能量、物料和信息。 由实例可看出，各种机器的主要组成部分都是各种机 构。所以可以说，机器乃是一种可用来变换或传递能 量、物料与信息的机构组合体。 （3）机器的结构 传统的机器由如下三个部分组成： 原动件—传动部分—执行部分 现代机器一般由如下四个部分组成 原动件—传动部分—执行部分


§1-2 平面机构运动简图 一、用规定的符号和线条ห้องสมุดไป่ตู้一定的比例表示构件和运动副的相对 位臵，并能完全反映机构特征的简图。 二、绘制： 表1-1 1、运动副的符号 转动副：

2、构件符号：
表1-2

3、机构运动简图的绘制，（模型，鄂式破碎机） 1）分析机构，观察相对运动； 2）找出所有的构件与运动副； 3）选择合理的位臵，即能充分反映机构的特性； 4）确定比例尺， 5）用规定的符号和线条绘制成间图。（从原动件开始画）
送动力。
§ 2.1 平面四杆机构的类型及应用
在此机构中，AD固定不动， 称为机架；AB、CD两构件 与机架组成转动副，称为 连架杆；BC称为连杆。在 连架杆中，能作整周回转的 构件称为曲柄，而只能在一 定角度范围内摆动的构件称为 摇杆。
一、铰链四杆机构基本类型
根据机构中有无曲柄和有几个曲柄，铰链四杆机构又有三种基本 形式： 1．曲柄摇杆机构：两连架杆中一个为曲柄而另一个为摇杆的机 构。 雷达调整机构 缝纫机踏板机构 当曲柄为原动件时，可将曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动， 如图中的雷达天线机构； 反之，当摇杆为原动件时，可 将摇杆的往复摆动转变为曲柄的
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2．研究内容 1） 机构的组成及其自由度的计算 2） 机构的运动分析 3）机构的力分析和机器动力学分析 4）常用机构的分析与设计 5）机构的选型与组合* 3．学习的目的 为学习后续课程和掌握专业知识大好基础 为毕业设计提供机械设计知识 4．掌握本课程的特点 本课程是一门技术基础课，其最显著的特点是基础 理论与工程实际的结合。
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二、械设计基本要求和一般程序 1.机器应该满足的基本要求 (1)使用性要求 实现预定的功能，满足运动和动力性能的要求）（功能性要 求） (2)经济性要求 这是一个综合性指标，表现在设计制造和使用两个方面。提 高设计制造的经济性的途径有三条：1）使产品系列化、标准化、 通用化；2）运用现代化设计制造方法；3）科学管理。提高使用 经济性的途径有四条：1）提高机械化、自动化水平；2）提高机 械效率；3）延长使用寿命；4）防止无意义的损耗。 (3)安全性要求 有三个含义：1）设备本身不因过载、失电以及其它偶然因 素而损坏；2）切实保障操作者的人身安全（劳动保护性）；3） 不会对环境造成破坏。
§1-3 平面机构的自由度 机构的自由度：机构中各构件相对于机架所能有的独 立运动的数目。 一、计算机构自由度（设n个活动构件，PL 个低副，PH 个高副） F=3n-2PL-PH 二、机构具有确定运动的条件 （原动件数>F，机构破坏） 铰链四杆机构 F=3*3-2*4-0=1 原动件数=机构自由度 铰链五杆机构

整周转动，如图所示的缝纫机踏板。
雷达调整机构 缝纫机踏板机构

2．双曲柄机构：两连架杆均为曲柄的四杆机构。 可将原动曲柄的等速转动转换成从动曲柄的等速或变速转动，如 图所示的惯性筛驱动机构；
构的相对两杆平行且相等时， 则成为平行四边形机构， 如图所示。 注意：平行四边形机构 在运动过程中，当两曲 柄与机架共线时，在原 动件转向不变、转速恒 定的条件下，从动曲柄会出现运动不确定现象。可以在机构中添加 飞轮或使用两组相同机构错位排列。

B 1 A

（3）虚约束： 在特殊的几何条件下，有 些约束所起的限制作用是 重复的，这种不起独立限
虚约束1 虚约束1
制作用的约束称为虚约束。
虚约束2 虚约束2
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第二章 平面连杆机构
一、定义： 若干构件通过低副（转动副或移 动副）联接所组成 的机构称作连杆机构。 连杆机构中各构件的相对运动是平面 运动还是空间运动，连杆机构又可以分为 平面连杆机构和空 间连杆机构。 平面连杆机构是由若干构件用平面低副（转动副和移动 副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传
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(4)分析零件的主要失效形式，按照相应的设计准则，确 定零件的基本尺寸。 (5)按照结构工艺性、标准化的要求，设计零件的结构及 其尺寸。 (6)绘制零件的工作图，拟定必要的技术条件，编写计算 说明书。
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第一章平面机构运动简图及自由度
§1-1 平面机构的组成

a+d ≤ b+c ① 而为使AB杆能转至AB”，各杆长度关系应满足 b ≤(d-a)+c c ≤(d-a)+b 可得： a+b ≤ d+c ② a+c ≤ d+b ③ 由①②③可以得出铰链四杆机构曲柄存在条件为： 1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆； 2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。 （称为杆长条件） 上述两个条件必须同时满足，否则机构不存在曲柄。 二、急回特性和行程速比系数 1） 当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于摆 出的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回特性
§1-1

平面机构的组成
2.运动副 1）运动副定义 机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构件的连接 既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相对运动，这种直接 接触的活动连接称为运动副。 2） 运动副的分类 （1）按两个构件运动关系分为平面运动副和空间运动副 （2）按其接触形式分：高副点线接触的运动副 低副面接触的运动副。 （3）按其相对运动形式分 转动副（回转副或铰链）移动副、螺 旋副、球面副。
【例2-1】如图2-6所示为以颚式碎矿机。当曲轴2绕其轴心O连续转 动时，动颚板3作往复摆动，从而将处于动颚板3和固定颚板6之间 的矿石7轧碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。
解：（1）运动分析 右图所示 此碎矿机由原动件曲轴2 （构件1为固装于曲轴2 上的飞轮）、动颚板3、 摆杆4、机架5等4个构件 组成，固定颚板6是固定 安装在机架上的。






曲轴2于机架5在O点构成转动副（即飞轮的回转中 心）；曲轴2与动颚板3也构成转动副，其轴心在A点 （即动颚板绕曲轴的回转几何中心）；摆杆4分别与动 颚板3和机架5在B、C两点构成转动副。 其运动传递为：电机 皮带 曲轴 动颚板 摆杆 所以，其机构原动件为曲轴，从动件为摆杆、构件3、 机架5共同构成曲柄摇杆机构。 （2）按图量取尺寸，选取合适的比例尺，确定O、A、 B、C四个转动副的位置，即可绘制出机构运动简图。 最后标出原动件的转动方向。 由图可以看出，O、C在同一垂直线上。量取OA=3mm， AB=25mm，BC=14mm，OC=22mm.
3．双摇杆机构：两连架杆都是 摇杆的机构，如图所示的鹤式 起重机构，保证货物水平移动。


二、机构的演化 机构的演化方法有三种：1）通过改变构件的形状和相对尺寸进 行演化，如图2—8的演化；2）通过改变运动副尺寸进行演化；3） 通过选用不同构件作为机架进行演化。 1．滑块机构 如图所示，当构件1能整周回转成为曲柄时，该机构称为曲柄滑块 机构；否则该机构称为摆杆滑块机构。
曲柄滑块机构 曲柄滑块机构
2．导杆机构 在图a所示的对心曲 柄滑块机构中，若改取 构件1为机架，则机构演 化为导杆机构。图 b。 3．曲柄摇块与曲柄转块机构 在图a中若改取构件2为机架， 当l1< l2时，随构件1的转动，滑块3只在一定角度范围内摆动，该构 件称为曲柄摇块机构；当l1> l2时，则滑块3可作整周转动，我们 称为曲柄转块机构。 4．移动导杆机构 在图 a中，如取滑块3为机架，则该机构演化成移动导杆机构

2）行程速比系数K
v2 K= v 1

° 180 ＋θ = ° 180 －θ

当机构存在极位夹角θ 时，机构便具有急回运动特性。且θ角越 大，K值越大，机构的急回性质也越显著 例 牛头刨床机构
三、压力角与传动角 连杆BC与从动件CD之间所夹的锐角 γ 称为四杆机构在此位臵的传动角。 显然γ越大，有效分力Pt越大，Pn越小， 对机构的传动就越有利。所以，在连杆 机构中也常用传动角的大小及变化情况 来描述机构传动性能的优劣。为了保证 机构传力性能良好，应使γmin≥40 ～50° 最小传动角的确定： 对于 曲柄摇杆机构， γmin出现在主动 件曲柄与机架共线的两位臵之一。

1.构件 从运动角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立运动单 元体组合而成的，这些独立运动单元体称为构件。 从加工制造角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立 制造单元体组合而成零件，这些独立制造单元体称为零件。