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三、机械零件设计的一般步骤三、机械零件设计的一般步骤1）根据零件的使用要求，选择零件类型、结构形式和材料；2）根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷；3）根据零件的工作条件，选择零件的材料及热处理方法；4）按可能的失效形式，确定零件的计算准则，并确定零件的基本尺寸，并加于标准化和圆整；5）按工艺及标准化要求，进行零件的结构设计；6）校核计算；7）绘制零件的工作图，并编写计算说明书。7/1/20241第一章第一章 平面机构的运动简图及自由度平面机构的运动简图及自由度4.4.平面机构具有确定相对运动的条件平面机构具有确定相对运动的条件3.3.平面机构运动简图及绘制画法平面机构运动简图及绘制画法2.2.平面机构自由度及其计算平面机构自由度及其计算1.1.平面机构的组成平面机构的组成7/1/202421-1平面机构的组成平面机构的组成 平面机构平面机构平面机构平面机构：各构件在同一平面或相互平行的平面内运动蜗杆传动 曲柄滑块机构空间机构空间机构空间机构空间机构：各构件不完全在同一平面或相互平行的平面内运动7/1/202431 1、概念概念：机构机构机构机构：是具有确定相对运动的构件的组合 动画演示 构件构件构件构件：机构中的（最小）运动单元;由一个或多个零件刚性联接而成2 2、组成、组成：机架机架：固定不动的构件 原动件原动件：输入运动规律的构件 从动件从动件：其它的活动构件一、机构的组成与分类一、机构的组成与分类7/1/20244当这些构件之间以一定的方式联接起来成为机构时，各个构件不再是自由构件。两相互接触的构件间只能作一定的相对运动，自由度减少。这种对构件独立运动所施加的限制称为约束约束。一个作平面运动的自由构件有独立运动的可能性。构件所具有的这种独立运动的数目称为构件的自由度自由度。所以一个作平面运动的自由构件有 自由度,二、自由度二、自由度6个个作空间运动的自由构件有自由度。3个个3个个7/1/20245三、运动副及其分类三、运动副及其分类（一）（一）低副低副 两构件通过面接触而构成的运动副称为低副低副。根据两构件间的相对运动形式，低副又可分为转动副转动副和移动副移动副。限制两个自由度：（两个移动）保留一个自由度（转动）概念：两构件直接接触又存在一定相对运动的可动联接。类型：低副和高副1.1.转动副转动副（或铰链）两构件只能在一个平面内作相对转动7/1/20246 2.2.移动副移动副 两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。限制两个自由度：（一个移动，一个转动）保留一个自由度（移动）7/1/20247 （二）高副（二）高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副高副。限制一个自由度：（一个移动）保留两个自由度（一个移动，一个转动）7/1/202481-2平面机构运动简图平面机构运动简图 （机构示意图：（机构示意图：只需表明机构运动传递情况和构造特征，不必按严格比例所画的图形）1、机构运动简图、机构运动简图：简明表示机构中各构件之间相对运动关系的图形。运动副的类型、数目、相对位置、构件数目构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体构造和运动有关的：和运动无关的：用简单线条表示构件用简单线条表示构件 作规定符号代表运动副作规定符号代表运动副 按比例按比例定出运动副的相对位置定出运动副的相对位置 与原机械具有完全相同的运动特性与原机械具有完全相同的运动特性基本要求：基本要求：7/1/20249n杆、轴类构件杆、轴类构件n机架机架n同一构件同一构件n两副构件两副构件n三副构件三副构件（1 1）构件（杆）：）构件（杆）：2 2、常用构件和运动副的表示方法：、常用构件和运动副的表示方法：7/1/202410（2 2）运动副的符号）运动副的符号转动副：移动副：7/1/202411凸轮副：齿轮副：7/1/202412常用构件和运动副的表示方法常用构件和运动副的表示方法7/1/2024133 3、绘制机构运动简图的步骤、绘制机构运动简图的步骤 1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；2）确定所有运动副的类型和数目，测量各运动副之间位置；3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性），确定视图方向；4）确定比例；5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)）原动件用箭头标出运动方向分清原动件、机架和从动件(或者mm/mm)7/1/202414例题例题1：内燃机内燃机7/1/202415ABCEFDG例题例题2：破碎机破碎机7/1/2024161.偏心轮机构偏心轮机构绘制运动副时注意事项绘制运动副时注意事项绘绘制制转转动动副副时时，转转动动副副的的位位置置是是关关键键：代代表表转转动动副副小小圆圆的的圆圆心心必必须须与回转中心重合；两个转动副中心连线的长度一定要精确。与回转中心重合；两个转动副中心连线的长度一定要精确。偏心轮偏心轮和和圆弧形滑块圆弧形滑块是是转动副转动副的特殊形式。它们的绘制是易错点。绘的特殊形式。它们的绘制是易错点。绘制时关键是要找出相对转动中心。制时关键是要找出相对转动中心。7/1/202417绘绘制制移移动动副副时时，导导路路的的方方向向和和位位置置是是关关键键。必必须须注注意意：代代表表移移动动副副的的滑滑块块，其其导导路路的的方方向向必必须须与与相相对对移移动动的的方方向向一一致致；转转动动副到移动副导路间的距离要精确。副到移动副导路间的距离要精确。2.圆弧形滑块圆弧形滑块7/1/202418:1.1.分分析析机机构构的的组组成成及及运运动动情情况况，确确定定机机构构中中的的机机架架、原原动动部部分、传动部分和执行部分，以分、传动部分和执行部分，以确定构件的数目确定构件的数目。2.2.循循着着运运动动传传递递的的路路线线，逐逐一一分分析析每每两两个个构构件件间间相相对对运运动动的的性质，性质，确定运动副的类型和数目确定运动副的类型和数目;3.3.恰恰当当地地选选择择投投影影面面：一一般般选选择择与与机机械械的的多多数数构构件件的的运运动动平平面相平行的平面作为投影面。面相平行的平面作为投影面。4.4.选选择择适适当当的的比比例例尺尺,定定出出各各运运动动副副之之间间的的相相对对位位置置，用用规规定的简单线条和各种运动副符号定的简单线条和各种运动副符号,将机构运动简图画出来。将机构运动简图画出来。小结：小结：7/1/2024197/1/2024201-3平面机构的自由度平面机构的自由度一、平面机构的自由度计算一、平面机构的自由度计算机构的自由度机构的自由度：机构中活动构件相对于机架所具有的独立运动的数目。（与构件数目、运动副的类型和数目有关）如果如果：活动构件数：n 低副数：pl 高副数：p ph h联接前，总自由度：3n联接后，引入的总约束数：2pl+phF=3n-(2pl+ph)=3n-2pl-ph机构自由度机构自由度F：7/1/202421机构自由度计算举例：机构自由度计算举例：1234F=3n2plph =3 2 340=112345F=3n2plph =3 2 450=2F=3n2plph =3 2 221=1BCAF=3n2plph =3 2 340=1F=3n2plph =3 2 451=17/1/202422机构自由度计算举例：机构自由度计算举例：牛头刨床 F=3n-2PL-Ph=36-28-1=1解：n=6,PL=8,Ph=17/1/202423二、平面机构具有确定相对运动的条件二、平面机构具有确定相对运动的条件机构要能运动，它的自由度必须大于零。机构的自由度表明机构具有的独立运动数。由于每一个原动件只可从外界接受一个独立运动规律（如内燃机的活塞具有一个独立的移动）因此：当机构的自由度为1时，只需有一个原动件；当机构的自由度为2时，则需有2个原动件。F=3n2plph =3 42 50=2 F=3n2plph =3 32 50=-1 F=3n2plph =3 22 30=0 BCABCADEAEBCD7/1/202424F0，构件间无相对运动，不成为机构。(F=0,(F=0,刚性桁架刚性桁架刚性桁架刚性桁架)F0,原动件数=F，运动确定原动件数F，机构破坏故机构具有确定相对运动的必要条件是机构具有确定相对运动的必要条件是：原动件数目应等于机构的自由度数目。原动件数目应等于机构的自由度数目。结论：结论：机构具有确定相对运动的充要条件：机构具有确定相对运动的充要条件：1.机构自由度机构自由度02.原动件数原动件数机构自由度数机构自由度数7/1/202425缝纫机刺布机构 油泵7/1/202426F=3n-2PF=3n-2PL L-P-Ph h=3*5-2*6-0=3*5-2*6-0=3=3F=3n-2PF=3n-2PL L-P-Ph h=3*5-2*7-0=3*5-2*7-0=1=11.1.复合铰链复合铰链：两个以上个构件在同一条轴线上形成的转动副。由K个构件组成的复合铰链包含的转动副数目应为（K-1）个。三、三、注意事项注意事项7/1/202427F=3n-2PL-Ph=3*3-2*3-1=2F=3n-2PL-Ph=3*2-2*2-1=12 2、局部自由度、局部自由度 在机构中，某些构件具有不影响其它构件运动的自由度局部自由度经常发生的场合：局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠的滚子、轴承中的滚珠解决的方法：解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一子与安装滚子的构件固结在一起，视作一个构件起，视作一个构件排除排除7/1/202428 3 3、虚约束、虚约束 重复而不起独立限制作用的约束称为虚约束虚约束。计算机构的自由度时，虚约束应除去不计。排除排除虚约束经常发生的场合虚约束经常发生的场合:A两构件之间构成多个运动副两构件之间构成多个运动副B两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变C联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合D机构中对运动不起作用的对称部分机构中对运动不起作用的对称部分n目的：目的：为了改善构件的受力情况为了改善构件的受力情况7/1/202429A、两构件之间构成多个运动副时两构件之间构成多个运动副时n两构件组合成多个两构件组合成多个转动副转动副，且其且其轴线重合轴线重合n两构件组合成多个两构件组合成多个移动副移动副，其其导路平行或重合导路平行或重合n两构件组合成若干个两构件组合成若干个高副高副，但接触点之间的但接触点之间的距离为距离为常数常数123123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 22 117/1/202430讨论：两构件构成多个导路平行的移动副F=3n-2PL-Ph=3*3-2*5-0=-1F=3n-2PL-Ph=3*3-2*4-0=1例子分析：7/1/202431B、两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时n在这两个例子中，加与不加红色构件在这两个例子中，加与不加红色构件MNMN效果完全一样，为效果完全一样，为虚约虚约束束n解决方法：解决方法：计算时应将构件计算时应将构件MNMN及其引入的约束去掉及其引入的约束去掉F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 0F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 46 00NM1F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 017/1/202432C、两构件用转动副联接、两构件用转动副联接,联接前后其联接点的运动轨迹重合联接前后其联接点的运动轨迹重合n在该机构中，构件在该机构中，构件3 3与构件与构件2 2上的点上的点C C2 2轨轨迹重合，迹重合，C C点为点为虚约束虚约束n解决方法：解决方法：计算时应将构件计算时应将构件3 3及其引入及其引入的约束去掉的约束去掉n同理，也可将构件同理，也可将构件4 4的的D D点当作虚约束，点当作虚约束，将构件将构件4 4及其引入的约束去掉，效果完及其引入的约束去掉，效果完全一样全一样BAC(C2,C3)D1234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 017/1/202433D、机构中对运动不起作用的对称部分机构中对运动不起作用的对称部分n在该机构中，齿轮在该机构中，齿轮2 2、3 3、4 4圆周对称，为圆周对称，为虚约束虚约束n目的：目的：为了改善构件的受力情况为了改善构件的受力情况n解决方法：解决方法：计算时应将齿轮和计算时应将齿轮和3 3及其引入的约束去掉及其引入的约束去掉n同理，将齿轮同理，将齿轮2 2和当作虚约束去掉，完全一样和当作虚约束去掉，完全一样F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 33 2101机械原理动画素材周转轮系-虚约束.rm轮系12347/1/202434虚约束虚约束结论结论n机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动约束，而使机构不能运动n采用虚约束是为了采用虚约束是为了:改善构件的受力情况；传递较大功率；或满改善构件的受力情况；传递较大功率；或满足某种特殊需要足某种特殊需要n在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则必须严在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所需要的几何条格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所需要的几何条件件1237/1/202435C处为复合铰链处为复合铰链,计算时为计算时为（3-1)=2个铰链；个铰链；E或或E为虚约束为虚约束应去掉应去掉一个；一个；F处为局部自由度处为局部自由度应去掉应去掉。例子分析：例子分析：=3 7-2 9-1=2F=3n-2PL-PHEEFC7/1/202436C处为复合铰链处为复合铰链,计算时为计算时为（3-1)=2个铰链；个铰链；D处为虚约束处为虚约束应去掉应去掉；B处为局部自由度处为局部自由度应去掉应去掉。2和和3为一个构件。为一个构件。F=3n-2PL-PHCBD=3 9-2 12-2=17/1/202437F=3n2plph =3 52 70=1 F=3n2plph =3 32 40=1 7/1/2024381 1 判定机构的运动设计方案是否合理判定机构的运动设计方案是否合理2 2 判定机构运动简图是否正确判定机构运动简图是否正确u修改设计方案修改设计方案（1）F=0:增加一构件带进1个低副或者低副改高副（2）F原动件数目：增加一构件带进2个低副或增加原动件数目四、计算平面机构自由度的实用意义四、计算平面机构自由度的实用意义7/1/202439n=2,PL=3F=0b,c:n=3,PL=4,F=1d:n=2,PL=2,PH=1F=1例：图示为一简易冲床的设计图。试分析设计方案是否合理。例：图示为一简易冲床的设计图。试分析设计方案是否合理。如不合理，则绘出修改后的机构运动简图。如不合理，则绘出修改后的机构运动简图。abcd修改设计方案修改设计方案（1）增加一构件带进增加一构件带进1个低副个低副（2）低副改高副，减少一个约束）低副改高副，减少一个约束7/1/202440
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