机械设计基础绪论第1章

本章教学内容,本章教学目的, 本课程研究的对象及内容,了解本课程研究的对象、内容, 了解本课程的地位、作用和任务,本章重点,机械设计基础,绪 论,通过,本,课程将要学习什么？,为什么要学机械,设计基础,？,学习本课程的目的,机 械,什么叫机械？, 机械: 机器和机构的总称,机器,切削机床、运输机械、建筑机械、轻工机械、动力机器、医用机械、家用机械、机器人等,机器是根据某种使用要求而设计的机械系统，可以用来变换或传递能量、物料与信息。,机器是由什么组成的？,机器具有那些特征？,绪论(,Introduction),机器实例,:,绪论(,Introduction),内燃机,缝纫机,机器人焊接,1. 机器的特征,1）人为的组合体,2）各实体间有确定的相对运动,）能做有效的机械功或能量转换,2. 机构、零件、构件,机构,：(,Mechanism),机器的前两个特征,零件,：(,Element),机械制造单元体,构件,:,(,Member),运动单元体,绪论(,Introduction),机器组成：,原动机,传动装置,工作机,控制系统,辅助系统（如仪表、照明等）,轿车组成：,二、本课程的内容和任务, 课程内容,机械设计的一般原则，机械组成，,常用,机构、通用零部件的工作原理、运动特点、结构特点、设计方法,绪论(,Introduction),常用机构:,连杆机构,凸轮机构,齿轮机构,零件,专用零部件,：只在,一定类型机器,中使用的零件，如曲轴。,通用零部件,：,各种机器,中普遍使用的零部件，如齿轮、螺栓。,标准件,：制定了,国家标准,，并由,专门工厂生产,的零部件。,如：滚动轴承、螺栓等。,绪论(,Introduction),3、任务,2）,通用机械零部件,的设计计算,。,3）综合运用本课程和其他先修课程的知识，设计机械传动装置,和一般机械。,1,）,掌握常用,机构,的结构、特性等基本知识，初步具有选用、分析机构的能力,。,绪论(,Introduction),三,机械设计的基本要求及设计程序,1、机械设计的基本要求,1）,、对机械设计的要求,a),对机器使用功能方面的要求,b),对机器经济性的要求,2）、,对机械零件设计的基本要求,a),在预定工作期限内正常、可靠地工作，保证机器 的各种功能,b),要尽量降低零件的生产、制造成本,二、机械设计的一般程序,1、机器设计的一般程序,市场调研,可行性研究,原理方案设计,技术设 计,试制试验,小批生,产试销,投产,设计任务书,定出最佳方案,装配图、,零件图、技术文件,样机评价改进,考核工艺性收集用户意见,产品销售,四 机械零件的主要失效形式和设计计算准则,1、机械零件的失效形式,失效零件丧失正常工作能力或达不到设计要求的性能,失效形式：强度失效、刚度失效、磨损失效、振动、,噪声失效、精度失效、可靠性失效,2、机械零件的计算准则,工作能力零件不发生失效时的安全工作限度,计算准则以防止产生各种可能失效为目的而拟定的零件工作能力计算依据的基本原则,1、强度准则,2、刚度准则,零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力,零件在载荷作用下抵抗破坏的能力,y,可以是挠度、偏转角或扭转角,3、耐磨性准则,作相对运动的零件其工作表面抵抗磨损的能力,4、振动和噪声准则,5、热平衡准则,本章教学内容,本章教学目的,1-1,运动副,(,Kinematic,Pair),掌握,平面机构自由度的计算,本章重点,第一章 平面机构的运动简图及其有确定运动的条件,1-2,平面机构运动简图,(,Drawing,Kinematic,Scheme of Mechanism),1-3,平面机构自由度的计算及有确定运动的条件,彼此联接,彼此有确定的相对运动,运动副机构中构件的动联接,1-1 运动副,(,Kinematic,Pair),一、低副 两构件面接触,1. 转动副,.,如轴与轴承,又称作铰链,2. 移动副 如活塞与汽缸,二、高副两构件点或线接触 如齿轮间、凸轮间的接触,二、绘制：,1、运动副的符号,转动副：,移动副：,一、,定义：,机构运动简图按一定的长度比例尺，用构件和运动副的表达符号来表示机构的组成关系,1-2 平面机构运动简图,(,Drawing,Kinematic,Scheme of Mechanism),齿轮副,：,凸轮副：,2、构件（杆）：,二、,平面机构运动简图的绘制,步骤 ：1. 分析机构运动，找出固定件、原动件与从动件。,2. 从原动件开始，按运动传递的顺序分析各构,件的相对运动情况运动副、构件数目。,3. 选适当视图和适当的机构瞬时位置，取适当,比例尺，用规定符号绘出。,平 面 机 构 运 动 简 图,平 面 机 构 运 动 简 图,例:绘制牛头刨床机构的运动简图,平 面 机 构 运 动 简 图,例题一：绘制图示颚式破碎机的机构运动简图,分析：该机构有6个构件和7个转动副。,1,2,3,4,5,6,画机构运动简图的方法,1-3 平面机构自由度的计算及有确定运动的条件,一、平面机构的自由度,(,Degree of Freedom of a,Planar Mechanism,),1.,机构的自由度定义机构有确定运动必须给定的独立运动的数目。,对一平面机构，各构件通过运动副相连，由于运动副 的直接接触独立运动受到限制，自由度也随之减少。,对任一平面运动的构件，有三个独立的运动，两个移动，一个转动，即三个自由度。,A,X,Y,O,1-3 平面机构自由度的计算及有确定运动的条件,一、平面机构的自由度,(,Degree of Freedom of a,Planar Mechanism,),1.,机构的自由度定义机构有确定运动必须给定的独立运动的数目。,对一平面机构，各构件通过运动副相连，由于运动副 的直接接触独立运动受到限制，自由度也随之减少。,对任一平面运动的构件，有三个独立的运动，两个移动，一个转动，即三个自由度。,如果平面机构由,N,个构件组成，有一个为机架，活动件数,n=N-1，,则：,n,个活动构件的总自由度为3,n；,P,H,个,高副引入,P,H,个,约束；,P,L,个低副引入2,P,L,个,约束；,平面机构自由度的计算,平面机构自由度,计算公式,F=3n - 2,P,L, P,H,举例：,F=3n - 2 P,L, P,H,=36 - 2 8 - 1= 1,平面机构自由度的计算,实例分析1：计算图示直线机构自由度,解：,F=3n-2 p,l, p,h,=37 - 26-0=9,解：,F=3n-2p,L, p,H,=37 - 210 0 =1,二、计算机构自由度注意事项,(,Items to Be Noted During Calculating,DoF,),平面机构自由度的计算,1.,复合铰链,两个以上构件同在一处以转动副相联接即构成复合铰链。,m,个构件以复合铰链联接所构成的转动副数为(,m-1),个。,2.,局部自由度,机构中对其它构件的运动没有影响的自由度,处理办法：在计算自由度时，拿掉这个局部自由度，可将滚子与装滚子的构件看做固接在一起。,A,B,C,3,2,1,A,B,C,3,2,1,F=3,3-2,3-1,1=2,F=2,3-2,2-1,1=1,n=,3,P,l,=3,P,h,=1,n=,2,P,l,=2,P,h,=1,平面机构自由度的计算,2）两构件同时在几处,构成多个移动副,3）两构件同时在几处,构成同轴线转动副,3.,虚约束,机构中与其它约束重复而不起限制运动的约束,出现在下列情况：,1）轨迹重合,平面机构自由度的计算,例: 计算下图,所示大筛机构的自由度,4）机构运动传递中对运动不起独立作用 的对称部分,F=37-29-1=2,平面机构自由度的计算,计算机构自由度应注意的事项,小结,存在于转动副处,正确处理方法：复合铰链处有,m,个构件则有(,m-1),个转动副, 复合铰链,局部自由度,常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩擦所增加的滚子处。,正确处理方法：计算自由度时将局部自由度减去。, 虚约束,存在于特定的几何条件或结构条件下。,正确处理方法：将引起虚约束的构件和运动副除去不计。,原动件数 机构自由度数, 运动不确定,三、机构具有确定运动的条件,(,Conditions to Move Determinately for a Mechanism ),机构中每一个原动件具有一个独立运动源，即独立运动.机构自由度是机构的独立运动数目, 则机构具有确定运动的条件为：,原动件数 = 机构自由度数,如 原动件数 机构自由度数, 运动将会被破坏,平面机构自由度的计算,例：计算自由度,（先看有无注意事项，复合铰链，再看有几个构件）,AB/EF/CD,且,AB=EF=CD,计算机构的自由度,F=3,6-2 7-2=2,A,D,C,B,F,E,G,H,I,典型例题二：,计,算,图,示,机,构,的,自,由,度，,如,有,复,合,铰,链、,局,部,自,由,度,和,虚,约,束，需,明,确,指,出。,画,箭,头,的,构,件,为,原,动,件。,复合铰链,解：分析,局部自由度,1个虚约束,复合铰链,计算机构自由度典型例题分析,1.,孙桓 陈作模主编 机械原理,高教出版社,第6版,1998年,2,.,申永胜主编,机械,原理教程,清华大学,出版社,2000,年,3.,邹惠君等主编,机械原理,高教出版社,第1版,1999,年,参考教材：,