机械设计基础 电子讲稿绪论、第1章

,机械设计基础 电子讲稿,机械设计概论,机械和机械设计发展的历史,由几种简单工具而来,:,石器时代,:,石刀、石斧、桔槔、辘轳。省力或,便于用力。牲畜力、风力、火力。,省力或扩大力。,18,世纪,60,年代：蒸汽机。作为动力，促进了,其它工业的发展。,19,世纪,60,年代：直流发电机。,续：,19,世纪,80,年代：交流发电机、交流电动机。,20,世纪初：电动机取代了蒸汽机。,蒸汽机是驱动各种工作机械的基,础。,绪论,机器是人们改造世界和现代化生活的重要工具，机器的发明、使用和发展是现代社会发展的一个重要创新过程。在这一创新过程中，人们总结出了 进行机械设计的理论与方法，从而为更高层次的创新与设计奠定了基础。,关于机械设计的理论与方法是博大精深的，而作为大学本科阶段的一门课 程，机械设计基础课程的主要任务是讲述通用机械零部件的设计以及机械系统设计的基础知识。,机 械 设 计 基 础,机器,(,Machine),机构,(,Mechanism),的总称为机械,一、机械,(,Machinery),的组成,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：机器的前两个特征,零件：机械制造单元体,构件：运动单元体,切糕机,牛头刨床,挖掘机,胶片放映机,汽车,机器实例,:,冲压机,自动装卸机,多缸内燃机,齿轮减速器,挖掘机,机器的组成,(Composing of a Machine),：,一,台发展完善的现代化机器可由四部分组成：原动机、传动机构、执行机构和控制系统。,(1),原动机,(Priming Mover),(2),传动机构,(Transmission Mechanism),：,(3),执行机构,(Executive Mechanism,(4),控制系统,(Control System),：,用来处理机器各组成部分之间，以及与外部其它机器之间的工作协调关系，它通常由各种计算机和控制器组成。,齿轮机构,通用零件包括：,齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动；,轴、联轴器、离合器；滚动轴承、滑动轴承；,螺栓、键、花键、销；弹簧等。,常用机构,:,连杆机构,凸轮机构,二、本课程的内容、性质和任务, 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,2,课程性质,机械设计基础是一门介绍常用机构和通用机械零件的基本知识、基本设计方法，培养学生初步具有设计简单机械传动装置的技术基础课。,3,任务：,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。,2,）,掌握通用机械零件的工作原理、特点、应用和简单设计计算方法，并初步具有选 用、 分析和设计简单机械传动装置的能力。,3,）,运用标准、规范、手册、图册及查阅有关技术资料的能力。,三、机械设计的基本要求及一般程序,1.,设计基本要求,1,）预定的功能,2,）安全可靠、强度寿命,3,）经济性,4,）机械零部件结构设计要求,5,）工艺性、标准化、系列化、通用化,6,）其它,1,）设计任务书,2,）方案设计,3,）技术设计，确定机器各部分的结构、尺寸、材质,4,）样机试制,5,）样机试验,6,）技术经济评价,7,）修改设计,8,）生产设计，工艺流程和装备设计,9,）正式投产,2.,设计一般程序,四、机械零件的工作能力和计算准则,1.,机械零件的工作能力,一定条件下，预定的使用期限，不失效的工作限度（多种,),失效：由于某种原因，机器不能正常工作了。,2.,机械零件的计算准则,1,）强度准则,=, , =,2,）刚度,准则,y =,y ,=, , =,3,）耐磨性,p =,p ,pv,=,pv,4,）振动和噪声,五,.,许用应力和安全系数,1.,载荷和应力,(,静载荷,变载荷,.,静应力,变应力,),2,、零件的极限应力（,1,）静应力下的极限应力 （脆材）断裂破坏 （塑材）过大塑变（,2,）变应力下的极限应力 是疲劳破坏。 图中：,N,0,-,循环基数,-1,-,对称循环持久极限,本章英语单词,机械设计,machine design,（,mechanical design,）,机械零件,machine component,（,mechanical component,）,机械传动,mechanical drive,强度准则,strength criterion,刚度准则,rigidity criterion,耐磨性准则,wear ability criterion,（,wear-resistance criterion,）,可靠性准则,reliability criterion,重点学习内容,1.,了解机械的组成和机械零件的工作能力及计算准则。,2.,掌握载荷和应力的分类以及在变应力作用下许用应,力和安全系数的计算方法。,本章小结,第一章,机械系统的,运动简图设计,第一章 平面机构的运动简图及其有确定运动的条件,平面机构：,机构中各构件都在,同一平面或相互平,行的平面中运动。,空间机构：,机构中各构件的运,动平面不平行或不,重合。,第一章 平面机构的运动简图及其有确定运动的条件,内容：,一,.,机构的结构分析：构件应如何组合？自由度数？确定运动的条件？,二,.,机构运动简图的画法,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,第一章 平面机构的运动简图及其有确定运动的条件,1-1,运动副,一、低副,两构件面接触,1.,转动副 如轴与轴承,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,1-2,平面机构运动简图,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,一、运动副及构件的表示符号,GB4460-84,平 面 机 构 运 动 简 图,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,例,:,绘制下图所示牛头刨床机构的运动简图,平 面 机 构 运 动 简 图,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。,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。,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,3n,；,P,H,个,高副引入,P,H,个,约束；,P,L,个低副引入,2P,L,个,约束；,2.,平面机构自由度,计算公式,F=3n - 2,P,L, P,H,举例：,例,:,计算下图所示锯床进给机构的 自由度数,解：在本机构中,A,、,B,、,C,、,D,四处都由三个构件组成复合铰链，,n,7,，,P,L,10,，,P,H,=0,，,可得,:,F,=37-210-0=1,二、计算机构自由度注意事项,1.,复合铰链,两个以上构件同时在一轴线上用转动副联接。,不能看作一个转动副，如为,K,个构件，则有,K-1,个转动副,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,主要出现在凸轮滚子处，,处理办法,:,将滚子看作不,动,例：,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,4,）两点间的距离始,终不变,例,:,计算下图,所示大筛机构的自由度,5,）机构运动传递中对运动不起独立作用 的对称部分,如,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,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,原动件数 机构自由度数， 构件将会被破坏,本章英语单词,连接,connection,刚体,rigid body,运动副,kinematic,pair,面接触,area contact (surface contact),线接触,line contact,点接触,point contact,高副,higher pair,低副,lower pair,转动副,revolute pair,铰链,hinge (pin joint),移动副,sliding pair,螺旋副,helical pair,自由度数,degrees of freedom,复合铰链,multiple pin joints,局部自由度,partial freedom,虚约束,formal constraint,机构运动简图,kinematic,scheme,本章小结,内容归纳,本章小结,重点学习内容,1.,平面机构运动简图的绘制。,2.,平面机构自由度的计算。,3.,平面机构具有确定运动的条件。,例,1,解：,c,处,复合铰链,例,2,解：,C,处,局部自由度，,E,处,复合铰链,例,3,解：,A,、,B,、,C,、,D,处,复合铰链,例,4,解：,A,、,B,、,C,处,复合铰链,例,5,解：,A,复合铰链,例,6,解：,D,局部自由度,例,7,解：,E,局部自由度,滑块,H,、,I,之一为虚约束,FHI=90,0,，,L,FG,=L,HG,=L,GI,例,8,解：,H,局部自由度,F,、,G,之一为虚约束,C,复合铰链,例,9,解：齿轮,I,、,J,之一为虚约束,A,处,复合铰链,习题,1,答案：,F=2,习题,2,答案：,F=1,习题,3,答案：,F=1,习题,4,答案：,F=1,