机械设计基础 课件

课题绪论目的任务了解本课程研究对象、内容、增强感性认识重点本课程研究对象、内容难点机器与机构、构件与零件的区别教学方法利用虚实陈列室、工程案例等多种教学软件，展示本门课研究的对象、内容。绪论01引言02机械概述021机器和机构在人们的生产和生活中广泛使用着各种机器。机器的种类繁多，结构形式和用途也各不相同，但总的来说，机器有三个共同的特征1都是人为的各种实物的组合；2组成机器的各种实物间具有确定的相对运动；3可代替或减轻人的劳动，完成有用的机械功或转换机械能。点击下图可拆装运动演示运动演示动画演示动画演示机构是具有确定相对运动的各种实物的组合，它只符合机器的前两个特征。12022零件和构件构件运动的单元；拆装拆装零件制造的单元。023机器的组成1原动部分2工作部分3传动部分4控制部分03机械设计基础课程的性质、内容、任务和学习方法特点031机械设计基础课程的性质与研究对象机械设计基础是一门综合性技术基础课，其研究对象如下第一篇构件静力分析研究对象为刚体或刚体系统，即忽略构件的变形，将构件视为在力作用下大小和形状不变的物体。第二篇构件承载能力计算研究对象为变形固体。具体地讲，是经过力学模型化处理的杆状构件。第三篇常用机构研究对象为常见于各种机器中的机构。如平面连杆机构，凸轮机构等。第四篇常用机械传动研究对象为常见于各种机器中的机械传动。如齿轮传动，带传动等。第五篇通用机械零部件研究对象是在各种机器中普遍使用的零部件。如轴、轴承、联轴器及离合器等。032机械设计基础课程的内容第一篇构件静力分析理论力学主要研究刚体在力作用下的平衡问题，即根据力系平衡条件分析平衡刚体的受力情况，确定各未知力的大小和方向，是构件承载能力计算的基础。第二篇构件承载能力计算材料力学主要研究变形固体的强度和刚度问题，为机械零件确定合理的材料、截面形状和尺寸，为达到既安全又经济的目的提供理论基础。第三篇常用机构机械原理主要研究机器中常用机构的组成、工作原理、运动特性、动力特性以及设计的基本原理和方法。第四篇常用机械传动机械原理与机械零件主要研究机器中常用机械传动的工作原理、结构特点和运动特性，以及设计的基本原理和方法。第五篇通用机械零部件机械零件主要研究机械中通用零部件的工作原理、结构特点、选用、设计原理和方法。033机械设计基础课程的任务（1）能熟练地运用力系平衡条件求解简单力系的平衡问题。（2）掌握零部件的受力分析和强度计算方法。（3）熟悉常用机构、常用机械传动及通用零部件的工作原理、特点、应用、结构和标准，掌握常用机构、常用机械传动和通用零部件的选用和基本设计方法，具备正确分析、使用和维护机械的能力，初步具有设计简单机械传动装置的能力。（4）具有与本课程有关的解题、运算、绘图能力和应用标准、手册、图册等有关技术资料的能力。034机械设计基础课程的学习方法特点本课程是从理论性、系统性很强的基础课和专业基础课向实践性较强的专业课过渡的一个重要转折点。（1）学会综合运用知识本课程是一门综合性课程，综合运用本课程和其他课程所学知识解决机械设计问题是本课程的教学目标，也是设计能力的重要标志。（2）学会知识技能的实际应用本课程又是一门能够应用于工程实际的设计性课程，除完成教学大纲安排的实验、实训、设计训练外，还应注意设计公式的应用条件，公式中系数的选择范围，设计结果的处理，特别是结构设计和工艺性问题。（3）学会总结归纳本课程的研究对象多，内容繁杂，所以必须对每一个研究对象的基本知识、基本原理、基本设计思路方法进行归纳总结，并与其他研究对象进行比较，掌握其共性与个性，只有这样才能有效提高分析和解决设计问题的能力。（4）学会创新学习机械设计不仅在于继承，更重要的是应用创新，机械科学产生与发展的历程，就是不断创新的历程。只有学会创新，才能把知识变成分析问题与解决问题的能力。课题第一章构件静力分析基础11静力分析的基本概念12静力学公理13约束和约束反力目的任务理解静力分析的基本概念、掌握静力学公理、约束和约束反力重点静力学公理、约束反力难点约束和约束反力的概念第一章构件静力分析基础11静力分析的基本概念111力的概念1定义力是物体间的相互机械作用。这种机械作用使物体的运动状态或形状尺寸发生改变。力使物体的运动状态发生改变称为力的外效应；力使物体形状尺寸发生改变称为力的内效应。2力的三要素及表示方法物体间机械作用的形式是多种多样的，如重力、压力、摩擦力等。力对物体的效应（外效应和内效应）取决于力的大小、方向和作用点，这三者被称为力的三要素。力是一个既有大小又有方向的物理量，称为力矢量。用一条有向线段表示，线段的长度（按一定比例尺）表示力的大小；线段的方位和箭头表示力的方向；线段的起始点（或终点）表示力的作用点，如图所示。力的国际单位为牛顿（N）。3力系与等效力系若干个力组成的系统称为力系。如果一个力系与另一个力系对物体的作用效应相同，则这两个力系互称为等效力系。若一个力与一个力系等效，则称这个力为该力系的合力，而该力系中的各力称为这个力的分力。已知分力求其合力的过程称为力的合成，已知合力求其分力的过程称为力的分解。4平衡与平衡力系平衡是指物体相对于地球处于静止或匀速直线运动的状态。若一力系使物体处于平衡状态，则该力系称为平衡力系。112刚体的概念所谓刚体，是指在外力作用下，大小和形状保持不变的物体。这是一个理想化的力学模型，事实上是不存在的。实际物体在力的作用下，都会产生程度不同的变形。但微小变形对所研究物体的平衡问题不起主要作用，可以忽略不计，这样可以使问题的研究大为简化。静力学中研究的物体均可视为刚体。12静力学公理公理1二力平衡公理作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是这两个力大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上。对于变形体而言，二力平衡公理只是必要条件，但不是充分条件。例如在绳索两端施加一对等值、反向、共线的拉力时可以平衡，但受到一对等值、反向、共线的压力时就不能平衡了。公理2加减平衡力系公理在已知力系上加上或者减去任意平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。推论1力的可传性原理作用在刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移动到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用效应。如图所示的小车，在A点作用力F和在B点作用力F对小车的作用效果是相同的。公理3力的平行四边形公理推论2三力平衡汇交原理作用在刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则第三个力的作用线通过汇交点。公理4作用与反作用公理两物体间的作用力与反作用力总是同时存在，且大小相等、方向相反、沿同一条直线，分别作用在这两个物体上。此公理说明力永远是成对出现的，物体间的作用总是相互的，有作用力就必有反作用力，它们互相依存、同时出现、同时消失，分别作用在相互作用的两物体上。必须强调的是，作用力与反作用力公理中所讲的两个力，决不能与二力平衡公理中的两个力混淆，这两个公理有着本质的区别。13约束和约束反力131约束和约束反力的概念凡在空间的位置不受任何限制，可以做任意运动的物体称为自由体，如在空间飞行的飞机、炮弹和火箭等。凡是因为受到周围其它物体的限制而不能做任意运动的物体称为非自由体。如机车、机床的刀具等。凡是能限制某些物体运动的其它物体，称为约束。如铁轨对于机车、轴承对于电机转子、机床刀夹对于刀具等，都是约束。约束对非自由体的作用实质上就是力的作用，这种力称为约束反力，简称反力。反力的作用点是约束与非自由体的接触点。反力的方向总是与该约束所能限制的运动方向相反。运用这一准则，可以确定约束反力的方向或作用线的位置。至于约束反力的大小总是未知的。在静力学中可以利用相关平衡条件求出约束反力。132约束的基本类型1柔性约束由柔软的绳索、链条、皮带等构成的约束称为柔性约束，如图。2光滑面约束光滑面约束的约束反力必须垂直于接触处的公切面，而指向非自由体。此类约束反力称为法向反力。3光滑铰链约束4固定端约束课题第二章平面力系21平面汇交力系目的任务理解力在直角坐标轴上的投影和合力投影定理，掌握平面汇交力系平衡方程重点平面汇交力系平衡方程难点合力投影定理第二章平面力系平面力系各力作用线都在同一平面内的力系。空间力系各力作用线不在同一平面内的力系。汇交力系作用线交于一点的力系。平行力系作用线相互平行的力系。一般力系作用线既不完全交于一点又不完全平行的力系。本章主要研究平面力系的简化和合成方法，平衡条件和平衡方程，应用平衡方程求解物体平衡问题的方法步骤。21平面汇交力系平面汇交力系的工程实例211力的分解按照平行四边形法则，两个共作用点的力，可以合成为一个合力，解是唯一的；但反过来，要将一个已知力分解为两个力，如无足够的条件限制，其解将是不定的。212力在坐标轴上的投影注意力的投影是代数量，它的正负规定如下如由A到B或由A1到B1的趋向与X轴（或Y轴）的正向一致时，则力F的投影FX（或FY）取正值；反之，取负值。若已知力F在直角坐标轴上的投影FX、FY，则该力的大小和方向为力F可分解为FX、FY，可见利用力在直角坐标轴上的投影，可以同时表明力沿直角坐标轴分解时分力的大小和方向。213合力投影定理若刚体在平面上的一点作用着N个力F1，F2，FN，按两个力合成的平行四边形法则（三角形）依次类推，从而得出力系的合力等于各分力的矢量和。即一般地，则其合力的投影合力投影定理合力在某一轴上的投影等于各分力在同一轴上投影的代数和。合力投影定理是用解析法求解平面汇交力系合成与平衡问题的理论依据。214平面汇交力系的平衡条件平面汇交力系可以合成为一个合力，即平面汇交力系可用其合力来代替。显然，如果合力等于零，则物体在平面汇交力系的作用下处于平衡状态。平面汇交力系平衡的必要和充分条件是该力系的合力F等于零。即即平面汇交力系的平衡方程力系中所有各力在两个坐标轴中每一轴上投影的代数和都等于零。这是两个独立的方程，可以求解两个未知量。例21如图所示为一吊环受到三条钢丝绳的拉力作用。已知F12000N，水平向左；F25000N，与水平成300角；F33000N，铅直向下，试求合力大小。（仅是求合力大小）解以三力交点为原点。F1XF12000N,F2XF2COS30050000866N4330N,F3X0F1Y0,F2YF2SIN300500005N2500N,F3XF33000NFXFX2000433006330NFYFY0250030005500N由于FX、FY都是负值，所以合力应在第三象限，图B。例22图示为一简易起重机装置，重量G2KN的重物吊在钢丝绳的一端，钢丝绳的另一端跨过定滑轮A，绕在绞车D的鼓轮上，定滑轮用直杆AB和AC支承，定滑轮半径较小，大小可忽略不计，定滑轮、直杆以及钢丝绳的重量不计，各处接触都为光滑。试求当重物被匀速提升时，杆AB、AC所受的力。解因为杆AB、AC都与滑轮接触，所以杆AB、AC上所受的力就可以通过其对滑轮的受力分析求出。因此，取滑轮为研究对象，作出它的受力图并以其中心为原点建立直角坐标系。由平面汇交力系平衡条件列平衡方程有求出FNAC为负值，表明FNAC的实际指向与假设方向相反，即AC杆为受压杆件。解静力学平衡问题的一般方法和步骤1选择研究对象所选研究对象应与已知力（或已求出的力）、未知力有直接关系，这样才能应用平衡条件由已知条件求未知力；2画受力图根据研究对象所受外部载荷、约束及其性质，对研究对象进行受力分析并得出它的受力图。3建立坐标系，根据平衡条件列平衡方程在建立坐标系时，最好有一轴与一个未知力垂直。在根据平衡条件列平衡方程时，要注意各力投影的正负号。如果计算结果中出现负号时，说明原假设方向与实际受力方向相反。1已知F1500N，F2300N，F3600N，F41000N，用解析法求它们的合力的大小和方向。2圆柱形容器搁在两个滚子A、B上，A、B处于同一水平线，已知容器重G30KN,半径R500MM，滚子半径R50MM，两滚子中心L750MM，求滚子A、B所受的压力。课题第三章空间力系31力的投影和力对轴之矩32空间力系的平衡目的任务理解力的投影和力对轴之矩、掌握空间力系的平衡条件重点空间力系的平衡条件难点力对轴之矩作业题31、题32第三章空间力系空间力系各力的作用线不在同一平面内的力系。31力的投影和力对轴之矩311力在空间直角坐标轴上的投影1一次投影法设空间直角坐标系的三个坐标轴如图所示，已知力F与三个坐标轴所夹的锐角分别为、,则力F在三个轴上的投影等于力的大小乘以该夹角的余弦，即2二次投影法有些时候，需要求某力在坐标轴上的投影，但没有直接给出这个力与坐标轴的夹角，而必须改用二次投影法。如图所示，若已知力F与Z轴的夹角为，力F和Z轴所确定的平面与X轴的夹角为，可先将力F在OXY平面上投影，然后再向X、Y轴进行投影。则力在三个坐标轴上的投影分别为反过来，若已知力在三个坐标轴上的投影FX、FY、FZ，也可求出力的大小和方向，即例31斜齿圆柱齿轮上A点受到啮合力FN的作用，FN沿齿廓在接触处的法线方向，如图所示。N为压力角，为斜齿轮的螺旋角。试计算圆周力FT、径向力FR、轴向力FA的大小。解建立图示直角坐标系AXYZ,先将法向力FN向平面AXY投影得FXY，其大小为FXYFNCOSN向Z轴投影得径向力FRFNSINN然后再将FXY向X、Y轴上投影，如图所示。因，得圆周力FTFXYCOSFNCOSNCOS轴向力FAFXYSINFNCOSNSIN312力对轴之矩在平面力系中，建立了力对点之矩的概念。力对点的矩，实际上是力对通过矩心且垂直于平面的轴的矩。以推门为例，如图所示。门上作用一力F，使其绕固定轴Z转动。现将力F分解为平行于Z轴的分力FZ和垂直于Z轴的分力FXY（此分力的大小即为力F在垂直于Z轴的平面A上的投影）。由经验可知，分力FZ不能使静止的门绕Z轴转动，所以分力FZ对Z轴之矩为零；只有分力FXY才能使静止的门绕Z轴转动，即FXY对Z轴之矩就是力F对Z轴之矩。现用符号MZ（F）表示力F对Z轴之矩，点O为平面A与Z轴的交点，D为点O到力FXY作用线的距离。因此力F对Z轴之矩为上式表明力对轴之矩等于这个力在垂直于该轴的平面上的投影对该轴与平面交点之矩。力对轴之矩是力使物体绕该轴转动效应的度量，是一个代数量。其正负号可按下法确定从Z轴正端来看，若力矩逆时针，规定为正，反之为负。力对轴之矩等于零的情况（1）当力与轴相交时（此时D0）；（2）当力与轴平行时。313合力矩定理如一空间力系由F1、F2、FN组成，其合力为FR，则可证明合力FR对某轴之矩等于各分力对同一轴之矩的代数和。写为题31在如图所示边长A12CM,B16CM,C10CM的六面体上，作用力F12KN,F22KN,F34KN,试计算各力在坐标轴上的投影。题32图示力F1000N，求F对Z轴的矩MZ。课题第二篇构件的承载能力分析目的任务了解构件承载能力分析的内容、理解变形固体的基本假设及杆件变形的基本形式重点杆件变形的基本形式难点变形固体的基本假设教学方法多媒体演示杆件变形第二篇构件的承载能力分析（材料力学MECHANICSOFMATERIALS）问题材料力学研究什么问题材料力学怎样研究问题材料力学研究问题与理论力学有什么异同刚体和变形体DEFORMABLEBODY在外力作用下，一切固体都将发生变形DEFORMATION（尺寸和形状），故称为变形固体。材料力学中的固体一般是指变形体。构件ELEMENT组成机械的零部件或工程结构中的构件统称为构件。如图所示桥式起重机的主梁、吊钩、钢丝绳；悬臂吊车架的横梁AB，斜杆CD都是构件。1构件承载能力分析的内容材料力学是一门研究构件承载能力的科学。为满足工程结构或机械的正常工作,构件应具有足够的承载能力。对构件的三项基本要求1强度STRENGTH构件在外载作用下，具有足够的抵抗断裂破坏的能力。例如储气罐不应爆破；机器中的齿轮轴不应断裂失效等。构件拉伸破坏1构件拉伸破坏2构件拉伸破坏强度问题2刚度STIFFNESS构件在外载作用下，具有足够的抵抗变形的能力。如机床主轴变形不应过大，否则影响加工精度。未变形变形3稳定性STABILITY某些构件在特定外载，如压力作用下，具有足够的保持其原有平衡状态的能力。例如千斤顶的螺杆等。材料力学的任务1研究构件的强度、刚度和稳定性；2研究材料的力学性能；3为合理解决工程构件设计中安全与经济之间的矛盾提供力学方面的依据。2变形固体的基本假设在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变形固体，而构件一般均由固体材料制成，所以构件一般都是变形固体。由于变形固体种类繁多，工程材料中有金属与合金，工业陶瓷，聚合物等，性质是多方面的，而且很复杂，因此在材料力学中通常省略一些次要因素，对其作下列假设（1）均匀连续性假设假定变形固体内部毫无空隙地充满物质，且各点处的力学性能都是相同的。（2）各向同性假设认为物体内在各个不同方向上的力学性能相同。（3）弹性小变形条件在载荷作用下，构件会产生变形。实验证明，当载荷不超过某一限度时，卸载后变形就完全消失。这种卸载后能够消失的变形称为弹性变形ELASTICDEFORMATION。若载荷超过某一限度时，卸载后仅能消失部分变形，另一部分不能消失的变形称为塑性变形PLASTICDEFORMATION。构件的承载能力分析主要研究微小的弹性变形问题，称为弹性小变形。由于这种弹性小变形与构件的原始尺寸相比较是微不足道的，因此，在确定构件内力和计算应力及变形时，均按构件的原始尺寸进行分析计算。3杆件变形的基本形式工程实际中的构件种类繁多，根据其几何形状，可以简化为四类杆BAR、板PLATE、壳SHELL、块BODY。杆件受力有各种情况，相应的变形就有各种形式。在工程结构中，杆件的基本变形有以下四种1）拉伸TENSION和压缩COMPRESSION由大小相等、方向相反、作用线与杆件轴线重合的一对力所引起，表现为杆件长度的伸长或缩短。2）剪切SHEAR演示由大小相等、方向相反、相互平行且非常靠近的一对力所引起，表现为受剪杆件的两部分沿外力作用方向发生相对错动。如联接件中的螺栓和销钉受力后的变形。3扭转TORSION由大小相等、转向相反、作用面都垂直于杆轴的一对力偶所引起，表现为杆件的任意两个横截面发生绕轴线的相对转动。如机器中的传动轴受力后的变形。4弯曲BEND由垂直于杆件轴线的横向力，或由作用于包含杆轴的纵向平面内的一对大小相等、方向相反的力偶所引起的，表现为杆件轴线由直线变为受力平面内的曲线。如单梁吊车的横梁受力后的变形。杆件同时发生几种基本变形，称为组合变形。知识点1材料力学研究的问题是构件的强度、刚度和稳定性。2构成构件的材料是可变形固体。3对材料所作的基本假设是均匀性假设，连续性假设及各向同性假设。4材料力学研究的构件主要是杆件。5杆件的几种基本变形形式是拉伸（或压缩），剪切，扭转以及弯曲。课题第五章剪切目的任务理解剪切及挤压概念、掌握剪切强度及挤压强度的实用计算方法重点剪切强度及挤压强度的计算难点剪切及挤压概念教学方法多媒体作业51、53第五章剪切51剪切和挤压的概念511剪切SHEAR的概念剪切变形的特点1受力特点杆件两侧作用有大小相等，方向相反，作用线相距很近的外力。2变形特点两外力作用线间截面发生错动，由矩形变为平行四边形。512挤压的概念构件发生剪切变形时，往往会受到挤压作用。挤压联接和被联接件接触面相互压紧的现象。例铆钉孔被铆钉压成长圆孔。挤压发生在两个构件相互接触的表面。压缩发生在一个构件上。52剪切和挤压的实用计算521剪切的实用计算计算剪切面上的内力SHEARSTRESS实用计算法假定切力在剪切面上的分布是均匀的。保证构件在工作时不发生剪切破坏，强度条件为塑性材料脆性材料剪切强度条件也可用来解决强度计算的三类问题校核强度、设计截面和确定许可载荷。522挤压的实用计算实用计算法认为挤压应力在挤压面上的分布是均匀的。挤压面积的计算1）当接触面为圆柱面的一部分（螺栓、销钉、铆钉）其中，D为圆柱体的直径MM，为被联接件的厚度MM2）接触面是平面时，接触面积为挤压面积保证构件局部不发生挤压塑性变形，强度条件为塑性材料脆性材料挤压强度条件也可以解决强度计算的三类问题。注意当联接件与被联接件的材料不同时，应对挤压强度较低的构件进行强度计算。例51试校核图021所示带式输送机传动系统中从动齿轮与轴的平键联接的强度。由例161设计结果已知轴头的直径D48MM，A型平键的尺寸为B14MM，H9MM，L45MM，传递的转矩MTL81481NMM，键的许用切应力60MPA，许用挤压应力JY130MPA。解（1）以键和轴为研究对象，求键所受的力MOF0，FD/2T0，F2T/D2181481/4875617N键联接的破坏可能是键沿MM截面被切断及键与键槽工作面间的挤压破坏。则用截面法可求得切力和挤压力为FQFJYF75617N（2）校核键的强度键的剪切面积ABLB（LB），挤压面积为AJYHL/2H（LB）2FQ/A75617/144514MPA147MPA所以，轴的强度满足要求。课题第七章直梁的弯曲71梁的类型及计算简图72梁弯曲时的内力目的任务建立平面弯曲的概念、掌握剪力和弯矩的计算重点弯矩的计算难点梁弯曲时的内力教学方法多媒体作业71第七章直梁的弯曲71梁的类型及计算简图711直梁平面弯曲的概念CONCEPTS弯曲变形杆件在垂直于其轴线的载荷作用下，使原为直线的轴线变为曲线的变形。梁BEAM以弯曲变形为主的直杆称为直梁，简称梁。弯曲BENDING平面弯曲PLANEBENDING712梁的计算简图载荷（1）集中力CONCENTRATEDLOADS（2）集中力偶FORCECOUPLE（3）分布载荷DISTRIBUTEDLOADS713梁的类型1简支梁SIMPLESUPPORTEDBEAM上图2外伸梁OVERHANGINGBEAM3悬臂梁CANTILEVERBEAM72梁弯曲时的内力721梁弯曲时横截面上的内力剪力SHEARINGFORCE和弯矩BENDINGMOMENT问题任截面处有何内力该内力正负如何规定例71图示的悬臂梁AB，长为L，受均布载荷Q的作用，求梁各横截面上的内力。求内力的方法截面法截面法的核心截开、代替、平衡内力与外力平衡解为了显示任一横截面上的内力，假想在距梁的左端为X处沿MM截面将梁切开。由剪力方程和弯矩方程，代入相应数据可以求得梁各横截面上的内力剪力和弯矩。梁发生弯曲变形时，横截面上同时存在着两种内力。剪力作用线切于截面、通过截面形心并在纵向对称面内。弯矩位于纵向对称面内。剪切弯曲横截面上既有剪力又有弯矩的弯曲。纯弯曲梁的横截面上只有弯矩而没有剪力。工程上一般梁（跨度L与横截面高度H之比L/H5），其剪力对强度和刚度的影响很小，可忽略不计，故只需考虑弯矩的影响而近似地作为纯弯曲处理。规定使梁弯曲成上凹下凸的形状时，则弯矩为正；反之使梁弯曲成下凹上凸形状时，弯矩为负，722弯矩图BENDINGMOMENTDIAGRAMS弯矩图以与梁轴线平行的坐标X表示横截面位置，纵坐标Y按一定比例表示各截面上相应弯矩的大小。例72试作出例71中悬臂梁的弯矩图。解（1）建立弯矩方程由例71知弯矩方程为（2）画弯矩图弯矩方程为一元二次方程，其图象为抛物线。求出其极值点相连便可近似作出其弯矩图。例73图示的简支梁AB，在C点处受到集中力F作用，尺寸A、B和L均为已知，试作出梁的弯矩图。解（1）求约束反力（2）建立弯矩方程上例中梁受连续均布载荷作用，各横截面上的弯矩为X的一个连续函数，故弯矩可用一个方程来表达，而本例在梁的C点处有集中力F作用，所以梁应分成AC和BC两段分别建立弯矩方程。例74图示的简支梁AB，在C点处受到集中力偶M0作用，尺寸A、B和L均为已知，试作出梁的弯矩图。总结上面例题，可以得到作弯矩图的几点规律（1）梁受集中力或集中力偶作用时，弯矩图为直线，并且在集中力作用处，弯矩发生转折；在集中力偶作用处，弯矩发生突变，突变量为集中力偶的大小。（2）梁受到均布载荷作用时，弯矩图为抛物线，且抛物线的开口方向与均布载荷的方向一致。（3）梁的两端点若无集中力偶作用，则端点处的弯矩为0；若有集中力偶作用时，则弯矩为集中力偶的大小。课题第三篇常用机构第八章平面机构的运动简图目的任务理解平面机构、运动副、自由度等基本概念重点运动副、自由度等基本概念难点运动副教学方法多媒体作业第八章平面机构的运动简图构件MEMBER运动的单元。机构MECHANISM是由构件组成的，各构件之间具有确定的相对运动。平面机构（PLANARMECHANISM）所有构件都在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。81平面运动副811运动副KINEMATICPAIR的概念1构件的自由度（DEGREEOFFREEDOM）构件的自由度构件所具有的独立运动的数目。一个作平面运动的自由构件有三个自由度。2运动副运动副两构件直接接触而又能产生一定形式的相对运动的联接。812运动副的类型及其特点KINEMATICPAIRCLASSIFICATION平面机构中，由于运动副将各构件的运动限制在同一平面或相互平行的平面内，故这种运动副也称为平面运动副。根据构件间接触形式的不同，平面运动副可分为低副和高副。1低副低副两构件通过面接触组成的运动副。根据两构件间相对运动形式的不同，常见的平面低副有转动副和移动副两种。转动副转动副两构件间只能产生相对转动的运动副。又称回转副或铰链。固定铰链活动铰链（中间铰链）移动副移动副两构件间只能产生相对移动的运动副。2高副两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。82平面机构的运动简图821平面机构运动简图的概念机构运动简图的绘制DRAWINGKINEMATICSCHEMEOFMECHANISM机构是由若干构件通过若干运动副组合在一起的。在研究机构运动时，为了便于分析，常常瞥开它们因强度等原因形成的复杂外形及具体构造，仅用简单的符号和线条表示，并按一定的比例定出各运动副及构件的位置，这种简明表示机构各构件之间相对运动关系的图形称为机构运动简图。822构件的分类及带有运动副元素的构件的图示1构件的分类机构中的构件按其运动性质可分为三类1机架机架是机构中视作固定不动的构件，它用来支承其它可动构件。例如各种机床的床身是机架，它支承着轴、齿轮等活动构件。在机构简图中，将机架打上斜线表示。2原动件已给定运动规律的活动构件，即直接接受能源或最先接受能源作用有驱动力或力矩的构件。例如柴油机中的活塞。它的运动是外界输入的，因此又称为输入构件。在机构简图中，将原动件标上箭头表示。3从动件机构中随着原动件的运动而运动的其他活动构件。如柴油机中的连杆、曲轴、齿轮等都是从动件。当从动件输出运动或实现机构的功能时，便称其为执行件。2带有运动副元素的构件的图示运动副以及带有运动副元素的构件的画法见表。机构运动简图常用符号（摘自GB446085）823平面机构运动简图的绘制试绘制内燃机的机构运动简图动画演示机构运动简图绘制课题第九章平面连杆机构91平面四杆机构的类型目的任务理解平面四杆机构的各种类型重点铰链四杆机构类型难点导杆机构教学方法多媒体作业91作业问题第九章平面连杆机构91平面四杆机构的类型平面四杆机构可分为两类1全转动副的平面四杆机构，称为铰链四杆机构；2含有移动副的平面四杆机构，如曲柄滑块机构。911铰链四杆机构的基本类型铰链四杆机构的基本类型类型判断铰链四杆机构存在曲柄的条件（1）最短杆与最长杆的长度之和，小于或等于其余两杆长度之和；（2）连架杆和机架中必有一个是最短杆。根据上述曲柄存在条件可得以下推论铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则取最短杆的相邻杆为机架时，得曲柄摇杆机构；取最短杆为机架时，得双曲柄机构；取与最短杆相对的杆为机架时，得双摇杆机构。铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和，则不论取何杆为机架时均无曲柄存在，而只能得双摇杆机构。1曲柄摇杆机构雷达汽车前窗刮雨器搅拌机缝纫机飞剪2双曲柄机构两连架杆均为曲柄的四杆机构称为双曲柄机构。惯性筛特殊平行双曲柄机构（平行四边形机构）机车车轮联动机构反平行四边形机构。如公共汽车车门启闭机构。公共汽车车门启闭机构3双摇杆机构两连架杆均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构。起重机飞机起落架（实景）课题第十章凸轮机构101概述102常用的从动件运动规律目的任务熟悉凸轮机构的应用和特点及类型，理解常用的从动件运动规律，能够绘制位移线图重点凸轮机构的应用和特点及类型难点立体凸轮机构运动的实现教学方法利用动画演示机构运动，工程应用案例展示其应用场合。第十章凸轮机构101概述凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成，结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预期的运动规律。但另一方面，由于凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。1011凸轮机构的应用（工程应用案例）内燃机配气机构凸轮机构自动车床上的走刀机构分度转位机构靠模车削机构1012凸轮机构的分类凸轮机构的类型很多，常就凸轮和从动杆的端部形状及其运动形式的不同来分类。1按凸轮的形状分1盘形凸轮盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转尖顶移动从动杆盘形凸轮机构尖顶摆动从动杆盘形凸轮机构滚子移动从动杆盘形凸轮机构滚子摆动从动杆盘形凸轮机构平底移动从动杆盘形凸轮机构平底摆动从动杆盘形凸轮机构2移动凸轮移动凸轮可看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮的一部分，它作往复直线移动。移动从动杆移动凸轮机构摆动从动杆移动凸轮机构3圆柱凸轮圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件，它可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。圆柱凸轮自动送料机构4曲面凸轮按锁合方式的不同凸轮可分为力锁合凸轮，如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等；形锁合凸轮，如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等。沟槽凸轮槽凸轮机构等宽凸轮等径凸轮2按从动杆的端部形状分1尖顶这种从动杆的构造最简单，但易磨损，只适用于作用力不大和速度较低的场合如用于仪表等机构中。2滚子滚子从动杆由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，磨损较小，故可用来传递较大的动力，因而应用较广。3平底平底从动杆的优点是凸轮与平底的接触面间易形成油膜，润滑较好，所以常用于高速传动中。3按推杆的运动形式分1移动往复直线运动。在移动从动杆中，若其轴线通过凸轮的回转中心，则称其为对心移动从动杆，否则称为偏置移动从动杆。2摆动作往复摆动。凸轮产品实物凸轮轴盘形凸轮各式凸轮总结凸轮机构的组成凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。从动件是被凸轮直接推动的构件。凸轮机构就是由凸轮、从动件和机架三个主要构件所组成的高副机构。凸轮机构的特点1优点只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，且机构简单紧凑。2缺点凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。102常用的从动件运动规律凸轮机构设计的基本任务，是根据工作要求选定合适的凸轮机构的型式、从动杆的运动规律和有关的基本尺寸，然后根据选定的从动杆运动规律设计出凸轮应有的轮廓曲线。所以根据工作要求选定从动杆的运动规律，乃是凸轮轮廓曲线设计的前提。凸轮机构的运动过程一、凸轮与从动杆的运动关系名词以一对心移动尖顶从动杆盘形凸轮机构为例加以说明基圆以凸轮的转动中心O为圆心，以凸轮的最小向径为半径R0所作的圆。R0称为凸轮的基圆半径。推程当凸轮以等角速度逆时针转动时，从动杆在凸轮廓线的推动下，将由最低位置被推到最高位置时，从动杆运动的这一过程。而相应的凸轮转角称为推程运动角。远休凸轮继续转动，从动杆将处于最高位置而静止不动时的这一过程。与之相应的凸轮转角S称为远休止角。回程凸轮继续转动，从动杆又由最高位置回到最低位置的这一过程。相应的凸轮转角称为回程运动角。近休当凸轮转过角S时，从动杆与凸轮廓线上向径最小的一段圆弧接触，而将处在最低位置静止不动的这一过程。S称为近休止角。行程从动杆在推程或回程中移动的距离H。位移线图描述位移S与凸轮转角之间关系的图形。二、从动件的常用运动规律所谓从动杆的运动规律是指从动杆在运动时，其位移S、速度V和加速度A随时间T变化的规律。又因凸轮一般为等速运动，即其转角与时间T成正比，所以从动杆的运动规律更常表示为从动杆的运动参数随凸轮转角变化的规律。课题111棘轮机构112槽轮机构113不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构目的任务理解棘轮机构和槽轮机构的工作原理，了解不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构重点棘轮机构和槽轮机构的工作原理难点凸轮式间歇运动机构教学方法利用动画演示棘轮机构和槽轮机构的工作原理和特点。第十一章间歇运动机构111棘轮机构1111棘轮机构的工作原理棘轮机构双向棘轮机构回转棘爪双向棘轮机构双棘爪棘轮机构1112棘轮转角的调节1调节摇杆摆动角度的大小，控制棘轮的转角改变曲柄长度调节棘轮转角2用遮板调节棘轮转角用遮板调节棘轮转角613棘轮机构的特点与应用棘轮机构还常用于机械的制动装置中。图示为卷扬机的制动安全装置。卷扬机制动安全装置动画演示）内棘轮112槽轮机构1121槽轮机构的工作原理1122槽轮机构的类型、特点及应用单圆销槽轮机构双圆销槽轮机构内啮合槽轮机构空间槽轮机构（动画）六角车床上的槽轮机构电影放映机中的槽轮机构（动画）冰激淋灌装生产线应用1生产线应用2113不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构1131不完全齿轮机构外啮合不完全齿轮机构内啮合不完全齿轮机构1132凸轮式间歇运动机构蜗杆式间歇运动机构实物凸轮式间歇运动机构实物课题第十二章齿轮传动121齿轮传动的特点和基本类型122渐开线齿轮的齿廓及传动比目的任务掌握齿轮传动的特点的类型，理解渐开线的特性，掌握渐开线齿轮传动的特点。重点齿轮传动的特点的类型难点啮合线法线教学方法利用动画演示各种齿轮传动，以及渐开线齿轮啮合特点。第十二章齿轮传动121齿轮传动的特点和基本类型1211齿轮传动的特点齿轮传动用来传递任意两轴间的运动和动力，其圆周速度可达到300M/S，传递功率可达105KW，齿轮直径可从不到1MM到150M以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动。齿轮传动与带传动相比主要有以下优点（1）传递动力大、效率高；（2）寿命长，工作平稳，可靠性高；（3）能保证恒定的传动比，能传递任意夹角两轴间的运动。齿轮传动与带传动相比主要缺点有（1）制造、安装精度要求较高，因而成本也较高；（2）不宜作远距离传动。1212齿轮传动的类型外啮合内啮合直齿圆柱齿轮传动（轮齿与轴平行）齿轮齿条外啮合内啮合斜齿圆柱齿轮传动（轮齿与轴不平行）齿轮齿条平面齿轮运动（相对运动为平面运动，传递平行轴间的运动）人字齿轮传动（轮齿成人字形）直齿斜齿传递相交轴运动（锥齿轮传动）曲线齿交错轴斜齿轮传动蜗轮蜗杆传动齿轮传动空间齿轮运动（相对运动为空间运动，传递不平行轴间的运动）传递交错轴运动准双曲面齿轮传动外啮合直齿圆柱齿轮传动内啮合直齿圆柱齿轮传动齿轮齿条传动（直齿条）外啮合斜齿圆柱齿轮传动人字齿轮传动齿轮齿条传动（斜齿条）直齿圆锥齿轮传动曲齿圆锥齿轮传动螺旋齿轮传动（交错轴斜齿轮传动）蜗杆传动准双曲面齿轮传动1213齿廓啮合基本定律齿轮传动要求准确平稳，即要求在传动过程中，瞬时传动比保持不变，以免产生冲击、振动和噪音。齿轮传动是依靠主动轮的轮齿依次拨动从动轮的轮齿来实现的。传动比为一对齿轮，传动比恒定不变。但是，这并不能保证每一瞬时的传动比（即两轮的角速度之比）亦为常数。传动的瞬时传动比是否保持恒定，与齿轮的齿廓曲线有关。122渐开线齿轮的齿廓及传动比1221渐开线的形成渐开线的形成1022渐开线的性质（1）发生线沿基圆滚过的线段长度等于基圆上被滚过的相应弧长。（2）渐开线上任意一点法线必然与基圆相切。换言之，基圆的切线必为渐开线上某点的法线。发生线BK是渐开线在任意点K的法线。发生线上的K点在各个瞬时的速度方向，必然与发生线垂直。而发生线上K点的瞬时速度方向，也就是渐开线上K点的切线TT的方向，所以发生线必垂直于切线TT的方向。又切线与法线互相垂直。故发生线BK是渐开线K点的法线。（3）渐开线齿廓上某点的法线与该点的速度方向所夹的锐角称为该点的压力角。（4）渐开线的形状只取决于基圆大小。（5）基圆内无渐开线。1223渐开线方程渐开线AK段的展角AOKINVOLUTE渐开线1224渐开线齿廓的啮合特点1四线合一渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律2中心距可分性上式表明渐开线齿轮的传动比等于两轮基圆半径的反比。3齿廓间正压力方向不变。如图所示，过节点C作两节圆的公切线TT，它与啮合线NN的夹角称为啮合角。4齿廓间存在相对滑动。由齿廓啮合基本定律证明可知，一对齿廓如在节点C以外的其它点啮合，由于两齿廓在接触点的线速度不等，即齿廓接触点沿公切线方向的速度分量不等（ADBD，则齿廓间将产生相对滑动。齿廓间的这种相对滑动会引起传动时的摩擦损失和齿面磨损。课题第十三章轮系131概述132定轴齿轮系传动比的计算目的任务了解轮系的类型、掌握定轴齿轮系传动比的计算重点定轴齿轮系传动比的计算难点行星轮系结构教学方法多媒体（动画演示运动）第十三章轮系131概述在机器中，常将一系列相互啮合的齿轮组成传动系统，以实现变速、分路传动、运动分解与合成等功用。这种由一系列齿轮组成的传动系统称为轮系。1311轮系的类型根据轮系在运转时各齿轮轴线的相对位置是否固定，可以分为两种类型。1定轴轮系所有齿轮几何轴线的位置都是固定的轮系，称为定轴轮系。2周转轮系若轮系中至少有一个齿轮的几何轴线不固定，而绕其它齿轮的固定几何轴线回转，则称为周转轮系。如图所示的轮系中，齿轮2除绕自身轴线回转外，还随同构件H一起绕齿轮1的固定几何轴线回转，该轮系即为周转轮系。1312轮系传动比概念所谓轮系的传动比，是指该轮系中首轮的角速度（或转速）与末轮的角速度（或转速）之比，用I表示。设1为轮系的首轮，K为末轮，则该轮系的传动比为轮系的传动比计算，包括计算其传动比的大小和确定输出轴的转向两个内容。132定轴轮系传动比计算所有齿轮几何轴线的位置都是固定的轮系，称为定轴轮系。轮系的传动比，是指该轮系中首、末两轮角速度（转速）的比值。推广设首轮A的转速为NA，末轮K的转速为NK，M为圆柱齿轮外啮合的对数，则平面定轴轮系的传动比可写为箭头法判断方向例图示的轮系中，已知各齿轮的齿数Z120,Z240,Z215,Z360,Z318,Z418,Z720,齿轮7的模数M3MM,蜗杆头数为1（左旋），蜗轮齿数Z640。齿轮1为主动轮，转向如图所示，转速N1100R/MIN，试求齿条8的速度和移动方向。课题第十四章带传动141带传动概述142普通V带和V带轮目的任务了解带传动类型，掌握带传动工作原理及V带标准、理解初拉力、工作拉力等概念重点带传动工作原理难点弹性滑动概念教学方法利用动画演示弹性滑动、应力分布，实物图片展示带传动的应用场合。第十四章带传动141带传动概述1411带传动的组成带传动由主动带轮1、从动带轮2和传动带3组成（图141），工作时依靠带与带轮之间的摩擦或啮合来传递运动和动力。1412带传动的主要类型1按传动原理分（1）摩擦带传动靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动，如V带传动、平带传动等；（2）啮合带传动靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动，如同步带传动。2按用途分（1）传动带传递动力用。（2）输送带输送物品用应用输送带1输送带2输送带3。本章仅讨论传动带。3按传动带的截面形状分（1）平带平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。应用大理石切割机（2）V带截面形状为梯形，两侧面为工作表面。应用发动机（3）多楔带它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。可传递很大的功率。应用发动机（4）圆形带横截面为圆形。只用于小功率传动。应用家用缝纫机（5）齿形带（同步带）应用发动机机器人关节1413带传动的特点和应用特点带传动属于挠性传动，传动平稳，噪声小，可缓冲吸振。过载时，带会在带轮上打滑，而起到保护其他传动件免受损坏的作用。带传动允许较大的中心距，结构简单，制造、安装和维护较方便，且成本低廉。但由于带与带轮之间存在滑动，传动比严格保持不变。带传动的传动效率较低，带的寿命一般较短，不宜在易燃易爆场合下工作。一般情况下，带传动传动的功率P100KW，带速V525M/S，平均传动比I5，传动效率为9497。同步齿形带的带速为4050M/S，传动比I10，传递功率可达200KW,效率高达9899。应用拖拉机大理石切割机车身冲压机轿车发动机机器人关节1414带传动的弹性滑动、打滑及其传动比传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而改变。带由紧边绕过主动轮进入松边时，带的拉力由F1减小为F2,其弹性伸长量也由1减小为2。这说明带在绕过带轮的过程中，相对于轮面向后收缩了（12），带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐步小于主动轮的圆周速度，如上面动画演示。同样，当带由松边绕过从动轮进入紧边时，拉力增加，带逐渐被拉长，沿轮面产生向前的弹性滑动，使带的速度逐渐大于从动轮的圆周速度。这种由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指过载引起的全面滑动，是可以避免的。而弹性滑动是由于拉力差引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。滑动率表示，即式中N1、N2分别为主动轮、从动轮的转速，单位为R/MIN；D1、D2分别为主动轮、从动轮的直径，单位为MM，对V带传动则为带轮的基准直径。因带传动的滑动率001002，其值很小，所以在一般传动计算中可不予考虑。142V带和带轮的结构V带有普通V带、窄V带、宽V带、汽车V带、大楔角V带等。其中以普通V带和窄V带应用较广，本章主要讨论普通V带传动。一、V带的规格标准标准V带都制成无接头的环形带，其横截面结构如图所示。强力层的结构形式有帘布结构和线绳结构。V带横截面呈梯形状，按截面尺寸的不同分为Y、Z、A、B、C、D、E共7种型号，其截面尺寸已标准化，见表。在同样的条件下，截面尺寸大则传递的功率就大。V带绕在带轮上产生弯曲，外层受拉伸变长，内层受压缩变短，两层之间存在一长度不变的中性层。中性层面称为节面，节面的宽度称为节宽BP（见图）。普通V带的截面高度H与其节宽BP的比值已标准化（为07）。V带装在带轮上，与节宽BP相对应的带轮直径称为基准直径，用DD表示，基准直径系列见表。每种型号的V带都有若干标准长度。通过节宽处量得的带长称为基准长度LD，并规定为标准长度，见表。标记为V带A1400GB1154489SPA型窄V带SPA1250GB1273091根据V带高与节宽之比的不同，分为普通V带和窄V带两种。普通V带高与节宽之比为07，而窄V带高与节宽之比为09。二、V带带轮的结构设计及材料选择（一）结构设计（点击，带轮结构虚拟演示）带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。轮缘是带轮的工作部分，制有梯形轮槽。轮槽尺寸见表。轮毂是带轮与轴的联接部分，轮缘与轮毂则用轮辐（腹板）联接成一整体。V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式（1）实心带轮（2）腹板带轮（3）孔板带轮（4）轮辐带轮课题第十五章联接151键联接目的任务