一、 机械设计基础绪论

机械设计基础（第五版）杨可桢程光蕴主编高等教育出版社,机械原理，孙桓，陈作模主编；高等教育出版社。机械设计，濮良贵，纪名刚主编；高等教育出版社。,绪论,在我国，机械的创造、发展及使用有着悠久的历史（例如捣米这样的简单机构）。三千年前出现了简单的纺织机东汉时已发明水排东汉张衡将杆机构巧妙地使用在人类第一台地震仪上。,1.研究对象和内容,机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。例一例二,机器举例：,机器包含四个基本组成部分,机器,=,原动机(动力部分),+,传动系统,+,执行部分,辅助系统,控制系统,轿车组成,典型机器的分析：,内燃机,1.组成：,1汽缸体,2活塞,3进气阀,4排气阀,5连杆,6曲轴,7凸轮,8顶杆,9、10齿轮,2.工作原理：,活塞下行，进气阀开启，混合气体进入汽缸；,活塞上行，进气阀关闭，混合气体被压缩，在顶部点火燃烧；,高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；,活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。,进气,压缩,爆炸,排气,3.内燃机的工作过程：,机器根据某种使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，,是可用来变换或传递能量、物料和信息的机构组合体。,机构,用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统称为机构。例一、二、三机器的主体部分是由机构组成的。,机构能够用来传递运动和力改变运动形式的机械装置。如：,机器和机构的区别和联系：,区别：研究的着重点不同,机构一个运动件系统，实现运动的转换或力的传递,机器除了运动系统以外，还包含有电器、液压等控制装置，完成能量（信息）的传递、转换或作有益的机械功,从结构和运动的观点来看，两者并无区别。,机械,习惯上用“机械”一词作为机器和机构的总称。,构件与零件,构件：运动的单元,内燃机连杆,例：内燃机中的连杆,零件：组成机器的不可拆的单元。例如：螺钉、键等。,部件：由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体。例如：联轴器、滚动轴承等。,零件的分类,通用零件：在各种机器中普遍使用，例如：齿轮、链、轴、螺栓、螺母、轴承等。,专用零件：只有在特定的机器中才用到，具有特殊的功能。例如：曲轴、叶片、犁铧、枪栓等。,01本课程研究的对象和内容,二、内容,常用机构,通用零(部)件,工作原理、结构特点、基本设计理论和计算方法,机器动力学,第1章平面机构的自由度和速度分析,第2章平面连杆机构,第3章凸轮机构,第4章齿轮机构,第5章齿轮系,第6章其它常用机构,第7章机械运转速度波动的调节,第8章回转件的平衡,常用机构,通用零(部)件,第9章第18章,学习本课程的目的,1、为学习专业机械设备课程打好基础；2、使技术人员在了解各种机械的传动原理、设备的正确使用和维护以及设备的故障分析等方面获得必要的基本知识；3、为现有机械的合理使用和革新改造打下基础。,学习方法,1.搞清楚基本概念、理解基本原理,2.注意培养自己运用所学的基本理论和方法去分析和解决工程实际问题的能力,3.理解经验公式、参数、简化计算的使用条件。,要求：,1、作业必须按时完成，绘图准确，字迹工整，作业量未达到规定者不能参加考试。2、上课认真听讲，及时消化。3、成绩=期末考试成绩*70%+平时成绩*30%,第1章平面机构的自由度和速度分析,讨论机构满足什么条件构件间才具有确定的相对运动。机构速度分析。,1运动副及其分类,平面机构，空间机构构件的自由度：相对于参考系构件所具有的独立运动,运动副,运动副：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接。通常把运动副分为低副和高副两类。,低副,两构件通过面接触组成的运动副称为低副。平面机构的低副有转动副和移动副两种。,高副,两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。平面高副1,空间运动副,运动副两构件间的相对运动是空间运动，故属于空间运动副。,2.平面机构运动简图,实际构件的外形和结构往往很复杂，在研究机构运动时，为了使问题简化，有必要撇开那些与运动无关的构件外形和运动副具体构造，仅用简单线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置。这种说明机构各构件间相对运动关系的简化图形，称为机构运动简图。,机构运动简图中的运动副符号,GB4460-84机构运动简图符号,常用运动副的符号,运动副名称,运动副符号,两运动构件构成的运动副,转动副,移动副,两构件之一为固定时的运动副,平面运动副,平面高副,螺旋副,空间运动副,一般构件的表示方法,杆、轴构件,固定构件,同一构件,12机构运动简图,三副构件,两副构件,一般构件的表示方法,12机构运动简图,四副构件,3.常用机构运动简图符号,12机构运动简图,12机构运动简图,12机构运动简图,步骤：1.运转机械，搞清楚构件的数目，并用数字标注（1、2、3）；,4.用规定的符号和线条绘制图形（先画出运动副符号，然后以直线或曲线相连)机构示意图；,3.合理选择投影面及原动件的静态位置（以机构的运动平面为投影面）；,5.选择适当的比例尺作简图；,思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。,6、验算自由度。,12机构运动简图,长度比例尺,2.搞清楚运动副的性质、数目，并用字母标注（A、B、C）；,五、机构运动简图的绘制方法,12机构运动简图,举例：,1.简单偏心圆盘,1,2,1,1,O,2,3,鄂式破碎机内燃机机构,3.平面机构的自由度,机构的自由度：机构相对于机架所具有的独立运动的数目。即机构具有确定的运动所必须给定的独立运动参数的数目。冷床运输机手动冲床,复习,运动副,高副:,低副:,点、线,凸轮、齿轮,1个约束,面接触,移动副,转动副,2个约束,平面机构自由度计算公式,活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数就是该机构的自由度，以F表示，即F3n-2PL-PH（1-1）,机构具有确定运动的条件,鄂式破碎机,四杆机构,F3n-2PL-PH,=5*3-2*6-0=3,计算平面机构的自由度时的注意事项,复合铰链两个以上的构件同时在一处用转动副相联接就构成复合铰链。重新计算,局部自由度,与输出构件运动无关的自由度，称为局部自由度，在计算机构自由度时应予排除。,虚约束,有些约束对机构自由度的影响是重复的，它对机构运动不起任何限制作用。这种约束称为虚约束或消极约束。,虚约束出现场合,1)两个构件之间组成多个导路平行的移动副时，只有一个移动副起作用，其余都是虚约束。例2)两个构件之间组成多个轴线重合的转动副时，只有一个转动副起作用，其余都是虚约束。例3)机构中传递运动不起独立作用的对称部分。例4)两构件在多处相接触而构成平面高副，且各接触点处的公法线彼此重合，只算一个平面高副,F3n-2PL-PH,复合铰链(K-1),局部自由度（凸轮滚子）,虚约束,重复移动副,重复转动副,重复结构,注意事项,重复高副,局部自由度,复合铰链,虚约束,n=8,Pl=11,Ph=1,F=1,例题1,例题2,例题3,例题4,例：计算图示大筛机构的自由度。,n=,7,Pl=,9,Ph=,1,复合铰链,局部自由度,13平面机构自由度的计算,虚约束,六自由度运动模拟器,1任务,根据机构的尺寸及原动件已知运动规律，求构件中从动件上某点的轨迹、位移、速度和构件的角位移、角速度。,4.速度瞬心及其在机构速度分析上的应用,2方法,主要有解析法和图解法（瞬心法）。,瞬心是两刚体上瞬时相对速度为零的重合点，也即是瞬时绝对速度相同的重合点（或简称同速点）。用Pij表示，绝对瞬心：vP0相对瞬心：vP0,一、速度瞬心,构件瞬心数目：,KN(N1)/2,二、瞬心求法,2、以转动副相联，瞬心就在其中心处；,1、由瞬心定义确定,3、以移动副相联，瞬心就在垂直于其导路无穷远处;,瞬心求法,4、以纯滚动高副相联，瞬心就在其接触点处；5、以滚动兼滑动的高副相联，瞬心就在过接触点高副元素的公法线上。,作相对平面运动的三个构件共有三个瞬心，这三个瞬心位于同一直线上。求速度瞬心例一求速度瞬心例二,2）三心定理确定,瞬心在速应分析上的应用,1)铰链四杆机构：求出任意两构件的角速比的大小和角速度的方向。例一：铰链四杆机构中，已知各构件尺寸和原动件的角速度w1。试确定机构在图示位置构