《航空机械基础》全套教学课件

《航空机械基础》第1章

绪论第2章

平面机构及自由度计算第3章

平面连杆机构第4章

凸轮机构第5章

间歇运动机构第6章

带传动第7章

链传动第8章

齿轮机构第9章

蜗轮蜗杆第10章

轮系第11章

轴第12章

轴承第13章

连接第14章

飞机结构及机械系统全套可编辑PPT课件

第1章绪论

教学目标1、能力目标能熟练运用功率计算及动力分配的知识，具有正确选用电动机及各轴动力参数计算的能力。

2、知识目标（1）掌握机器、机构、构件及零件的概念。（2）掌握电动机选择及动力参数计算的知识。（3）了解机器的组成及功能。（4）了解本教材案例。

3、素质目标培养学生严谨、细心、全面、追求高效、精益求精的职业素质；沟通协调能力和团队合作精神、敬业精神。

第1章绪论§1－1机械的基本知识§1－2本课程案例顾名思义，本课程研究对象为：机械机械机器斜面任何机械都经历了：简单

复杂的发展过程。机械——人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的组合体。

机构

（包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、电梯－电脑控制）。一般而言，机械是机器和机构的总称

杠杆

起重轱辘

滑轮组

手动(电动)葫芦

现代起重机起重机的发展历程：§1－1机械的基本知识

机器的共有特征：①人造的实物组合体；②各部分有确定的相对运动；③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量的转换

机器的作用

如:缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。

机构的共有特征：①人造的实物组合体；②各部分有确定的相对运动；如齿轮机构、连杆机构、凸轮机构等。机器与机构的关系：由两个实例推广到一般任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而成的。实际机器的种类有成千上万种，但机构的种类确有限。类似关系：化合物与化学元素两者的区别：是否能实现能量的转换或减轻人的劳动

工作机器的组成：原动部分——是工作机动力的来源，最常见的是电动机和内燃机。工作部分——完成预定的动作，位于传动路线的终点。

传动部分——联接原动机和工作部分的中间部分。

控制部分——保证机器的启动、停止和正常协调动作。

其关系如下原动机传动工作控制

控制器(控制)电动机(原动)带(传动)减速器(传动)波轮(工作)分析自动洗衣机的组成：

典型机器的分析：1.内燃机内燃机组成：654387129101、汽缸体2、活塞3、进气阀4、排气阀5、连杆6、曲轴7、凸轮8、顶杆齿轮9、10工作原理：1.活塞下行，进气阀开启，混合气体进入汽缸；2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，在顶部点火燃烧；3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。循环运动的结果，使曲轴输出连续的旋转运动

进气压缩作功排气内燃机的工作过程：活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的连续转动，该组合体称为：内燃机各部分的作用：曲柄滑块机构凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：凸轮机构两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，称为：齿轮机构各部分协调动作的结果：化学能机械能

【案例】如图所示为一单级斜齿圆柱齿轮减速器传动的传动方案图，已知工作机为带式运输机，输入功率PW=9kW，转速nW=100r/min，减速器使用年限为10年，单班制工作，轻微冲击，批量生产，试设计该减速器。§1－2本课程案例

第2章平面机构的结构分析

教学目标

1、能力目标具有运用自由度计算公式计算各种机构自由度的能力。

2、知识目标（1）了解平面机构的组成及分类。（2）掌握运动副的分类及约束问题。（3）掌握平面机构运动简图的绘制。（4）掌握平面机构自由度的计算方法及应用。

3、素质目标培养学生严谨、细心、全面、追求高效、精益求精的职业素质；沟通协调能力和团队合作精神、敬业精神。

第2章平面机构的结构分析§2－1平面机构的组成及运动副§2－2平面机构的运动简图§2－3平面机构的自由度若干1个或几个1个一、机构的组成：定义：具有确定运动的运动链称为机构。机架——作为参考系的构件，如机床床身、车辆底盘、飞机机身。机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件原（主）动件——按给定运动规律运动的构件。从动件——其余可动构件。平面机构——全部由平面运动副组成的机构。空间机构——至少含有一个空间运动副的机构。

§2－1平面机构的组成及运动副二、运动副a)直接接触、b)能作相对运动运动副元素——直接接触的部分（点、线、面）例如：凸轮、齿轮啮合、活塞与缸套等。定义：运动副——两个构件直接接触组成的能产生某些相对运动的联接。

运动副的分类：

1)按接触方式分有：

②高副——点、线接触①

低副——面接触例如：转动副（回转副）、移动副

。例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。

2)按相对运动范围分有：平面运动副——平面运动空间运动副——空间运动例如：球铰链、螺旋、生物关节。例如：转动副、移动副

常见运动副符号的表示:

国标GB4460－84转动副：移动副：凸轮副：

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12121212121212121212121212两构件之一为固定时的运动副122121平面运动副平面高副螺旋副21121221211212球面副球销副121212空间运动副121212

构件的表示方法:

一般构件的表示方法杆、轴构件固定构件同一构件三副构件

两副构件

一般构件的表示方法注意事项:

画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。机构运动简图——用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形。作用：1.表示机构的结构和运动情况。2.作为运动分析和动力分析的依据。现摘录了部分GB4460－84机构示意图如下表。§2－2平面机构的运动简图

常用机构运动简图符号在机架上的电机齿轮齿条传动带传动圆锥齿轮传动

链传动圆柱蜗杆蜗轮传动凸轮传动外啮合圆柱齿轮传动

机构运动简图应满足的条件：

1.构件数目与实际相同2.运动副的性质、数目与实际相符3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。棘轮机构内啮合圆柱齿轮传动

绘制机构运动简图顺口溜：先两头，后中间，从头至尾走一遍，数数构件是多少，再看它们怎相联。步骤：1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；4.检验机构是否满足运动确定的条件。2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），绘制示意图。3.按比例绘制运动简图。简图比例尺：μl=实际尺寸m/图上长度mm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。举例：绘制破碎机和偏心泵的机构运动简图。

DCBA1432绘制图示鳄式破碎机的运动简图。

问题的提出：如何利用机构运动简图判断机构是否具有确定的相对运动？121234不能运动可以运动，但运动不确定运动确定123

一、自由度的概念：机构具有的独立运动的数目一个独立的空间构件自由度的数目为：一个独立的平面构件的自由度的数目为：§2－3平面机构的自由度6个3个

二、平面机构自由度的计算公式平面低副引入二个约束，保留一个自由度平面高副引入一个约束，保留二个自由度

计算公式：

F=3n－2PL

－Ph要求：记住上述公式，并能熟练应用。活动构件数

n构件总自由度3×n低副约束数

2×PL高副约束数

1

×Ph②计算曲柄滑块机构的自由度。123解：活动构件数n=低副数PL=高副数PH=F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1

340

③计算图示凸轮机构的自由度。解：活动构件数n=2低副数PL=2F=3n－2PL－PH

=3×2－2×2－1=1高副数PH=1123

二、计算平面机构自由度的注意事项12345678ABCDEF④计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数n=7低副数PL=6F=3n－2PL－PH高副数PH=0=3×7－2×6－0=9计算结果肯定不对！

1.复合铰链——两个以上的构件在同一处以转动副相联。计算：m个构件,有m－1个转动副。两个低副123123

上例：在B、C、D、E四处应各有

2

个运动副。④计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数n=7低副数PL=10F=3n－2PL－PH

=3×7－2×10－0=1可以证明：F点的轨迹为一直线。12345678ABCDEF

⑥计算图示两种凸轮机构的自由度。解：n=3，PL=3，F=3n－2PL－PH

=3×3－2×3－1=2PH=1对于右边的机构，有：

F=3×2－2×2－1=1事实上，两个机构的运动相同，且F=1123123

2.局部自由度F=3n－2PL－PH

=3×2－2×2

－1=1定义：构件局部运动所产生的自由度。出现在加装滚子的场合，计算时应将该运动副去掉，滚子与从动件视为一体。滚子的作用：123123滑动摩擦滚动摩擦

解：n=4，PL=6，F=3n－2PL－PH

=3×4－2×6=0PH=03.虚约束

对机构的运动实际不起作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。∵FE＝AB＝CD，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧，。增加的约束不起作用，应去掉构件4。⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形机构的自由度。1234ABCDEF

重新计算：n=3,PL=4,PH=0F=3n－2PL－PH

=3×3

－2×4=1特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：1234ABCDEF4F⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形机构的自由度。AB＝CD＝EF虚约束

出现虚约束的场合：

1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，2.两构件构成多个移动副，且导路平行。

如平行四边形机构，火车轮椭圆仪等。

4.运动时，两构件上的两点距离始终不变。3.两构件构成多个转动副，且同轴。5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。EF

虚约束的作用：①改善构件的受力情况，如多个行星轮。②增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。③使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的!

CDABGFoEE’⑧计算图示大筛机构的自由度。位置C，2个低副复合铰链:局部自由度1个虚约束E’n=7PL=9PH=1F=3n－2PL

－PH

=3×7－2×9－1=2CDABGFoE

121234F=3n－2PL－PH

=3×2－2×3=0

F=3n－2PL－PH

=3×4－2×5=2

<原动件数目>原动件数目举例：F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1=原动件数目123结论:机构具有确定相对运动的条件是机构的自由度大于0，且自由度和原动件数目相等。①计算自由度本章重点：

自由度的计算

本章结束！

第3章平面连杆机构教学目标

1、能力目标

具有判断平面连杆机构类别的能力；具有设计曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构和摆动导杆机构等常用机构的能力。

2、知识目标

（1）了解平面连杆机构的分类。（2）掌握平面连杆机构类别判断方法及应用。（3）掌握平面连杆机构的设计方法及应用。

3、素质目标

培养学生严谨、细心、全面、追求高效、精益求精的职业素质；沟通协调能力和团队合作精神、敬业精神。

第3章平面连杆机构§3－1概述§3－2铰链四杆机构§3－4

平面四杆机构的基本特性§3－5

平面四杆机构的设计§3－3移副四杆机构

§3－1概述若干个刚性构件用平面低副联接而成的机构平面连杆机构四个平面四杆机构均为转动副铰链四杆机构本章重点内容是介绍平面四杆机构。移副四杆机构有移动副应用实例：

内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆仪、机械手爪等。优点：①采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。②改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。③连杆曲线丰富。可满足不同要求。缺点：①构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。②产生动载荷（惯性力），不适合高速。③设计复杂，难以实现精确的轨迹。基本型式——铰链四杆机构。名词解释：曲柄——整周定轴回转的构件；连杆——作平面运动的构件；连架杆——与机架相联的构件；摇杆——作定轴摆动的构件；曲柄连杆摇杆§3－2铰链四杆机构一、基本型式

ABC1243DABDC1243雷达天线俯仰机构曲柄主动缝纫机踏板机构2143摇杆主动3124三种基本型式：（1）曲柄摇杆机构特征：曲柄＋摇杆作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如搅拌机、输送机构等。

ABDC1234E6惯性筛机构31（2）双曲柄机构特征：两个曲柄作用：将等速回转转变为等速或变速回转。应用实例：如车门关闭机构、惯性筛等。

ABCD耕地料斗DCAB耕地料斗DCAB实例：火车轮特例：平行四边形机构AB=CD特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动BC=ADABDC摄影平台ADBCB’C’天平播种机料斗机构

（3）双摇杆机构特征：两个摇杆等腰梯形机构——鹤式起重机应用举例：铸造翻箱机构、风扇摇头机构B’C’ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆ABDC

2.两构件中有一个为最短杆。铰链四杆机构相邻两构件作整周转的条件：1.最长杆与最短杆的长度之和≤其他两杆长度之和推论：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取最短杆的相邻杆为机架时，取最短杆为机架时，取最短杆对边为机架时，得曲柄摇杆机构得双曲柄机构得双摇杆机构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，只能得双摇杆机构

当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如

曲柄摇杆1、曲柄摇杆2、双曲柄、双摇杆机构。

(1)以导杆作为机架314A2BC曲柄滑块机构一、移副四杆机构的类型1、单移副四杆机构§3－3移副四杆机构牛头刨床（2）以滑动的对边作为机架ABDC1243C2C1小型刨床ABDCE123456导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构314A2BC

应用实例B234C1A自卸卡车举升机构(3)以滑块邻边作为机架ACB1234应用实例B34C1A2应用实例4A1B23C应用实例13C4AB2应用实例A1C234Bφ摇块机构314A2BC

(4)以滑块作为为机架314A2BC定块机构手摇唧筒BC3214AABC3214

2、双移副四杆机构椭圆仪机构1234正弦机构3214

ABCDB1C1AD1.急回运动在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C1D位置摆到C2D。所花时间为t1,平均速度为V1,那么有：曲柄摇杆机构

3D此两处曲柄之间所夹的锐角θ

称为极位夹角。θ180°＋θωC2B2§3－4

平面四杆机构的基本特性

B1C1ADC2当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到C1D，所花时间为t2,平均速度为V2,那么有：

180°-θ因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。显然：t1>t2V2>V1摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度称K为行程速比系数。且θ越大，K值越大，急回性质越明显。只要

θ

≠0，

就有

K>1所以可通过分析机构中是否存在θ以及θ的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度。设计新机械时，往往先给定K值，于是:

2.压力角和传动角设计时要求:

γmin≥50°切向分力:

F’=Fcosα法向分力:

F”=Fcosγγ↑

F’↑→对传动有利。=Fsinγ可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏压力角α：从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。传动角γ

：压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角。

=Fsinα

αFγF’F”ABCD

F3.机构的死点位置摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：此时机构不能运动.避免措施：两组机构错开排列，如火车轮机构;称此位置为：“死点”γ＝0靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCGγ＝0Fγ＝0

工件ABCD1234PABCD1234工件P钻孔夹具γ=0TABDC飞机起落架ABCDγ=0F也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。

给定的设计条件：1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置）2)运动条件（给定K）3)动力条件（给定γmin）设计方法：图解法、解析法、实验法§3－5

平面四杆机构的设计

一、按预定连杆位置设计四杆机构a)给定连杆两组位置有唯一解。B2C2AD将铰链A、D分别选在B1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。b)给定连杆上铰链BC的三组位置有无穷多组解。A’D’B2C2B3C3ADB1C1B1C1

Eφθθ二、按给定的行程速比系数K设计四杆机构1)曲柄摇杆机构①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD杆长，摆角φ及K，设计此机构。步骤如下：②任取一点D，作等腰三角形腰长为CD，夹角为φ;③作C2P⊥C1C2，作C1P使④作△PC1C2的外接圆，则A点必在此圆上。⑤选定A，设曲柄为l1

，连杆为l2

，则:⑥以A为圆心，AC2为半径作弧交于E,得：

l1=EC1/2

l2=AC1－EC1/2,AC2=l2-l1

l1=(AC1－AC2)/2

∠C2C1P=90°－θ,交于P;90°-θPAC1=l1+l2C1C2DA

E2θ2ae2)曲柄滑块机构H已知K，滑块行程H，偏距e，设计此机构。①计算:θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2

＝H③作射线C1O

使∠C2C1O=90°－θ,④以O为圆心，C1O为半径作圆。⑥以A为圆心，AC1为半径作弧交于E,得：作射线C2O使∠C1C2O=90°－θ。⑤作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。C1C290°-θo90°-θAl1=EC2/2l2=AC2－EC2/2

ADmnφ=θD3)导杆机构分析：由于θ与导杆摆角φ相等，设计此机构时，仅需要确定曲柄

a。①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任选D作∠mDn＝φ＝θ，③取A点，使得AD=d,则:

a=dsin(φ/2)。θφ=θAd作角分线;已知：机架长度d，K，设计此机构。

D实验法设计四杆机构当给定连架杆位置超过三对时，一般不可能有精确解。只能用优化或试凑的方法获得近似解。(1)首先在一张纸上取固定轴A的位置，作原动件角位移φi位置φiψi

位置φi

ψi

1→215∘10.8∘

4→515∘15.8∘2→315∘12.5∘5→615∘17.5∘3→415∘14.2∘6→715∘19.2∘(2)任意取原动件长度AB(3)任意取连杆长度BC，作一系列圆弧;(4)在一张透明纸上取固定轴D，作角位移ψiDk1(5)

取一系列从动件长度作同心圆弧。(6)

两图叠加，移动透明纸，使ki落在同一圆弧上。φiψiAC1B1

本章重点：1.四杆机构的基本形式及应用；2.曲柄存在条件、传动角γ、压力角α、死点、急回特性：极位夹角和行程速比系数等物理含义，并熟练掌握其确定方法；3.掌握按连杆二组位置、三组位置、连架杆三组对应位置、行程速比系数设计四杆机构的原理与方法。

本章结束！