机械设计基础新版

第1

章绪论●

1.1本课程的研究对象●

1.2本课程的研究内容、性质和任务1.1本课程的研究对象

1.1.1机器、机构与机械

1.1.2构件、零件与部件:::::《机械设计基础》:::::1.1.1机器、机构与机械机器是根据某种使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，用来代替或减轻人类的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率。机器的类型繁多，功能各异。但从功能的角度来说，一台机器包括原动部分（动力源）、传动部分（中间部分）、执行部分（完成预定动作）和控制部分（控制机器）四个基本组成部分。1.机器:::::《机械设计基础》:::::1.1.1机器、机构与机械此为工业机器人，它主要由铰接臂机械手1、计算机控制器2、液压装置3和电力装置4组成。此为单缸内燃机，它由机架（气缸体）1、活塞2、连杆3、曲柄4、齿轮5和6、凸轮轴7、连气推杆9、进气阀门11等组成。:::::《机械设计基础》:::::1.1.1机器、机构与机械此为牛头刨床，它由工作台1、刀架2、滑枕3、电机4、机身5、工作台横向进给机构6、横梁7、丝杠8等组成，作用是切削加工长度较大的平面，把电能转换为机械能。①机器是人为的多种实物的组合体。②组成机器的各部分之间都具有确定的相对运动。③机器能够代替或减轻人们的劳动，有效地完成机械功或转换机械能。凡是同时具备以上三个特征的均为机器。

虽然机器的组成、用途和性能等各不相同，但凡是同时具备以下三个共同特征的均为机器。

:::::《机械设计基础》:::::1.1.1机器、机构与机械机构是人为的实物组成，其各个部分之间具有确定的相对运动。机构有很多类型，常用的有连杆机构、齿轮机构、凸轮机构以及各种间隙运动机构等。从运动的角度来看，机构是一种执行机械运动的装置。例如单缸内燃机中的齿轮机构由齿轮5、6和机架1构成，其作用是改变转速的大小和方向。2.机构机构与机器的区别为：机构是一个构件系统，而机器除构件系统外还包含电气、液压等其他装置；机构只用于传递运动和力，实现预期的机械运动，而机器除传递运动和力外，还具备传递和变换能量、物料和信息的功能。机构与机器的联系为：机器是由几个机构组成的系统，最简单的机器只有一个机构。:::::《机械设计基础》:::::1.1.1机器、机构与机械从运动的观点来看，机器与机构之间并没有区别。因此，习惯上将机器和机构统称为机械。3.机械:::::《机械设计基础》:::::1.1.2构件、零件与部件机构由构件组成，构件是机构的基本运动单元，它可以是单一的零件（如曲柄），也可以是多个零件的刚性组合。例如，内燃机的连杆由连杆体1、连杆盖4、螺栓2和螺母3等几个零件组成一个整体。1.构件组成机构的构件按运动性质可分为以下三类：原动件：又称主动件，是指运动规律已知的活动构件。它的运动是由外界输入的，可以按照给定的运动规律作独立的运动。从动件：构件中除原动件以外，随原动件运动而运动的可动构件。机架：是指构件中固定不动的构件，用于支撑运动构件。一个机构中有且只有一个机架。:::::《机械设计基础》:::::通用零件：在各种机械中经常使用的零件，如螺母、螺栓、齿轮、轴、键、弹簧等。1.1.2构件、零件与部件零件是机械中不可拆分的制造单元，它是组成机器或机构的基本单元。按照使用特点，零件可分为通用零件和专用零件。2.零件专用零件：仅在某些类型的机械设备中使用的零件，如内燃机中的曲轴，起重机中的吊钩等。:::::《机械设计基础》:::::1.1.2构件、零件与部件3.部件部件是为完成某项共同任务而在结构上组合在一起并协调工作的一组零件，它是机械中的装配单元，如滚动轴承、联轴器等，它们一般由专业化的制造厂成套生产、出售。在一般论述中，对零件和部件往往不作严格的区分，都统称为零件。:::::《机械设计基础》:::::1.2本课程的研究内容、性质和任务

1.2.1本课程的研究内容

1.2.2本课程的性质和任务:::::《机械设计基础》:::::1.2.1本课程的研究内容在机械设计基础课程以机械设计为主线，综合介绍机械设计的基础知识，常用机构的设计，常用连接零件、传动零件和轴系零件的设计等方面的知识。

机械设计的基础知识：主要介绍机械设计的基本要求、机械设计的一般过程、机械零件的主要失效形式、机械零件的设计准则、机械零件常用材料、金属材料的热处理、摩擦、磨损与润滑等理论。常用机构的设计：主要介绍了连杆机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构等常用机构的特点、运动特性以及设计方法等知识。:::::《机械设计基础》:::::1.2.1本课程的研究内容

常用连接零件的设计：主要介绍了螺纹连接、键连接、花键连接以及销连接等常用连接零件的特点和强度计算等知识。常用传动零件的设计：主要介绍了带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺纹传动等常用传动零件的特点、应用、主要参数、几何尺寸、结构和设计等知识。常用轴系零件的设计：主要介绍了轴、滑动轴承、滚动轴承、联轴器等常用轴系零件的结构和强度设计等方面的知识。:::::《机械设计基础》:::::1.2.2本课程的性质和任务

机械设计基础课程是一门培养学生具有一定机械设计能力的专业基础课。该课程起着承前启后的桥梁作用，是学习专业课程和从事机械产品设计的必备基础课程。本课程的主要教学目标如下：

①让学生了解机械设计的基本要求、基本内容和一般程序，掌握机械零件常用设计准则。②让学生掌握常用机构的结构、运动特性，初步具备分析和设计常用机构的能力，对机械运动学的某些基本知识和机械运动方案的确定有所了解。:::::《机械设计基础》:::::1.2.2本课程的性质和任务

③培养学生应用标准、规范、手册和图册等有关技术资料的能力。

④培养学生通过实验来验证理论，巩固和加深对理论的理解。

本课程是一门涉及面广且偏重于应用的课程。学生在学习中应注意理论联系实际，其重点在于让学生学会综合运用本课程学到的知识来解决具体的机械设计问题。:::::《机械设计基础》:::::第2

章机械设计基础知识●

2.1机械设计的基本要求●

2.2机械设计的一般程序●

2.3机械零件的主要失效形式●

2.4机械零件的设计准则●

2.5机械零件材料●

2.6摩擦、磨损与润滑2.1机械设计的基本要求

2.1.1机械产品设计的基本要求

2.1.2机械零件设计的基本要求:::::《机械设计基础》:::::2.1.1机械产品设计的基本要求2．可靠性要求。可靠性是指机械在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性水平高，则说明机器在使用过程中发生故障的概率小，能正常工作的时间长。3．经济性要求。机械产品的经济性是一个综合指标，体现在设计、制造、使用的全过程中。在设计制造方面要求成本要低，生产效率要高，在使用维修方面要求机械耗能、管理及维护费用要低。1．具有预定功能的要求。设计的机械产品应能实现预定的功能，并在规定的工作条件下和规定的时间内正常运行。:::::《机械设计基础》:::::2.1.1机械产品设计的基本要求4．劳动保护要求。（1）确保机器的操作者方便和安全；（2）改善操作者及机器的环境。5．其他特殊要求。有些机器还有一些特殊的要求。例如，食品机器有保持清洁和防止污染的要求；数控机床有保持精度的要求；大型机器有便于运输的要求等。:::::《机械设计基础》:::::2.1.2机械零件设计的基本要求（1）强度。强度是指零件在载荷作用下不至于被破坏或发生断裂的能力。强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标，也是机械零部件首先应满足的基本要求。1.避免在预定寿命期内失效的要求（2）刚度。刚度是指零件在载荷作用下所产生的弹性变形不超过允许的限度。显然，只有当零件的弹性变形可能对机器的工作性能产生较大的影响时，才需要满足这项要求。（3）寿命。寿命是指零件能够正常工作的时间。有些零件在工作初期虽然能够满足各种要求，但在工作一定时间后，却可能由于某些原因而失效。:::::《机械设计基础》:::::2.1.2机械零件设计的基本要求零件的结构工艺性是指设计的零件结构在具体生产条件下应便于制造，装配和拆卸。所以零件的结构工艺性应从毛坯制造、机械加工过程及装配等几个生产环节综合加以考虑。2.结构工艺性要求此外，结构工艺性还和批量大小及具体的生产条件有关。良好的结构工艺性能降低劳动强度，减少制造费用和节约生产成本等。:::::《机械设计基础》:::::2.1.2机械零件设计的基本要求零件的经济性要求是指零件设计及制造成本低、机器生产效率高、能源和材料消耗少等。3.经济性要求例如，用标准化的零部件，以节省设计时间；采用少余量或无余量的毛坯或简化零件结构，以减少加工工时；采用廉价而供应充足的材料来代替贵重材料，以减少贵重材料的消耗；采用轻型的零件结构，以降低材料消耗等。:::::《机械设计基础》:::::2.1.2机械零件设计的基本要求对于绝大多数零件来说，应力求减小其质量。这样不仅可以节约材料，还可以减少运动零件的惯性，改善机器的动力性能。4.质量小要求零件的可靠性是指零件在规定的条件下和规定的时间内稳定完成规定功能的能力。对于绝大多数零件来说，失效的发生都是随机性的。因此，为了提高零件的可靠性，应当在工作条件和零件的性能两个方面使其随机变化尽可能地小。此外，在使用中加强维护和对工作条件进行监测，也可以提高零件的可靠性。5.可靠性要求:::::《机械设计基础》:::::2.2机械设计的一般程序

2.2.1机械产品设计的一般程序

2.2.2机械零件设计的一般程序:::::《机械设计基础》:::::2.2.1机械产品设计的一般程序一般来说，机械产品的设计应按照以下的程序进行。

通常，设计者在深入调查研究的基础上，根据社会、市场的需求确定所设计机器的功能范围和性能指标；根据现有的技术、资料及研究成果分析其实现的可能性，明确设计中要解决的关键性问题；拟定设计工作计划和设计任务书。1.产品规划按照设计任务书的要求，了解分析同类机械产品的设计、生产和使用情况以及制造厂的生产水平；在功能分析的基础上，提出可采取的实现功能的方案；拟定机器的组成、总体布置；确定有关的机构和传动方式。2.方案设计:::::《机械设计基础》:::::2.2.1机械产品设计的一般程序

技术设计是机器设计的核心。在技术设计过程中，要完成各种设计计算，校核计算，绘制总装配图、部件装配图和零件工作图。技术设计大致包括以下工作：（1）机器的运动学设计；（2）机器的动力学设计；（3）零件的工作能力设计；（4）总装配草图设计；（5）总装配图与零件工作图设计。3.技术设计在完成技术设计之后，应编制用于说明产品性能、设计、制造、操作使用、维护或其他所有与产品相关的技术文件。该技术文件主要包括设计说明书、使用说明书、零件明细表、标准件汇总表、产品验收条件等。4.技术文件编制:::::《机械设计基础》:::::2.2.1机械产品设计的一般程序

在经过试验、实验和鉴定，并对设计作出必要修改后，可以进行小批量的试生产。通过实际工况下的使用，将所取得的使用数据和用户意见反馈回来，再进一步修改设计，即定型产品设计，然后正式投产。5.定型产品设计实际上机械设计的各个阶段是相互联系的，在某一个阶段发现问题后，必须反馈回到前面的有关阶段进行修改。因此，机械设计的过程是一个不断修改、不断完善，逐渐接近最优效果的过程。:::::《机械设计基础》:::::2.2.2机械零件设计的一般程序

一般来说，机械零件的设计应按照以下的程序进行：①根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构。为此，必须对各种零件的类型、优缺点、特性和使用范围等，进行综合对比，并进行正确选用。②根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。③分析零件的工作情况，判定零件的失效形式，从而确定其计算准则。④选择主要参数，选定材料，根据计算准则，求出零件的主要尺寸，并考虑热处理及结构工艺要求等。⑤根据工艺性和标准化，进行零件的结构设计。⑥绘制零件工作图，编写技术说明书。:::::《机械设计基础》:::::2.3机械零件的主要失效形式零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时，由于某一危险截面上的应力超过零件的强度极限而发生的断裂，或者零件在受变应力作用时，危险截面上发生的疲劳断裂均为断裂失效，如螺栓的断裂、齿轮轮齿根部的折断等。断裂是严重的失效，有时会导致严重的人身和设备事故。1.断裂失效如果作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件将发生塑性变形。当零件的塑性变形量过大时，会造成零件的尺寸、形状和位置发生改变，破坏零件之间的相互位置或配合关系，导致零件乃至机器无法正常工作。2.变形失效:::::《机械设计基础》:::::2.3机械零件的主要失效形式零件的表面失效主要有腐蚀、磨损和接触疲劳等。腐蚀：发生在金属表面的一种电化学或化学侵蚀现象。腐蚀的结果是使金属表面产生锈蚀，从而使零件表面遭到破坏。磨损：两个接触表面在相对运动过程中表面物质丧失或转移的现象。接触疲劳：受到接触变应力长期作用的表面产生裂纹或微粒剥落的现象。3.表面失效有些零件只有在一定的工作条件下才能正常地工作。例如，液体摩擦的滑动轴承，只有存在完整的润滑油膜时才能正常地工作。如果破坏了这些必备的条件，将发生不同类型的失效。例如，滑动轴承将发生过热、胶合、磨损等形式的失效。4.破坏正常工作条件引起的失效:::::《机械设计基础》:::::2.4机械零件的设计准则

2.4.1强度准则

2.4.2刚度准则

2.4.3耐磨性准则

2.4.4耐热性准则

2.4.5可靠性准则:::::《机械设计基础》:::::2.4.1强度准则

强度准则是指零件的工作应力不超过零件材料的许用应力。对不同类型的载荷，在设计时需采用不同的强度计算准则。对静应力采用静强度判定；对变应力需采用疲劳强度判定。其表达式为σ≤[σ]，τ≤[τ]式中：σ——零件的工作正应力，单位为MPa；

τ——零件的工作切应力，单位为MPa；[σ]——许用正应力，单位为MPa；[τ]——许用切应力，单位为MPa。另一种表达形式为：危险截面处的实际安全系数S应大于或等于许用安全系数[S]，即S≥[S]。1.整体强度的判定准则:::::《机械设计基础》:::::2.4.1强度准则在反复的接触应力作用下，零件在接触处的接触应力σH应小于或等于许用接触应力值[σH]，即σH≤[σH]2.表面接触强度的判定准则对于受挤压的表面，挤压应力不能过大，否则会发生表面塑性变形、表面压溃等。因此，挤压应力σP应小于或等于许用挤压应力值[σP]，即σP≤[σP]3.表面挤压强度的判定准则:::::《机械设计基础》:::::2.4.2刚度准则

刚度是零件受载后抵抗弹性变形的能力。刚度准则是指零件在载荷作用下的弹性变形应小于或等于机器工作性能允许的极限值（许用变形量），其表达式为式中：

——分别为零件工作时的挠度、偏转角和扭转角；——分别为零件的许用挠度、许用偏转角和许用扭转角。:::::《机械设计基础》:::::2.4.3耐磨性准则

刚耐磨性是指作相对运动的零件工作表面抵抗磨损的能力。磨损准则是指零件的磨损量在预定期限内不超过允许值。由于磨损机理比较复杂，通常采用零件的压强不大于零件的许用压强，即P≤[P]:::::《机械设计基础》:::::2.4.4耐热性准则

耐热性是指零件在工作条件下抵抗氧化、抗热变形和抗蠕动的能力。零件工作时，如果温度过高将导致润滑失效，材料的强度极限下降，引起热变形及附加热应力等，从而使零件不能正常工作。耐热性准则一般是控制机械零件的工作温度不应超过许用工作温度值，其表达式是t≤[t]:::::《机械设计基础》:::::2.4.5可靠性准则

可靠性是指零件在规定的条件下和规定的时间内稳定工作的能力，通常用可靠度R表示。可靠度是指在规定的时间（寿命）内和预定的环境条件下，零件能够正常地完成其功能的概率，即用在规定的寿命时间内能连续工作的件数占总件数的百分比表示。如有NT个零件，在预期寿命内只有NS个零件能连续正常工作，则可靠度为R＝NT/NS:::::《机械设计基础》:::::2.5机械零件材料

2.5.1机械零件常用材料

2.5.2金属材料的热处理

2.5.3机械零件材料的选择:::::《机械设计基础》:::::2.5.1机械零件常用材料

可在实际生产中，机械零件材料分为金属材料和非金属材料。其中，常用的材料是金属材料。

金属材料：是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料。金属材料包括黑色金属和有色金属两类。其中，黑色金属主要指铁、锰、铬及其合金，如钢、生铁、铁合金、铸铁等；有色金属材料是除了黑色金属以外的金属。非金属材料：是指由非金属元素或化合物构成的材料。在机械制造中主要使用的有高分子材料（如工程塑料、橡胶、合成纤维等）、陶瓷材料和复合材料等。:::::《机械设计基础》:::::2.5.1机械零件常用材料:::::《机械设计基础》:::::2.5.1机械零件常用材料:::::《机械设计基础》:::::2.5.2金属材料的热处理

热处理是指将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，使其内部组织发生改变，从而获得所需要的力学性能和工艺性能的一种加工方法。许多金属材料可以通过热处理的方法改变其整体或表面的物理、力学性能，发挥其使用潜力。在零件的生产加工过程中，热处理被安排在各个冷热加工工序之间，起着承上启下的作用。热处理方案的正确选择以及工艺位置的合理安排，是制造出合格零件的重要保证。

热处理包括预先热处理和最终热处理。其中，预先热处理包括退火、正火和调质等，一般安排在毛坯生产之后、半精加工之前；最终热处理包括淬火、回火和化学热处理等。零件经过最终热处理后，其硬度一般较高，难以切削加工，故其工艺位置应尽量靠后，一般安排在半精加工之后、磨削加工之前。:::::《机械设计基础》:::::2.5.3机械零件材料的选择

机械零件材料的选择是设计中的一个重要环节。同一零件如采用不同的材料制造，则零件尺寸、结构、加工方法、工艺要求等都会有所不同。选择材料时应主要考虑使用要求、工艺要求和经济要求。

材料的使用要求一般包含以下几个方面：①力学性能（强度、硬度、塑性、韧性、弹性和刚度等）。②物理性能（密度、熔点、热熔、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等）。③化学性能（耐腐蚀性、高温抗氧化性、抗老化性和降解性等）。1.使用要求:::::《机械设计基础》:::::2.5.3机械零件材料的选择机械零件的工艺要求主要表示材料加工的难易程度。选用的材料从毛坯到成品应都能容易地制造出来。不同的工艺设计方案对材料的要求也不同。2.工艺要求（1）铸造。由于铸造具有成本低、极易获得形状复杂（尤其是内部形状复杂）的零件等特点，故在机械制造业中应用较广。选材时应注意材料的良好铸造性能，包括流动性、收缩性，偏析及吸气性等。铸铁的铸造性能好于铸钢。其中，灰口铸铁的铸造性能最为良好。:::::《机械设计基础》:::::2.5.3机械零件材料的选择（2）锻造。锻件因经历塑性变形而使其内部组织更加致密，晶粒得到细化，因此锻件具有很高的力学性能。使用锻造加工零件时，要求材料具有良好的锻造性能，即可锻性、冷镦性，锻后的冷却要求及氧化皮性质。低碳钢可锻性最好，中碳钢次之，高碳钢较差；低合金钢的可锻性类似于中碳钢，高合金钢的可锻性比碳钢差。（3）切削加工。切削加工形成的工件与铸件和锻件相比，具有更高的精度和更低的表面粗糙度，且不受零件的尺寸、质量、材料性能的限制。除了一些精密铸造、注塑成形、精密锻造、粉末冶金等成形零件的加工方法外，绝大部分零件都需要从毛坯经切削加工获得。:::::《机械设计基础》:::::2.5.3机械零件材料的选择（4）焊接。对于单件小批生产的产品或大而笨重的零件，常需进行焊接。焊接性能的优劣可通过焊缝形成冷缝的倾向、脆性、气孔或其他缺陷的倾向来衡量。一般低碳钢及低合金钢有较好的焊接性，中碳以上钢的焊接性能较差；灰口铸铁的焊接性比低碳钢差，球墨铸铁焊接性能最差。（5）热处理。为了改善机械性能，零件在加工工序中往往要多次穿插热处理工序。热处理工艺性能包括淬硬性、淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火脆性、氧化脱碳及冷脆性等。对于弹簧类零件选材时，要注意材料的氧化脱碳倾向。在选择渗碳钢时要注意材料的过热敏感性，在选择调质钢时要注意材料的回火脆性。:::::《机械设计基础》:::::2.5.3机械零件材料的选择机械零件材料的选择除上述要求外，还应重点考虑材料的经济要求。选材的经济性不仅要求选用的材料本身价格便宜，更重要的是利用选择的材料制造零件时，产品的总成本最低。同时所选用的材料符合国家的资源情况和供应情况。3.经济要求（1）材料的相对价格不同的材料，其价格差异会很大，而且市场价格不断变动。因此，设计人员应对材料的市场价格有所了解，以便于核算产品的制造成本。:::::《机械设计基础》:::::2.5.3机械零件材料的选择（2）国家的资源状况随着工业的发展，资源和能源的问题日益突出，选用材料时必须对此有所考虑，特别是对于大批量生产的零件，所选用的材料必须是来源丰富并符合我国资源状况的。例如，在选用高速钢时要尽量选用钨高速钢，而少用铝高速钢，因为我国的钨资源丰富而铝资源匮乏。（3）零件的总成本选择零件材料时，应从材料的价格，零件的自重、寿命、加工费用、实验研究费、维修费等方面来综合考虑零件的费用，以使零件的总成本最低。:::::《机械设计基础》:::::2.6摩擦、磨损与润滑

2.6.1摩擦

2.6.2磨损

2.6.3润滑:::::《机械设计基础》:::::2.6.1摩擦摩擦是指在外力作用下，紧密接触的两个物体作相对运动或具有相对运动趋势时，其接触面间出现阻碍相对运动的现象。摩擦具有双面效应，一方面在结构中的摩擦使运动构件磨损，降低机械零件的精度、强度、寿命，影响其工作性能与可靠性，同时又消耗部分功，使机械效率下降，这是摩擦有害的一面；另一方面，可以在机械中利用摩擦特性来传递动力和运动，如螺纹连接、带传动等，这是摩擦有益的一面。按物体的运动状态不同，摩擦可分为静摩擦和动摩擦。动摩擦又分为滑动摩擦和滚动摩擦。按摩擦表面间的润滑状态不同，摩擦又可分为干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦等。:::::《机械设计基础》:::::2.6.1摩擦干摩擦是指两摩擦表面直接接触，不加入任何润滑剂的摩擦。在实际生产中，即使很洁净的表面也存在脏污膜和氧化膜，所以并不存在真正的干摩擦。在机械设计中，通常把未经人为润滑的摩擦状态当作干摩擦处理。一般来说，干摩擦的摩擦阻力最大，磨损最严重，零件使用寿命最短，应力求避免。1.干摩擦:::::《机械设计基础》:::::2.6.1摩擦边界摩擦是指运动副摩擦面上有一层边界膜起润滑作用时的摩擦。在摩擦面之间注入润滑剂后，金属表面吸附润滑剂形成极薄的、具有润滑作用的边界膜。边界摩擦的摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能。与干摩擦相比，其摩擦因数要小些，但有磨损发生。2.边界摩擦:::::《机械设计基础》:::::2.6.1摩擦流体摩擦是指两摩擦表面被流体（液体或气体）完全隔开状态下的摩擦。流体摩擦的摩擦阻力小，不会发生磨损，是理想的摩擦状态。3.流体摩擦:::::《机械设计基础》:::::2.6.1摩擦流混合摩擦是指干摩擦、边界摩擦和流体摩擦共存的摩擦状态。混合摩擦因数小于边界摩擦因数，有时存在磨损。4.混合摩擦:::::《机械设计基础》:::::2.6.2磨损磨损是指物体表面相对运动时工作表面物质不断损失的现象。磨损会影响机器的使用寿命，降低机器工作时的可靠性与效率，甚至使机器提前报废。磨损过程可分为跑合磨损、稳定磨损和剧烈磨损三个阶段。（1）跑合磨损跑合是指机器在使用初期，为改善机器零件的适应性、表面形貌和摩擦相容性而相互磨合的过程。在跑合磨损阶段，相对运动的零件表面被逐渐磨平，磨损速度由快到慢，最后形成较为稳定的有利于实际工作的表面形貌。跑合磨损阶段所占时间比率较小。1.磨损过程:::::《机械设计基础》:::::2.6.2磨损（2）稳定磨损在跑合磨损阶段结束后，零件进入稳定磨损阶段。此时，经磨合的摩擦表面被冷作硬化，形成了稳定的表面粗糙度，摩擦条件保持相对稳定，磨损缓慢而平稳。稳定磨损的时间将直接影响零件的寿命。（3）剧烈磨损在剧烈磨损阶段，磨损急剧增加，零件工作表面的精度下降，间隙增大，润滑状况恶化，机械效率下降，最终导致零件完全失效。此时，必须停机更换零件。:::::《机械设计基础》:::::2.6.2磨损磨损是包括摩擦在内的多种因素共同作用的结果。根据形成原因的不同，磨损可分为黏着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损等。2.磨损类型（1）黏着磨损黏着磨损是指摩擦表面相互接触，在其接触点之间由于分子吸引力粘附或局部高温熔着，使摩擦表面的金属发生转移而引起的磨损。当载荷较大，温度较高时，黏着磨损就会比较严重。（2）磨粒磨损磨粒磨损是在摩擦过程中，有摩擦表面的硬质凸起或其他硬的颗粒进入摩擦表面之间，引起材料从表面分离的摩擦现象。零件材料表面越硬，磨粒磨损就越小。一般要求金属材料的硬度应比磨粒硬度至少大30%。:::::《机械设计基础》:::::2.6.2磨损（3）表面疲劳磨损在两个作相互滚动或滚滑运动的接触表面，接触区会受到交变应力作用，引起零件表面出现疲劳裂纹。随着应力循环次数的增加，疲劳裂纹逐渐扩大造成金属微颗粒从表面脱落，使表面上形成许多小凹坑，这种由于摩擦表面疲劳而产生的材料脱落现象称为表面疲劳磨损。摩擦表面的接触应力越大，零件材料表面硬度越低，表面粗糙度越大，越容易产生表面疲劳磨损。（4）腐蚀磨损腐蚀磨损是指在摩擦过程中，由于金属表面与周围介质发生化学或电化学反应而产生的金属表面材料损失的现象。腐蚀磨损是腐蚀和磨损相互促进共同作用的结果。摩擦表面金属与周围介质发生化学、电化学作用，产生腐蚀产物，摩擦过程中腐蚀产物的脱落形成磨粒又造成二次磨损，新表面又会继续与介质作用被腐蚀。不断地腐蚀、磨损致使运动副工作表面受到破坏。:::::《机械设计基础》:::::2.6.3润滑润滑是减小摩擦、降低或避免磨损最为有效的技术方法。润滑的直接作用是在摩擦表面间形成润滑膜，以减小摩擦，降低磨损外，还起到冷却、降温，减缓锈蚀，缓冲吸振，清污和密封等作用。为了减轻运动副中的摩擦和磨损，常在摩擦面间加入润滑剂。润滑剂有液体润滑剂、气体润滑剂、半固体润滑剂和固体润滑剂四种基本类型。在一般机械中最常用的是液体润滑剂——润滑油和半固体润滑剂——润滑脂。1.润滑剂（1）润滑油润滑油是使用最广泛的润滑剂，可以分为有机油、矿物油和化学合成油。衡量润滑油性能的重要指标有黏度（液体流动时其摩擦阻力的大小）、凝点（润滑油冷却到不能流动时的最高温度）和闪点（润滑油在火焰下闪烁时的最低温度）等。:::::《机械设计基础》:::::2.6.3润滑（2）润滑脂润滑脂俗称黄油、干油，它是由润滑剂、稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂）等在高温下混合而成的膏状润滑材料。一般而言，低速、重载且温度变化不大或带有冲击的机器，都可以使用润滑脂润滑。润滑脂的主要质量指标有以下两种。滴点：在规定的加热条件下，润滑脂从标准量杯的孔口滴下第一滴油时的温度。它是润滑脂在高温时的工作极限，即滴点决定工作温度。锥入度：将重为150g±0.25g的标准圆锥体放入25℃的润滑脂试样中，经过5s后沉入的深度。它反映润滑脂内部阻力的大小和流动性的强弱。锥入度越小，润滑脂越稠，承载能力越强；锥入度越大，流动性越好，但锥入度过大易泄漏。:::::《机械设计基础》:::::2.6.3润滑（1）油润滑方法与装置①手工加油润滑及装置手工加油润滑一般由人工定期用油壶或油枪向油孔或油杯中加油，通过设备上的油沟或油槽使油流至需要润滑的部位。这种润滑方式简单易操作，但供油不均匀、不易控制、不连续，故可靠性不高，只适用于低速、轻载和间歇工作的场合，如开式齿轮传动、链传动等的润滑。2.常用的润滑方法及装置②滴油润滑滴油润滑是一种连续润滑的方式，它用油的自重使油从油杯中缓慢流至摩擦表面，润滑可靠，是一种常用的润滑方式。常见的油滴油杯有针阀式油杯和芯捻式油杯等。:::::《机械设计基础》:::::2.6.3润滑针阀式油杯：由手柄1、调节螺母2、弹簧3、针阀4等组成。当手柄放平时，针阀受弹簧力向下堵住油孔。供油时，将手柄竖起，针阀上提，油通过针阀与阀座间的缝隙、油孔自动流出。芯捻式油杯：用具有毛细管虹吸作用的棉线做成芯捻，一端浸在油杯中，另一端悬垂在送油管中，利用虹吸作用将油引到润滑区。:::::《机械设计基础》:::::2.6.3润滑③油环润滑油环润滑的装置如下图所示，在轴颈上套一油环，摩擦力带动油环旋转，把油引入轴颈。油环浸在油池内的深度约为其直径的1/4时，给油量已足以维持液体润滑状态的需要。这种润滑方式只适用于转速为60～2000r/min的水平轴的润滑。:::::《机械设计基础》:::::2.6.3润滑④浸油润滑浸油润滑是指将零件的一部分浸入油中，利用零件的转动，把油带到摩擦部位使零件得到润滑的方式，如下图所示。浸油润滑的同时，有一部分油被旋转零件带起飞溅到其他部位，使其他零件得到润滑，这种润滑方式称为飞溅润滑。:::::《机械设计基础》:::::2.6.3润滑⑤压力润滑压力润滑是指利用外接设备（液压泵、阀和管路等）将润滑油以一定的压力送到摩擦部位进行润滑的方式。这种方式给油量充足，给油压力低，安全可靠，且润滑油可循环使用，但设备费用较高，适用于重载、高速、精密程度等要求较高的场合。（2）脂润滑方法与装置润滑脂比润滑油粘稠，不易流失，但冷却作用差，适用于低、中速且载荷不大的场合。润滑脂的常用润滑方式有手工加脂、脂环加脂、脂枪加脂和集中润滑系统供脂等。对于开式齿轮传动、轴承、链传动等传动装置，多采用手工将润滑脂压入或填入润滑部位。对于旋转部位固定的设备，多在旋转部位的上方采用带阀的压配式油杯和不带阀的弹簧盖油杯。对于大型设备，润滑点多，多采用集中润滑系统，即用供脂设备把润滑脂定时、定量送至各润滑点。:::::《机械设计基础》:::::第3

章平面机构的结构分析●

3.1运动副●

3.2平面机构运动简图●

3.3平面机构的自由度3.1运动副

3.1.1平面运动副及其分类

3.1.2空间运动副及其分类:::::《机械设计基础》:::::3.1.1平面运动副及其分类

平面运动副是指两构件只能在同一平面内作相对运动的运动副。按两构件之间的接触性质，平面运动副可分为低副和高副。1.低副低副是指两构件之间通过面接触而形成的运动副。根据两构件之间的相对运动形式，低副可分为转动副和移动副。其中，转动副又称铰链，是指两构件只能在同一平面内作相对转动的运动副；移动副是指两构件只能沿着某一直线作相对移动的运动副。转动副移动副:::::《机械设计基础》:::::3.1.1平面运动副及其分类2.高副高副是指两构件之间通过点或线接触而形成的运动副。下图中的车轮1与轨道2、凸轮1与从动件2、齿轮1和2在接触处都形成了高副。:::::《机械设计基础》:::::3.1.2空间运动副及其分类空间运动副是指两构件在空间作相对运动的运动副，如下图所示的球面副和螺旋副。球面副螺旋副:::::《机械设计基础》:::::3.2平面机构运动简图

3.2.1平面机构的表示方法

3.2.2平面机构运动简图的绘制:::::《机械设计基础》:::::3.2.1平面机构的表示方法在平面机构中，两构件组成的转动副的表示方法如下图所示，圆圈表示转动副，其圆心代表相对转动的轴线，带斜线的构件为机架。1.运动副的表示方法:::::《机械设计基础》:::::3.2.1平面机构的表示方法两构件组成移动副的表示方法如下图所示，移动副的导路需与相对移动方向一致。

:::::《机械设计基础》:::::3.2.1平面机构的表示方法两构件组成高副的表示方法如下图所示，对于高副需绘制出接触处的轮廓线形状或按标准符号绘制。

:::::《机械设计基础》:::::3.2.1平面机构的表示方法一些构件的表示方法如下图所示。其中，（a）所示为具有两个转动副的构件；（b）所示为具有一个转动副和一个移动副的构件；（c）所示为具有3个转动副的构件；（d）所示为3个转动副的中心均在一条直线上。

2.构件的表示方法:::::《机械设计基础》:::::3.2.1平面机构的表示方法

:::::《机械设计基础》:::::3.2.1平面机构的表示方法

3.常见机构的运动简图符号:::::《机械设计基础》:::::3.2.1平面机构的表示方法

:::::《机械设计基础》:::::3.2.2平面机构运动简图的绘制绘制平面机构运动简图时，可按照以下步骤进行。①分析机构的组成和运动情况：首先确定机构中的机架、原动件和从动件；然后从主动件开始，沿着运动传递的顺序分析运动的传递情况，最后确定出机构中构件的数目，并用数字1、2、3、……表示构件的序号。②确定运动副的类型和数量：从主动件开始，按照运动的传递顺序分析各构件之间相对运动的性质，确定运动副的类型，并用A、B、C、D、……表示运动副的序号。③选择投影面：为了能清楚地表明各构件间的相对运动关系，通常选择平行于机构中多数构件所在的运动平面为投影面。④选择瞬时位置：选择能充分反映机构运动特性的瞬时位置，若瞬时位置选择不当，则会出现构件间相互重叠和交叉。⑤选择适当的比例绘图：根据构件的实际尺寸和图纸大小确定适当的长度比例尺μ1，按照各运动副间的距离和相对位置，用规定的线条和符号即可绘制出机构的运动简图。其中:::::《机械设计基础》:::::3.2.2平面机构运动简图的绘制颚式破碎机主体机构颚式破碎机机构运动简图:::::《机械设计基础》:::::3.3平面机构的自由度

3.3.1平面机构自由度的计算

3.3.2平面机构具有确定运动的条件

3.3.3计算平面机构自由度的注意事项:::::《机械设计基础》:::::3.3.1平面机构自由度的计算一个作平面运动的自由构件具有3个独立的运动，如下图所示。在Oxy坐标系中，构件S可随任一点A沿x轴、y轴方向移动或绕A点转动，构件的这种相对于参考系所具有的独立运动数目称为构件的自由度。所以一个作平面运动的自由构件有3个自由度。平面构件的自由度:::::《机械设计基础》:::::3.3.1平面机构自由度的计算设有一个平面机构，有n个活动构件，在未用运动副连接之前，这些活动活动构件相对于机架的自由度总和为3n。当用运动副将自由构件连接组成机构之后，各构件的自由度将受到限制，相对运动受到的限制称为约束。构件每增加一个约束，就减少一个自由度，即自由度减少的个数等于约束的数目。

设一个平面有N个构件组成，其中必有一个构件为机架，此时活动构件数为n＝N－1。这些构件在未组合成运动副之前共有3n个自由度，在连接成运动副之后便引入了约束，减少了自由度。设机构共有PL个低副、PH个高副。在平面机构中，每个低副和高副分别限制2个和1个自由度，故平面机构的自由度为F＝3n－2PL－PH

式中：n——活动构件数，n＝N－1（N为机构中的构件总数）；

PL——机构中的低副数目；

PH——机构中的高副数目。:::::《机械设计基础》:::::3.3.2平面机构具有确定运动的条件左图所示的平面三杆机构中，其自由度为F＝3n－2PL－PH＝3×2－2×3－0＝0，这表明各构件间无相对运动，因此它是一个刚性桁架，而不是机构。右图所示的平面四杆机构中，其自由度为F＝3n－2PL－PH＝3×3－2×5－0＝－1，这表明各构件间无相对运动，因此它是一个超静定桁架，也不是机构。平面三杆机构平面四杆机构:::::《机械设计基础》:::::3.3.2平面机构具有确定运动的条件

由以上分析可知，机构具有确定运动的首要条件是机构的自由度必须大于零。但自由度大于零的条件只表明机构能运动，并不能说明机构运动是否确定。如图（a）所示五杆铰链机构，其自由度为F＝3n－2PL－PH＝3×4－2×5－0＝2，该机构中只有一个主动件，当构件1绕A点均匀转动且处于AB位置时，构件2、3、4可处于不同的位置，即这三个构件的运动不确定。但若给定两个主动件，如构件1和构件4分别绕点A和点E转动，则构件2和构件3的运动就能完全确定，如图（b）所示。（a）（b）:::::《机械设计基础》:::::3.3.2平面机构具有确定运动的条件综上所述，机构具有确定相对运动的条件为：

①

F＞0；

②

F等于机构原动件的个数。:::::《机械设计基础》:::::3.3.3计算平面机构自由度的注意事项

计算平面机构的自由度时，需要注意和正确处理以下几个问题，否则可能会出现计算得出的机构自由度与实际不符的情况。1.复合铰链

两个以上的构件在同一处以转动副相连接时就构成复合铰链。如下图，构件1、2、3在同一处以转动副相连接，故构成复合铰链，转动副的个数为2。以此类推，如果有n个构件在同一处组成复合铰链，应含有（n－1）个转动副。在计算机构自由度时，应注意机构中是否存在复合铰链。:::::《机械设计基础》:::::3.3.3计算平面机构自由度的注意事项2.局部自由度

构件中存在的与整个机构运动无关的自由度称为局部自由度。在计算机构自由度时，局部自由度应略去不计。如下图所示滚动轴承，为减小摩擦，在轴承的内外圈之间加入了滚动体7，但是滚动体是否滚动对轴的运动毫无影响，因此滚动体的滚动属于局部自由度。:::::《机械设计基础》:::::3.3.3计算平面机构自由度的注意事项3.虚约束

在机构中，有些运动副带入的约束，对机构的运动实际上不起约束作用，这一类约束称为虚约束。计算机构自由度时，不计虚约束。

虚约束是构件在特定的几何条件或结构条件下产生的。平面机构中的虚约束常出现在下列情况中。

①当两构件组成多个轴线重合的转动副或两构件组成多个移动方向一致的移动副时，只考虑其中一处的约束，其余各处带进的约束均为虚约束。:::::《机械设计基础》:::::3.3.3计算平面机构自由度的注意事项两构件间形成多处运动副引入的虚约束:::::《机械设计基础》:::::3.3.3计算平面机构自由度的注意事项

②两构件上连接点的运动轨迹互相重合时，会引入虚约束。两构件上连接点运动轨迹重合引起的虚约束:::::《机械设计基础》:::::3.3.3计算平面机构自由度的注意事项

③机构中对运动不起限制作用的对称部分引入的虚约束。对称结构引入的虚约束

虚约束虽不影响机构的运动，但能增加机构的刚性，改善其受力状况，因而被广泛应用。但是虚约束对机构的几何条件要求较高。因此，对机构的制造和装配精度要求较高。:::::《机械设计基础》:::::第4

章平面连杆机构●

4.1平面连杆机构的特点●

4.2平面铰链四杆机构●

4.3铰链四杆机构的演化●

4.4平面四杆机构的运动特性●

4.5平面四杆机构的设计4.1平面连杆机构的特点连杆机构又称低副构件，是由若干刚性构件用低副连接而成的构件。在连杆机构中，运动构件均在相互平行的平面内运动，则称为平面连杆机构。若各运动构件不都在相互平行的平面内运动，则称为空间连杆机构。平面连杆机构被广泛应用于机械中，它常与机器中的工作部分相连，起执行和控制的作用。平面连杆机构的优点主要有：（1）平面连杆机构能够使回转运动和往复摆动或往复移动得到转换，以实现预期的运动规律或轨迹；（2）平面连杆结构相连处都为面接触，因此接触面间压强小、易润滑、磨损少，可以承受较大的载荷；（3）构件结构简单，便于制造。:::::《机械设计基础》:::::4.1平面连杆机构的特点平面连杆机构的缺点主要有：（1）运动副中存在间隙，当构件数目较多时，从动件的累计误差较大；（2）不容易精确地实现复杂的运动规律，机构设计相对复杂；（3）连杆机构运动时产生的惯性力难以平衡，所以不适用于高速的场合。

平面连杆机构的类型很多，构件的形状多数呈杆状，其中最常用的是由四个杆组成的平面四杆机构。本章主要介绍平面四杆机构的类型及应用、特性和设计方法。:::::《机械设计基础》:::::4.2平面铰链四杆机构

4.2.1基本概念

4.2.2铰链四杆机构的类型

4.2.3铰链四杆机构的曲柄存在条件和基本类型的判别:::::《机械设计基础》:::::4.2.1基本概念

平面铰链四杆机构是指所有运动副为转动副的四杆机构，如下图所示。图中固定不动的构件4称为机架；与机架相连的构件1和3称为连架杆，在两连架杆中，能作整周转动的连架杆1称为曲柄，不能作整周转动的连架杆3称为摇杆；用以连接曲柄和摇杆的构件2称为连杆。:::::《机械设计基础》:::::4.2.2铰链四杆机构的类型

按照两连架杆中曲柄（或摇杆）的数目，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本类型。曲柄摇杆机构是指两个连架杆分别为曲柄和摇杆的铰链四杆机构。如下图所示曲柄摇杆机构，其中构件1是曲柄，构件3是摇杆。1.曲柄摇杆机构:::::《机械设计基础》:::::4.2.2铰链四杆机构的类型

曲柄摇杆机构在雷达天线调整机构中的应用曲柄摇杆机构在脚踏砂轮机机构中的应用:::::《机械设计基础》:::::4.2.2铰链四杆机构的类型

双曲柄机构是指两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。如两曲柄长度不同，则称为不等双曲柄机构，如下图所示。2.双曲柄机构这种机构的运动特点是：当主动曲柄AB作匀速转动时，从动曲柄CD作变速转动。:::::《机械设计基础》:::::4.2.2铰链四杆机构的类型

双曲柄机构的应用——惯性筛:::::《机械设计基础》:::::4.2.2铰链四杆机构的类型

在双曲柄机构中，若其相对两杆平行且长度相等则称为平行四边形机构，如下图所示。这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆始终保持平动。平行双曲柄机构有以下两个运动特点：（1）两曲柄转速相等，连杆始终与机架保持平行。（2）运动的不确定性。当主动曲柄转到与机架共线的位置时，即平行四边形机构的四个铰链中心处于同一直线时，机构将处于运动不确定状态。:::::《机械设计基础》:::::4.2.2铰链四杆机构的类型

双摇杆机构是指两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。下图所示鹤式起重机机构的四杆机构ABCD即为双摇杆机构。在双摇杆机构中，如果两摇杆长度相等，则称为等腰梯形机构。例如，下方汽车前轮转向机构ABCD即为等腰梯形机构。3.双摇杆机构鹤式起重机机构汽车前轮转向机构:::::《机械设计基础》:::::4.2.3铰链四杆机构的曲柄存在条件和基本类型的判别

铰链四杆机构三种基本类型的主要区别在于是否存在曲柄和存在几个曲柄，实质取决于各杆的相对长度以及选取哪一杆作为机架。在铰链四杆机构中是否存在曲柄与各构件的相对长度有关。在下方的曲柄摇杆机构ABCD中，连架杆AB成为曲柄的条件为：①连架杆AB为最短杆；②最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。1.曲柄存在条件:::::《机械设计基础》:::::4.2.3铰链四杆机构的曲柄存在条件和基本类型的判别

铰链四杆机构的类型与组成机构的各杆长度有关，也与机架的选择有关。根据曲柄存在的条件，可按照以下的方法判断铰链四杆机构的类型。2.基本类型的判别若最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则①当最短杆为连架杆时，该机构为曲柄摇杆机构；②当最短杆为机架时，该机构为双曲柄机构；③当最短杆为连杆时，该机构是双摇杆机构。若最短杆与最长杆之和大于其余两杆长度之和，因机构中不可能有曲柄存在，故不论取任何构件为机架，都是双摇杆机构。若构件的长度有特殊的关系，如不相邻的杆长两两分别相等，该机构不论以哪个杆件为机架，都是双曲柄机构（平行四杆机构或反向双曲柄机构）。:::::《机械设计基础》:::::4.3铰链四杆机构的演化

4.3.1曲柄滑块机构

4.3.2曲柄转动导杆机构

4.3.3曲柄摆动导杆机构

4.3.4移动导杆机构

4.3.5摆动导杆滑块机构

4.3.6偏心轮机构:::::《机械设计基础》:::::4.3.1曲柄滑块机构在下图所示的曲柄摇杆机构中，当曲柄1绕A点转动时，摇杆3上C点的轨迹为一段圆弧。摇杆长度越长，C点的轨迹圆弧就越平直。当摇杆为无线长时，这段圆弧就成为一条直线，这时可以把摇杆做成滑块，转动副D将演化成移动副。这种机构称为曲柄滑块机构。:::::《机械设计基础》:::::4.3.1曲柄滑块机构曲柄滑块机构可分为两种情况：下方左图所示为对心曲柄滑块机构，其导路通过曲柄的转动中心，图中H表示滑块的行程；下方右图所示为偏置曲柄滑块机构，其导路与曲柄的转动中心有一个偏距e。由于对心曲柄滑块机构结构简单，受力情况好，故广泛应用于往复式机械中，如内燃机、压缩机、往复式手泵和冲床等。:::::《机械设计基础》:::::4.3.2曲柄转动导杆机构在下方左图中，以杆1为机架，由于杆的长度l1＜l2，因此杆2和杆4都可以做整周转动。这种具有一个曲柄和一个能作整周转动的导杆（能在滑块中作相对移动的构件）的四杆机构称为曲柄转动导杆机构。在下方右图所示的小型刨床机构简图中，采用的就是由杆1、2、3、4组成的曲柄转动导杆机构。曲柄转动导杆机构小型刨床机构简图:::::《机械设计基础》:::::4.3.3曲柄摆动导杆机构

如果图（a）中杆的长度l1＞l2，那么机构将演化成图（b）所示的曲柄摆动导杆机构。

图（c）所示为曲柄摆动导杆机构在电器开关中的应用。当曲柄BC处于图示位置时，动触点4和静触点1接触，当BC偏离图示位置时，两触点分开。（a）（b）（c）:::::《机械设计基础》:::::4.3.4移动导杆机构将曲柄滑块机构中的滑块作为机架，参见图（a），便得到移动导杆机构。图（b）所示为移动导杆机构在抽水唧筒中的应用。（a）（b）:::::《机械设计基础》:::::4.3.5摆动导杆滑块机构如图（a）所示，将杆2作为机架，便得到摆动导杆滑块机构。图（b）所示为摆动导杆滑块机构在汽车自动卸料机构中的应用。（a）（b）:::::《机械设计基础》:::::4.3.6偏心轮机构在图（a）所示曲柄摇杆机构中，当曲柄1的尺寸较小时，由于结构的需要常将曲柄1改成图（b）所示的一个几何中心不与回转中心相重合的圆盘，此圆盘称为偏心轮。（a）（b）回转中心与几何中心间的距离称为偏心距，它等于曲柄长，这种机构称为偏心轮机构。此偏心轮机构可以看作是曲柄摇杆机构中的转动副B的半径扩大，使之超过曲柄的长度演化而来的。:::::《机械设计基础》:::::4.4平面四杆机构的运动特性

4.4.1急回特性

4.4.2行程速比系数

4.4.3压力角与传动角

4.4.4死点位置:::::《机械设计基础》:::::4.4.1急回特性某些连杆机构，例如插床、刨床等单向工作的机械设备，为了缩短机器的非生产时间，提高生产率，当主动件（一般为曲柄）等速转动时，要求从动件快速返回。这种当主动件等速转动时，作往复运动的从动件在返回行程中的平均速度大于工作行程的平均速度的特性，称为急回特性。:::::《机械设计基础》:::::4.4.2行程速比系数为了表明急回运动的急回程度，通常用行程速度变化系数K来衡量。其中，行程速度变化系数K的计算公式为:

若已知行程速度变化系数K，则可求得极位夹角θ，即

上述分析表明，机构有无急回特性、急回特性是否显著，取决于机构的极位夹角θ。θ角越大，K值越大，机构的急回特性也越明显。在一般机械中，1≤K≤2。:::::《机械设计基础》:::::4.4.3压力角与传动角在下图所示曲柄摇杆机构中，若不考虑各运动副中的摩擦角及构件重力和惯性力的影响，则杆BC可视为二力构件，它作用于从动件摇杆CD上的力F是沿BC方向的。1.压力角:::::《机械设计基础》:::::4.4.3压力角与传动角力F可分解为沿受力点C的速度方向的分力Ft及垂直vc方向的分力Fn。设力F与受力点C的速度方向之间所夹的锐角为α，则Ft＝Fcosα

Fn＝Fsinα

式中：Ft是推动从动件CD运动的有效分力，而Fn只能使铰链C和D产生径向压力。由上式可知α越大，径向压力Fn也越大，故称角α为压力角。:::::《机械设计基础》:::::4.4.3压力角与传动角在实际应用中，为测量方便，常将压力角α的余角γ称为传动角，即α＋γ＝90°，则γ＝90°－α（连杆BC与从动件CD所夹的锐角）。

结合前面公式可知，γ角越大，则有效分力Ft就越大，而径向压力Fn就越小，因此对机构的传动越有利。所以在连杆机构中常用传动角的大小及变化情况来表示机构传力性能的好坏。2.传动角在机构的运动过程中，传动角γ的大小是变化的。当曲柄AB转到与机架重叠共线（AB1位置）和拉直共线时（AB2位置），传动角出现极值γ΄和γ˝。这两个角的大小分别为比较这两个位置的传动角，即可求得最小传动角。:::::《机械设计基础》:::::4.4.4死点位置如下图所示，若曲柄摇杆机构以摇杆为主动件，以曲柄为从动件，当机构处于图中AB1C1和AB2C2位置，即从动曲柄AB与连杆BC共线时，压力角α＝90°，传动角γ＝0，由Ft＝Fcosα可知，主动件对从动件的作用力或力矩为零，此时主动件不能通过连杆驱动从动件工作，出现“顶死”现象，机构所处的这种位置称为死点位置。曲柄摇杆机构的死点位置:::::《机械设计基础》:::::4.4.4死点位置为了消除死点位置的不良影响，可以对从动曲柄施加外力或利用飞轮及构件自身惯性的作用，使机构能够顺利地通过死点位置而正常运行。工程上也有利用死点位置满足特殊要求的装置，下图所示为机构死点位置的应用。快速夹具飞机起落架处于放下机轮的位置:::::《机械设计基础》:::::4.5平面四杆机构的设计

4.5.1按给定的连杆位置设计

4.5.2按给定的行程速比系数K设计:::::《机械设计基础》:::::4.5.1按给定的连杆位置设计设计步骤：①选取适当的比例尺μ1（实际机构往往要通过缩小或放大比例后才便于作图设计，应根据实际情况选择适当的比例尺），取BC＝lBC/μ1，画出给定连杆的三个位置B1C1、B2C2、B3C3，如下图所示。已知连杆BC的长度lBC和依次占据的3个位置B1C1、B2C2、B3C3，求满足上述条件的铰链四杆机构的其他各杆件的长度和位置。分析：设计此机构的实质是确定两个固定铰链中心A和D的位置。观察机构的运动可知，连杆上B和C两点的运动轨迹分别是以A、D为圆心的圆弧和，所以铰链中心A必然位于B1B2和B2B3的垂直平分线b12和b23的交点上，铰链中心D必然位于C1C2和C2C3的垂直平分线c12和c23的交点上。:::::《机械设计基础》:::::4.5.1按给定的连杆位置设计②分别作直线B1B2和B2B3的垂直平分线b12和b23（图中的细实线），这两条垂直平分线的交点即为所求铰链A点的中心位置。按给定的连杆位置设计四杆机构③用同样的方法确定铰链D的中心位置。④分别连接AB1、B1C1、C1D（图中的粗实线），即为所求的四杆机构。从图中量得各杆的长度再乘以比例尺，就得到实际结构的长度尺寸。:::::《机械设计基础》:::::4.5.2按给定的行程速比系数K设计图（a）所示曲柄摇杆机构中摇杆CD的长度为lCD，摇杆的摆角为ψ，行程速比系数为K，试设计该曲柄摇杆机构。1.按给定的行程速比系数K设计曲柄摇杆机构:::::《机械设计基础》:::::4.5.2按给定的行程速比系数K设计该设计的关键是确定固定铰链A的位置。设计步骤如下：①按式求出极位夹角。②选取适当的比例尺μ1，根据已知lCD、ψ画出摇杆的两个极限位置DC1和DC2，如图（b）所示。③连接C1、C2，并作其垂线C1M；以C1C2为一边作角∠C1C2N＝90°－θ，则C1M和C2N相交于P点。以C2P的中心O为圆心，以OC1（或OC2）为半径作辅助圆。④在辅助圆上任取一点A，连接AD、AC1和AC2，并量出其长度，按照相应比例尺μ1换算实际尺寸、、。⑤按照公式和，计算和的尺寸。:::::《机械设计基础》:::::4.5.2按给定的行程速比系数K设计2.按给定的行程速比系数K设计曲柄滑块机构已知曲柄滑块机构中滑块的行程S，偏心距e，行程速比系数K，试设计该曲柄滑块机构。分析：由已知滑块的行程S可确定C1和C2的位置，则只要能够确定A的位置，量出、，就可由公式和求出和的尺寸。

:::::《机械设计基础》:::::4.5.2按给定的行程速比系数K设计步骤：①按式求出极位夹角。②选取适当的比例尺μ1，任取一点C，并根据滑块的行程S确定出滑块的两个极限位置C1和C2，如下图所示。:::::《机械设计基础》:::::4.5.2按给定的行程速比系数K设计③连接C1C2，作∠C1C2O＝∠C2C1O＝90°－θ，得交点O；以O为圆心，OC1为半径作辅助圆。④作与C1C2相距e且平行于C1C2的直线，与辅助圆的交点即为点A，连接AC1和AC2，并量出其长度，按照相应比例尺μ1换算实际尺寸、。