机械设计基础

机械设计基础

《机械设计基础》（第二版）

机械设计基础多媒体教案目录

绪论

平面机构的结构分析

蜗杆传动

带传动

滚动轴承

平面连杆机构

凸轮机构轮系其他常用机构轴与轴毂连接

链传动

滑动轴承

联轴器和离合器螺纹连接弹簧齿轮传动机械运转速度波动的调节及机械平衡如何学习机械设计基础课

学习机械设计基础，是机械类各专业的学生今后从事各项技术工作的重要基础。通过本课程的学习，学生应该具备运用本课程的基本理论与基本设计方法，独立完成简单传动装置和简单机械的设计能力。

机械设计基础课程主要研究常用机构、通用机械零部件的设计。这些常用机构、通用机械零部件都是独立的，学生开始学习此课时会感到零碎而难以入门。

学好这门课要贯串：常用机构：基本结构类型及应用基本知识设计方法；通用机械零部件：失效形式受力分析强度计算结构设计这一主线。无论学习哪种常用机构、通用机械零部件的设计，若以此主线为纲，就便于入门、便于掌握。

机械设计基础是实践性很强的课程，所以要求学生在学习时勤于实践。对初学者而言，首先要认真完成习题与设计作业。在此基础上，在机械设计基础的课程设计中最后要综合完成一个简单的机械设计。

学生通过机械设计基础课的学习，要不断进行设计思维能力的锻炼，要逐步培养自己观察、发现、提出、捕捉新问题和新动向的能力，为使自己早日成为一个优秀的设计人材而努力。1.1

本课程概念1.2机械设计的基本要求与一般设计程序

第1章绪论1.3机械零件的一般设计步骤与机械零件结构的工艺化本章学习的基本要求：一、熟练掌握的内容1.机器、机构的定义和特点及区别；2.构件、零件的区别。二、一般了解的内容

本课程研究的内容、对象和目的。本章的重点：1.机器、机构的定义和特点及区别；2.构件、零件的区别。1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

本课程研究对象为：机械逐渐创造了各种多件实物的组合体，用来减轻或替代人类劳动。广义的讲，任何简单的工具都是机械。

170万年前，云南元谋人使用石器。古代四千多年前的畜力战车、简单的纺织工具；西汉时期发明的记里鼓车和指南车。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。

设计基础——研究机械的组成原理、工作原理、分析和设计方法等。任何机械都经历了：简单

复杂的发展过程。起重机的发展历程：斜面

（包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、电梯——电脑控制）。

杠杆

起重轱辘

滑轮组

手动(电动)葫芦

现代起重机1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

斜面省力之应用实例1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

杠杆省力应用实例阿基米德名言：“只要给我一个支点，我就能撬起地球”轱辘是杠杆的变形

滑轮组1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

电动起重葫芦1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

简易起重机平衡吊

鹤式起重机1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

龙门式起重机16T汽车吊200T汽车吊1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

扶梯移动式履带起重机集装箱堆垛叉车小型叉车1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

现代化的电梯1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

世界上最高、运行速度最快、载客量最大的张家界旅游观光电梯高335米、3米/秒，单台载客量47人，每小时载客人数达3000人。典型机器的分析：1）内燃机内燃机组成：65438712910汽缸体1、活塞2、进气阀3、排气阀4、连杆5、曲轴6、凸轮7、顶杆8、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

机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但具有相同的基本特征。1.机器机械是机器和机构理论的简称。1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

发动机实际构造及多缸形式进气压缩爆炸排气内燃机的工作过程：1.机器1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

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：热能机械能1.机器1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

2）工件自动载送装置含带传动机构、蜗杆传动、凸轮机构、连杆机构等。动爪定爪装配夹具工件载送器滑杆凸轮机构蜗杆传动带传动连杆机构工件滑杆左移时，夹持器将工件夹住。滑杆带着工件右移时，夹持器动爪受挡块的压迫将工件松开，工件落入载送器被传送到下一道工序。强调代替人类完成有用工作工件自动载送装置电动机1.机器1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

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

机器的分类：原动机——实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）种类有限工作机——完成有用功（如机床等）

种类繁多机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但具有相同的基本特征。1.机器1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

一台完整的工作机器的组成如下：原动机部分传动部分执行部分润滑、显示、照明等辅助部分控制系统传感器传感器传感器1.机器1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

原动部分——机器完成预定功能的动力源，最常见的是

内燃机、电动机。

执行部分——完成预定的动作，位于传动路线的终点。

传动部分——联接原动机和执行部分的中间部分。

控制部分——保证机器的启动、停止和正常协调动作。传感部分——将机器的工作参数，如位移、速度、加速度、温度、压力等反馈给控制部分。辅助部分——包括机器的润滑、显示、照明等。也是保证机器正常工作不可缺少的部分1.机器1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

控制器(控制)电动机(原动)带(传动)减速器(传动)波轮(执行)分析自动洗衣机的组成：1.机器1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

机构－具有确定相对运动的多件实物的组合体，仅用来传递或转换运动。如：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。种类有限2.机构内燃机中由曲轴滑块机构、凸轮机构、齿轮机构组成部分只具有机器的前两个特征而不具备机器的第三个特征的装置称为“机构”。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；③用来传递力或实现运动的转换。1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

3.机械常用机构用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。专用机构只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。机构常用机构专用机构由机器与机构的共有特征可知：机器——能够用来代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量的转换多件实物的组合体。其根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体。机构——能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件实物的组合体。如：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。种类有限如:缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。

2.机构1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不同），故统称为机械。人造的组合体、有确定的相对运动机器和机构的总称。机械机器机构机器与机构的关系：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

机械机器机构原动机工作机常用机构专用机构3.机械1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

4.构件构件可以是单一的整体，也可以是由更小不可再分的零件组成。构件的分类：活动构件和固定构件。构件固定活动原动件：驱动力作用的构件从动件：由其它构件所驱动：相对固定坐标系静止的构件机构中的实物称之为构件，故构件是运动的单元。零件是制造的单元，零件是机械最基本的组成单元。5.零件零件专用零件通用零件1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

内燃机中的连杆内燃机连杆套筒连杆体螺栓垫圈螺母轴瓦连杆盖零件是制造的单元，零件是机械最基本的组成单元。机器和机构都是由零件组成的。5.零件1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

机构是具有确定相对运动的构件组合体。机器是一种人为的构件组合体，其各构件之间具有完全确定的相对运动，而且可以用来代替人类的劳动以完成有益的机械功或转换机械能。定义了构件之后，可以重新定义机构和机器：本课程研究重点：常用机构和通用零件1.1

本课程的研究对象及性质1.1.1本课程的研究对象与内容

1.1.2课程的性质和任务

课程性质——技术基础课

作用——承前启后

先修课程：高等数学、普通物理、工程制图、理论力学同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如机床夹具设计、机床、机械制造工艺学等专业课程打下基础，作为一名工程技术人员，同学们在今后的工作岗位上将会接触各种各样的通用或专用机械，因此必须掌握机械方面的基础知识。本课程的主要任务是：1)熟悉掌握常用机构的工作原理、结构组成、运动特点，初步具备分析和设计常用机构的能力；对机械动力学的一些基本知识和机械运动方案的确定有所了解。2)熟悉掌握通用零部件的工作原理、结构特点、设计计算和维护等基本知识，并初步具备设计一般简单机械传动装置的能力。1.1

本课程的研究对象及性质3)具有运用标准、规范、手册、图册及查阅有关技术资料的能力。本课程的特点：1）本课程的内容涉及的课程比较多，故学习中要及时复习先修课程；本课程所涉及的先修课程有：工程制图：设计的图形表达。工程材料：非金属材料、金属材料及热处理。机械制造基础：冷加工工艺，热加工工艺。工程力学：解决力分析与强度分析问题。2）本课程的内容涉及的知识面广、综合性强，故学习中要特别注意；1.1.2课程的性质和任务

1.1

本课程的研究对象及性质关系多——因与诸多先修课关系密切。要求多——强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、经济性。

门类多——各类零件，各有特点，设计方法各异。公式多——有解析式、半解析式、经验式、半经验式以及定义式的。图表多——结构图、分析图、原理图、示意图、曲线图、标准、经验数表。3）本课程是一门实践性很强的课程，它是以培养学生机械零部件及简单机械设计能力为根本目标，故学习中要抓住“设计”这一环节；只有理论知识不行，要多联系实际，要注重实践性环节。4）独立性强各章内容彼此独立，前后联系不甚密切。因此，要经常复习前面已学过的内容，以免出现猴子扮苞米的现象。不要求死记硬背，关键在于理解，重点在于应用。会用自然能记住。1.1.2课程的性质和任务

1.1

本课程的研究对象及性质如何学习本课程？▲

着重搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握常用机构分析的基本方法▲注意把一般原理和方法与具体运用密切联系起来。并用所学知识观察日常生活与生产遇到的各种机械▲注意培养运用所学基本理论与方法去分析和解决工程实际问题的能力▲注意培养综合分析、全面考虑问题的能力。解决同一实际问题，往往有多种方法和结果，要通过分析对比、判断和决策，做到优中选优。▲注意培养科学严谨、一丝不苟的工作作风。在今后的工作中要与各种武器装备打交道，稍有不慎，即可能造成损失1.1.2课程的性质和任务

1.1

本课程的研究对象及性质设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何，一般来说，对机器都要提出以下的基本要求：▲使用功能要求在满足预期功能的前提下，要求性能好、效率高、成本低，造型美观，在预定使用期限内要安全可靠，操作方便、维修简单。具体要求如下：▲经济性要求▲安全性要求▲可靠性要求▲其他特殊性能要求

设计机器必须以对机器的要求为依据，对机器的主要要求：1.2机械设计的基本要求与一般设计程序

1.2.1

机械设计的基本要求

使用功能要求——机器应具有预定的使用功能。这主要靠正确地选择机器的工作原理，正确地设计或选用能够全面实现功能要求的执行机构、传动机构和原动机，以及合理地配置必要的辅助系统来实现。1.2机械设计的基本要求与一般设计程序

1.2.1

机械设计的基本要求

▲使用功能要求▲经济性要求▲安全性要求▲可靠性要求▲其他特殊性能要求(1)要使机器的操作者方便和安全。因此设计时要按照人机工程学的观点布置各种按钮、手柄，使操作方式符合人们的心理和习惯，同时，设置完善的安全装置、报警装置、显示装置等。(2）改善操作者及机器的环境。所设计的机器应符合劳动保护法规的要求。降低机器运转时的噪声水平，防止有毒、有害介质的渗漏，对废水、废气和废液进行治理。1.2机械设计的基本要求与一般设计程序

1.2.1

机械设计的基本要求

▲使用功能要求▲经济性要求▲安全性要求▲可靠性要求▲其他特殊性能要求机器的可靠度——指在规定的使用时间内和预定的环境下机器能够正常工作的概率。

机器由于某种故障而不能完成预定的功能称为失效，它是随机发生的，其原因是零件所受的载荷、环境温度、零件本身物理和力学性能等因素是随机变化的。为了提高零件的可靠性，就应当在工作条件和零件性能两个方面使其变化尽可能小。1.2机械设计的基本要求与一般设计程序

1.2.1

机械设计的基本要求

▲使用功能要求▲经济性要求▲安全性要求▲可靠性要求▲其他特殊性能要求经济性要求——机器的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中，设计机器时就要全面综合地进行考虑。设计制造的经济性表现为机器的成本低，使用经济性表现为高生产率高效率、低能耗、以及低的管理和维护费用等。1.2机械设计的基本要求与一般设计程序

1.2.1

机械设计的基本要求

▲使用功能要求▲经济性要求▲安全性要求▲可靠性要求▲其他特殊性能要求其他特殊性能要求——针对不同机器所特有的要求。

(1)对机床有长期保持精度的要求；(2)对飞机有质量小，飞行阻力小而运载能力大的要求(3)对流动使用的机器有便于安装和拆卸的要求；(4)对大型机器有便于运输的要求等等。1.2机械设计的基本要求与一般设计程序

1.2.1

机械设计的基本要求

▲使用功能要求▲经济性要求▲安全性要求▲可靠性要求▲其他特殊性能要求1.2.2

机器设计的一般设计程序

一般而言，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键一环。机械设计是一个创造性的工作过程，实践经验是保证设计质量的重要因素。因此，要求设计者特别注意经验的积累。一部完整的机器是一个复杂的系统，要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。机械设计的一般过程：▲

计划阶段▲

方案设计阶段▲

技术设计阶段▲

技术文件编制阶段一、计划阶段———审查设计前提、明确设计任务阶段

包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。

设计者必须对设计任务及其前提条件认真分析、仔细审查、正确理解,否则会导致设计缺陷、错误等。

设计时必须对设计任务的用途和特点、工作条件、功能指标、加工制造条件、经济性要求等用明确的条文确定下来,最后形成设计任务书,作为设计的指导性文件。1.2机械设计的基本要求与一般设计程序

设计任务书机器的功能经济性估计制造要求的大致估计基本使用要求预计的设计周期二、方案设计阶段———选定工作原理和基本结构型式

对机器的功能进行综合分析、确定功能参数、提出实现方案。

在制定功能参数时一定要注意恰当处理需要与可能、理想与现实、长远目标与当前目标等之间的关系。一般而言，实现同一个功能，有多种可能的方案。以螺纹制造为例，有车削、滚压、板牙加工等方法。方法不同，其执行部分的工作原理也不同。因此，存在一个方案的比较和取舍问题。1.2.2

机器设计的一般设计程序1.2机械设计的基本要求与一般设计程序

方案评价原则：经济性、技术上可行。总费用设计制造费用使用费用费用复杂程度经济性——总费用最低。方案设计阶段要正确处理好借鉴与创新的关系。

同类机器的成功先例应当借鉴，但其中的薄弱环节和不符合现有任务要求的部分应当加以改进或替换。一味求新而把合理的原有经验弃置不用保守和照搬原有设计坚决反对三、技术设计阶段

绘制总装配草图、部件装配草图，由草图确定零部件的外形、基本尺寸和零件工作图。1.2.2

机器设计的一般设计程序1.2机械设计的基本要求与一般设计程序

为了确定零件的基本尺寸，必须完成以下工作：(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）部件装配草图及总装配草图的设计——结构设计(5）主要零件的校核计算确定原动机的参数（功率、转速、线速度等）。求解构件的运动参数（转速、速度、加速度等）。计算构件所受公称载荷（名义载荷）大小和特性。

由公称载荷大小和特性，根据工作能力准则作零部件的初步设计。通过计算或类比得出零件的基本尺寸。

以结构设计尺寸为依据，对零件进行精确的受力分析和工作能力校核计算。1.2.2

机器设计的一般设计程序1.2机械设计的基本要求与一般设计程序

四、技术文件编制技术文件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……技术文件——用来说明产品性能、设计、制造、操作使用、维护或其他所有与产品相关的文档资料。1.2.2

机器设计的一般设计程序1.2机械设计的基本要求与一般设计程序

技术设计方案设计计划提出任务分析对机器的要求确定任务要求机器功能分析提出可能的解决办法组合几种可能的方案决策——选定方案明确构形要求结构化选择材料、确定尺寸零件设计编制技术文件评价决策—确定结构形状与尺寸评价部件设计总体设计机器设计的一般流程▲

避免在预定寿命期内失效的要求▲

结构工艺性要求▲

经济性要求▲

质量小的要求▲

可靠性要求

机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求：1.3.1

机械零件的一般设计步骤一、机械零件设计的基本要求1.3

机械零件的一般设计步骤与机械零件结构的工艺性及标准化1.3.1

机械零件的一般设计步骤二、机械零件的失效1.3

机械零件的一般设计步骤与机械零件结构的工艺性及标准化机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。工作能力——在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上又称为承载能力。

零件到底经常发生哪种形式的失效,这与很多因素有关,并且在不同行业和不用机器上也不尽相同,所以按实际情况如果一个机械零件可能有几种失效形式,则应分别进行考虑,然后选定能同时保证各种失效方式都不发生的方案。失效零件本体失效零件表面失效强度刚度振动稳定性静载失效：作用在零件上的应力超过材料的屈服极限，零件将产生塑性变形。疲劳失效：零件在受拉压剪扭等外载荷作用时，其危险剖面的应力为变应力，零件将产生疲劳断裂。冲击断裂失效：在突变的冲击载荷作用下发生断裂。——零件弹性变形过大失效。——共振失效，噪声超标。——失稳失效。受力表面不受力表面无相对运动有相对运动挤压强度失效：两接触表面应力超过挤压强度。打滑(带传动)或松脱(螺钉)：破坏工作条件引起的失效。磨损失效：两接触表面作相等运动时产生物质的丧失或转移。疲劳失效：两接触表面受到接触变应力长期作用表面产生裂纹或微粒脱落。过度发热失效：发热使表面变形产生卡死而失效。——腐蚀失效：使表面产生锈蚀。机械零件失效实例：轮齿塑性变形轴承内圈破裂轴承外圈塑性变形1.3.1

机械零件的一般设计步骤二、机械零件的失效1.3

机械零件的一般设计步骤与机械零件结构的工艺性及标准化齿轮轮齿折断机械零件失效实例：1.3.1

机械零件的一般设计步骤二、机械零件的失效1.3

机械零件的一般设计步骤与机械零件结构的工艺性及标准化失效原因:

强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等原因。统计结果显示：

断裂仅占4.79%;

腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%。这是主要失效原因。齿面接触疲劳轴瓦磨损(1)

根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构。为此，必须对各种零件的不同类型、优缺点、特性和使用范围等，进行综合对比与正确选用。(2)

根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。(3)

根据零件的工作条件及对零件的特殊要求(如高温环境等)选择适当的材料。(4)

根据零件的失效形式，确定零件的计算准则，通过计算，确定零件的基本尺寸。(5)

根据工艺性和标准化，进行零件的结构设计。(6)

细节设计完成之后，必要时]进行详细的校核计算，以判定结构的合理性。(7)

绘制零件工作图，并撰写计算说明书。1.3.1

机械零件的一般设计步骤三、机械零件的一般设计步骤1.3

机械零件的一般设计步骤与机械零件结构的工艺性及标准化选择零件类型、结构写出计算说明书画出零件工作图校核计算

计算零件上的载荷确定计算准则选择零件的材料确定零件的基本尺寸结构设计零件的设计流程图1.3.2

机械零件结构的工艺性1.3

机械零件的一般设计步骤与机械零件结构的工艺性及标准化

零件工艺性良好的标志——在具体的生产条件下，零件要便于加工而加工费用又很低。(1)结构简单合理▲最好采用平面、柱面、螺旋面等简单表面及其组合▲尽量减少加工面数和加工面积▲尽量采用标准件▲增加相同形状、相同元素（直径、圆角半径、配合、螺纹、键、齿轮模数等）的数量(2)毛坯选择合理制备方法：选用型材、铸造、锻造、冲压和焊接等。毛坯选择与生产批量、材料性能和加工可能性有关。单件或小批量生产时，选用棒料、板材、型材或焊件。大批量生产时，往往选用铸造、锻造、冲压等方法。1.3.2

机械零件结构的工艺性1.3

机械零件的一般设计步骤与机械零件结构的工艺性及标准化(3)合理的制造精度和表面粗糙度

零件的加工成本随精度和表面粗糙度的提高而急剧增加。决不能盲目追求高精度，应在满足使用要求的前提下，尽量采用较低的精度和表面质量。(4)尽量减小零件的加工量

▲毛坯形状和尺寸应尽量接近零件本身的形状和尺寸。力求使少或无切削加工，节约材料、降低成本

▲尽量采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、粉末冶金等先进工艺满足上述要求欲设计出工艺性良好的零件，设计者必须虚心向工艺技术人员和一线工人学习，在实践中积累经验。1.3.2

机械零件结构的工艺性1.3

机械零件的一般设计步骤与机械零件结构的工艺性及标准化表1.3零件结构工艺性实例

结构不合理合理结构合理结构结构不合理在平面上钻斜孔，钻头易偏斜轴肩过高，拆卸困难需要两次装卡一次装卡，易保证孔的同轴度铸件厚薄变化大，易出现充填不满及缩孔螺栓装拆困难无定位基准，难以满足同轴度有定位止口，同轴度易保证

(1)产品品种规格的系列化将同一类产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等依次分档，制成系列化产品，以较少的规格品种满足用户的广泛要求。定义：标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、设计方法、制图要求等，制定出大家共同遵守的标准。(2)零部件的通用化将用途、结构相近的零部件（如轴承、螺栓等），经过统一后实现互换。(3)产品质量标准化要保证产品质量合格和稳定，就必须做好设计、加工工艺、装配检验、包装储运等环节的标准化。1.3.3机械零件设计中的标准化

1.3

机械零件的一般设计步骤与机械零件结构的工艺性及标准化基本特征：统一、简化。意义：(1)制造上可以实现专业化大批量生产，既可提高产品质量，又能降低成本；(2)设计方面可减少设计工作量；(3)管理维修方面可减少库存量，便于更换损坏的零件。标准化是组织社会化大生产的重要手段，是实施科学管理的基础，也是对产品设计的基本要求之一。通过标准化的实施，以获得最佳的社会经济成效。标准层次：国际标准、国家标准、行业标准、企业标准代号为ISO

GB

JB、HB

QB推荐性标准（GB/T）——鼓励企业自愿采用。标准性质强制标准（GB）

——必须强制执行；

作为设计人员，要求必须熟悉现行的相关标准，学会查询和使用标准资料。无论设计何种产品，必须遵循相关标准。1.3.3机械零件设计中的标准化

1.3

机械零件的一般设计步骤与机械零件结构的工艺性及标准化

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。为了实现我国的现代化建设，必然要有大量的机械化、自动化的机械装备，这些装备从何来？恐怕大多数只能靠我国自力更生解决，这是一项十分艰巨的任务，设计、制造、使用、维护现代化的机械装备，需要大批的机械方面专业人才。在座的各位都是未来的工程师和部队的主要技术骨干，掌握好本课程的有关知识，将为你们未来的工作打下一个良好的基础。最后希望我们共同努力，把这门课程教好学好。3）仔细观察实物和模型，欢迎到实验室参观，并动手组装各种机构。2）上课认真听讲，及时消化，不主张占用较多的课外时间。4）针对多媒体讲课的不足，上课必须做笔记，以加深印象，突出重点，也便于课后复习。第1章绪论第2章平面机构的结构分析2.1机构的组成2.2

平面机构运动简图2.3

平面机构的自由度本章学习的基本要求：一、熟练掌握的内容1.机构的组成及运动特点；2.平面机构自由度的计算以及注意事项；3.如何准确识别机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束，并作出正确处理。

二、一般了解的内容

平面机构运动简图的绘制方法以及如何将实际机构或机构的结构图绘制成机构运动简图；本章的重点：1.平面机构自由度的计算以及注意事项；2.如何准确识别机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束，并作出正确处理。

1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件目的是▲弄清机构包含哪几个部分▲各部分如何相联？▲以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？这对于设计新的机构显得尤其重要。机构结构分析的内容及目的2.绘制机构运动简图目的是为设计和分析机构作准备。2.1.1运动副及其分类自由度：构件所具有的独立运动作平面运动的自由构件有3个自由度xSyOA2.1

机构的组成a)两个构件、b)直接接触、c)有相对运动运动副元素——直接接触的部分（点、线、面）例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。定义：运动副——两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。三个条件，缺一不可作者：潘存云教授构件组成运动副后，其独立运动受到约束，自由度随之减少。2.1.1运动副及其分类2.1

机构的组成①高副——两构件通过点或线接触组成的运动副，应力高。②低副——两构件通过面接触组成的运动副，应力低。例如：滚动副（实例）、凸轮副、齿轮副、线高副等。例如：转动副（回转副）、移动副。1)按运动副元素分有：2.1.1运动副及其分类2.1

机构的组成I级副III级副I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。2)按引入的约束数分有：II级副2.1.1运动副及其分类2.1

机构的组成3)按相对运动范围分有：平面运动副——平面运动平面机构——全部由平面运动副组成的机构。IV级副例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。空间运动副——空间运动V级副1V级副2V级副3两者关联空间机构——至少含有一个空间运动副的机构。2.1.1运动副及其分类2.1

机构的组成运动链——两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。闭式链2.1.2运动链与机构开式链2.机构1.运动链机构是由若干构件经运动副联接而成的，很显然，机构归属于运动链，那么，运动链在什么条件下就能称为机构呢？即各部分运动确定。分别用四杆机构和五杆机构模型演示得出如下结论：在运动链中，如果以某一个构件作为参考坐标系，当其中另一个（或少数几个）构件相对于该坐标系按给定的运动规律运动时，其余所有的构件都能得到确定的运动，那么，该运动链便成为机构。

机构——两个以上的构件通过运动副的联接而具有确定相对运动的系统。2.1

机构的组成1个或几个定义：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。原（主）动件——按给定运动规律运动的构件。θ4四杆机构五杆机构从动件——其余可动构件。实际机构若干1个机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件1234θ12.1.2运动链与机构2.机构2.1

机构的组成常见运动副符号的表示:国标GB/T4460－1984详见教材P9页。2.2平面机构的运动简图机构的运动往往与构件的实际外形、截面尺寸和运动副的具体结构无关，而只与运动副的类型和位置以及构件的长度有关。2.2.1

平面机构运动简图的概念

1.运动副的表示方法转动副移动副高副常用运动副的符号运动副名称运动副符号平面运动副2.2平面机构的运动简图2.2.1

平面机构运动简图的概念

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平面高副螺旋副21121221211212球面副球销副121212空间运动副121212

用一些简单的线条和符合来表示构件和运动副。2.构件的表示方法:2.2平面机构的运动简图2.2.1

平面机构运动简图的概念

杆、轴构件固定构件同一构件一般构件的表示方法2.构件的表示方法:2.2平面机构的运动简图2.2.1

平面机构运动简图的概念

三副构件两副构件一般构件的表示方法2.构件的表示方法:2.2平面机构的运动简图2.2.1

平面机构运动简图的概念

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。2.构件的表示方法:2.2平面机构的运动简图2.2.1

平面机构运动简图的概念

机构运动简图——用一些简单的线条和符合来代表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)为设计和分析机构提供方便。

机构示意图——不按比例绘制的简图现摘录了部分GB/T4460－1984机构示意图如下表。2.2.2平面机构运动简图的绘制2.2平面机构的运动简图在机架上的电机齿轮齿条传动带传动圆锥齿轮传动常用机构运动简图符号2.2.2平面机构运动简图的绘制2.2平面机构的运动简图常用机构运动简图符号2.2.2平面机构运动简图的绘制2.2平面机构的运动简图链传动圆柱蜗杆蜗轮传动外啮合圆柱齿轮传动凸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2.2.2平面机构运动简图的绘制2.2平面机构的运动简图常用机构运动简图符号绘制机构运动简图顺口溜：先两头，后中间，从头至尾走一遍，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。长度比例尺μl：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。数数构件是多少，再看它们怎相联。2.2.2平面机构运动简图的绘制2.2平面机构的运动简图鳄式破碎机2.2.2平面机构运动简图的绘制2.2平面机构的运动简图OACBDEFyExExFyF偏心泵绘制图示偏心泵的运动简图2.2.2平面机构运动简图的绘制2.2平面机构的运动简图1234y5绘制图示压力机的运动简图BCAEOGDFω112479H86压力机32.2.2平面机构运动简图的绘制2.2平面机构的运动简图xEyE1'xBxC2.3.1机构具有确定运动的条件给定S3＝S3(t)，一个独立参数θ1＝θ1（t）唯一确定，该机构仅需要一个独立参数。

若仅给定θ1＝θ1（t）,则杆2、杆3、杆4

均不能唯一确定。若同时给定θ1和θ4

，则杆2和杆3能唯一确定，该机构需要两个独立参数。θ42.3平面机构的自由度1.构件的自由度S3123S’3θ1曲柄滑块机构1234θ1五杆机构定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数称为机构的自由度。

原动件——能独立运动的构件。

∵一个原动件只能提供一个独立参数∴机构具有确定运动的条件为：自由度＝原动件数2.3.1机构具有确定运动的条件2.3平面机构的自由度1.构件的自由度2.运动副约束

作平面运动的刚体在平面内的位置需要三个独立的参数（x，y,θ）才能唯一确定。yxθ(x,y)F=3单个自由构件的自由度为

32.3.1机构具有确定运动的条件2.3平面机构的自由度自由构件的自由度数运动副自由度数运动副的约束数转动副1（θ）+2（x，y）=3yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2结论：构件自由度＝3－运动副的约束数移动副1（x）+2（y，θ）=3高副2（x,θ）+1（y）=3θ经运动副相联后，由于有约束，构件自由度会有变化：＝自由构件的自由度数－运动副的约束数2.运动副约束2.3平面机构的自由度2.3.1机构具有确定运动的条件活动构件数

n

计算公式：

F=3n－(2PL+PH)要求：记住上述公式，并能熟练应用。构件总自由度

低副约束数高副约束数3×n2×PL1

×PH例题1计算曲柄滑块机构的自由度。解：活动构件数n=3低副数PL=4F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1

高副数PH=0S3123推广到一般：3.平面机构自由度的计算2.3平面机构的自由度2.3.1机构具有确定运动的条件例题2计算五杆铰链机构的自由度解：活动构件数n=4低副数PL=5F=3n－2PL－PH

=3×4－2×5=2

高副数PH=01234θ1θ43.平面机构自由度的计算2.3平面机构的自由度2.3.1机构具有确定运动的条件例题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=11233.平面机构自由度的计算2.3平面机构的自由度2.3.1机构具有确定运动的条件2.3.2

计算平面机构自由度应注意事项例题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=6F=3n－2PL－PH高副数PH=0=3×7－2×6－0=9计算结果肯定不对！构件数不会错，肯定是低副数目搞错了！12345678ABCDEF2.3平面机构的自由度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转动副。两个低副2.3.2

计算平面机构自由度应注意事项2.3平面机构的自由度12345678ABCDEF上例：在B、C、D、E四处应各有

2

个运动副。例题4重新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。圆盘锯机构2.3.2

计算平面机构自由度应注意事项2.3平面机构的自由度1.复合铰链例5计算图示两种凸轮机构的自由度。解：图示的机构，有：

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=1问题出在哪里呢？特别注意到左边机构中滚子2的转动对整个机构的运动没有影响！把滚子的这种运动自由度成为局部自由度。1231232.3.2

计算平面机构自由度应注意事项2.3平面机构的自由度2.局部自由度F=3n－2PL－PH－FP

=3×3－2×3－1－1=1本例中局部自由度FP=1或计算时去掉滚子和铰链：

F=3×2－2×2－1=1定义：不影响整个机构运动的自由度。出现在加装滚子的场合，计算时应去掉Fp。滚子的作用：滑动摩擦

滚动摩擦。1231232.3.2

计算平面机构自由度应注意事项2.3平面机构的自由度解：n=4，PL=6，F=3n－2PL

－PH

=3×4－2×6=0PH=03.虚约束∵FE＝AB＝CD，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧。增加的约束不起限制作用。运动仿真

例6已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形机构的自由度。计算自由度时应去掉虚约束。定义：对机构的运动不起限制作用的重复约束。1234ABCDEF2.3.2

计算平面机构自由度应注意事项2.3平面机构的自由度3.虚约束运动仿真

例6已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形机构的自由度。1234ABCDEF2.3.2

计算平面机构自由度应注意事项2.3平面机构的自由度4F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：AB＝CD＝EF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。(需要证明)2.3.2

计算平面机构自由度应注意事项2.3平面机构的自由度3.虚约束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。EF2.3.2

计算平面机构自由度应注意事项2.3平面机构的自由度3.虚约束6)两构件构成高副，两处接触，且法线重合。如等宽凸轮W注意：法线不重合时，变成实际约束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A2.3.2

计算平面机构自由度应注意事项2.3平面机构的自由度3.虚约束虚约束的作用：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!2.3.2

计算平面机构自由度应注意事项2.3平面机构的自由度3.虚约束B2I9C3A1J6H87DE4FG5例7计算图示包装机送纸机构的自由度。分析：活动构件数n=A1B2I9C3J6H87DE4FG59复合铰链:局部自由度2个虚约束:1处I9去掉局部自由度和虚约束后：n=6PL=7F=3n－2PL－PH

=3×6－2×7－3=1PH=3

局部自由度局部自由度2个低副2.3.2

计算平面机构自由度应注意事项2.3平面机构的自由度F

=3×7－2×9－1=22.3.2

计算平面机构自由度应注意事项2.3平面机构的自由度12345678ABCDEFF'GH1623457ABCDEFH第3章平面连杆机构及其设计3.1

概述3.2平面四杆机构的类型及其演化3.3平面四杆机构的基本特征3.4

平面连杆机构的运动设计本章学习的基本要求：一、熟练掌握的内容1.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；2.按连杆二组位置、三组位置、行程速比系数设计四杆机构的原理与方法。二、一般了解的内容四杆机构的基本形式、演化及应用。本章的重点：1.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；2.按连杆二组位置、三组位置、行程速比系数设计四杆机构的原理与方法。应用实例：特征：至少有一个作平面运动的构件，称为连杆。定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。3.1概述内燃机、鹤式吊、火车轮、牛头刨床、椭圆仪、机械手爪、揉面机、公共汽车开关门、四足机器人、剪板机、开窗户支撑、折叠伞、折叠床、牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等。缺点：▲构件和运动副多▲产生动载荷（惯性力），不适合高速。▲设计复杂，难以实现精确的轨迹。分类平面连杆机构空间连杆机构▲机械效率低。

累积误差大

运动精度低。特点：▲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。▲改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。▲连杆曲线丰富，可满足不同要求。本章重点多杆机构常以构件数命名四杆机构3.1概述基本类型——铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它演变得到的。机架——固定不动的构件；共有三种基本型式：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。如雷达天线。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；周转副——能作360˚相对回转的运动副；摆转副——只能作有限角度摆动的运动副。3.2平面四杆机构的类型及其演化3.2.1铰链四杆机构的基本类型曲柄——作整周定轴回转的构件；机架摇杆连杆曲柄连架杆连架杆3.2平面四杆机构的类型及其演化3.2.1铰链四杆机构的基本类型ABC1243D2.

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：如叶片泵、惯性筛等。ABDC12433124缝纫机踏板机构2143摇杆主动雷达天线俯仰机构曲柄主动ADCB1234旋转式叶片泵ADCB123ABDC1234E6惯性筛机构313.2平面四杆机构的类型及其演化3.2.1铰链四杆机构的基本类型特例：平行四边形机构特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动BC=AD实例：火车轮摄影平台B’C’ABCD耕地料斗DCAB耕地料斗DCABABDC作者：潘存云教授ADBC天平作者：潘存云教授3.2平面四杆机构的类型及其演化3.2.1铰链四杆机构的基本类型AB=CD播种机料斗机构反平行四边形机构——车门开闭机构反向采用两组机构错开排列。火车轮ABEFDCGF’A’E’D’G’B’C’平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。3.2平面四杆机构的类型及其演化3.2.1铰链四杆机构的基本类型3.

双摇杆机构特征：两个摇杆应用举例：铸造翻箱机构特例：等腰梯形机构——汽车转向机构、风扇摇头机构ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDCEABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机B’C’ABDCABDCEABDCE3.2平面四杆机构的类型及其演化3.2.1铰链四杆机构的基本类型1.改变构件的形状和运动尺寸（转动副化为移动副）偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构双滑块机构

正弦机构3.2.2

平面四杆机构的演化↓∞

ABCDCDABDCABs=lsinφ→∞φlBACCABCAB3.2平面四杆机构的类型及其演化2.改变运动副的尺寸（扩大转动副）3.选不同的构件为机架双曲柄机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构偏心轮机构12341234123412343.2.2

平面四杆机构的演化3.2平面四杆机构的类型及其演化牛头刨床小型刨床ABDCE123456导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构314A2BC曲柄滑块机构314A2BC3.选不同的构件为机架ABDC1243C2C13.2.2

平面四杆机构的演化3.2平面四杆机构的类型及其演化314A2BC曲柄滑块机构314A2BC3.选不同的构件为机架3.2.2

平面四杆机构的演化3.2平面四杆机构的类型及其演化ACB1234摇块机构314A2BCB234C1AB34C1A24A1B23C13C4AB2A1C234B自卸车举升机构应用实例动画φ314A2BC曲柄滑块机构314A2BC3.选不同的构件为机架3.2.2

平面四杆机构的演化3.2平面四杆机构的类型及其演化摇块机构314A2BC314A2BC直动滑杆机构这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：机构的倒置BC3214AABC3214手摇唧筒3214φ=lsinφs=lsinφ3214HtanφφH实例：选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构正弦机构(缝纫机针头)十字滑块联轴器3214正切机构椭圆仪机构12343.2.2

平面四杆机构的演化3.2平面四杆机构的类型及其演化4.运动副元素的逆换

将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动。导杆机构4321摇块机构32143.2.2

平面四杆机构的演化3.2平面四杆机构的类型及其演化

l1+l3≤l2+l4l1+l4≤l2+l3三角形任意两边之和大于第三边平面四杆机构具有周转副

可能存在曲柄。而且从该例可得以下结论由△B’C’D可得：由△B”C”D可得：AB为最短杆这说明：若有整周回转副，则最长杆与最短杆的长度之和≤其他两杆长度之和。3.3平面四杆机构的基本特性3.3.1

平面四杆机构有曲柄的条件连架杆若能整周回转，必有两次与机架共线。若设l1>l4，同理有：将以上三式两两相加得：l1≤l2

l1≤l3

l2≤(l4

–l1)+l3l3≤(l4–l1)+l2设l1<l4AD为最短杆

连架杆l1或机架l4中必有一个是最短杆l4≤l1,l4≤l2,l4≤l3l1l2l4l3C’B’ADl4+l1C”l1l2l4l3ADB”l4–

l1l1≤l4

l1+l2

≤l3+l4▲连架杆或机架之一为最短杆。可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是周转副。曲柄存在的条件：▲最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和此时，铰链A为周转副。若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是周转副。

称为杆长条件。ABCDl1l2l3l43.3平面四杆机构的基本特性3.3.1

平面四杆机构有曲柄的条件

当满足杆长条件时，说明存在周转副，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。3.3平面四杆机构的基本特性3.3.1

平面四杆机构有曲柄的条件(2)若铰链四杆机构各杆长度不满足杆长条件，则不论取哪一杆为机架，都没有曲柄存在，均成为双摇杆机构。

当四杆机构中相对两杆的长度两两相等时，则不论取哪一杆为机架，均为双曲柄机构。由以上分析可得出如下推论：1)取与最短杆相邻的杆为机架，成为曲柄摇杆机构。(1)如果铰链四杆机构各杆长度满足杆长条件，则可能有以下三种情况：2)取最短杆为机架，成为双曲柄机构。3)取最短杆相对的杆为机架，则成为双摇杆机构。3.3平面四杆机构的基本特性3.3.1

平面四杆机构有曲柄的条件ACBeEB1C1B1C1偏置曲柄滑块机构在ΔAEC1中：AC1＞AE，即b－a＞e在ΔAEC２中：AC２＞AE，即b＋a＞e当满足b－a＞e时，一定满足b+a

＞e

所以b－a＞e为曲柄存在条件，即

a

+e＜b若为对心曲柄滑块机构，则

a＜b，即曲柄为最短杆。3.3平面四杆机构的基本特性3.3.1

平面四杆机构有曲柄的条件导杆机构φ

当机架为最短杆(即AC≤AB)时是转动导杆机构，否则就是摆动导杆机构。ABC3.3平面四杆机构的基本特性3.3.1

平面四杆机构有曲柄的条件

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。曲柄摇杆机构:所花时间为t1,平均速度为V1,那么有：此两处摇杆之间所夹的角φ称为:ABCDADB1C1当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C1D位置摆到C2D。摇杆的摆角φC2B2θ极位夹角180°＋θω3.3.2

急回运动与行程速比系数此两处曲柄之间所夹锐角θ

称为:3.3平面四杆机构的基本特性因曲柄转角不同，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称K为行程速比系数。只要

θ

≠0

K>1设计新机械时，往往先给定K值，于是

且θ

K

急回性质越明显。

摇杆的这种特性称为：

用以下比值表示急回程度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。ABCDB1C1ADC2B2θφ180°－θ当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D位置摆到C1D，所花时间为t2,平均速度为V2,那么有：急回运动3.3.2

急回运动与行程速比系数3.3平面四杆机构的基本特性曲柄滑块机构的急回特性应用：节省返程时间，如牛头刨床、往复式输送机等。导杆机构的急回特性思考题：对心曲柄滑块机构的急回特性如何？对于需要有急回运动的机构，常常是根据需要的行程速比系数K,先求出θ，然后在设计各构件的尺寸。很显然，当曲柄与连杆拉直共线时，滑块位于右侧极限位置；而当曲柄与连杆重叠共线时，滑块位于左侧极限位置；θ180°＋θ180°-θωθ180°＋θ180°-θ导杆机构φθ3.3.2

急回运动与行程速比系数3.3平面四杆机构的基本特性FtFnαFγABCDδδ≤90º时，γmin=δ3.3.3

压力角和传动角压力角：从动件驱动力F与从动件运动方向之间所夹锐角α。设计时要求:

γmin≥50°γmin出现的位置：法向分力

Fn=Fcosγ切向分力

Ft=Fcosα=Fsinγ

对传动有利。γ

Ft

δ>90º时，ADBCγmin＝180°-δδFFnFtγ此位置一定是：主动件与机架共线两处之一当δ最小或最大时，都有可能出现γminδδ压力角的余角称γ为传动角。可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏,3.3平面四杆机构的基本特性l4–

l1若∠B1C1D≤90°,则若∠B2C2D>90°,则γ1＝∠B1C1Dγ2＝180°-∠B2C2Dγ1γmin＝[∠B1C1D,180°-∠B2C2D]min请大家回忆余弦定律机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。C1B1l1l2l3l4DAl1l2l3l4DAC2B2l4

+

l1γ2车门vγαF3.3.3

压力角和传动角3.3平面四杆机构的基本特性曲柄滑块机构αγminα=0ºγ≡90ºω导杆机构γmin出现在曲柄垂直滑块导路，且远离导路处。ACBeEωFFtFnγFV3.3.3

压力角和传动角3.3平面四杆机构的基本特性此时机构不能运动.称此位置为：“死点”靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。γ＝0FFγ＝0γ＝03.3.4机构的死点位置曲柄作主动件时，机构总是可以运动F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG避免措施：两组机构错开排列，如火车轮机构;摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：3.3平面四杆机构的基本特性工件P钻孔夹具飞机起落架

对于曲柄滑块机构和导杆机构，当滑块或导杆作为主动件时，都有死点位置存在。ABDCABCDFγ=0ABCD1234ABCD1234工件P也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。Fγ=03.3.4机构的死点位置曲柄作主动件时，机构总是可以运动3.3平面四杆机构的基本特性小结：1）在设计含有曲柄的平面连杆机构时，各构件长度必须满足曲柄存在条件。2）急回运动是平面连