一 机械设计基础绪论.pptx

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。第1页/共57页绪论 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。第2页/共57页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：内燃机、牛头刨床、翻斗车、电阻打弯机、蛋糕切片机、榨油机、缝纫机、送料机、玩具、工业机器人等。机械手、第3页/共57页机器包含四个基本组成部分第4页/共57页机器=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第5页/共57页典型机器的分析：典型机器的分析：内燃机内燃机1.组成：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9、10 齿轮2.工作原理：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。第6页/共57页进气压缩爆炸排气3.内燃机的工作过程：内燃机的工作过程：化学能 机械能机器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、物料和信是可用来变换或传递能量、物料和信息的机构组合体。息的机构组合体。第7页/共57页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。机构机构能够用来传递运动和力改变运动形式的机械装置。如：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。第8页/共57页机器和机构的区别和联系：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。联系：机器由机构组成，一部机器包含不同的机构；不同的机器可能包含相同的机构第9页/共57页机械习惯上用“机械”一词作为机器和机构的总称。第10页/共57页构件与零件构件与零件构件：运动的单元内燃机连杆轴套连杆体螺栓垫圈螺母轴瓦连杆盖例：内燃机中的连杆第11页/共57页零件：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。第12页/共57页零件的分类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。第13页/共57页001 1 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容二、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章第14页/共57页学习本课程的目的 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。第15页/共57页学习方法 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。第16页/共57页要求：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17页/共57页第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。第18页/共57页1 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第19页/共57页运动副 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。第20页/共57页低副 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。第21页/共57页第22页/共57页高副 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第23页/共57页空间运动副 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。第24页/共57页2.2.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。第25页/共57页机构运动简图中的运动副符号 GB4460-84机构运动简图符号 第26页/共57页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平面运动副第27页/共57页平面高副螺旋副2112121212球面副球销副121212空间运动副12121221nntt21nntt第28页/共57页一般构件的表示方法杆、轴构件固定构件同一构件112 机构运动简图机构运动简图第29页/共57页三副构件 两副构件 一般构件的表示方法 112 机构运动简图机构运动简图四副构件 第30页/共57页3.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112 机构运动简图机构运动简图第31页/共57页链传动圆柱蜗杆蜗轮传动凸轮传动外啮合圆柱齿轮传动112 机构运动简图机构运动简图第32页/共57页内啮合圆柱齿轮传动棘轮机构112 机构运动简图机构运动简图第33页/共57页步骤步骤：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五、机构运动简图的绘制方法第34页/共57页3112 机构运动简图机构运动简图举例举例：1.简单偏心圆盘12A12A1AO12O23OA鄂式破碎机内燃机机构第35页/共57页3.3.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 手动冲床第36页/共57页复习运动副高副:低副:点、线凸轮、齿轮1个约束面接触移动副转动副2个约束第37页/共57页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）第38页/共57页机构具有确定运动的条件鄂式破碎机四杆机构第39页/共57页F3n-2PL-PH=5*3-2*6-0=3第40页/共57页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。重新计算第41页/共57页局部自由度 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。第42页/共57页虚约束 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。第43页/共57页虚约束出现场合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，只算一个平面高副第44页/共57页 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 注意事项重复高副第45页/共57页局部自由度复合铰链虚约束n=8 Pl=11 Ph=1F=1例题例题1例题例题2例题例题3例题例题4第46页/共57页CDABGFoEE例：计算图示大筛机构的自由度。n=7Pl=9Ph=1复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度13 平面机构自由度的计算虚约束虚约束第47页/共57页六自由度运动模拟器 第48页/共57页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）。第49页/共57页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第50页/共57页二、瞬心求法2、以转动副相联，瞬心就在其中心处；1、由瞬心定义确定第51页/共57页3、以移动副相联，瞬心就在垂直于其导路无穷远处;第52页/共57页瞬心求法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。第53页/共57页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）三心定理确定第54页/共57页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件3和2的角速度w2和w3。例二：四杆机构中，原动件1以等角速度w1=3rad/s 逆时针转动，通过构件2带动构件3作上下直线移动。已知机构尺寸：l=1.75mm,s=0.6m。试用瞬心法确定机构在45位置时构件3的速度 。第55页/共57页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。2)齿轮或摆动从动件凸轮机构 3)直动从动件凸轮机构 第56页/共57页感谢您的观看。第57页/共57页