武汉理工大学机械设计课件绪论、第1章ppt.ppt

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1、 武汉理工大学 物流工程学院 机械设计与制造系 机械和机械设计发展的历史机械和机械设计发展的历史由几种简单工具而来由几种简单工具而来: :石器时代石器时代: :石刀、石斧、桔槔、辘轳。省力或石刀、石斧、桔槔、辘轳。省力或 便于用力。便于用力。 牲畜力、风力、火力。省力或扩大牲畜力、风力、火力。省力或扩大 力。力。1818世纪世纪6060年代：蒸汽机。作为动力，促进了年代：蒸汽机。作为动力，促进了 其它工业的发展。其它工业的发展。1919世纪世纪6060年代：直流发电机。年代：直流发电机。续：1919世纪世纪8080年代：交流发电机、交流电动机。年代：交流发电机、交流电动机。2020世纪初：电动

2、机取代了蒸汽机。世纪初：电动机取代了蒸汽机。 蒸汽机是驱动各种工作机械的基蒸汽机是驱动各种工作机械的基 础。础。绪论绪论机器是人们改造世界和现代化生活的重要工具，机器机器是人们改造世界和现代化生活的重要工具，机器的发明、使用和发展是现代社会发展的一个重要创新的发明、使用和发展是现代社会发展的一个重要创新过程。在这一创新过程中，人们总结出了过程。在这一创新过程中，人们总结出了 进行机械设进行机械设计的理论与方法，从而为更高层次的创新与设计奠定计的理论与方法，从而为更高层次的创新与设计奠定了基础。了基础。关于机械设计的理论与方法是博大精深的，而作为大关于机械设计的理论与方法是博大精深的，而作为大学

3、本科阶段的一门课学本科阶段的一门课 程，机械设计基础课程的主要任程，机械设计基础课程的主要任务是讲述通用机械零部件的设计以及机械系统设计的务是讲述通用机械零部件的设计以及机械系统设计的基础知识。基础知识。机机 械械 设设 计计 基基 础础机器机器(Machine) 机构机构(Mechanism) 的总称为机械的总称为机械一、机械一、机械(Machinery)的组成的组成1. 机器的特征机器的特征 1）人为的组合体）人为的组合体 2）各实体间有确定的相对运动）各实体间有确定的相对运动 ）能做有效的机械功或能量转换）能做有效的机械功或能量转换2. 机构、零件、构件机构、零件、构件 机构：机器的前两

4、个特征机构：机器的前两个特征 零件：机械制造单元体零件：机械制造单元体 构件：运动单元体构件：运动单元体切糕机切糕机牛头刨床牛头刨床挖掘机挖掘机胶片放映机胶片放映机汽车汽车机器实例机器实例: : 冲压机冲压机自动装卸机自动装卸机多缸内燃机多缸内燃机齿轮减速器齿轮减速器挖掘机挖掘机机器的组成机器的组成(Composing of a Machine)：一台发展完善的现代化机器可由四部分组成：原动机、传动台发展完善的现代化机器可由四部分组成：原动机、传动机构、执行机构和控制系统。机构、执行机构和控制系统。(1)原动机原动机(Priming Mover)(2)传动机构传动机构(Transmission

5、 Mechanism)：(3)执行机构执行机构(Executive Mechanism(4)控制系统控制系统(Control System)：用来处理机器各组成：用来处理机器各组成部分之间，以及与外部其它机器之间的工作协调关系，部分之间，以及与外部其它机器之间的工作协调关系，它通常由各种计算机和控制器组成。它通常由各种计算机和控制器组成。齿轮机构齿轮机构通用零件包括：通用零件包括：齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动；齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动； 轴、联轴器、离合器；滚动轴承、滑动轴承；轴、联轴器、离合器；滚动轴承、滑动轴承； 螺栓、键、花键、销；弹簧等。螺栓、键、花键、销；

6、弹簧等。常用机构常用机构: :连杆机构连杆机构凸轮机构凸轮机构二、本课程的内容、性质和任务二、本课程的内容、性质和任务 课程内容课程内容 机械设计的一般原则，机械组成，常用机构、通用机械设计的一般原则，机械组成，常用机构、通用零部件的工作原理、运动特点、结构特点、设计方法零部件的工作原理、运动特点、结构特点、设计方法2 2 课程性质课程性质 机械设计基础是一门介绍常用机构和通用机械零件的基本机械设计基础是一门介绍常用机构和通用机械零件的基本知识、基本设计方法，培养学生初步具有设计简单机械传动装知识、基本设计方法，培养学生初步具有设计简单机械传动装置的技术基础课。置的技术基础课。 3 任务：任务

7、： 1）掌握常用机构的结构、特性等基本知识，初步具有选用、分）掌握常用机构的结构、特性等基本知识，初步具有选用、分析机构的能力。析机构的能力。 2）掌握通用机械零件的工作原理、特点、应用和简单设计计算）掌握通用机械零件的工作原理、特点、应用和简单设计计算方法，并初步具有选方法，并初步具有选 用、用、 分析和设计简单机械传动装置的能力。分析和设计简单机械传动装置的能力。 3） 运用标准、规范、手册、图册及查阅有关技术资料的能力。运用标准、规范、手册、图册及查阅有关技术资料的能力。 三、机械设计的基本要求及一般程序三、机械设计的基本要求及一般程序1. 设计基本要求设计基本要求1）预定的功能）预定的

8、功能2）安全可靠、强度寿命）安全可靠、强度寿命3）经济性）经济性4）机械零部件结构设计要求）机械零部件结构设计要求5）工艺性、标准化、系列化、通用化）工艺性、标准化、系列化、通用化6）其它）其它 1）设计任务书）设计任务书 2）方案设计）方案设计 3）技术设计，确定机器各部分的结构、尺寸、材质）技术设计，确定机器各部分的结构、尺寸、材质 4）样机试制）样机试制 5）样机试验）样机试验 6）技术经济评价）技术经济评价 7）修改设计）修改设计 8）生产设计，工艺流程和装备设计）生产设计，工艺流程和装备设计 9）正式投产）正式投产2. 设计一般程序设计一般程序四、机械零件的工作能力和计算准则四、机械

9、零件的工作能力和计算准则1. 机械零件的工作能力机械零件的工作能力 一定条件下，预定的使用期限，不失效的工作限度（多种一定条件下，预定的使用期限，不失效的工作限度（多种) 失效：由于某种原因，机器不能正常工作了。失效：由于某种原因，机器不能正常工作了。2.机械零件的计算准则机械零件的计算准则 1）强度准则）强度准则 = , = 2）刚度）刚度准则准则 y = y , = , = 3）耐磨性）耐磨性 p = p , pv =pv 4）振动和噪声）振动和噪声五五. 许用应力和安全系数许用应力和安全系数1.载荷和应力载荷和应力(静载荷静载荷,变载荷变载荷.静应力静应力,变应力变应力)2、零件的极限应

10、力、零件的极限应力（1）静应力下的极限应力）静应力下的极限应力 （脆材）断裂破坏（脆材）断裂破坏 （塑材）过大塑变（塑材）过大塑变（2）变应力下的极限应力）变应力下的极限应力 是疲劳破坏。是疲劳破坏。 图中：图中： N0-循环基数循环基数 -1-对称循环持久极限对称循环持久极限 BlimSlim持久极限lim本章英语单词本章英语单词机械设计机械设计 machine designmachine design （mechanical designmechanical design）机械零件机械零件 machine componentmachine component （mechanical com

11、ponentmechanical component）机械传动机械传动 mechanical drivemechanical drive强度准则强度准则 strength criterionstrength criterion刚度准则刚度准则 rigidity criterionrigidity criterion耐磨性准则耐磨性准则 wear ability criterionwear ability criterion （wear-resistance criterionwear-resistance criterion）可靠性准则可靠性准则 reliability criterionre

12、liability criterion 重点学习内容重点学习内容1.了解机械的组成和机械零件的工作能力及计算准则。了解机械的组成和机械零件的工作能力及计算准则。2.掌握载荷和应力的分类以及在变应力作用下许用应掌握载荷和应力的分类以及在变应力作用下许用应 力和安全系数的计算方法。力和安全系数的计算方法。本章小结本章小结 第一章第一章 平面机构的运动简图及其有确定运动的条件平面机构的运动简图及其有确定运动的条件平面机构：平面机构：机构中各构件都在 同一平面或相互平 行的平面中运动。空间机构：空间机构：机构中各构件的运 动平面不平行或不 重合。第一章第一章 平面机构的运动简图及其有确定运动的条件平面

13、机构的运动简图及其有确定运动的条件内容：内容：一一.机构的结构分析：构件应如何组合？自由度数？确机构的结构分析：构件应如何组合？自由度数？确定运动的条件？定运动的条件？二二.机构运动简图的画法机构运动简图的画法 彼此联接彼此联接 彼此有确定的相对运动彼此有确定的相对运动运动副运动副机构中构件的动联接机构中构件的动联接第一章第一章 平面机构的运动简图及其有确定运动的条件平面机构的运动简图及其有确定运动的条件1-1运动副运动副一、低副一、低副 两构件面接触两构件面接触1. 转动副转动副 如轴与轴承如轴与轴承2. 移动副移动副 如活塞与汽缸如活塞与汽缸二、高副二、高副两构件点或线接触两构件点或线接触

14、 如齿轮间、凸轮间的接触如齿轮间、凸轮间的接触杆杆固联机架两构件构成转动副两构件构成移动副1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图机构运动简图机构运动简图按一定的长度比例尺，用构件和运动副按一定的长度比例尺，用构件和运动副 的表达符号来表示机构的组成关系的表达符号来表示机构的组成关系一、运动副及构件的表示符号一、运动副及构件的表示符号 GB4460-84齿轮啮合凸轮机构具有两个运动副元素的构件的表示方法具有三个运动副元素的构件的表示方法平平 面面 机机 构构 运运 动动 简简 图图二、二、平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制步骤步骤 ：1. 分析机构运动，找出固定件、原动件与从动件。分

15、析机构运动，找出固定件、原动件与从动件。2. 从原动件开始，按运动传递的顺序分析各构从原动件开始，按运动传递的顺序分析各构 件的相对运动情况件的相对运动情况运动副、构件数目。运动副、构件数目。3. 选适当视图和适当的机构瞬时位置，取适当选适当视图和适当的机构瞬时位置，取适当 比例尺，用规定符号绘出。比例尺，用规定符号绘出。平平 面面 机机 构构 运运 动动 简简 图图例例:绘制下图所示牛头刨床机构的运动简图绘制下图所示牛头刨床机构的运动简图平平 面面 机机 构构 运运 动动 简简 图图1-3 平面机构自由度的计算及有平面机构自由度的计算及有 确定运动的条件确定运动的条件一、平面机构的自由度一、

16、平面机构的自由度( Degree of Freedom of a Planar Mechanism)1. 机构的自由度定义机构的自由度定义机构有确定运动必须给定机构有确定运动必须给定 的独立运动的数目。的独立运动的数目。对任一平面运动的构件，有三个独立的运动，两个移动，对任一平面运动的构件，有三个独立的运动，两个移动，一个转动，即三个自由度。一个转动，即三个自由度。对一平面机构，各构件通过运动副相连，由于运动副对一平面机构，各构件通过运动副相连，由于运动副 的直接接触独立运动受到限制，自由度也随之减少。的直接接触独立运动受到限制，自由度也随之减少。平 面 高 副 ， 可 沿 切 向 移 、 绕

17、 切 点 转 ，限 法 向 移 ， 失 一 个 自 由 度转 动 副 ， 可 绕 铰 链 中 心 转 ，限 X、 Y方 向 移 ， 失 两 个 自 由 度移 动 副 ， 可 沿 X方 向 移 ，限 制 Y方 向 移 及 相 对 转 动 ， 失 去 两 个 自 由 度如果平面机构由如果平面机构由N个构件组成，有一个为机架，活动件数个构件组成，有一个为机架，活动件数n=N-1， 则：则：n个活动构件的总自由度为个活动构件的总自由度为3n； PH 个个 高副引入高副引入PH个个 约束；约束； PL个低副引入个低副引入2PL个个 约束；约束；2. 平面机构自由度平面机构自由度计算公式计算公式 F=3n

18、 - 2 PL PH 举例：举例：例例 :计算下图所示锯床进给机构的计算下图所示锯床进给机构的 自由度数自由度数解：在本机构中解：在本机构中A、B、C、D 四处都由三个构件组成复合铰链，四处都由三个构件组成复合铰链，n7，PL10，PH=0，可得，可得:F=37-210-0=1二、计算机构自由度注意事项二、计算机构自由度注意事项1. 复合铰链复合铰链两个以上构件同时在一轴线上用转动副联接。两个以上构件同时在一轴线上用转动副联接。 不能看作一个转动副，如为不能看作一个转动副，如为K个构件，则有个构件，则有 K-1个转动副个转动副2. 局部自由度局部自由度机构中对其它构件的运动没有影响机构中对其它

19、构件的运动没有影响 的自由度的自由度主要出现在凸轮滚子处，主要出现在凸轮滚子处，处理办法处理办法: 将滚子看作不将滚子看作不动F例：例：134ACD5EF2）两构件同时在几处）两构件同时在几处 构成多个移动副构成多个移动副3）两构件同时在几处）两构件同时在几处 构成同轴线转动副构成同轴线转动副3. 虚约束虚约束机构中与其它约束重复而不起限制机构中与其它约束重复而不起限制 运动的约束运动的约束出现在下列情况：出现在下列情况：1）轨迹重合）轨迹重合4）两点间的距离始）两点间的距离始 终不变终不变图4图3图1 图例例: 计算下图计算下图 所示大筛所示大筛机构的自由度机构的自由度5）机构运动传递中对运

20、动不起独立作用）机构运动传递中对运动不起独立作用 的对称部分的对称部分 如如原动件数原动件数 机构自由度数机构自由度数, 运动不确定运动不确定 三、机构具有确定运动的条件三、机构具有确定运动的条件机构中每一个原动件具有一个独立运动源，即独立运动。机机构中每一个原动件具有一个独立运动源，即独立运动。机构自由度是机构的独立运动数目，构自由度是机构的独立运动数目， 则机构具有确定运动的条件为：则机构具有确定运动的条件为：原动件数原动件数 = 机构自由度数机构自由度数原动件数原动件数 机构自由度数，机构自由度数， 构件将会被破坏构件将会被破坏； 1F本章英语单词本章英语单词 连接连接 connecti

21、on connection 刚体刚体 rigid bodyrigid body 运动副运动副 kinematic pairkinematic pair 面接触面接触 area contact (surface contact)area contact (surface contact) 线接触线接触 line contact line contact 点接触点接触 point contactpoint contact 高副高副 higher pair higher pair 低副低副 lower pairlower pair 转动副转动副 revolute pair revolute pair

22、 铰链铰链 hinge (pin joint)hinge (pin joint) 移动副移动副 sliding pair sliding pair 螺旋副螺旋副 helical pairhelical pair 自由度数自由度数 degrees of freedomdegrees of freedom 复合铰链复合铰链 multiple pin jointsmultiple pin joints 局部自由度局部自由度 partial freedompartial freedom 虚约束虚约束 formal constraintformal constraint 机构运动简图机构运动简图 kinematic schemekinematic scheme本章小结本章小结内容归纳内容归纳本章小结本章小结 重点学习内容重点学习内容 1.1.平面机构运动简图的绘制。平面机构运动简图的绘制。 2.2.平面机构自由度的计算。平面机构自由度的计算。 3.3.平面机构具有确定运动的条件。平面机构具有确定运动的条件。