机械设计基础教案7436228942.docx
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1、编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第61页 共61页课程名称:机械设计基础使用教材:机械设计基础多媒体CAI教学教材编 者:王春香等主 讲:韩利联系电话:5951633;13190691135总 学 时:72第一篇 总论第1章 机械设计基础概论【本章提示】1、 介绍机器、机构、机械、零件、部件等概念,明确本课程的研究对象、研究内容和任务。2、 阐明机械设计的基本要求及一般程序。3、 扼要介绍零件设计的基本知识。1.1 本课程研究的对象、内容和任务1.1.1基本概念1.机器、机构及机械机械:机器和机构的总称。机器:一种能实现确定的机械运动,又能做有用的机械功或完成
2、能量、物料和信息转换或传递的装置。机构:能传递运动和动力或改变运动和动力参数、运动形式的机械传动装置2机器所具有的特征:1. 它们是人为的实物组合;2. 它们各部分之间具有确定的相对运动;3. 它们用来代替或减轻人类的劳动去完成有用的机械功或转换能量。3机器的组成:原动机(动力部分)、工作部分、传动部分和操纵控制部分。4机器的分类(按用途的不同):1. 动力机器:实现其他形式的能量与机械能之间的变换(如电动机)。2. 工作机器:做机械功或搬运物体(如轧钢机)。3. 信息机器:作信息获取或变换。5机构所具有的特征:1 它们是人为的实物组合;2 它们各部分之间具有确定的相对运动;6机器与机构的关系
3、:机器是由一个或若干个机构组成的。7零件和部件零件:机器中不可拆卸的制造单元。(如齿轮)部件;将完成共同任务的一组协同工作的零件分别装配和制造成的一个组合体。(如滚动轴承)常用机构:各种机械中普遍使用的机构。(如齿轮机构)通用零件:在各种机器中都普遍使用的机械零件。(如螺栓)专用零件:只在某些特定类型的机器中使用的零件。(起重机的吊钩)112本课程的内容、性质和任务1内容:以一般工况条件下的常用机构和通用机械零、部件为研究对象,以它们的工作原理、运动特征、结构形式以及设计、选用和计算方法等为研究内容。2性质:重要的技术基础课。3任务:1培养学生正确的设计思想和创造性思维方法,了解和贯彻国家的技
4、术经济政策和法规。2熟悉常用机构和通用零件的工作原理、结构特点和应用场合。3掌握通用零部件的选用和设计的基本方法,初步具有正确运用各类标准、规范、手册、图册、CAD及网络信息等工程技术资料,设计简单机械传动装置的能力。4适当了解机械设计的革新和发展,扩大学生的视野,使所学知识具有时代气息。1.2 机械设计的基本要求及一般程序机械设计是为了实现机器的某些特定功能要求而进行的创造过程,它可以开发创造出新产品,或对现有机械局部进行创新改革。概括地说,就是设计人员按照所设计的机械需要具备的功能,运用设计理论、方法和技能,通过创造性思维和实践活动,把该机械的系统及其零部件的参数和具体结构用图纸和文字(实
5、物或电子手段)等技术文件表达出来。1.2.1机械设计的基本要求1. 使用要求2. 可靠性和安全性要求3. 经济性要求4. 其他要求1.2.2机械设计的一般程序1. 规划和准备阶段2. 方案设计阶段3. 技术设计阶段4. 试验分析阶段1.3 机械零件设计的基本知识131机械零件设计的基本知识1失效:由于某些原因不能在既定的工作条件和使用期限内正常工作;即丧失工作能力或达不到设计功能的现象。2工作能力:在不发生失效的形式下,零件所能安全工作的限度。3机械零件的主要失效形式:1、 断裂:疲劳断裂、过载断裂;2、 表面失效:疲劳点蚀、胶合、磨损、压溃、腐蚀;3 过量变形:塑性变形4 破坏正常工作条件而
6、引起的失效。132机械零件的工作能力计算准则.1、强度:零件抵抗整体断裂、塑性变形和表面失效的能力。 : 最大计算正应力(MPa), : 最大计算剪应力(MPa) :许用正应力: (MPa), :许用剪应力(MPa)2、刚度:零件受载后抵抗弹性变形的能力。 ff f:零件工作时的广义变形,包括挠度、偏转角、扭转角f:零件工作时的广义许用变形。3、耐磨性:指做相对运动的零件工作表面抵抗磨损的能力。1)磨损的过程(1)磨合磨损阶段(2)稳定磨损阶段(3)剧烈磨损阶段2)磨损的类型磨粒磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损。3)耐磨性计算 pp p:零件工作表面的压强(MPa)p:零件工作表面的许用
7、压强(MPa) pvpv 4、振动稳定性133机械零件设计的一般步骤1、选择材料2、拟定计算简图3、工作能力计算4、机构设计5、绘制工作图并标注必要的技术条件134机械零件的标准化1.4 机械零件的强度141载荷和应力:1、载荷及其分类:(1)静载荷:不随时间变化,变化缓慢,变化幅度很小 动载荷:随时间作周期性或非周期性变化的载荷(2)名义载荷:根据名义功率和转速计算的; 计算载荷:载荷系数与名义载荷的乘积;2、应力及其分类(1)静应力:不随时间变化的或变化缓慢的应力; 变应力:随时间显著变化的应力;(2)名义应力:用名义载荷计算出的应力; 计算应力:用计算载荷计算出的应力;142许用应力14
8、3机械零件的静强度144机械零件的疲劳强度145机械零件的接触强度和挤压强度。15 机械零件的材料和选用原则151机械零件的材料1、刚:碳素钢、合金钢2、铸铁:3、有色金属合金:4、其他材料:152零件材料先用原则1、使用要求2、制造工艺要求3、经济要求。第3章 平面机构的组成和运动简图【本章提示】1从运动学观点介绍与机构有关的若干基本概念,如构件、运动副、自由度等。2说明平面机构的组成、自由度的计算及其意义和机构具有确定运动的条件。3阐明怎样将具体的机械抽象成简单的运动学模型,即如何绘制机构运动简图。31 平面机构的组成机构的功用:传递运动和动力或改变运动形式、运动轨迹、实现预期的机械运动。
9、机构分为平面机构和空间机构。311构件1、 构件及其分类:构件:机构运动的最小单元体(1) 原动件:机构中按外界给定的运动规律独立运动的活动构件(2) 从动件:随原动件的运动而运动的其余活动构件(3) 机架:用来支撑活动构件的固定构件2、 构件的自由度:一个做平面运动的构件有三个自由度 即沿X、Y轴的移动和绕点K的转动。312运动副及其分类1、 运动副:两构件直接接触而又能允许彼此产生相对运动的可动联接。2、 运动副的分类1) 低副:以面接触构成的运动副(1) 回转副:两构件只能在同一平面内工作相对的转动 回转副:固定铰链:有一个构件是固定的 活动铰链:两个构件均是活动的。回转副引入了两个约束
10、,保留了一个自由度(2)移动副:两构件只能沿某一轴线作相对移动 移动副也引入了两个约束,保留了一个自由度2) 高副:以点或线接触构成的运动副高副引入了一个约束,保留了两个自由度32 平面机构的运动简图机构运动简图:把与实际机构运动无关系的因素抛开,仅用运动副规定的简单符号和代表构件的简单线条,按一定比例定出各运动副的位置,画出的表示机构各构件之间相对运动关系的简单图形。321构件和运动副的表示方法322平面机构运动简图的绘制33 平面机构的自由度331平面机构自由度的计算机构的自由度:机构相对于机架具有的独立运动数目N:构件数 n:活动构件数 n=N-1PL:低副 PH:高副 F:机构的自由度
11、F =3 n 2 PL PH机构的自由度取决于活动构件的数目以及构件间运动副的类型和数目。332机构具有确定运动的条件F=0 没有运动的可能性而不是机构F=3n-2P-P=32-23-0=0F=1 且有一个原动件,机构具有确定的运动F=3n-2P-P=33-24-0=1F=2 有一个原动件,机构无确定的运动F=2 有两个原动件,机构有确定的运动F=3n-2P-P=34-25-0=2机构具有确定运动的条件,(1)F0(2)F等于原动件个数自由度的计算的意义在于自由度数目就标志着机构需要的原动件的数目,即输入独立运动的数目,当F小于原动件个数时,机构就会卡死或损坏,当F大于原动件个数时,机构将会出
12、现运动不确定状态,只有当F等于原动件个数时,机构的运动才完全确定。333计算机构自由度的注意事项1、复合铰链:两个以上的构件在同一处用回转副相联接; 处理:A处有K个构件,则有(K-1)个回转副2、局部自由度:机构中某些构件的局部独立运动并不影响其他构件的运动。 处理:将局部自由度预先排除3、虚约束:对机构运动不起实际约束效果的重复约束 处理:虚约束须除去不计第二篇 常用机构第4章 平面连杆机构【本章提示】1通过铰链四杆机构,系统介绍平面四杆机构的基本类型及其判别法、应用和基本特性。2讨论铰链四杆机构有曲柄的条件、演化方法、演化类型及其应用。3说明平面四杆机构的运动设计方法。41概述平面连杆机
13、构:所有构件都用低副联接构成的平面机构。1平面连杆机构的优点:1)低副面接触压强小磨损轻圆柱面、平面制造简单加工精度高。2)易于实现基本运动形式之间的转换。3)可使从动件实现多种形式的运动。2平面连杆机构的缺点:1)运动传递线路长,低副磨损后间隙不易消除,运动累计误差较大。2)不宜要求从动件精确实现复杂的运动规律。3平面四杆机构:具有4个构件的连杆机构。42 铰链四杆机构类型及应用铰链四杆机构:四杆机构的运动副都是回转副机架:固定不动的杆。连杆:不与机架直接相联而作复杂平面运动的杆。连架杆:与机架直接相联的杆。曲柄:能够绕各自的回转副中心作整圆回转运动的连架杆。整轴副:相邻两杆能作相对整周回转
14、的回转副。摇杆:只能在小于360范围内摆动的连架杆。根据两个连架杆是否为曲柄可将其分为三种型式:421曲柄摇杆机构两连架杆:一个是曲柄,另一个是摇杆连续转动往复摆动422双曲柄机构两连架杆都是曲柄两曲柄不等长:等速转动变速转动423双摇杆机构两连架杆都是摇杆摆动摆动43链接四杆机构曲柄存在条件1、曲柄存在条件欲使AB杆曲柄必须使BC杆与CD杆不能重合为一直线即B、C、D三点不能共线BCD始终保持为一个三角形。三角形存在的条件:两边之和大于第三边。铰链四杆机构有曲柄的条件:杆长条件:最短杆和最长杆长度之和不大于其他两杆长度之和。最短杆条件:最短杆是连架杆或机架。2、铰链四杆机构类型的判定1)在满
15、足杆长条件时(1)最短杆为机架是双曲柄机构(2)最短杆的对杆为机架式双摇杆机构(3)最短杆的邻杆为机架式曲柄摇杆机构2)不满足杆长条件时,不论取哪一杆为机架,只能得到双摇杆机构44铰链四杆机构的演化431转动副转化为移动副单移动副机构对心式曲柄滑块机构、偏置式曲柄滑块机构两个移动副的四杆机构:正弦机构:正切机构:双转块机构:双滑块机构:432扩大的转动副偏心轮机构433选取不同的构件为机架1、曲柄摇杆机构2、对心曲柄滑块机构(1)导杆机构取1为机架 转动导杆机构 摆动导杆机构(2)摇块机构取2为机架(3)定块机构取3为机架45平面四杆机构的基本特征451急回运动1、极位夹角:摇杆在两个极限位置
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