(精品)机械设计基础.ppt
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1、机械设计基础机械设计基础1.机械的概念及其组成机械的概念及其组成一一.机械的概念机械的概念首先,我们先看首先,我们先看2个例子:个例子:内燃机(见课件)内燃机(见课件)牛头刨床(见课件)牛头刨床(见课件)挖掘机挖掘机上述机械的共同特征:上述机械的共同特征:a.由许多人为实体组成;由许多人为实体组成;b.各实体之间具有确定的相对运各实体之间具有确定的相对运动动C.做有用的机械功或进行能量转做有用的机械功或进行能量转换换1.机器:机器:满足上面三个特征的满足上面三个特征的 实物组合体。实物组合体。机机器器是是由由若若干干机机构构组组成成的的,用用来来变变换换或传递能量、物料和信息的装置。或传递能量
2、、物料和信息的装置。将将其其它它形形式式的的能能量量变变换换为为机机械械能能的的机机器器称为称为原动机原动机。利利用用机机械械能能去去变变换换或或传传递递能能量量、物物料料、信息的机器信息的机器称为称为工作机工作机。机器的组成:机器的组成:机器机器的主体部分是由的主体部分是由机构机构组成的。组成的。一般机器包含四个基本组成部分:一般机器包含四个基本组成部分:动力部分;动力部分;传动部分;传动部分;控制部分;控制部分;执行部分。执行部分。2机构:满足上面前两个特征的机构:满足上面前两个特征的 实物组合体。实物组合体。机构与机器的区别:机构与机器的区别:机机构构只只有有一一个个构构件件系系统统,而
3、而机机器器除除构构件件系系统统之之外外还还包包含含电电气气、液液压压等等其其它它装装置置;机机构构只只用用于于传传递递运运动动(或或改改变变运运动动形形式式)和和力力,而而机机器器除除传传递递运运动动和和力力之之外外,还还具具有有变变换换或或传传递递能能量量、物料、信息的功能。物料、信息的功能。3.机械:机器和机构的统称。机械:机器和机构的统称。4.构件:构件:组成机构的人为实体。组成机构的人为实体。构件构件是机构是机构运动的最小单元体运动的最小单元体,是组成,是组成机构的基本要素。构件可能是一个零件;也机构的基本要素。构件可能是一个零件;也可能是由若干零件固联在一起的一个独立运可能是由若干零
4、件固联在一起的一个独立运动的整体动的整体。(见连杆、曲轴图)。(见连杆、曲轴图)5.零件:零件:制造制造的最基本单位。若将一部机器进行拆卸,的最基本单位。若将一部机器进行拆卸,拆到不可再拆的最小单元就是零件。拆到不可再拆的最小单元就是零件。有有通用零件通用零件与与专用零件专用零件之分。之分。通用零件:通用零件:各种机械都使用的零件,如各种机械都使用的零件,如螺栓、轴、键等;螺栓、轴、键等;专用零件:专用零件:只在某一类机械中使用的零只在某一类机械中使用的零件,如曲轴、吊钩、钢丝绳等。件,如曲轴、吊钩、钢丝绳等。构件与零件的区别构件与零件的区别:构件是运动单元:构件是运动单元:零件是制造单元。零
5、件是制造单元。6.部件:部件:由一些零件组成的实体,具有由一些零件组成的实体,具有特定的功能。如,连轴器,离合器。特定的功能。如,连轴器,离合器。7.装置:装置:静止的实物组合体,具有贮存静止的实物组合体,具有贮存或转换能量的功能。如,压力容器。或转换能量的功能。如,压力容器。2.平面连杆机构平面连杆机构一一.运动副的概念运动副的概念 1.构件的自由度构件的自由度:构件所具有的独立运动数目。:构件所具有的独立运动数目。在三维空间内自由运动的构件具有六个自由度在三维空间内自由运动的构件具有六个自由度。作平面运动的构件则只有三个自由度作平面运动的构件则只有三个自由度,这三个自由度可以用三个独立的参
6、数这三个自由度可以用三个独立的参数x、y和角度和角度表示。表示。2.约束约束:对构件的独立运动所加的限制。:对构件的独立运动所加的限制。3.运运动动副副:使使两两构构件件直直接接接接触触并并能能产产生生一一定定相相对对运运动动的的联联接接。是是由由两两构构件件组组成成的的可可动动联联接接。运运动动副副是是约约束束运运动动的的,构构件件组组成成运运动动副副后后,其其独独立立运运动受到约束,自由度便随之减少。动受到约束,自由度便随之减少。运动副的基本特征是:运动副的基本特征是:具具有有一一定定的的接接触触形形式式,并并把把两两构构件件上上直直接接参参与与接接触而构成运动副的部分触而构成运动副的部分
7、称为运动副元素;称为运动副元素;能产生一定形式的相对运动。能产生一定形式的相对运动。按按运运动动副副元元素素接接触触形形式式可可将将运运动动副副分分为为低低副副和和高高副。副。运动副按其所能产生相对运动形式分为运动副按其所能产生相对运动形式分为转动副、移动副、螺旋副和球面副等。转动副、移动副、螺旋副和球面副等。如果构成运动副的两构件间相对运动是平面运动,则称为平面运动副;如果构成运动副的两构件间相对运动是空间运动,则称为空间运动副4.运动副的种类运动副的种类a.低副两运动副元素通过面接触所构成的运动副。转动副和移动副都属于低副。转动副两构件间只能作相对转动的低副称为转动副或铰链。转动副及其简图
8、符号表示如下图所示。如果转动副中的一个构件为固定构件,则该转动副又称为固定铰链,否则称为活动铰链。转动副转动副的表示方法 移动副移动副两构件间只能作相对移动的低副两构件间只能作相对移动的低副称为移动副称为移动副,移动副及其简图符号表示如下,移动副及其简图符号表示如下图图所示。所示。移动副移动副的表示方法2.高副高副两运动副元素通过点或线两运动副元素通过点或线接触所构成的运动副接触所构成的运动副。如。如图图所示所示用简图表示高副时,应将两构件接触处的几何形状绘出(图1-4)。对于齿轮与齿轮啮合及齿轮与齿条啮合的高副,可按规定的简图表示。二二.机构的组成机构的组成运动链:运动链:两个以上的构件通过
9、运动副连接而组成的系统。其中,若构件构成首末封闭的系统称为闭链闭链,反之,称为开链开链。一般机构都是闭链。构件种类构件种类:1.原动件原动件:运动规律已知的构件。2.从动件从动件:随原动件运动而运动的构件。3.固定件固定件:固定不动的构件,也称机架。三三.平面连杆机构平面连杆机构1.平面连杆机构的概念平面连杆机构的概念 连杆机构连杆机构:构件间全部由低副连接组成的机:构件间全部由低副连接组成的机构。构。平面连杆机构平面连杆机构:连杆机构中的构件在同一平:连杆机构中的构件在同一平面内或在相互平行的平面内运动称其为平面连杆面内或在相互平行的平面内运动称其为平面连杆机构。机构。平面四杆机构平面四杆机
10、构由四个构件组成的平面连杆机构是最简由四个构件组成的平面连杆机构是最简单的平面连杆机构,简称平面四杆机构。单的平面连杆机构,简称平面四杆机构。平面四杆机构是具有转换运动功能而构平面四杆机构是具有转换运动功能而构件数目最少的平面连杆机构。件数目最少的平面连杆机构。图2-1 铰链四杆机构2.平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点.具有多种运动形式的转换,如转动变摆动具有多种运动形式的转换,如转动变摆动或逆运动;转动变转动;转动变直线或逆运或逆运动;转动变转动;转动变直线或逆运动;转动变特殊轨迹等。动;转动变特殊轨迹等。.运动副为低副,制造容易,寿命长,润运动副为低副,制造容易,寿命长,润滑方便,承载
11、能力强。滑方便,承载能力强。.结构复杂,运动误差积累大。结构复杂,运动误差积累大。3.平面连杆机构的应用平面连杆机构的应用搅拌机;搅拌机;压力机;压力机;内燃机等内燃机等四四.平面连杆机构的类型及演化平面连杆机构的类型及演化1.铰链四杆机构铰链四杆机构 所有运动副都是转动副的平所有运动副都是转动副的平面四杆机构。面四杆机构。图2-1 铰链四杆机构2.铰链四杆机构各部分名称铰链四杆机构各部分名称杆杆构件构件 .机机 架:固定构件。架:固定构件。.连架杆:与机架相连的杆;连架杆:与机架相连的杆;a.曲柄:曲柄:360转动的连架杆。转动的连架杆。b.摇杆:在某角度摇杆:在某角度摆动的连架杆。摆动的连
12、架杆。.连连 杆:不与机架相连的杆。杆:不与机架相连的杆。3.铰链四杆机构的基本类型铰链四杆机构的基本类型 a.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 b.双曲柄机构双曲柄机构 c.双摇杆机构双摇杆机构4.平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性a.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 两两连连架架杆杆中中一一个个是是曲曲柄柄,一一个个是是摇摇杆杆的的铰铰链链四四杆机构杆机构。当曲柄为原动件时,可将当曲柄为原动件时,可将曲柄的连续转动,转变为曲柄的连续转动,转变为摇杆的往复摆动。下摇杆的往复摆动。下图图所所示的雷达天线俯仰机构和示的雷达天线俯仰机构和颚式破碎机机构即为曲柄颚式破碎机机构即为曲柄摇杆机构的应用。摇杆机
13、构的应用。曲柄摇杆机构雷达天线调整机构和颚式破碎机雷达天线调整机构和颚式破碎机颚式破碎机机构急回特性急回特性在在曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构中中,当当曲曲柄柄为为原原动动件件并并作作等等速速转转动动时时,从从动动摇摇杆杆空空回回行行程程的的平平均均角角速速度度大大于于其其工工作作行行程程的的平平均均角速度,角速度,摇杆的这种运动特性称为摇杆的这种运动特性称为急回特性急回特性。曲柄摇杆机构的运动过程如图所示。摇杆在两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角。摇杆处于两极限位置时,主动件曲柄所夹的锐角称为极位夹角。图2-4 曲柄摇杆机构的急回特性死点位置死点位置如图所示,曲柄摇杆机构以摇杆CD作为主动件,而曲柄
14、AB为从动件时,则当摇杆处于极限位置时,连杆BC与曲柄AB共线,此时在主动件上无论施加多大的驱动力,连杆加给曲柄的力均通过铰链中心A,此力对A点不产生力矩,所以都不能使曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。摇摇杆杆作作为为主主动动件件时时曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构固固有有的的特特性性,在在此此位位置置从从动动件件会会出出现现“顶顶死死”现现象象,还还可可能能出出现现运运动动不不确确定定现现象。象。机构是否有死点取决于从动件与连杆是否有共线的机构是否有死点取决于从动件与连杆是否有共线的位置位置。为使机构正常运转,应设法避开死点。为使机构正常运转,应设法避开死点。在机构设计时,一般在机构设计时,一般
15、采用安装采用安装飞轮飞轮加大惯性加大惯性或采用相同机构或采用相同机构错位排列错位排列的方法,使机构闯的方法,使机构闯过死点过死点。在机车车轮。在机车车轮联动机构联动机构中,则是利用中,则是利用第三个平行曲柄来消除平行四边形机构在这第三个平行曲柄来消除平行四边形机构在这种死点位置的运动不确定性。种死点位置的运动不确定性。例如:缝纫机例如:缝纫机例如例如:机车联动装置机车联动装置:工程上也常利用死点来工作:压力角和传动角压力角和传动角在不计运动副中摩擦和构件质量的情况下,机构中从动件受力F方向和受力点绝对速度vC方向间所夹的锐角称为机构在此位置的压力角。如图2-7所示。压力角是衡量机构传力效果的一
16、个标志力力F在在vC方方向向的的有有效效分分力力F=Fcos ,即即压压力力角角愈愈小小,有有效分力愈大,对机构的传动愈为有利效分力愈大,对机构的传动愈为有利。机机构构运运转转时时,压压力力角角是是变变化化的的,为为了了保保证证机机构构具具有有较较好好的的传传动动特特性性,在在设设计计四四杆杆机机构构时时,要要求求最最大大压压力力角角小小于于许许用用压压力力角角,即即 maxmax ,通通常常取取50,此此条条件件称称为为机构的传力条件机构的传力条件。压压力力角角的的余余角角=90=900 0-,称称为为机机构构在在此此位位置置的的传传动动角角,如如图图2-7所所示示。对对于于连连杆杆机机构构
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