机械设计基础导学(绪论和第2章).ppt

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1、www.机械设计基础机械设计基础 授课人授课人:赵娅赵娅 河南广播电视大学河南广播电视大学TEL:037165954208 TEL:037165954208 www.一、课程性质与任务一、课程性质与任务 机械设计基础是数控技术及相关专业学生必修的一门专业基础课。本课程的教学内容主要包括：机构静力分析基础；构件内力分析及强度计算；常用机构的组成和工作特性；通用机械零件设计的基本知识。通过本课程的学习，使学生掌握工程中简单力学问题的分析方法、典型变形下构件强度的基本知识，掌握常用机构的原理、运动分析和通用机械零件的结构、工艺及强度校核等基本知识，并初步具有分析和选用机械零件及简单机械传动装置的能力

2、，为学习后续课程和将来从事专业技术工作打下必要的基础。二、关于课程考核的说明二、关于课程考核的说明考核对象：考核对象：电大理工科类数控技术专业开放教育专科学生。考核方式：考核方式：采用形成性考核和终结性考试相结合的方式。考核依据：考核依据：本课程所用教学大纲为2006年审定通过并下发执行的电大数控技术专业机械设计基础教学大纲；所用文字教材为刘颖教授主编2006年8月由中央电大出版社出版的机械设计基础。本课程考核说明是形成性考核和终结性考试命题的基本依据。课程总成绩的记分方法：课程总成绩的记分方法：形成性考核成绩在课程总成绩中占20%，终结性考试成绩在课程总成绩中占80%。课程总成绩为百分制，6

3、0分为合格。导学www.课程资源1.中央电大刘颖主编机械设计基础教材2.河南广播电视大学www.www.0.1 机器的组成两个机器实例：1.内燃机功用：内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的机器 组成：见右图气缸体气缸体1 1活塞活塞2 2进气阀进气阀3 3排气阀排气阀4 4连杆连杆5 5曲轴曲轴6 6凸轮凸轮7 7顶杆顶杆8 8齿轮齿轮9 9下一张0 0 绪论绪论www.活塞下行，进气阀打开，燃气被吸入汽缸活塞上行，进气阀关闭，压缩燃气点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞下行，经连杆带动曲轴输出转动 活塞上行，排气阀打开，排出废气工作过程：观看动画下一张www.2.颚式破碎机功用：压碎物料组成：见

4、右图大带轮大带轮4 4电动机电动机1 1V V带带3 3小带轮小带轮2 2轴板轴板7 7定颚板定颚板8 8动颚板动颚板6 6偏心轴偏心轴5 5下一张www.电动机带传动偏心轴转动 动颚板摆动，与定颚板一起压碎物料工作过程：观看动画下一张www.机器的组成：机器的组成：动力部分是工作机动力的来源，最常见的是电动机动力部分是工作机动力的来源，最常见的是电动机 和内燃机。其功能是把其它形式和内燃机。其功能是把其它形式的能转变为机械能，以驱动机器运动和做功。的能转变为机械能，以驱动机器运动和做功。执行部分完成预定的动作，位于传动路线的终点。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

5、和工作部分的中间部分。转换运动形式和改变运动速度，传动部分联接原动机和工作部分的中间部分。转换运动形式和改变运动速度，以适应执行部分工作的需要。以适应执行部分工作的需要。控制部分保证机器的启动、停止和正常协调动作。控制部分保证机器的启动、停止和正常协调动作。其关系如下原动机原动机 传动传动 工作工作 控制控制 www.机机械械：从结构和运动学的角度分析，机器和机构之间并无区别，都是具有确定相对运动的各种实物的组合，所以，通常将机器和机构统称为机械。通常将机器和机构统称为机械。构件：构件：组成机械的各个相对运动的实物。零件：零件：机械中不可拆的制造单元体。单一零件曲轴多个零件的刚性组合连杆构件构

6、件是机械中运动运动的单元体，零件零件是机械中制造制造的单元体。下一张www.通用零件：专用零件：例如：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、螺栓、键、花键、销；铆、焊、胶结构件；弹簧、机架、箱体等。例如：叶片、犁铧、枪栓等。零件可分为两类：下一张www.0.2本课程的内容、地位和学习目的内容内容 阐述常用机构的工作原理、运动特性及设计方法。阐述常用零部件的工作原理、结构特点及设计方法。介绍机械系统的设计思路和设计方法。本课程的地位本课程的地位本课程是一门技术基础课。旨在培养工程技术人员从事机械 设计所需的基本知识、理论和技能，使之具备分析、设计、运行

7、和维护机械设备和机械零件的能力，为今后解决生产实际问题及学习有关新的科学技术打下基础。本课程综合运用数学、力学、制图、金属材料及热处理、互换性与技术测量、算法语言等课程的知识，去解决常用机构和通用零部件的设计问题。涉及的知识面广，实践性强，侧重于工程实际。www.学习本课程的目的 使学生了解常用机构及通用零、部件的工作原理、类型、特点及应用等基本知识。使学生掌握常用机构的基本理论及设计方法，掌握通用零、部件的失效形式、设计准则与设计方法。使学生具备机械设计实验技能和设计简单机械及传动装置的基本技能。下一张www.0.3 本课程的学习方法 本课程是从理论性、系统性很强的基础课和专业基础课向实践性

8、较强的专业课过渡的一个重要转折点，应注意几个特点：1.本课程将多门先修课程的基本理论应用到实际中去。2.本课程的各部分内都是按照工作原理、结构、强度计算、使用维护的顺序介绍的。3.常采用很多经验公式、参数以及简化计算（条件性计算）。4.计算步骤和计算结果不像基础课那样具有唯一性。5.逐步培养把理论计算与结构设计、工艺等结合起来解决设计问题的能力。2 常用机构概述赵 娅www.学习目标学习目标了解机构的组成；了解机构的组成；理解运动的概念与分类；理解运动的概念与分类；了解常用平面机构运动简图的绘制方法；了解常用平面机构运动简图的绘制方法；掌握平面机构自由度的计算及机构具有确定运动的条件。掌握平面

9、机构自由度的计算及机构具有确定运动的条件。www.使两个构件直接接触并产生一定相对运动的联接，称为运动副。使两个构件直接接触并产生一定相对运动的联接，称为运动副。2.12.1机构的组成机构的组成2.1.1 2.1.1 运动副：运动副：两个构件组成的运动副，通常用三种接触形式联接起来：即点接触（图两个构件组成的运动副，通常用三种接触形式联接起来：即点接触（图a a）、线接触（图）、线接触（图b b）和面接触（图）和面接触（图b b）。）。www.自由度和运动副约束一个空间自由构件，具有6个独立运动的参数。一个作平面运动的构件，仅有三个独立运动的参数。人们把构件具有的独立运动参数的称为构件的自由度

10、。两个构件通过运动副连接以后，构件的相对运动受到限制。运动副对两构件间的相对运动所产生的限制称为约束。引入约束的多少取决于运动副的形式。www.按两构件接触情况，常分为按两构件接触情况，常分为低副、高副低副、高副两大类。两大类。1.1.低副低副 两构件以面接触而形成的运动副。两构件以面接触而形成的运动副。(1)(1)转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。固定铰链固定铰链www.活动铰链活动铰链点击观看动画点击观看动画www.(2)(2)移动副：只允许两构件作相对移动。移动副：只允许两构件作相对移动。点击观看动画点击观看动画在平面机构中，每个低副

11、引入两个约束，使构件失去两个自由度；在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度；www.2.2.高副高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。两构件以点或线接触而构成的运动副。凸轮副凸轮副点击观看动画www.齿轮副齿轮副点击观看动画在平面机构中，每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。在平面机构中，每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。www.2.22.2平面机构的运动简图平面机构的运动简图 表达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。表达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。简图中包括下列内容：简图中包括下列内容：构件数目构件数目运动副的数

12、目和类型运动副的数目和类型构件之间的联接关系构件之间的联接关系与运动变换相关的构件尺寸与运动变换相关的构件尺寸参数参数主动件及运动特性主动件及运动特性www.从动件，除主动件以外的全部活动件。机构中的构件可分为三类：机架，机构中的固定构件，它的作用是支承运动构件；主动件，由外界给定运动规律的构件称为，一般主动件与机架相连；运动副及构件的表示方法运动副及构件的表示方法 1.构件 对于轴、杆、连杆，常用一根直线表示，两端画出运动副的符号，如图（a）所示；若构件固联在一起，则涂以焊缝记号（b）；机架的表示法如图（c）所示，其中左图为机架基本符号，右图表示机架为转动副的一部分。www.2.2.转动副转

13、动副构件组成转动副时，如下图表示。构件组成转动副时，如下图表示。图垂直于回转轴线时用图图垂直于回转轴线时用图a a表示；表示；图面不垂直于回转轴线时用图图面不垂直于回转轴线时用图b b表示。表示。表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。www.3.移动副两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。www.4.平面高副 两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮

14、廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。www.绘制机构运动简图的步骤绘制机构运动简图的步骤1）认真研究机构的结构及动作原理，分清固定件，原动件；）认真研究机构的结构及动作原理，分清固定件，原动件；2）循着运动传递路线，搞清各构件间相对运动的性质，确定运动副的种类；）循着运动传递路线，搞清各构件间相对运动的性质，确定运动副的种类；3）测量出运动副间的相对位置；）测量出运动副间的相对位置；4）确定视图平面和比例尺，用规定的符号和线条表示其构件和运动副，绘制）确定视图平面和比例尺，用规定的符号和线条表示其构件和运动副，绘制机构运动简图。机构运动简图。5）用规定的符号和线条绘制成间图。（从原动件开始画）

15、用规定的符号和线条绘制成间图。（从原动件开始画）平面机构的运动简图 www.例2.1 试绘制内燃机的机构运动简图点击观看动画www.气缸体气缸体1 1活塞活塞2 2进气阀进气阀3 3排气阀排气阀4 4连杆连杆5 5曲轴曲轴6 6凸轮凸轮7 7顶杆顶杆8 8齿轮齿轮1010解：1）分析运动，确定构件的类型和数量 2）确定运动副的类型和数目 3）选择视图平面 4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置 5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件www.www.1.实例分析 不能产生运动 机构具有确定运动的条件给定构件1运动参数构件2、3的运动是确定的 2.3平面机构的自由度www.

16、给定构件1运动参数 =(t)，构件2、3、4的运动是不确定的 再给定构件4运动参数 =(t)，构件2、3的运动是确定的www.结论 机构究竟取一个还是取几个构件做原动件，取决于机构的自由度。平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目。原动件数自由度数，机构无确定运动 原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏 机构的自由度就是独立运动参数的数目。www.1.计算公式n：机构中活动构件数；Pl：机构中低副数；Ph：机构中高副数；F：机构的自由度数；F=3n-2Pl-Ph 2.计算实例1 n=3,Pl=4,Ph=0 F=3n-2Pl-Ph=33-2Pl-Ph =33-24 00平面机

17、构自由度的计算 www.计算实例2 n=5,Pl=7,Ph=0 F=3n 2Pl Ph=35 27 0=1解：www.如：三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有m 1个转动副。计算机构自由度的注意事项 1.复合铰链 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。www.惯性筛机构C处为复合铰链计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。n=5,Pl=7,Ph=0=35-27 0=1F=3n-2Pl Phwww.计算机构自由度的注意事项 2.局部自由度 个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动

18、，属局部自由度。计入局部自由度时 n=3,Pl=3,Ph=1 F=33-2-1=2 与实际不符www.应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。处理方法处理方法 实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。教材图教材图1-13b1-13b动画动画N=2,Pl=2,Ph=1,F=32-22 1=1与实际相符www.计算机构自由度的注意事项 3.虚约束 重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。（1）两构件未组成运动副前，连接点处的轨迹已重合为一，组成的运动副存在虚约束。计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。虚约束常见情况及处理www.n

19、=4,Pl=6,Ph=0 构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。与实际不符 F=34-26 0=0www.n=3,Pl=4,Ph=0F=33-24 0=1处理方法与实际相符 应除去虚约束，即将产生虚约束的构件5及运动副除去不计。www.虚约束常见情况及处理计算中只计入一个移动副。（2）两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。www.（3）两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为约束。虚约束常见情况及处理计算中只计入一个转动副。www.虚约束常见情况及处理计算中应将产生

20、虚约束的构件及运动副一起除去不计。（4）两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间用另一构件连接时，将产生虚约束。www.虚约束常见情况及处理计算中应将对称部分除去不计。（5）机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。www.虚约束对机构的影响机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如“平行”、“重合”、“距离不变”等。如果几何条件不满足，虚约束会转化为有效约束。机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。www.本章小结1.机构的组成：运动副的概念、类型。2.平面机构运动简图：构件及运动副的表示方法。3.平面机构自由度计算公式，使用公式的注意事项：复合铰链、局部自由度和虚约束。4.机构具有确定运动的条件：F0，且F原动件数目www.F3n-2PL-PH=37-29-12因为自由度数等于原动件数，所以机构的运动是确定的。www.1 机构静力分析基础由河南广播电视大学季广辉老师主讲