機(jī)械設(shè)計原理與方法課件

1、機(jī)械設(shè)計原理與方法第一章 緒論1機(jī)械設(shè)計原理與方法第一章 緒論1緒論中將介紹三個問題一.學(xué)什么二.為什么要學(xué)三.怎樣學(xué)2緒論中將介紹三個問題一.學(xué)什么2學(xué)什么內(nèi)容，要求，術(shù)語，區(qū)別3學(xué)什么內(nèi)容，要求，術(shù)語，區(qū)別31.本課程的主要內(nèi)容機(jī)械設(shè)計原理與方法課程,是將傳統(tǒng)的 和以及三門課程的主要內(nèi)容有機(jī)結(jié)合的一門課程。本課程的研究對象是機(jī)械。而機(jī)械則是機(jī)器與機(jī)構(gòu)的總稱。（在后面的3.術(shù)語中再詳細(xì)說明）本課程的研究內(nèi)容大體為以下三部分： 1.機(jī)械的組成原理及機(jī)械運(yùn)動學(xué)與動力學(xué),機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計理論與方法; 2.機(jī)械零部件的參數(shù)設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理與方法; 3.機(jī)械精度設(shè)計的基本原理與方法。41.本課

2、程的主要內(nèi)容機(jī)械設(shè)計原理與方法課程,是將傳統(tǒng)的 2.本課程的基本要求了解平面機(jī)構(gòu)的組成原理能對簡單機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析及力分析能按幾種常見已知條件設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)了解盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計方法掌握幾種常用傳動基本參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法了解輪系設(shè)計方法了解幾種其他常用機(jī)構(gòu)掌握飛輪轉(zhuǎn)動慣量之簡易計算法了解剛性轉(zhuǎn)子靜動平衡原理掌握簡單機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計的步驟與方法能按國家標(biāo)準(zhǔn)在簡單機(jī)械裝置的裝配圖和零件圖上標(biāo)注尺寸公差和形位公差52.本課程的基本要求了解平面機(jī)構(gòu)的組成原理566773.術(shù)語機(jī)器-機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動的裝置,它用來變換或傳遞能量、物料與信息。動力機(jī)器-有電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)工作機(jī)器-有機(jī)床和汽車等信息機(jī)

3、器-有打字機(jī)等機(jī)構(gòu)-是實(shí)現(xiàn)預(yù)期的機(jī)械運(yùn)動的實(shí)物 組合體 例如，內(nèi)燃機(jī)由連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)組成83.術(shù)語機(jī)器-機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動的裝置,它用來變換994.機(jī)構(gòu)與機(jī)器的特征有何不同？機(jī)器有三個特征機(jī)構(gòu)具有機(jī)器的前兩個特征機(jī)器的三個特征是：（1）它們都是一種人為的實(shí)物（機(jī)件）的組合體。（2）組成它們的各部分之間都具有確定的相對運(yùn)動。（3）能夠完成有用的機(jī)械功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能。104.機(jī)構(gòu)與機(jī)器的特征有何不同？機(jī)器有三個特征10為什么要學(xué)本課程是本專業(yè)的一門必修的重要專業(yè)基礎(chǔ)課本課程是學(xué)習(xí)許多后續(xù)課程和從事機(jī)械設(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)11為什么要學(xué)本課程是本專業(yè)的一門必修的重要專業(yè)基礎(chǔ)課11怎樣學(xué)本課程需

4、要綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)、機(jī)械制圖、工程材料、機(jī)械制造基礎(chǔ)、工程力學(xué)等先修課程的知識，偏重于應(yīng)用。不強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)地理論分析及公式推導(dǎo)。著重基本概念的理解和基本設(shè)計方法的掌握，著重理解公式建立的前提及意義和應(yīng)用。認(rèn)真及時獨(dú)立完成每一次作業(yè)。理論聯(lián)系實(shí)際，充分重視結(jié)構(gòu)設(shè)計，多觀察現(xiàn)有實(shí)物或圖樣，上好實(shí)驗(yàn)課。注重運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊等有關(guān)技術(shù)資料。要早為課程設(shè)計作準(zhǔn)備。注重創(chuàng)新意識的形成。打好基礎(chǔ)，積極自學(xué)，注意發(fā)展，結(jié)合實(shí)際12怎樣學(xué)本課程需要綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)、機(jī)械制圖、工程材料、機(jī)械制造基 第二章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析13 第二章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析132.平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2.1 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的判斷所

5、設(shè)計的機(jī)構(gòu)能否運(yùn)動判斷機(jī)構(gòu)在什么條件下才具有確定的相對運(yùn)動(不能任意拼湊）對機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類142.平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2.1 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的142.2機(jī)構(gòu)的組成2.2.1 構(gòu)件構(gòu)件是運(yùn)動的單元零件是制造的單元構(gòu)件可能是一個零件,也可能是幾個零件剛性組合在一起而形成實(shí)例1 曲軸 單一整體 實(shí)例2 連桿 剛性組合 （各 零件間 無相對運(yùn)動）有連桿體、連桿蓋、螺栓、螺母等幾個零件152.2機(jī)構(gòu)的組成2.2.1 構(gòu)件15曲軸（單一），連桿（組合）16曲軸（單一），連桿（組合）16運(yùn)動副2.2.2 運(yùn)動副及其分類運(yùn)動副定義:兩構(gòu)件直接接觸組成能相對運(yùn)動的聯(lián)接稱為運(yùn)動副實(shí)例:軸承,輪齒嚙合(見

6、圖2-3,2-4)運(yùn)動副元素:構(gòu)成運(yùn)動副的點(diǎn)、線、面高副與低副:點(diǎn)或線接觸-高副面接觸 - 低副17運(yùn)動副2.2.2 運(yùn)動副及其分類17低副， 高副 18低副， 高副 18平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)與空間機(jī)構(gòu):平面機(jī)構(gòu)-所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)空間機(jī)構(gòu)-構(gòu)件之間相對運(yùn)動為空間運(yùn)動的機(jī)構(gòu)本課程主要研究平面機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動副19平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)與空間機(jī)構(gòu):19運(yùn)動副低副又分為轉(zhuǎn)動副和移動副轉(zhuǎn)動副(回轉(zhuǎn)副)-相對運(yùn)動為轉(zhuǎn)動實(shí)例:固定鉸鏈(圖2-3),活動鉸鏈(圖2-5)移動副-相對運(yùn)動為直線移動實(shí)例:(圖2-6)平面高副實(shí)例:(圖2-4齒輪輪齒構(gòu)成的)(圖2-7凸輪和推

7、桿構(gòu)成的)20運(yùn)動副低副又分為轉(zhuǎn)動副和移動副20轉(zhuǎn)動（回轉(zhuǎn)）副，移動副，高副21轉(zhuǎn)動（回轉(zhuǎn)）副，移動副，高副212.2.3 運(yùn)動鏈若干構(gòu)件通過運(yùn)動副聯(lián)接起來所構(gòu)成的系統(tǒng)-稱為運(yùn)動鏈運(yùn)動鏈分為閉式和開式閉式運(yùn)動鏈-每個構(gòu)件至少包含兩個運(yùn)動副元素(圖2-9c,2-9d)開式運(yùn)動鏈-運(yùn)動鏈中有的構(gòu)件只包含一個運(yùn)動副元素(圖2-9a,2-9b)生產(chǎn)中通常應(yīng)用閉式鏈少數(shù)機(jī)械也有采用開式鏈的,如機(jī)械手和機(jī)器人222.2.3 運(yùn)動鏈若干構(gòu)件通過運(yùn)動副聯(lián)接起來所構(gòu)成的系統(tǒng)-23232.2.4 機(jī)構(gòu)將運(yùn)動鏈中的一個構(gòu)件加以固定-成為機(jī)架-則這種運(yùn)動鏈便可能成為機(jī)構(gòu)注意:不能運(yùn)動或無規(guī)則亂動的這種運(yùn)動鏈并不能成為

8、機(jī)構(gòu)研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動,一般可以機(jī)架為參照系原動件-驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動的外力所作用的那個構(gòu)件從動件-其余的構(gòu)件242.2.4 機(jī)構(gòu)將運(yùn)動鏈中的一個構(gòu)件加以固定-25252.3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖2.3.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的用途使分析或設(shè)計機(jī)械的問題簡化不考慮與運(yùn)動無關(guān)的因素:構(gòu)件外形和斷面尺寸,組成構(gòu)件的零件數(shù)目,運(yùn)動副的具體構(gòu)造只考慮與運(yùn)動有關(guān)的因素:構(gòu)件數(shù),運(yùn)動副的類型和數(shù)目,運(yùn)動副的相對位置262.3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖2.3.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的用途262.3.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的畫法機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖-是用簡單的線條和符號來代表構(gòu)件和運(yùn)動副,并按一定的長度比例尺表示各運(yùn)動副的相對位置,這種用來說明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對運(yùn)動關(guān)

9、系的簡單圖形稱之為機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖要正確畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖,首先要知道代表構(gòu)件和運(yùn)動副的規(guī)定符號(GB4460-84)272.3.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的畫法機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖-是用1.運(yùn)動副和構(gòu)件的規(guī)定符號表2-1為常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號見課本P18-19表2-2見P7-8表1-15兩構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動副,其表示法如圖2-10兩構(gòu)件組成移動副,其表示法如 圖2-11a,b,c兩構(gòu)件組成高副,在圖中應(yīng)畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓,如圖2-11d281.運(yùn)動副和構(gòu)件的規(guī)定符號表2-1為常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號282929303031311.運(yùn)動副和構(gòu)件的規(guī)定符號二副構(gòu)件 見圖2-12三副構(gòu)件 見圖2-13,其中左圖表示一個構(gòu)件

10、上的三個轉(zhuǎn)動副中心位于一條直線上321.運(yùn)動副和構(gòu)件的規(guī)定符號二副構(gòu)件 見圖2-12333332.畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的步驟注意！ 先分析,后畫圖(1)分析 構(gòu)件數(shù),固定件,活動件(原動件,從動件) 每兩構(gòu)件之相對運(yùn)動 (2)畫圖 注意五點(diǎn) 選視圖 一般可選平行于機(jī)構(gòu)運(yùn)動平面的平面(有時也酌情選擇) 確定機(jī)構(gòu)的一個瞬時位置 各構(gòu)件應(yīng)不重疊,使圖面清晰 比例尺:l=實(shí)際尺寸(mm)/圖示尺寸(mm) 幾何作圖 原動件用箭頭標(biāo)出運(yùn)動342.畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的步驟注意！ 先分析,后畫圖34分析內(nèi)燃機(jī)之連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動構(gòu)件數(shù):4,固定件:機(jī)架,原動件:活塞,從動件:連桿和曲軸,(活動件數(shù):3) 每兩個構(gòu)件之間的

11、相對運(yùn)動: 活塞機(jī)架 移動 活塞連桿 轉(zhuǎn)動 曲軸連桿 轉(zhuǎn)動 曲軸機(jī)架 轉(zhuǎn)動35分析內(nèi)燃機(jī)之連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動構(gòu)件數(shù):4,固定件:機(jī)架,原動件:選符號36選符號36內(nèi)燃機(jī)中的連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖37內(nèi)燃機(jī)中的連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖37機(jī)構(gòu)模型的簡圖38機(jī)構(gòu)模型的簡圖38請看課本下冊P733-743 22-5 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件22-6 平面機(jī)構(gòu)的組成原理及 結(jié)構(gòu)分析39請看課本下冊P733-743 22-5 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)2.4 平面機(jī)構(gòu)自由度的計算2.4.1平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式 1.自由度與約束 構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動數(shù)目(或確定構(gòu)件位置的獨(dú)立參變量的數(shù)目) 一個作平面運(yùn)動的自由構(gòu)件有3個自由度（見圖2

12、-15） 約束是指對獨(dú)立運(yùn)動所加的限制 當(dāng)兩個構(gòu)件組成運(yùn)動副后，受到約束，自由度減少 低副引入2個約束 高副引入1個約束402.4 平面機(jī)構(gòu)自由度的計算2.4.1平面機(jī)構(gòu)自由度計算公平面自由構(gòu)件有三個自由度41平面自由構(gòu)件有三個自由度412.平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式設(shè)某平面機(jī)構(gòu)共有N個構(gòu)件,活動構(gòu)件數(shù) n=N-1,這些構(gòu)件自由度總和為3n當(dāng)用PL個低副和PH個高副聯(lián)接,總約束數(shù)為(2PL+PH)機(jī)構(gòu)的自由度 F=3n-2PL-PH (2-1) (2-1)式即平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式,要牢記422.平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式設(shè)某平面機(jī)構(gòu)共有N個構(gòu)件,活動構(gòu)件3.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件因?yàn)闄C(jī)構(gòu)自由度還說明

13、機(jī)構(gòu)作確定運(yùn)動所需給定的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目,而一個原動件給定一個獨(dú)立參數(shù)例如電動機(jī)轉(zhuǎn)子給定一個獨(dú)立參數(shù)所以,機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件是: 機(jī)構(gòu)的原動件的數(shù)目=機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)433.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件因?yàn)闄C(jī)構(gòu)自由度還說明機(jī)構(gòu)作確定運(yùn)動實(shí)例（圖2-16）（圖2-14b）原動件數(shù)目小于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，運(yùn)動不確定原動件數(shù)目大于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，不能運(yùn)動原動件數(shù)目等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，運(yùn)動是確定的44實(shí)例（圖2-16）（圖2-14b）原動件數(shù)目小于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)三個實(shí)例45三個實(shí)例452.4.2 先找后算 注意三個問題1.復(fù)合鉸鏈2.局部自由度3.虛約束462.4.2 先找后算 注意三個問題1.復(fù)合鉸鏈461.復(fù)

14、合鉸鏈三個或更多個(m個)構(gòu)件組成二個或(m-1)個共軸線的轉(zhuǎn)動副稱作復(fù)合鉸鏈不要少算圖2-17471.復(fù)合鉸鏈三個或更多個(m個)構(gòu)件組成二個或(m-1)個共復(fù)合鉸鏈48復(fù)合鉸鏈482.局部自由度是與運(yùn)動無關(guān)的自由度或者說,是機(jī)構(gòu)中不影響其輸入與輸出運(yùn)動關(guān)系的個別構(gòu)件的獨(dú)立運(yùn)動自由度典型實(shí)例:凸輪機(jī)構(gòu)從動桿與滾子應(yīng)看成固連在一起作為一個構(gòu)件來考慮圖2-18,不能多算492.局部自由度是與運(yùn)動無關(guān)的自由度49局部自由度50局部自由度503.虛約束(難點(diǎn))虛約束，所起的限制作用是重復(fù)的 虛約束常出現(xiàn)于下列情況(圖2-20)（1）兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，其軸線互相重合時，只有一個轉(zhuǎn)動副起約束作用，其

15、余都是虛約束（2）兩構(gòu)件構(gòu)成多個移動副，其導(dǎo)路互相平行時，只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束 513.虛約束(難點(diǎn))虛約束，所起的限制作用是重復(fù)的 51(1),(2)兩種虛約束52(1),(2)兩種虛約束523.虛約束(難點(diǎn))(3)機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動不起作用的對稱部分(例如行星輪系)(圖2-21)(4)被聯(lián)接構(gòu)件上點(diǎn)的軌跡和機(jī)構(gòu)上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合(例如火車車輪用聯(lián)動的平行四邊形機(jī)構(gòu))(圖2-19)注意！虛約束要求構(gòu)件有較高的制造精度和安裝精度,否則虛約束就會成為真約束533.虛約束(難點(diǎn))(3)機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動不起作用的對稱部分(例如F=34242=254F=34242=254F=3324=1（F

16、3426=0）55F=3324=1（F3426=0）55例題F=37-29-1=256例題F=37-29-1=2562.5 機(jī)構(gòu)的組成原理及平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類2.5.1 機(jī)構(gòu)的組成原理F(機(jī)構(gòu))=F(原動件)+F（從動件)一個原動件具有一個自由度機(jī)構(gòu)自由度數(shù)=原動件數(shù)目F=1(1/個)F(個)+0因此,從動件系統(tǒng)的自由度為零從動件系統(tǒng)還可分解為若干個不可再分的自由度為零的運(yùn)動鏈(桿組)機(jī)構(gòu)由機(jī)架原動件桿組所組成(見圖2-23)572.5 機(jī)構(gòu)的組成原理及平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類2.5.1 2.5.2平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類設(shè)桿組由n個構(gòu)件和PL個平面低副組成于是,F=3n-2PL=0,或者,PL=(3/2)nn=2,PL=3的桿組稱為級組(圖2-24)n=4,P