機械設(shè)計 導(dǎo)論

機械設(shè)計基礎(chǔ)

fundamentofMechanicalDesign1機械發(fā)展的歷史回顧五千年前已開始使用簡單的紡織機械；晉朝時在連機椎和水碾中應(yīng)用了凸輪原理；西漢時應(yīng)用輪系傳動原理制成了指南車和記里鼓車；東漢張衡發(fā)明的候風(fēng)地動儀是世界上第一臺地震儀。目前許多機械中仍在采用的青銅軸瓦和金屬人字圓柱齒輪，在我國東漢年代的文物中都可以找到它們的原始形態(tài)。

我國古代在機械研制方面有許多杰出的發(fā)明創(chuàng)造。2機械發(fā)展的歷史回顧18世紀(jì)初以蒸汽機的出現(xiàn)為代表產(chǎn)生了第一次工業(yè)革命，人們開始設(shè)計制造各種各樣的機械，例如紡織機、火車、汽輪船。哈格里沃斯發(fā)明的

“珍妮紡紗機”法國陸軍技術(shù)軍官古諾發(fā)明了世界上第一輛蒸汽動力車諸葛亮：木牛流馬3機械發(fā)展的歷史回顧19世紀(jì)到20世紀(jì)初的第二次產(chǎn)業(yè)革命，隨著內(nèi)燃機的出現(xiàn)，促進了汽車、飛機等運輸工具的出現(xiàn)和發(fā)展。1898年問世的“雷諾”牌汽車“圣路易斯精神”號飛機1927年美國人林德伯格駕駛著它完成了人類首次不著陸飛越大西洋的壯舉。4機械發(fā)展的歷史回顧現(xiàn)代汽車美國西科斯基公司生產(chǎn)的“黑鷹”直升機5機械發(fā)展的歷史回顧20世紀(jì)中后期，以機電一體化技術(shù)為代表，在機器人，航空航天，海洋艦船等領(lǐng)域開發(fā)出了眾多高新機械產(chǎn)品，如火箭、衛(wèi)星、宇宙飛船、空間站、航空母艦、深海探測器等國際太空站航天飛機正在利用機械臂施放哈勃空間望遠鏡6展望剛剛到來的21世紀(jì)，智能機械、微型機構(gòu)、仿生機械的蓬勃發(fā)展，將促進材料、信息、計算機技術(shù)、自動化等領(lǐng)域的交叉與融合，進一步豐富和發(fā)展機械基礎(chǔ)學(xué)科知識。用光刻技術(shù)做成的微米尺寸的微機械蜘蛛形探雷機器人機械發(fā)展的歷史回顧7

機械科學(xué)與技術(shù)發(fā)展或許是我們限定思維所難以展望的，但人們在機械創(chuàng)新的漫漫征程中所積累的機械設(shè)計基礎(chǔ)知識為我們提供了認(rèn)識和改造客觀世界的基礎(chǔ)。機械發(fā)展的歷史回顧8緒論

本課程研究的對象和內(nèi)容本課程在教學(xué)中的地位機械設(shè)計的基本要求和一般過程“創(chuàng)新”9

當(dāng)今社會高度的物質(zhì)文明是以近代機械工業(yè)的飛速發(fā)展為基礎(chǔ)建立起來的，人類生活的不斷改善也與機械工業(yè)的發(fā)展緊密相連。

機械是人類用以轉(zhuǎn)換能量和借以減輕體力勞動、提高生產(chǎn)率的主要工具。機械工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱工業(yè)之一。機械工業(yè)是社會生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標(biāo)志。

§0-1課程的研究對象與內(nèi)容10§0-1課程的研究對象與內(nèi)容機械是機器與機構(gòu)的總稱。機械機器機構(gòu)1.研究對象：什么是機器呢？什么是機構(gòu)呢？原動機—其他形式能量機械能工作機—機械能其他形式能量11什么是機器呢？

機器是一種人為實物組合的具有確定機械運動的裝置，它用來完成有用功、轉(zhuǎn)換能量或處理信息，以代替或減輕人類的勞動。12機械手13例：單缸四沖程內(nèi)燃機14

一臺典型的現(xiàn)代化機器是由四個部分組成的，即動力部分、傳動部分、執(zhí)行部分和控制部分。機器動力機構(gòu)傳動機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)控制系統(tǒng)

現(xiàn)代化機器的組成機器主體15這是最常用的交流異步電動機液壓油缸氣缸16圖示轎車除原動機部分、傳動部分和執(zhí)行部分外，還包含了控制系統(tǒng)和其它輔助系統(tǒng)

轎車的組成1718一部機器可能包含多種類型的機構(gòu)，也可能只包含一種機構(gòu)。機構(gòu)可以定義為：是一個具有確定的機械運動的構(gòu)件系統(tǒng)，或稱它是用來傳遞運動和動力的可動裝置。什么是機構(gòu)呢？19凸輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)連桿機構(gòu)常見機構(gòu)輪系20

機器：執(zhí)行機械運動，用以變換或傳遞能量、物料或信息。如：半自動鉆床——實現(xiàn)確定的機械運動，又作有用的機械功內(nèi)燃機——轉(zhuǎn)換能量

機械手——傳遞物料照相機——傳遞信息

機構(gòu)：執(zhí)行機械運動（各構(gòu)件以運動副相連，完成一定的相對運動）。如：齒輪機構(gòu)——傳遞運動凸輪機構(gòu)——轉(zhuǎn)換運動

機械：機器和機構(gòu)的總稱。

有關(guān)定義及相互關(guān)聯(lián)§0-1課程的研究對象與內(nèi)容21

構(gòu)件：運動的單元。如：單一零件——曲軸多個零件的剛性組合——連桿點擊上圖觀看動畫22通用零件：在各類機械中常見的零件。專用零件：在專用機械中特有的零件。

例如：齒輪、鏈傳動、帶傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動；軸、

例如：葉片、犁鏵、槍栓等。零件可分為兩類：聯(lián)軸器、離合器、滾動軸承、滑動軸承、螺栓、鍵、花鍵、銷；鉚、焊、膠結(jié)構(gòu)件；彈簧、機架、箱體等。

零件：制造的單元。

23各定義關(guān)聯(lián)：機械機器機構(gòu)構(gòu)件多個零件通用零件專用零件機械系統(tǒng)單一整體§0-1課程的研究對象與內(nèi)容24

這些常用機構(gòu)和通用零件的工作原理、設(shè)計理論和計算方法，對于專用機械和專用零件的設(shè)計也具有一定的指導(dǎo)意義。

§0-2本課程的研究內(nèi)容及地位1~8章：機械中的常用機構(gòu)及機器動力學(xué)的基本知識（機械原理）；

9~18章：常用的聯(lián)接、傳動，軸系零、部件等。（機械設(shè)計）課程內(nèi)容25需求分析機械方案設(shè)計機械方案運動分析機械方案動力分析機械造型設(shè)計機械工作能力設(shè)計確定工藝方案確定工藝參數(shù)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計§0-3機械設(shè)計的基本要求一般過程261、構(gòu)件：組成：2、構(gòu)件的自由度：AxAyAzAXYZOS2-1平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度獨立運動的單元體。由單個或多個零件剛性構(gòu)成。構(gòu)件所具有的獨立運動的數(shù)目。AXYOyAxAS一、運動副及其分類27平面機構(gòu)自由度平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度283、約束：4、運動副：構(gòu)件的約束數(shù)=構(gòu)件失去的自由度對獨立運動的限制。兩個構(gòu)件直接接觸，并能產(chǎn)生一定相對運動的聯(lián)接。平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度29平面運動副分類：根據(jù)兩構(gòu)件接觸特性常分為：1.低副：兩構(gòu)件通過面接觸組成的運動副。2.高副：兩構(gòu)過件通點或線接觸的組成的運動副。平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度301）轉(zhuǎn)動副1.低副：轉(zhuǎn)動副移動副

組成運動副的兩構(gòu)件之間只能繞同一軸線作相對轉(zhuǎn)動，稱為轉(zhuǎn)動副或鉸鏈。

{(a)固定鉸鏈平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度31(b)活動鉸鏈平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度322）移動副

組成運動副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線相對移動。移動副平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度33低副：轉(zhuǎn)動副：自由度為1

約束數(shù):為2移動副：自由度為1

約束數(shù):為2

21XYo(a)12XYo(b)平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度342.高副

兩構(gòu)件以點或線接觸而構(gòu)成的運動副。凸輪副平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度35凸輪副高副平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度36齒輪副高副平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度37平面高副：

自由度:為2

約束數(shù)：為1在平面內(nèi)：低副：自由度為1，約束數(shù)為2高副：自由度為2，約束數(shù)為1ttnn12V12A(c)平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度38運動副及構(gòu)件的表示方法1、運動副:移動副:轉(zhuǎn)動副:平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度39凸輪副:齒輪副:平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度402、構(gòu)件:固定件:同一構(gòu)件:平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度41兩副構(gòu)件:三副構(gòu)件:平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度42二、平面機構(gòu)的運動簡圖機構(gòu)按運動特性可分為：1）固定件（機架）

是用來支承活動構(gòu)件的構(gòu)件。2