机械设计 导论

机械设计基础fundamentofMechanicalDesign机械发展的历史回顾五千年前已开始使用简单的纺织机械；晋朝时在连机椎和水碾中应用了凸轮原理；西汉时应用轮系传动原理制成了指南车和记里鼓车；东汉张衡发明的候风地动仪是世界上第一台地震仪。目前许多机械中仍在采用的青铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我国东汉年代的文物中都可以找到它们的原始形态。我国古代在机械研制方面有许多杰出的发明创造。机械发展的历史回顾18世纪初以蒸汽机的出现为代表产生了第一次工业革命，人们开始设计制造各种各样的机械，例如纺织机、火车、汽轮船。哈格里沃斯发明的“珍妮纺纱机”法国陆军技术军官古诺发明了世界上第一辆蒸汽动力车诸葛亮：木牛流马机械发展的历史回顾19世纪到20世纪初的第二次产业革命，随着内燃机的出现，促进了汽车、飞机等运输工具的出现和发展。1898年问世的“雷诺”牌汽车“圣路易斯精神”号飞机1927年美国人林德伯格驾驶着它完成了人类首次不着陆飞越大西洋的壮举。机械发展的历史回顾现代汽车美国西科斯基公司生产的“黑鹰”直升机机械发展的历史回顾20世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器人，航空航天，海洋舰船等领域开发出了众多高新机械产品，如火箭、卫星、宇宙飞船、空间站、航空母舰、深海探测器等国际太空站航天飞机正在利用机械臂施放哈勃空间望远镜展望刚刚到来的21世纪，智能机械、微型机构、仿生机械的蓬勃发展，将促进材料、信息、计算机技术、自动化等领域的交叉与融合，进一步丰富和发展机械基础学科知识。用光刻技术做成的微米尺寸的微机械蜘蛛形探雷机器人机械发展的历史回顾机械科学与技术发展或许是我们限定思维所难以展望的，但人们在机械创新的漫漫征程中所积累的机械设计基础知识为我们提供了认识和改造客观世界的基础。机械发展的历史回顾绪论本课程研究的对象和内容本课程在教学中的地位机械设计的基本要求和一般过程“创新”当今社会高度的物质文明是以近代机械工业的飞速发展为基础建立起来的，人类生活的不断改善也与机械工业的发展紧密相连。机械是人类用以转换能量和借以减轻体力劳动、提高生产率的主要工具。机械工业是国民经济的支柱工业之一。机械工业是社会生产力发展水平的重要标志。§0-1课程的研究对象与内容§0-1课程的研究对象与内容机械是机器与机构的总称。机械机器机构1.研究对象：什么是机器呢？什么是机构呢？原动机—其他形式能量机械能工作机—机械能其他形式能量什么是机器呢？机器是一种人为实物组合的具有确定机械运动的装置，它用来完成有用功、转换能量或处理信息，以代替或减轻人类的劳动。机械手例：单缸四冲程内燃机一台典型的现代化机器是由四个部分组成的，即动力部分、传动部分、执行部分和控制部分。机器动力机构传动机构执行机构控制系统现代化机器的组成机器主体这是最常用的交流异步电动机液压油缸气缸图示轿车除原动机部分、传动部分和执行部分外，还包含了控制系统和其它辅助系统轿车的组成一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含一种机构。机构可以定义为：是一个具有确定的机械运动的构件系统，或称它是用来传递运动和动力的可动装置。什么是机构呢？凸轮机构齿轮机构连杆机构常见机构轮系机器：执行机械运动，用以变换或传递能量、物料或信息。如：半自动钻床——实现确定的机械运动，又作有用的机械功内燃机——转换能量机械手——传递物料照相机——传递信息机构：执行机械运动（各构件以运动副相连，完成一定的相对运动）。如：齿轮机构——传递运动凸轮机构——转换运动机械：机器和机构的总称。有关定义及相互关联§0-1课程的研究对象与内容构件：运动的单元。如：单一零件——曲轴多个零件的刚性组合——连杆点击上图观看动画通用零件：在各类机械中常见的零件。专用零件：在专用机械中特有的零件。例如：齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动；轴、例如：叶片、犁铧、枪栓等。零件可分为两类：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。零件：制造的单元。各定义关联：机械机器机构构件多个零件通用零件专用零件机械系统单一整体§0-1课程的研究对象与内容这些常用机构和通用零件的工作原理、设计理论和计算方法，对于专用机械和专用零件的设计也具有一定的指导意义。§0-2本课程的研究内容及地位1~8章：机械中的常用机构及机器动力学的基本知识（机械原理）；9~18章：常用的联接、传动，轴系零、部件等。（机械设计）课程内容需求分析机械方案设计机械方案运动分析机械方案动力分析机械造型设计机械工作能力设计确定工艺方案确定工艺参数机械结构设计§0-3机械设计的基本要求一般过程1、构件：组成：2、构件的自由度：AxAyAzAXYZOS§2-1平面机构的运动简图和自由度独立运动的单元体。由单个或多个零件刚性构成。构件所具有的独立运动的数目。AXYOyAxAS一、运动副及其分类平面机构自由度平面机构的运动简图和自由度3、约束：4、运动副：构件的约束数=构件失去的自由度对独立运动的限制。两个构件直接接触，并能产生一定相对运动的联接。平面机构的运动简图和自由度平面运动副分类：根据两构件接触特性常分为：1.低副：两构件通过面接触组成的运动副。2.高副：两构过件通点或线接触的组成的运动副。平面机构的运动简图和自由度1）转动副1.低副：转动副移动副组成运动副的两构件之间只能绕同一轴线作相对转动，称为转动副或铰链。{(a)固定铰链平面机构的运动简图和自由度(b)活动铰链平面机构的运动简图和自由度2）移动副组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动。移动副平面机构的运动简图和自由度低副：转动副：自由度为1约束数:为2移动副：自由度为1约束数:为221XYo(a)12XYo(b)平面机构的运动简图和自由度2.高副两构件以点或线接触而构成的运动副。凸轮副平面机构的运动简图和自由度凸轮副高副平面机构的运动简图和自由度齿轮副高副平面机构的运动简图和自由度平面高副：自由度:为2约束数：为1在平面内：低副：自由度为1，约束数为2高副：自由度为2，约束数为1ttnn12V12A(c)平面机构的运动简图和自由度运动副及构件的表示方法1、运动副:移动副:转动副:平面机构的运动简图和自由度凸轮副:齿轮副:平面机构的运动简图和自由度2、构件:固定件:同一构件:平面机构的运动简图和自由度两副构件:三副构件:平面机构的运动简图和自由度二、平面机构的运动简图机构按运动特性可分为：1）固定件（机架）是用来支承活动构件的构件。2）原动件是运动规律已知的活动构件。3）从动件是机构中随着原动件的运动而运动的其他活动构件。平面机构的运动简图和自由度平面机构运动简图去掉构件的结构外形，按一定比例将构件用简单线条表示，运动副用特殊符号表示，能说明各构件间相对运动关系的简单图形。平面机构的运动简图和自由度谢谢！