史上最全的--机械设计基础--PPT

湖南科技大学用第1章绪论§1－1本课程研究的对象和内容§1－2本课程在教学中的地位§1－3机械设计的基本要求和一般过程湖南科技大学用顾名思义，本课程研究对象为：机械机械机器斜面任何机械都经历了：简单复杂的发展过程。机械——人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的组合体。机构（包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、电梯－电脑控制）。杠杆起重轱辘滑轮组手动(电动)葫芦现代起重机起重机的发展历程：§1－1本课程研究的对象和内容湖南科技大学用机器——根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体。机构——能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件实物的组合体。如：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。如:缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但具有相同的基本特征。湖南科技大学用典型机器的分析：1.内燃机内燃机组成：65438712910汽缸体1、活塞2、进气阀3、排气阀4、连杆5、曲轴6、凸轮7、顶杆8、齿轮9、10工作原理：1.活塞下行，进气阀开启，混合气体进入汽缸；2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，在顶部点火燃烧；3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。湖南科技大学用设计：潘存云进气压缩爆炸排气内燃机的工作过程：活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的连续转动，该组合体称为：内燃机各部分的作用：曲柄滑块机构凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：凸轮机构两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，称为：齿轮机构各部分协调动作的结果：化学能机械能湖南科技大学用机器的共有特征：①人造的实物组合体；②各部分有确定的相对运动；③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量的转换机器的分类：原动机——实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）工作机——完成有用功（如机床等）湖南科技大学用工作机的组成：原动部分——是工作机动力的来源，最常见的是电动机和内燃机。工作部分——完成预定的动作，位于传动路线的终点。传动部分——联接原动机和工作部分的中间部分。控制部分——保证机器的启动、停止和正常协调动作。机械机器机构原动机传动工作控制原动机工作机湖南科技大学用控制器(控制)电动机(原动)带(传动)减速器(传动)波轮(工作)分析自动洗衣机的组成：湖南科技大学用机构的共有特征：①人造的实物组合体；②各部分有确定的相对运动；③用来传递力或实现运动的转换。机构的分类：通用机构和专用机构。通用机构——用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。专用机构——只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。机器与机构的关系：任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而成的。由机器与机构的共有特征可知：机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不同），故统称为机械。湖南科技大学用课程性质：技术基础课作用：承前启后本课程的特点：是工程制图、工程材料及机械制造基础、理论力学，材料力学、金工实习等理论知识和实践技能的综合运用。同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如自动武器原理、机床夹具设计、机床、机械制造工艺学等专业课程打下基础，通过本课程的学习和课程设计实践，可以培养同学们初步具备运用手册设计简单机械装备的能力，为今后操作、维护、管理、革新武器装备创造条件。§1－2本课程在教学中的地位湖南科技大学用机械设计——规划和设计实现预期功能的新机械或改进原有机械的性能。基本要求：在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低、安全可靠、操作方便、维修简单和造型美观。机械设计的内容：1.确定机械的工作原理，选择合宜的机构；2.拟定设计方案；3.进行运动分析和动力分析，计算各构件上的载荷；4.进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设计。§1－3机械设计的基本要求和一般过程湖南科技大学用3）仔细观察实物和模型，欢迎到实验室参观，并动手组装各种机构。课程安排：共48学时，其中讲授42学时，实验6学时。要求：1）作业必须按时完成，绘图准确，字迹工整，作业量未达到规定者不能参加考试。2）上课认真听讲，及时消化，不主张占用较多的课外时间。第2章平面机构的运动简图及自由度计算§2－1运动副及其分类§2－2平面机构运动简图§2－3平面机构的自由度名词术语解释:1.构件——独立的运动单元§2－1运动副及其分类内燃机连杆套筒连杆体螺栓垫圈螺母轴瓦连杆盖零件——独立的制造单元2.运动副a)两个构件、b)直接接触、c)有相对运动运动副元素——直接接触的部分（点、线、面）例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。定义：运动副——两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。三个条件，缺一不可运动副的分类：1)按相对运动范围分有：平面运动副——平面运动平面机构——全部由平面运动副组成的机构。例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。空间运动副——空间运动空间机构——至少含有一个空间运动副的机构。2)按运动副元素分有：①高副——点、线接触，应力高。②低副——面接触，应力低例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。例如：转动副（回转副）、移动副。3.运动链运动链——两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。闭式链、开式链若干1个或几个1个4.机构定义：具有确定运动的运动链称为机构。机架——作为参考系的构件，如机床床身、车辆底盘、飞机机身。机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件原（主）动件——按给定运动规律运动的构件。从动件——其余可动构件。§2－2平面机构运动简图机构运动简图——用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形。作用：1.表示机构的结构和运动情况。机构示意图——不按比例绘制的简图现摘录了部分GB4460－84机构示意图如下表。2.作为运动分析和动力分析的依据。常见运动副符号的表示:国标GB4460－84常用运动副的符号运动副名称运动副符号两运动构件构成的运动副转动副移动副12121212121212121212121212两构件之一为固定时的运动副122121平面运动副平面高副螺旋副21121221211212球面副球销副121212空间运动副121212构件的表示方法:一般构件的表示方法杆、轴构件固定构件同一构件三副构件两副构件一般构件的表示方法注意事项:画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。常用机构运动简图符号在机架上的电机齿轮齿条传动带传动圆锥齿轮传动链传动圆柱蜗杆蜗轮传动凸轮传动外啮合圆柱齿轮传动机构运动简图应满足的条件：1.构件数目与实际相同2.运动副的性质、数目与实际相符3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。棘轮机构内啮合圆柱齿轮传动绘制机构运动简图顺口溜：先两头，后中间，从头至尾走一遍，数数构件是多少，再看它们怎相联。步骤：1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；4.检验机构是否满足运动确定的条件。2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），绘制示意图。3.按比例绘制运动简图。简图比例尺：μl=实际尺寸m/图上长度mm思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。举例：绘制破碎机的机构运动简图。DCBA1432绘制图示鳄式破碎机的运动简图。§2－3平面机构的自由度给定S3＝S3(t)，一个独立参数θ1＝θ1（t）唯一确定，该机构仅需要一个独立参数。若仅给定θ1＝θ1（t）,则θ2θ3θ4均不能唯一确定。若同时给定θ1和θ4，则θ3θ2能唯一确定，该机构需要两个独立参数。θ4S3123S’3θ11234θ1定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数称为机构的自由度。原动件——能独立运动的构件。∵一个原动件只能提供一个独立参数∴机构具有确定运动的条件为：自由度＝原动件数一、平面机构自由度的计算公式作平面运动的刚体在空间的位置需要三个独立的参数（x，y,θ）才能唯一确定。yxθ(x,y)F=3单个自由构件的自由度为3自由构件的自由度数运动副自由度数约束数回转副1（θ）+2（x，y）=3yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2结论：构件自由度＝3－约束数移动副1（x）+2（y，θ）=3高副2（x,θ）+1（y）=3θ经运动副相联后，构件自由度会有变化：＝自由构件的自由度数－约束数活动构件数n计算公式：F=3n－(2PL+Ph)要求：记住上述公式，并能熟练应用。构件总自由度低副约束数高副约束数3×n2×PL1×Ph①计算曲柄滑块机构的自由度。解：活动构件数n=3低副数PL=4F=3n－2PL－PH=3×3－2×4=1高副数PH=0S3123推广到一般：②计算五杆铰链机构的自由度解：活动构件数n=4低副数PL=5F=3n－2PL－PH=3×4－2×5=2高副数PH=01234θ1③计算图示凸轮机构的自由度。解：活动构件数n=2低副数PL=2F=3n－2PL－PH=3×2－2×2－1=1高副数PH=1123二、计算平面机构自由度的注意事项12345678ABCDEF④计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数n=7低副数PL=6F=3n－2PL－PH高副数PH=0=3×7－2×6－0=9计算结果肯定不对！1.复合铰链——两个以上的构件在同一处以转动副相联。计算：m个构件,有m－1转动副。两个低副上例：在B、C、D、E四处应各有2个运动副。④计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数n=7低副数PL=10F=3n－2PL－PH=3×7－2×10－0=1可以证明：F点的轨迹为一直线。12345678ABCDEF圆盘锯机构⑥计算图示两种凸轮机构的自由度。解：n=3，PL=3，F=3n－2PL－PH=3×3－2×3－1=2PH=1对于右边的机构，有：F=3×2－2×2－1=1事实上，两个机构的运动相同，且F=11231232.局部自由度F=3n－2PL－PH－FP=3×3－2×3－1－1=1本例中局部自由度FP=1或计算时去掉滚子和铰链：F=3×2－2×2－1=1定义：构件局部运动所产生的自由度。出现在加装滚子的场合，计算时应去掉Fp。滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。123123解：n=4，PL=6，F=3n－2PL－PH=3×4－2×6=0PH=03.虚约束对机构的运动实际不起作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。∵FE＝AB＝CD，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧，。增加的约束不起作用，应去掉构件4。⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形机构的自由度。1234ABCDEF重新计算：n=3,PL=4,PH=0F=3n－2PL－PH=3×3－2×4=1特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：1234ABCDEF4F⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形机构的自由度。AB＝CD＝EF虚约束出现虚约束的场合：1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，2.两构件构成多个移动副，且导路平行。如平行四边形机构，火车轮椭圆仪等。4.运动时，两构件上的两点距离始终不变。3.两构件构成多个转动副，且同轴。5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。EF6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。如等宽凸轮W注意：法线不重合时，变成实际约束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A虚约束的作用：（1）改善构件的受力情况，如多个行星轮。（2）增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。（3）使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的!CDABGFoEE’⑧计算图示大筛机构的自由度。位置C，2个低副复合铰链:局部自由度1个虚约束E’n=7PL=9PH=1F=3n－2PL－PH=3×7－2×9－1=2CDABGFoE本章重点：1、机构运动简图的测绘方法。2、自由度的计算。第3章平面连杆机构§3－1平面连杆机构的特点及应用§3－2平面四杆机构的基本类型和特性§3－3铰链四杆机构的演化§3－4平面四杆机构的设计应用实例：内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆仪、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠床、牙膏筒拔管机、