機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、緒論本章學(xué)習(xí)后，要使學(xué)生能解決三大問(wèn)題，學(xué)什么，為啥學(xué)，怎樣學(xué)三 大問(wèn)題。01機(jī)器的組成人們廣泛使用過(guò)， 接觸過(guò)機(jī)器， 放一課件 （單缸內(nèi)燃機(jī)、 顎式破碎機(jī)）， 圖01，02所示，但定義如何，為什么稱(chēng)它為機(jī)器，學(xué)生們是不大清楚的。 它要有三個(gè)特征，才能稱(chēng)上機(jī)器。1）是一種人為的實(shí)物組合。2）各部分形成運(yùn)動(dòng)單元，各單元之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。3）能實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成有用的機(jī)械功。什么叫能量轉(zhuǎn)換，指的是機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，或反之。這樣具備三個(gè) 條件者就稱(chēng)為機(jī)器，這樣學(xué)生就可說(shuō)出車(chē)床是機(jī)器嗎？電動(dòng)機(jī)是否也是機(jī) 器，電動(dòng)機(jī)根據(jù)三個(gè)條件可得出一定為機(jī)器。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造出各種新型機(jī)器，故對(duì)機(jī)器

2、的定義也有了 更廣泛的定義，什么叫機(jī)器， 是一種用來(lái)轉(zhuǎn)換或傳遞能量、物料和信息的， 能執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，那么一臺(tái)機(jī)器由什么組成，從裝配角度來(lái)看：由 零件一構(gòu)件一機(jī)構(gòu)一機(jī)器，因此設(shè)計(jì)制造一臺(tái)機(jī)器必有零件開(kāi)始，組裝成 構(gòu)件，再由構(gòu)件組裝成機(jī)構(gòu)，加上原動(dòng)件裝置就成為一臺(tái)機(jī)器了。接下來(lái)說(shuō)說(shuō)什么叫機(jī)構(gòu)、構(gòu)件、零件。什么叫機(jī)構(gòu)：具備前二個(gè)條件的稱(chēng)為機(jī)構(gòu)，即為多個(gè)實(shí)物的組合，又 能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，例齒輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等，放課件（連桿機(jī)構(gòu)、 齒輪機(jī)構(gòu)）。什么叫構(gòu)件，構(gòu)件為組成機(jī)械的各個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的實(shí)物。例連桿，放課 件（構(gòu)件）從中可看連桿為多個(gè)零件裝配而成的。什么叫零件，零件是機(jī)械中不可拆的制造單元，因此

3、構(gòu)件可以是一個(gè) 零件組成也可以由多個(gè)零件組成的。因此可以看出從運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)來(lái)看，機(jī)構(gòu)和機(jī)器是無(wú)什么差別的，例如縫 紉機(jī)本身為機(jī)構(gòu)，由多種機(jī)構(gòu)所組合起來(lái)的，再加上能量轉(zhuǎn)換就成為機(jī)器 了，如加上電動(dòng)機(jī)或加上人力都可以成為機(jī)器了，在習(xí)慣上把機(jī)器與機(jī)構(gòu) 總稱(chēng)為機(jī)械。因此機(jī)器，機(jī)械這二個(gè)名稱(chēng)都可統(tǒng)起作用的。零件又可分為二大類(lèi)：1）通用零件：各種機(jī)器中都經(jīng)常使用，并完成同一功用的零件，例螺 釘?shù)取?）專(zhuān)用零件：只適用于一定類(lèi)型機(jī)器使用的零件，例曲軸等。02本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)本課程研究對(duì)象是什么？有二條：1）機(jī)械中常用機(jī)構(gòu)。2）在一般工作條件下，常用參數(shù)的通用零件。這里要說(shuō)明一下：什么叫一般工作條件？什么

4、叫常用參數(shù)？具體地說(shuō)內(nèi)容是什么？工作原理f設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)計(jì)算又包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)計(jì)算。本課程的內(nèi)容為常用機(jī)構(gòu)：在教材中介紹了幾種常用機(jī)構(gòu)，例如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（帶，齒輪 機(jī)構(gòu)）。通用零件：連接零件（螺栓、鍵等） ； 傳動(dòng)零件（齒輪、鏈、蝸輪、蝸桿等） ；軸系零件（軸、軸承） ； 其它零件（聯(lián)軸器、彈簧等） ?，F(xiàn)在談一下通用零件的系統(tǒng)性是什么？常用機(jī)構(gòu)也是相似的。1） 研究對(duì)象，工作原理。2） 分析工作情況，包括運(yùn)動(dòng)，力，失效形式等。3） 設(shè)計(jì)計(jì)算，包括設(shè)計(jì)計(jì)算（強(qiáng)度計(jì)算，校核計(jì)算）和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 所有通用零件均按此系統(tǒng)來(lái)組織教材內(nèi)容，講授時(shí)均按此系統(tǒng)進(jìn)行。 本課程的主要任務(wù)有三條，教材中有，略加說(shuō)明一下

5、，總的說(shuō)來(lái)，使學(xué)生學(xué)習(xí)后具有一定設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)和一定設(shè)計(jì)計(jì)算能力。這門(mén)課程的性質(zhì)是一門(mén)為機(jī)械設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)的課程， 是一門(mén)主干課程， 所以對(duì)學(xué)習(xí) 機(jī)械的學(xué)生來(lái)講是一門(mén)十分重要的課程， 在工程師培養(yǎng)中起到十分重要作用， 是一門(mén) 技術(shù)基礎(chǔ)課，只要有好的基礎(chǔ)，再加上專(zhuān)業(yè)知識(shí)，就有條件去進(jìn)行有關(guān)機(jī)械專(zhuān)業(yè)的設(shè) 計(jì)。03學(xué)習(xí)方法 本課程是應(yīng)用了以前所學(xué)到的理論與實(shí)際生產(chǎn)知識(shí)，并把它們運(yùn)用到 工程實(shí)際中，去解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題，是一門(mén)理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，同 學(xué)們開(kāi)始接觸此課程時(shí)，總有些不習(xí)慣，總認(rèn)為它的理論性不強(qiáng)，系統(tǒng)性 差，零零碎碎，不像以前的基礎(chǔ)課邏輯推理嚴(yán)格。同學(xué)不適應(yīng)，不習(xí)慣， 這一點(diǎn)同學(xué)一定要趕快適應(yīng)，

6、如以前課程沒(méi)學(xué)好，自己一定要補(bǔ)上，否則 會(huì)影響到目前的學(xué)習(xí)。我們說(shuō)它的系統(tǒng)性是有的，也是很強(qiáng)的，學(xué)習(xí)它們 是有一個(gè)總的目的，是如何來(lái)滿(mǎn)足整臺(tái)機(jī)器的要求設(shè)計(jì)好機(jī)構(gòu)、各種通用 零件。這樣目的是很強(qiáng)，一般基礎(chǔ)課就無(wú)法做到的。 一定要改變以前的學(xué) 習(xí)方法， 用新學(xué)習(xí)方法來(lái)適應(yīng)本課程的學(xué)習(xí)，注意理論聯(lián)系實(shí)際，注意分 析比較，注意理論的應(yīng)用，這樣才能學(xué)好。第 1 章機(jī)械設(shè)計(jì)概述、教學(xué)要求本章概括地論述了兩大部分：第一部分為關(guān)于機(jī)械總體設(shè)計(jì)的概述, 第二部分為關(guān)于機(jī)械零件的設(shè)計(jì)概述。具體的教學(xué)要求如下：1)初步理解機(jī)械設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)機(jī)械零件應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求。2)了解機(jī)械設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)的步驟。3)理解機(jī)械零件工作

7、能力的判定方法和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。4)了解機(jī)械設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化。、重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：機(jī)械設(shè)計(jì)基本要求及機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。難點(diǎn)：從整體上建立起機(jī)械設(shè)計(jì)，尤其是機(jī)械零件設(shè)計(jì)的整體概念教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)1.機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求2.機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟3.機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則4.機(jī)械零件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用 化2三、教學(xué)安排四、教學(xué)思路設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)概述主要是論述設(shè)計(jì)基本知識(shí)和一些共性問(wèn)題。本章扼要地闡述機(jī)械設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，如機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求、內(nèi)容與過(guò)程等。知識(shí)點(diǎn)教學(xué)手段1. 1）設(shè)計(jì)機(jī)械零件的基本要求2）機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求2.機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟3. 1）失效形式2）設(shè)

8、計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則4.標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化課堂講授一、講授時(shí)注意幾點(diǎn)1. 1.1、機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求及內(nèi)容與過(guò)程這兩節(jié)內(nèi)容屬于機(jī)械（零件）設(shè)計(jì)中的全局性問(wèn)題。這里，只能勾畫(huà) 一下概貌，起到開(kāi)闊視野的作用。2. 1.3機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則這節(jié)內(nèi)容與先修的力學(xué)課程有著密切的聯(lián)系，是在力學(xué)基礎(chǔ)之上，結(jié) 合工程實(shí)際所形成的，故比較容易理解。如學(xué)生力學(xué)基礎(chǔ)差的話(huà)，必須學(xué) 前補(bǔ)一下。3. 1.4機(jī)械零件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化要了解標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化的重要意義，應(yīng)提高到是否遵守法律的高度來(lái)認(rèn)識(shí)，這點(diǎn)學(xué)生是不易理解的。、講授程序設(shè)計(jì)首先了解設(shè)計(jì)機(jī)械零件的基本要求，然后才能得出機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要

9、求、內(nèi)容與步驟，對(duì)于具體的機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法總是根據(jù)失效形式得出 設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則，應(yīng)用力學(xué)知識(shí)，就可設(shè)計(jì)出零件的大小等。講授教案編寫(xiě)如下所述。第1章 機(jī)械設(shè)計(jì)概述機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求一臺(tái)機(jī)器進(jìn)行設(shè)計(jì)包括以下兩種設(shè)計(jì)：1）應(yīng)用新技術(shù)，新方法開(kāi)發(fā)創(chuàng)造新機(jī)器。2）在原有機(jī)器基礎(chǔ)以上重新設(shè)計(jì)或進(jìn)行局部改造，從而改變或提高原 有機(jī)器的性能。設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低直接關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品的性能、價(jià)格及經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)械零件是組成機(jī)器的基本單元，在討論機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求之前，我們首先應(yīng)了解一下設(shè)計(jì)機(jī)械零件的基本要求。1.1.1設(shè)計(jì)機(jī)械零件的基本要求有二條：可靠，成本低。什么叫可靠，什么叫成本低，說(shuō)明一下。為此要注意以下三點(diǎn)：1）

10、合理選擇材料，降低材料費(fèi)用。2）保證良好工藝性，減少制造費(fèi)用。3）盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化， 通用化設(shè)計(jì)零件， 簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程， 從而降低成本。1.1.2機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求有五條：1.實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能；2.滿(mǎn)足可靠性要求；3.滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)性要求；4.操作方便，工作安全；5.造型美觀，減少污染機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜、 細(xì)致、 創(chuàng)造性和科學(xué)性很強(qiáng)的工作， 隨著科學(xué) 技術(shù)的發(fā)展，對(duì)設(shè)計(jì)的理解也在不斷深化，設(shè)計(jì)方法也在不斷發(fā)展，近年 來(lái)發(fā)展起來(lái)的有：“優(yōu)化設(shè)計(jì)”，“有限元計(jì)算”，“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”等等。 即使如此，常規(guī)設(shè)計(jì)方法仍然是工程技術(shù)人員進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的重要方法，必須要很好掌握，常規(guī)設(shè)計(jì)方法有理論設(shè)計(jì)

11、、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等 三種。機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程通常分為以下四個(gè)階段：1)產(chǎn)品規(guī)劃階段 主要工作為提出設(shè)計(jì)任務(wù)和明確設(shè)計(jì)要求。2)方案設(shè)計(jì)階段 在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中具體要求的前提下， 由設(shè)計(jì)人 員構(gòu)思出各種可行方案進(jìn)行分析比較，選出較優(yōu)者。3)技術(shù)設(shè)計(jì)階段 完成機(jī)械產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)、部件設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、 設(shè)計(jì)結(jié)果以工程圖及設(shè)計(jì)書(shū)形式表達(dá)出來(lái)。4)制造與試驗(yàn)階段 進(jìn)行試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題反饋給設(shè)計(jì)人員， 經(jīng)修改、 完善，最后鑒定。與設(shè)計(jì)機(jī)械一樣，設(shè)計(jì)機(jī)械零件也需擬定出幾種方案，分析比較、選 優(yōu)，那么設(shè)計(jì)零件的一般步驟如下幾點(diǎn)。教材共有五點(diǎn)，分析之。對(duì)于不同的零件的工作條件，以上這五點(diǎn)可以有所不同，互相交

12、錯(cuò)， 反復(fù)進(jìn)行，不能作機(jī)械分割。最后提出一點(diǎn)，什么叫條件性計(jì)算，這一點(diǎn)是大家所不大了解的，生疏的，但這是工程實(shí)際所需作的機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則失效形式在工程力學(xué)中已學(xué)過(guò)，結(jié)合到機(jī)械零件應(yīng)該如何，它的理論 基礎(chǔ)還是一樣的，進(jìn)行機(jī)械零件設(shè)計(jì)必須要根據(jù)零件的失效形式分析失效 原因，提出防止或減輕失效的措施，根據(jù)不同的失效形式提出不同的設(shè)計(jì) 計(jì)算準(zhǔn)則。1.3.1失效形式1) 斷裂 常見(jiàn)的有二種：斷裂，疲勞斷裂，解釋一下。2) 過(guò)量變形 應(yīng)力超過(guò)屈服極限，發(fā)生塑性變形。3)表面失效 主要有疲勞點(diǎn)蝕、磨損、壓潰和腐蝕等形式。4)破壞正常工作零件引起的失效，例帶傳動(dòng)。1.3.2設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則同一零件

13、對(duì)于不同失效形式的承載能力是各不相同的。這個(gè)承載能力 就是零件的工作能力，它的計(jì)算方法就是設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。下面對(duì)以上失效 形式，談一下設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。1.強(qiáng)度準(zhǔn)則是零件必須滿(mǎn)足的基本計(jì)算準(zhǔn)則。可分為整體強(qiáng)度，表面強(qiáng)度二種。(1)整體強(qiáng)度的準(zhǔn)則cWCT ,TWT或可用安全系數(shù)來(lái)表示，ss（2）表面強(qiáng)度的準(zhǔn)則接觸強(qiáng)度CH0當(dāng)原動(dòng)件數(shù)小于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)時(shí)，構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就為無(wú)規(guī)則的。當(dāng)原動(dòng)件數(shù)大于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)時(shí)，機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)原動(dòng)件數(shù)等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)時(shí)，構(gòu)件間才能確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這就是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的確定條件3.3.3應(yīng)用公式時(shí)注意事項(xiàng)1.局部自由度 圖所示，放課件（局部自由度）滾子繞其本身軸線(xiàn)作自由轉(zhuǎn)動(dòng)

14、，絲毫 不會(huì)影響其它構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)， 這在進(jìn)行自由度計(jì)算時(shí)， 要將局部自由度去除， 改為圖。2.復(fù)合鉸鏈 圖所示，放課件（復(fù)合鉸鏈） 什么叫復(fù)合鉸鏈，如何進(jìn)行計(jì)算結(jié)論：由m個(gè)構(gòu)件匯成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當(dāng)作為m-1的轉(zhuǎn)動(dòng)副，如圖3-1所示。圖3-1復(fù)合鉸鏈計(jì)算3.虛約束 在運(yùn)動(dòng)副所加的約束中，有些約束所起的限制作用是重復(fù)的，這種不 起獨(dú)立限制作用的約束稱(chēng)為虛約束，在計(jì)算自由度時(shí)，虛約束應(yīng)當(dāng)除去不 計(jì)，圖所示，放課件（圖）說(shuō)明一下圖）中EF為虛約束，簡(jiǎn)化成圖3.17a）虛約束是很難找出，一般可從下面二點(diǎn)來(lái)找1）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不改變2）虛約束去掉前后F不同，圖3.17a中F=1，圖中F=0,故EF為虛約 束。接下來(lái)

15、放課件（圖）說(shuō)明一下。那么虛約束有什么用途？它可提高構(gòu)件的剛性，改善其受力情況，因此，在現(xiàn)場(chǎng)，還是被廣泛地使用第4章 平面連桿機(jī)構(gòu)一、教學(xué)要求本章的主要內(nèi)容為用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法作平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)（速度） 分析、力分析；平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性及其演化；鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄 存在條件；平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。具體的教學(xué)要求如下：1）了解平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)（速度）分析。2）掌握平面機(jī)構(gòu)的力分析。3）了解平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式，掌握其演化方法。4）掌握平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性。5）掌握平面四桿機(jī)構(gòu)的圖解法設(shè)計(jì)。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式、演化及其基本特性。難點(diǎn)：1）平面四桿機(jī)構(gòu)相關(guān)的基本概念。2）

16、平面四桿機(jī)構(gòu)的力分析。3）平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、教學(xué)安排教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)1.概述2.平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析3.平面機(jī)構(gòu)的力分析24.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及演化25.平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性6.平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2注：為了照顧編寫(xiě)教案時(shí)的系統(tǒng)性，表中列出的學(xué)時(shí)數(shù)只僅供參考，但全 章總學(xué)時(shí)數(shù)不變。全教案同。四、教學(xué)思路設(shè)計(jì)本章主要介紹平面四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型、特性、運(yùn)動(dòng)分析、力分析及運(yùn)動(dòng) 設(shè)計(jì)等，同時(shí)簡(jiǎn)要討論機(jī)構(gòu)的效率和自鎖問(wèn)題。學(xué)習(xí)了這些內(nèi)容，其最終 目的為根據(jù)實(shí)際需求，確定滿(mǎn)足此需求的連桿機(jī)構(gòu)類(lèi)型，選擇合適的設(shè)計(jì) 方法設(shè)計(jì)出此連桿機(jī)構(gòu)。知識(shí)點(diǎn)教學(xué)手段1.平面連桿機(jī)構(gòu)概況介紹課件（同一構(gòu)件上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分析、平2

17、.同一構(gòu)件上各點(diǎn)速度分析面摩擦、楔形滑塊等速移動(dòng)受力、軸頸的3. 1）運(yùn)動(dòng)副中的摩擦摩擦和摩擦圓、轉(zhuǎn)動(dòng)副、考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)2）機(jī)構(gòu)的受力分析的靜力分析、矩形螺旋副受力、滑塊等速3）機(jī)械效率及自鎖上升受力、滑塊等速下滑受力）4）螺旋機(jī)構(gòu)的效率、講授時(shí)注意幾點(diǎn):1. 4.2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析主要講授用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法求解同一構(gòu)件各點(diǎn)速度的方法，其中提出 速度影像原理，求解加速度等不作要求。2. 4.3平面機(jī)構(gòu)的力分析是本章的難點(diǎn)，主要是為了確定各運(yùn)動(dòng)副中的反力，進(jìn)而確定平衡力、 平衡力矩。對(duì)這部分內(nèi)容主要應(yīng)了解運(yùn)動(dòng)副的摩擦情況，機(jī)構(gòu)受力分析方 法、機(jī)械效率及自鎖概念。二、講授程序設(shè)計(jì)分析應(yīng)該要求低些，

18、因此在講授此內(nèi)容時(shí)，只得以簡(jiǎn)單、典型情況進(jìn) 行分析，例如只分析同一構(gòu)件點(diǎn)的速度，不分析加速度和不分析組成移動(dòng) 副的兩構(gòu)件瞬時(shí)重合點(diǎn)的速度、加速度求法等。平面機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)必須要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析及力分析。由于高職學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)的 理論講授教案編寫(xiě)如下所述第1講 教案第4章 平面連桿機(jī)構(gòu)概述放課件（鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)）平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干個(gè)構(gòu)件以低副連接形成的平面機(jī)構(gòu)。若干個(gè)構(gòu)件可以是4桿、5桿等，其中平面四桿機(jī)構(gòu)是平面連桿機(jī)構(gòu)中最常用的一種形式。平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)（教材中有，說(shuō)明一下）用圖解法作平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析一個(gè)機(jī)構(gòu)必須要有確定運(yùn)動(dòng)及其一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此必須要進(jìn)行機(jī) 構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。其任務(wù)：根據(jù)機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的已

19、知運(yùn)動(dòng)規(guī)律，分析確定該機(jī)構(gòu)其它構(gòu)件 上的某些點(diǎn)的位移、速度、加速度或角位移、角速度、角加速度等。研究這些有什么用途：1）如研究位移，就能看出構(gòu)件是否能到達(dá)這個(gè)位置、構(gòu)件間會(huì)不會(huì)發(fā) 生互相碰撞。2）如知道了機(jī)構(gòu)的速度，就可求出機(jī)構(gòu)的功率等。分析方法有圖解法、解析法，這里只談圖解法，而圖解法中又有速度 瞬心法、相對(duì)運(yùn)動(dòng)法、線(xiàn)圖法，本章只談相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法，現(xiàn)只介紹應(yīng)用 相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法進(jìn)行同一構(gòu)件點(diǎn)的速度分析。這里就要指出一點(diǎn)：這些運(yùn)動(dòng)分析是在不考慮引起機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)外力的影 響下進(jìn)行的。放課件（同一構(gòu)件上各的運(yùn)動(dòng)分析） ，圖所示，這種四桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件間用 鉸鏈相連的，又稱(chēng)為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。已知：1）各構(gòu)件的尺寸

20、，位置2）原動(dòng)件1以等轉(zhuǎn)動(dòng)求：1.圖示位置時(shí)的機(jī)構(gòu)中C點(diǎn)、E點(diǎn)的VC、VE2.分析時(shí)理論依據(jù)為工程力學(xué)，即剛體作平面運(yùn)動(dòng)時(shí)可分解為隨基點(diǎn)的 平動(dòng)和繞基點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此基點(diǎn)的選擇是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，一定要選這個(gè)點(diǎn) 上的速度為已知的，下面分析一下同一構(gòu)件上各點(diǎn)的速度求法。放課件，并按圖4-1所示的，一邊講，一邊徒手在黑板上作圖。圖4-1同一構(gòu)件上點(diǎn)的速度分析選一個(gè)比例尺L，做出機(jī)構(gòu)位置圖。步驟：(1) 求VB取基點(diǎn)為A點(diǎn)，VB大小為JIAB，方向AB，指向與1相同。取比例尺L作圖，取一極點(diǎn)P，作一線(xiàn)段pb vb/v作矢量為 pb。ruv(2) 求VC因?yàn)锽點(diǎn)與C點(diǎn)同為構(gòu)件2上的點(diǎn)，物體2作平面運(yùn)動(dòng)，基點(diǎn)

21、取在B點(diǎn)，這是為什么？問(wèn)一下學(xué)生，根據(jù)工程力學(xué)可知：uv VCuvVBuuvVCBVB:為基點(diǎn)的速度。VCB:為C點(diǎn)繞B點(diǎn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度uvuv uuvVCVBVCB大??？llAB？方向CD AB BC下面說(shuō)明二點(diǎn)：1）為什么VC的方向?yàn)镃D?LUI在構(gòu)件3上，C點(diǎn)的速度為vcauuu在構(gòu)件2上,C點(diǎn)的速度為VC2muuuv uu這C點(diǎn)為同一點(diǎn)，在二個(gè)構(gòu)件上，因此Vc3=Vc2，由于VC3方向?yàn)镃D，所以VC方向也為CD。2）為什么VCB方向BC？C點(diǎn)相對(duì)于B點(diǎn)的速度，即為B點(diǎn)不動(dòng)，C點(diǎn)的速度，構(gòu)件2作轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)于B點(diǎn)作轉(zhuǎn)動(dòng)，因此VCB方向必定丄于BCo一邊作圖，一邊講解，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量方程

22、，就可得出pbc圖形，求出VC大小及VCB大小。量出線(xiàn)段長(zhǎng)度pc、bc求則2為順時(shí)轉(zhuǎn)lcD3標(biāo)在圖上。UV求VEB、C、E為同上構(gòu)件上的點(diǎn)，同樣道理可得出下列矢量方程UV UUVUV LUVVCpC，VCBLbcVCBlBC從速度多邊形中可見(jiàn)出，因?yàn)榉较騐CB方向圖示,同上法，可得出3為逆時(shí)轉(zhuǎn)。因?yàn)閂EVBVEBVEVCVEC這方程是以B點(diǎn)為基庶，歹1出的。這方程是以C點(diǎn)為基點(diǎn)，列出的。二者同等于VE則uvluivuvuuvVEVBVEBVCVEC大小?llAB?vpc?方向?丄AB丄BlE丄CE丄CE這矢量方程為二個(gè)未知數(shù)，就可用速度圖解法求出過(guò)b點(diǎn)作VEB的方向線(xiàn),uuv過(guò)c點(diǎn)作vEC的方

23、向線(xiàn),uv矢量 pe 代表Ve，大小為VEvpe,pbec為速度矢量多邊形,點(diǎn)，根據(jù)上述，我們可得出速度多邊形的特性。1） 極點(diǎn)p代表該構(gòu)件上速度為零的點(diǎn)。2） 在速度多邊形中連接p點(diǎn)和任一點(diǎn)的矢量，便代表該點(diǎn)在機(jī)構(gòu)圖中 的同名點(diǎn)的絕對(duì)速度，其指向是從p點(diǎn)指向該點(diǎn)3） 在速度多邊形中，連接其他任意兩點(diǎn)的矢量，便代表該兩點(diǎn)在機(jī)構(gòu)uuu圖中的同名點(diǎn)間的相對(duì)速度，其指向與速度下標(biāo)的順序相反。如 bc 代表VCBUJV而不是vBC。uv uv uv4） 從圖中可見(jiàn)出，代表各相對(duì)速度的矢量 bc, ce, be 分別丄于機(jī)構(gòu)圖中的 BC ,CE ,BE。因此BCEAbce，且字母順序一致，（圖示的為順時(shí)

24、針?lè)较颍﹫D形bce稱(chēng)為機(jī)構(gòu)圖中BCE的速度影像，這樣我們就可利用圖形相似 原理求出同一構(gòu)件上某一點(diǎn)的速度be丄BceC這二線(xiàn)交于 e 點(diǎn)p為極5.慣性力 （在高速時(shí)才考慮它）0最后要強(qiáng)調(diào)一下，這原理只能用于同一個(gè)構(gòu)件上的各點(diǎn)速度求法，而 不能用于機(jī)構(gòu)的不同構(gòu)件上各點(diǎn)速度求法。平面機(jī)構(gòu)的力分析作用于機(jī)構(gòu)上的力有5種類(lèi)型1.驅(qū)動(dòng)力 驅(qū)使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力， 這力所作的功為正值， 稱(chēng)輸入功2.阻力 阻止機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)之力，其功為負(fù)值，阻力又可分為二種。1）有效阻力：這個(gè)與生產(chǎn)工作直接相關(guān)的阻力，其功稱(chēng)有效功或輸 出功，又稱(chēng)工作阻力。2）有害阻力：除了有效阻力外的無(wú)效部分，其功對(duì)生產(chǎn)沒(méi)有用，反 而有害的。3.

25、運(yùn)動(dòng)副反力。 當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生的反作用力簡(jiǎn)稱(chēng)為反力，在進(jìn)行力 分析時(shí)，反力可分為沿運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件接觸處的法向和切向兩個(gè)分力。法向反力：又稱(chēng)正壓力，它與運(yùn)動(dòng)副元素的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相丄的。此 力不作功。切向反力：即為運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力，因它是由于正壓力而產(chǎn)生的，起 到阻止運(yùn)動(dòng)的作用，一般情況下摩擦力對(duì)生產(chǎn)是無(wú)效的，有害的，但有些 機(jī)構(gòu)中摩擦力是起到有利的作用，如帶傳動(dòng)中的摩擦力。考慮到摩擦力后的運(yùn)動(dòng)副的反力稱(chēng)為總反力。4.重力。為了保證機(jī)構(gòu)作持續(xù)的預(yù)先確定運(yùn)動(dòng)，根據(jù)此運(yùn)動(dòng)條件與作用在機(jī)構(gòu) 上的已知外力，就可求出與之相平衡的未知外力，這未知外力稱(chēng)為平衡力 或平衡力矩，這一點(diǎn)學(xué)生一定要記牢，理解

26、，以后就要用到這原理去求平 衡力的。再說(shuō)明一下未知外力與已知外力一起作用在機(jī)構(gòu)上， 使機(jī)構(gòu)處于 平衡狀態(tài)， 根據(jù)平衡條件就可求出未知外力 （即平衡力，平衡力矩） 。最后說(shuō)明一下，研究機(jī)構(gòu)力的分析的目的有兩個(gè)。 確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副的反力； 確定機(jī)構(gòu)需加的平衡力或平衡力矩。力的分析可為今后計(jì)算各構(gòu)件零件的強(qiáng)度，確定機(jī)械效率及軸承型式 等提供了必需的資料。因此這一內(nèi)容不但是重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)，學(xué)生一 定要掌握它。4.3.1運(yùn)動(dòng)副中的摩擦1.移動(dòng)副中的摩擦力 最常見(jiàn)的移動(dòng)副中的摩擦可分為平滑塊的摩擦和槽形滑塊的摩擦二 種，我們先談平滑塊的摩擦。圖所示，放課件（平面摩擦） ，在黑板上按分析順序作圖。在外力F

27、作用下，滑塊1向左移動(dòng)JV12，滑塊1和平面2組成一個(gè)移動(dòng)副，因此分析一下滑塊1上作用什么力：驅(qū)動(dòng)力F；平面2給1的反力。下面分析討論之。驅(qū)動(dòng)力F：F力為作用在滑塊1上的所有作用力的合力，它與接觸面法線(xiàn)間所夾的角度為B,將F力分解為法向分力Fn和切向分力Ft二部分1Fn：使1滑塊緊貼于平面上。2Ft:使1滑塊在Ft作用下向左運(yùn)動(dòng)或具有向左運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。從圖中可得出tan反力：平面2加在滑塊1上的反作用力，它有兩部分組成 正壓力FN:為法向反力，它與Fn關(guān)系是大小相等，方向相等的力, 這是為什么？學(xué)生去想一下。摩擦力Ff:Ff的方向是與1相對(duì)于2的運(yùn)動(dòng)方向相反，大小為fFNOFN與Ff的合力就是平面

28、上加在滑塊1上的總反作用力FR，又稱(chēng)總反力FROtan FLfFN角稱(chēng)為摩擦角（FN與Ff之間夾角），在一定工作條件下，f（摩擦系 數(shù)）為一定的，也為一定值，可得出式（）O討論一下：1）當(dāng)B時(shí)，說(shuō)明了外力F的作用線(xiàn)在摩擦角之外的 情況，這時(shí)FtFf，推動(dòng)力Ft大于摩擦力，使滑塊作加速運(yùn)動(dòng)。2）當(dāng)B=時(shí)，外力F的作用線(xiàn)與總反力FR作用線(xiàn)相重合。此時(shí)Ft=Ff， 使滑塊作等速運(yùn)動(dòng)，如滑塊原來(lái)不動(dòng)、靜止，那么滑塊1仍然保持靜止不 動(dòng)狀態(tài)。3）B時(shí)，外力F的作用線(xiàn)在摩擦角所包圍區(qū)域的里面， 此時(shí)FtvFf， 滑塊作減速運(yùn)動(dòng)，而終于靜止。如滑塊1原來(lái)不動(dòng)，那么無(wú)論外力F加得 多大，滑塊1都不能運(yùn)動(dòng)，這種

29、現(xiàn)象稱(chēng)為自鎖Ft下面談一下楔形滑塊在楔形槽中的摩擦情況。放一下課件（楔形滑塊 等速移動(dòng)受力），圖所示，滑塊1在楔形槽2中作等速滑移（圖中沿z向移 動(dòng)）。圖 槽面摩擦 分析方法同平滑塊的，作圖。驅(qū)動(dòng)力為水平的F反力，滑塊的兩個(gè)接觸面上同時(shí)承受正壓 FN 21、FN21， 和摩擦力Ff（畫(huà)圖加上這三個(gè)力）。根據(jù)平衡條件，經(jīng)推導(dǎo)可得出式（）F=fFr/sin0=fvFr式中fv稱(chēng)為當(dāng)量摩擦系數(shù)，其數(shù)值始終大于f,也就是說(shuō)槽面摩擦的 摩擦力總是大于滑塊的摩擦力，這樣引入fv概念后，就可將槽面摩擦簡(jiǎn)化 為平面摩擦概念來(lái)處理。2.轉(zhuǎn)動(dòng)副中的摩擦力 軸承就是轉(zhuǎn)動(dòng)副，軸在軸承孔中轉(zhuǎn)動(dòng)，軸安裝在軸承孔的那一部分

30、稱(chēng) 為軸頸。根據(jù)作用在軸頸上載荷的方向可分為徑向軸頸和軸向軸頸，本講只討 論徑向軸頸摩擦問(wèn)題。圖所示，放課件（軸頸摩擦和摩擦圓、轉(zhuǎn)動(dòng)副）作用力如何？軸頸上作用著徑向載荷Fr及軸承孔2加在軸頸1上的總 反力FR21。在驅(qū)動(dòng)力矩M作用下，使1在軸承孔2中作等速轉(zhuǎn)動(dòng)312,根據(jù) 平衡條件可知：Fr與FR21必須構(gòu)成一個(gè)阻止軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，這力矩稱(chēng)為摩擦力矩M,這M大小必須與驅(qū)動(dòng)力矩M相平衡。M=Mf因此，F(xiàn)R21必與Fr為大小相等，方向相反的二個(gè)力組成的一個(gè)力偶。其作用線(xiàn)間相距一個(gè)距離為P，可得出M=FR21p=FrPo可推出：p=rfo以軸心為圓心，P為半徑，所作的圓稱(chēng)為摩擦圓?？偡戳?FR21的

31、作用線(xiàn)始終切于摩擦圓。下面總結(jié)一下，運(yùn)動(dòng)副中反力情況：1） 移動(dòng)副：不計(jì)摩擦?xí)r，反力方向丄于相對(duì)移動(dòng)的導(dǎo)路； 考慮摩擦?xí)r， 反力方向與相對(duì)移動(dòng)導(dǎo)路的丄方向之間偏轉(zhuǎn)一個(gè)摩擦角 ，偏轉(zhuǎn)方向與移 動(dòng)方向相反，反力的大小與作用點(diǎn)位置為未知，隨著外力變化而變化的。2） 轉(zhuǎn)動(dòng)副：不計(jì)摩擦?xí)r，反力作用線(xiàn)經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)中心；考慮摩擦?xí)r，反 力作用線(xiàn)與摩擦圓相切，且反力對(duì)回轉(zhuǎn)中心的力矩的轉(zhuǎn)向，與組成轉(zhuǎn)動(dòng)副 的兩構(gòu)件間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，反力大小和方向均為未知。3） 高副：不計(jì)摩擦?xí)r， 反力作用線(xiàn)為沿接觸點(diǎn)的公法線(xiàn)； 考慮摩擦?xí)r， 反力作用線(xiàn)為過(guò)接觸點(diǎn)與公法線(xiàn)之間偏轉(zhuǎn)個(gè)摩擦角，偏轉(zhuǎn)方向與相對(duì)滑動(dòng)方向相反，反力大小未知。

32、432機(jī)構(gòu)受力分析在不考慮慣性力情況下，構(gòu)件上受力后，要達(dá)到力的平衡，這些力有 什么特點(diǎn)。教材中指出四個(gè)特點(diǎn)，說(shuō)明一下就可以了。下面舉例說(shuō)明一下如何進(jìn)行靜力分析，放課件（靜力分析）。例 此曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，在滑塊3上受到驅(qū)動(dòng)力F的作用，使1轉(zhuǎn)動(dòng)， 也就是克服工作阻力矩M使1作等i轉(zhuǎn)動(dòng)，具體解法見(jiàn)教材，這里不敘述， 由教師們自編了。433機(jī)械效率及自鎖1.機(jī)械效率的計(jì)算在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的周期內(nèi)，輸入功=輸出功+損失功WdWrWfW值越小越好，表示出對(duì)能量的有效利用程度就越高。W這為效率用來(lái)衡量出對(duì)能量有效利用的程度，1,不Wd可能大于1。2.機(jī)械自鎖當(dāng)=0,不管驅(qū)動(dòng)力加得多大，都不能使機(jī)械運(yùn)動(dòng)，這現(xiàn)象稱(chēng)為

33、機(jī) 械自鎖。因此機(jī)械自鎖條件為1，則極位夾角B02） 壓力角和傳動(dòng)角的概念。對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，應(yīng)使壓力角盡可能?。蝗?何確定，機(jī)構(gòu)出現(xiàn)最小傳動(dòng)角的位置。3） 死點(diǎn)位置的確定：在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若以曲柄為主動(dòng)件，均不存 在死點(diǎn)，只有以搖桿為主動(dòng)件，機(jī)構(gòu)才有可能出現(xiàn)死點(diǎn)位置。2. 4.6平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該掌握用圖解法來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，本講中只介紹二種設(shè)計(jì)法：按給定連 桿位置設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)及按給定行程速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)平面四桿機(jī) 構(gòu)。、講授程序設(shè)計(jì)本講的最終目的，是設(shè)計(jì)出符合基本特性要求的機(jī)構(gòu)，故必須先講授 基本特性有哪些，然后介紹設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的方法是什么，設(shè)計(jì)出的機(jī)構(gòu)要符合 基本特性的要求。講授教案編寫(xiě)如下

34、所述。第3講 教案平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性4.5.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件上面談了鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本型式，其區(qū)別在于機(jī)構(gòu)中是否有曲 柄，取決于兩個(gè)因素：各桿的相對(duì)長(zhǎng)度；選哪個(gè)機(jī)構(gòu)件為機(jī)架，下面 談一下存在一個(gè)曲柄的條件是什么？這時(shí)必須要在設(shè)定機(jī)架基礎(chǔ)之上，談 一個(gè)存在曲柄的條件。圖所示，各桿長(zhǎng)度分別為現(xiàn)假定構(gòu)件1能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，即為曲柄，在 回轉(zhuǎn)過(guò)程中， 一定能實(shí)現(xiàn)與機(jī)架拉直共線(xiàn)或重疊共線(xiàn)兩個(gè)特殊位置 （圖b、C）,從三角形中可推導(dǎo)出：ab , ac , ada+bwd+ca+c40，也就是機(jī)構(gòu)有一個(gè)位置，這 時(shí)Y=Ymin，而Ymin值一定要大于40，這機(jī)構(gòu)才能使用，經(jīng)分析得出 丫min值

35、總是出現(xiàn)在圖所示的兩虛線(xiàn)位置上，即曲柄與機(jī)架兩個(gè)共線(xiàn)位置上。計(jì) 算在這二位置時(shí)的丫值，比較一下，取一個(gè)最小值 丫min40o4.5.3急回特性圖所示，放課件（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)極位夾角） ，以曲柄為主動(dòng)件，作等速 轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿CD為從動(dòng)件，作往復(fù)變速擺動(dòng)。曲柄AB在回轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，有兩次與連桿BC共線(xiàn)，這時(shí)搖桿CD分 別位于極限位置GD C2D,在此極限位置時(shí)，曲柄所在位置AB、AB之間所 夾的銳角B稱(chēng)為極位夾角。分析：1）當(dāng)曲柄順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)!時(shí)，搖桿自CiD擺到GD,其所需的時(shí)間 為ti,而C點(diǎn)的平均速度為vi。2）當(dāng)曲柄順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)2時(shí)，搖桿自GD擺到CD,其所需的時(shí)間為t2, 而C點(diǎn)的平均速度為V

36、2。由于曲柄作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，12，二tl t2則V2 Vi。由此可見(jiàn)，當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿作來(lái)回?cái)[動(dòng)，其速度是不同的， 返回時(shí)速度較大，這個(gè)性質(zhì)稱(chēng)為機(jī)構(gòu)的急回特性，這種特性用行程速度變 化系數(shù)K來(lái)表示，教材中式（）、式（）表示了K、B值。B越大，K越大，急回特性越明顯，一般在回程時(shí)，為不工作的，希望 快些回去，這時(shí)就可利用急回特性，節(jié)省回程時(shí)間，提高生產(chǎn)率。4.5.4死點(diǎn)圖所示說(shuō)明一下。若曲柄為原動(dòng)件，i轉(zhuǎn)，搖桿肯定能搖動(dòng)，不會(huì)被卡住。若搖桿為原 動(dòng)件，能否驅(qū)動(dòng)曲柄i轉(zhuǎn)動(dòng)，這就要分析一下：當(dāng)搖桿在兩極限位置（Ci、C2）時(shí)，圖示虛線(xiàn)位置，BC桿為平衡狀態(tài)，它為二力桿，力作用于BC上（沿BC那么作

37、用在AB桿上的力如何，必為由B-A通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)中心A的力, 這力由于a=90,不能產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)AB的作用，這力矩就不是驅(qū)動(dòng)力矩，這位 置稱(chēng)為死點(diǎn)，如搖桿繼續(xù)擺動(dòng)，那么曲柄運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就會(huì)出現(xiàn)三種狀態(tài)： 繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去；與原來(lái)相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)下去；卡死。對(duì)傳動(dòng)而言，一定 要設(shè)法克服之，但也有應(yīng)用這特性去工作的，圖為夾緊機(jī)構(gòu)，使夾緊工作 牢固可靠。平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，這里只談圖解法，本講只介紹二種。4.6.1 .按給定連桿位置設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)4.6.2.按給定兩連架桿的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì)方法見(jiàn)教材。 以上二種設(shè)計(jì)方法，在講授時(shí)，邊講，邊作圖，不用課件來(lái)說(shuō)明。2）凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與機(jī)構(gòu)基

38、本尺寸的關(guān)系第5章 凸輪機(jī)構(gòu)一、教學(xué)要求本章的主要內(nèi)容為凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型、特點(diǎn)和適用場(chǎng)合、從動(dòng)件常用運(yùn) 動(dòng)規(guī)律、凸輪的輪廓設(shè)計(jì)及凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定。具體的教學(xué)要求如下：1）了解凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型、特點(diǎn)和適合場(chǎng)合，學(xué)會(huì)根據(jù)工作要求和使用 場(chǎng)合選擇凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型。2）掌握從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素，能根據(jù)工作要 求選擇或設(shè)計(jì)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3）能根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，應(yīng)用反轉(zhuǎn)法繪制出尖頂、滾子從動(dòng)件盤(pán)形 凸輪的輪廓曲線(xiàn)。4）掌握凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸確定的原則，學(xué)會(huì)根據(jù)這些原則確定尖頂、 滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角、基圓半徑、滾子半徑。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：1）從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其特性。2）尖

39、頂滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。難點(diǎn)：1）反轉(zhuǎn)法。二、教學(xué)安排教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)1.凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)、特點(diǎn)及適用范 圍2.常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律23.盤(pán)形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)與加工方法4.凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定5.凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和精度2四、教學(xué)思路設(shè)計(jì)通過(guò)本章學(xué)習(xí)后，能根據(jù)工作要求合理地選擇凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型、從動(dòng) 件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、設(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線(xiàn)，以及合理地確定凸輪機(jī)構(gòu)基本尺 寸，具有良好的傳力性能和結(jié)構(gòu)尺寸較為緊湊。關(guān)于輪廓曲線(xiàn)設(shè)計(jì)方法的 確定應(yīng)與采用加工方法有關(guān)，這就是本章的教學(xué)思路。2）凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與機(jī)構(gòu)基本尺寸的關(guān)系知識(shí)點(diǎn)教學(xué)手段1. 1）凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用2）凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)3）凸輪和滾子的材料

40、2.1）平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸和運(yùn) 動(dòng)參數(shù)2）常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律3）從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇課件（凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪的應(yīng)用，各種 凸輪，從動(dòng)件形狀，各種推桿凸輪機(jī)構(gòu)）、講授時(shí)注意幾點(diǎn):1. 5.1概述作一般性介紹。2. 5.2常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)掌握凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律，一般情況下可根據(jù)使用 場(chǎng)合和工作要求，從教材中介紹的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律中選取。、講授程序設(shè)計(jì)在對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)有了一般性了解后，才能對(duì)常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析，重點(diǎn)對(duì)等速運(yùn)動(dòng)、等加速一等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，得出適用場(chǎng)合，供現(xiàn) 場(chǎng)中使用。講授教案編寫(xiě)如下所述。第1講 教案概述放課件（凸輪機(jī)構(gòu)）說(shuō)明其組成部件，凸輪以31轉(zhuǎn)，依靠凸輪輪廓

41、曲 線(xiàn)形狀不同，產(chǎn)生不同從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，它為高副機(jī)構(gòu)，為點(diǎn)接觸。本章討論為平面運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)，解釋一下。5.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用放課件（圖），略作說(shuō)明。5.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)凸輪機(jī)構(gòu)的種類(lèi)很多，可從以下角度來(lái)分類(lèi)。1.按凸輪形狀分類(lèi)（1）盤(pán)形凸輪（2）移動(dòng)凸輪（3）圓柱凸輪第5凸輪機(jī)構(gòu)2.按從動(dòng)件形式分類(lèi)（1）尖頂從動(dòng)件（2）滾子從動(dòng)件（3）平底從動(dòng)件 以上二種分類(lèi)，有課件可播放一下，加以簡(jiǎn)單說(shuō)明。3.按從動(dòng)件與凸輪保持接觸的方式分類(lèi)（1）力鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)（2）幾何鎖合的凸輪機(jī)構(gòu) 圖所示說(shuō)明一下，最后說(shuō)明一下凸輪機(jī)構(gòu)的名稱(chēng)就是從這些分類(lèi)中得 出，如尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。5.1.3凸輪和

42、滾子材料教材中已敘述，教案中不再重?cái)⒘?。常用的從?dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律5.2.1平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸和運(yùn)動(dòng)參數(shù)放課件（凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程） ，圖所示，現(xiàn)以偏置移動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán) 形凸輪機(jī)構(gòu)為例來(lái)說(shuō)明一下。圖偏距e：從動(dòng)件移動(dòng)導(dǎo)路至凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離稱(chēng)為偏距e。以e為半徑，轉(zhuǎn)動(dòng)中心為圓心，所作的圓稱(chēng)為偏距圓，女口e=0,稱(chēng)為對(duì)心的?；鶊A：以凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心為圓心，輪廓上最小的向徑ro為半徑畫(huà)圓，這圓稱(chēng)為基圓，r0為基圓半徑凸輪以3i轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)從動(dòng)件移動(dòng)，現(xiàn)在從動(dòng)件處于最低位置，A點(diǎn)。AB曲線(xiàn)一一凸輪轉(zhuǎn)，向徑增大，即從動(dòng)件將由最低位置A按一定的運(yùn) 動(dòng)規(guī)律推動(dòng)到最遠(yuǎn)距離B,這一過(guò)程稱(chēng)為推程，凸輪相應(yīng)地轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度

43、 為，稱(chēng)為推程運(yùn)動(dòng)角。在推程過(guò)程中，從動(dòng)件移動(dòng)的距離為h，稱(chēng)為升程 （行程）。BC曲線(xiàn)一一它為以凸輪軸心0為圓心的圓弧，凸輪轉(zhuǎn)角為s,這時(shí)從 動(dòng)件處于最高位置靜止不動(dòng)，這s稱(chēng)為遠(yuǎn)休止角。CD曲線(xiàn)一一從動(dòng)件由最高位置B回到最低位置A,這一個(gè)過(guò)程稱(chēng)為回 程，凸輪轉(zhuǎn)過(guò)角度為稱(chēng)為回程運(yùn)動(dòng)角。DA曲線(xiàn)一一DA的基圓上一部分，凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣從動(dòng)件停止不動(dòng)， 凸輪轉(zhuǎn)過(guò)S，稱(chēng)為近休止角。這樣凸輪，轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，從動(dòng)件就作升-停-降-停的運(yùn)動(dòng)循環(huán)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪， 這過(guò)程就重復(fù)循環(huán)進(jìn)行著?，F(xiàn)以 與從動(dòng)件位移的關(guān)系做出一線(xiàn)圖，s-圖稱(chēng)為從動(dòng)件的位移線(xiàn) 圖，通過(guò)微分就可得出速度線(xiàn)圖，加速度線(xiàn)圖，這三個(gè)線(xiàn)圖總稱(chēng)為從動(dòng)件 的

44、運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圖，這就表明出從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，它由凸輪輪廓曲線(xiàn)形狀來(lái)決 定的。因此設(shè)計(jì)輪廓曲線(xiàn)，就必須要首先確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。下面為 討論一下從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律有哪幾種。5.2.2常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律教材中介紹了四種常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這里只討論二種，等速運(yùn)動(dòng)，等加速-等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并指出其適用場(chǎng)合。1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)方程列于表之中，圖5.7a所示，運(yùn)動(dòng)方程為 s v。從圖中可知：從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始和終止時(shí)，其速度產(chǎn)生突變由Ofvo,這樣加速度a+x,-%。這樣機(jī)構(gòu)就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的沖擊。這稱(chēng)為剛性沖 擊，因此等速運(yùn)動(dòng)只適用于低速，輕載，從動(dòng)件質(zhì)量小的場(chǎng)合。2.等加速-等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律1運(yùn)動(dòng)方程為 s

45、-at2。這里假定加速段與減速段時(shí)間是相等的， 同樣可2得出s，v，a曲線(xiàn)（圖）。運(yùn)動(dòng)方程列于表之中，從圖中可見(jiàn)出 速度曲線(xiàn)是連續(xù)的，不會(huì)出現(xiàn)剛性沖擊，但在三處會(huì)產(chǎn)生加速度突變，也 會(huì)發(fā)生沖擊，這為柔性沖場(chǎng)，適用于中速場(chǎng)合。知識(shí)點(diǎn)教學(xué)手段1. 1）反轉(zhuǎn)法原理課件（反轉(zhuǎn)法原理，設(shè)計(jì)各種從動(dòng)件2）作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線(xiàn)盤(pán)形凸輪輪廓、壓力角、基圓半徑確定，3） 解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線(xiàn)4） 凸輪輪廓的加工方法滾子半徑的選擇）2. 1）凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角2）基圓半徑的確定3）滾子半徑的確定3. 1）凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)2）凸輪的精度、講授時(shí)注意幾點(diǎn)1. 5.3盤(pán)形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)與加工方法應(yīng)掌握以下幾點(diǎn)：（1）應(yīng)

46、用反轉(zhuǎn)法原理可用圖解法、解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線(xiàn)。（2）圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓。作圖步驟：理論輪廓線(xiàn)、實(shí)際輪廓的關(guān)系, 取法（3）解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓。以極坐標(biāo)法討論設(shè)計(jì)凸輪輪廓（4）采取不同加工方法，輪廓設(shè)計(jì)方法也不同。2. 5.4凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 如何合理地確定壓力角，基圓半徑，滾子半徑等才能使凸輪機(jī)構(gòu)既有 良好的傳力性能，又使結(jié)構(gòu)尺寸緊湊。二、講授程序設(shè)計(jì)本講是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵、核心內(nèi)容。根據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，及加工方法， 采用不同的輪廓曲線(xiàn)設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，討論了機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定、機(jī)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)和凸輪的精度問(wèn)題，這樣才算凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成功。講授教案編寫(xiě)如下所述。第2講 教案盤(pán)形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)與加工

47、方法輪廓設(shè)計(jì)有二種方法：圖解法和解析法。圖解法：直觀，簡(jiǎn)便，適用于要求不高的場(chǎng)合。解析法：輪廓精確，適用于要求高的場(chǎng)合。這二種設(shè)計(jì)方法，其基本原理都是相同的，都是采用反轉(zhuǎn)法來(lái)設(shè)計(jì)輪 廓曲線(xiàn)。5.3.1反轉(zhuǎn)法原理放課件，圖所示，在整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)上加上一個(gè)與凸輪3大小相等，方向相反的“-31”，這樣構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系仍然保持不變，凸輪就 成靜止，不動(dòng)了，而從動(dòng)件與導(dǎo)路一起以-31角速度繞凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件 仍以原來(lái)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)導(dǎo)路作移動(dòng)，這方法稱(chēng)為反轉(zhuǎn)法，這樣從動(dòng)件尖 頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪輪廓曲線(xiàn)。5.3.2作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線(xiàn)現(xiàn)以偏置尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓曲線(xiàn)為例，講授一下凸輪輪廓 曲

48、線(xiàn)的設(shè)計(jì)。圖所示，放課件（設(shè)計(jì)偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)狀凸輪機(jī)構(gòu)） ，應(yīng)用反轉(zhuǎn) 法，設(shè)計(jì)步驟教材中有，簡(jiǎn)單說(shuō)明一下。圖說(shuō)明一下凸輪轉(zhuǎn)角分度越多，得出曲線(xiàn)就越正確。當(dāng)e=0時(shí)，偏距圓的切線(xiàn)就是過(guò)O點(diǎn)的徑向線(xiàn)，可按上法得出對(duì)心直 動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪的輪廓曲線(xiàn)。若將尖頂從動(dòng)件改為滾子從動(dòng)件，這時(shí)可以減少接觸處的磨損，輪廓 曲線(xiàn)設(shè)計(jì)方法還是這樣，這時(shí)應(yīng)將滾子中心看成為尖頂，用上法設(shè)計(jì)出輪 廓曲線(xiàn)，放課件（偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)狀凸輪機(jī)構(gòu)） ，說(shuō)明一下，這條曲 線(xiàn)稱(chēng)為理論輪廓曲線(xiàn)，然后以曲線(xiàn)上各點(diǎn)為圓心，以滾子半徑rT為半徑，做出一系列的圓，最后做出這些圓的包絡(luò)線(xiàn)就成為凸輪輪廓曲線(xiàn)，這曲線(xiàn) 稱(chēng)為凸輪的實(shí)際輪

49、廓曲線(xiàn)。這時(shí)基圓半徑ro應(yīng)在理論輪廓曲線(xiàn)上量出的， 圖所示。5.3.3解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線(xiàn)輪廓設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)還是反轉(zhuǎn)法，現(xiàn)在介紹一種極坐標(biāo)法，坐標(biāo)原點(diǎn) 取在凸輪回轉(zhuǎn)中心，經(jīng)教學(xué)推導(dǎo)可求出輪廓曲線(xiàn)點(diǎn)的極坐標(biāo)值（式） 。5.3.4凸輪輪廓的加工方法采用什么樣的設(shè)計(jì)方法與采用什么樣加工方法有著直接關(guān)系。加工方 法通常有二種： 銑削、銼削加工 用圖解法設(shè)計(jì)曲線(xiàn) 數(shù)控加工 用解析法設(shè)計(jì)曲線(xiàn) 這里要了解，在數(shù)控加工中為什么坐標(biāo)原點(diǎn)要取在凸輪回轉(zhuǎn)中心，這 是加工工藝要求的，否則會(huì)影響到凸輪的精度。凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅要考慮到能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且還要求它 的傳力性能好，結(jié)構(gòu)緊湊等這些要求都與