礦物加工機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)一機(jī)械設(shè)計(jì)總論

1、12 3 3學(xué)分學(xué)分4848學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)主講教師：孫鳳杰主講教師：孫鳳杰聯(lián)系電話：聯(lián)系電話-mail：QQ:123245136 3考試與答疑考試與答疑 1. 1. 平時(shí)成績占平時(shí)成績占30%30%，課終考試成績占，課終考試成績占70%70%。 平時(shí)成績由兩部分組成： （1）作業(yè)、考勤及課堂回答問題，占20%。 （2）學(xué)期中間測(cè)驗(yàn)，共占10%。 2. 2. 答疑時(shí)間：答疑時(shí)間：( (每周每周1 1次次) ) 3. 3. 答疑地點(diǎn)：答疑地點(diǎn)： 4. 4. 課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(2(2周周) )4前言前言 課程以課程以一般工況條件一般工況條件下的下的和和為研究對(duì)象，以它們的工作原理

2、、運(yùn)為研究對(duì)象，以它們的工作原理、運(yùn)動(dòng)特性、結(jié)構(gòu)形式以及設(shè)計(jì)、選用和計(jì)算方法動(dòng)特性、結(jié)構(gòu)形式以及設(shè)計(jì)、選用和計(jì)算方法等為研究內(nèi)容。等為研究內(nèi)容。 本課程是工科機(jī)電類、近機(jī)類專業(yè)的主干本課程是工科機(jī)電類、近機(jī)類專業(yè)的主干課。從基礎(chǔ)理論過渡到專業(yè)課程學(xué)習(xí)的過程中，課。從基礎(chǔ)理論過渡到專業(yè)課程學(xué)習(xí)的過程中，本課程起著承上啟下的作用，為以后學(xué)習(xí)專業(yè)本課程起著承上啟下的作用，為以后學(xué)習(xí)專業(yè)機(jī)械設(shè)備課程或?qū)W習(xí)專業(yè)課程中有關(guān)機(jī)械的內(nèi)機(jī)械設(shè)備課程或?qū)W習(xí)專業(yè)課程中有關(guān)機(jī)械的內(nèi)容，打下堅(jiān)固的基礎(chǔ)。容，打下堅(jiān)固的基礎(chǔ)。5前言前言 掌握各種掌握各種常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、了解機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特特點(diǎn)、了解機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

3、特點(diǎn)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的影響，從而對(duì)如何實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的預(yù)期點(diǎn)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的影響，從而對(duì)如何實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的預(yù)期運(yùn)動(dòng)具有初步認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)具有初步認(rèn)識(shí)機(jī)械原理。機(jī)械原理。 掌握各種常用機(jī)構(gòu)和通用零件的結(jié)構(gòu)、工作原理、掌握各種常用機(jī)構(gòu)和通用零件的結(jié)構(gòu)、工作原理、性能特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合、使用維護(hù)等方面的知識(shí)，及其性能特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合、使用維護(hù)等方面的知識(shí)，及其主主要失效形式要失效形式和和失效原因失效原因工程力學(xué)、工程材料工程力學(xué)、工程材料。 初步初步掌握設(shè)計(jì)計(jì)算通用零部件的方法掌握設(shè)計(jì)計(jì)算通用零部件的方法和正確使用有和正確使用有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、圖表手冊(cè)等選用標(biāo)準(zhǔn)件的方法，具備設(shè)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、圖表手冊(cè)等選用標(biāo)準(zhǔn)件的方法，具備設(shè)

4、計(jì)常見傳動(dòng)裝置和簡單機(jī)械的能力計(jì)常見傳動(dòng)裝置和簡單機(jī)械的能力機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)。6第一章機(jī)械設(shè)計(jì)總論第一章機(jī)械設(shè)計(jì)總論 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)1 1、氣缸體；、氣缸體； 、活塞；、活塞；3 3、連桿；、連桿； 4 4、曲柄；、曲柄；5 5、頂桿；、頂桿； 6 6、凸輪；、凸輪；7 7、8 8、齒輪；、齒輪； 9 9、排氣閥；、排氣閥；1010、進(jìn)氣閥、進(jìn)氣閥7攪拌機(jī)攪拌機(jī)8 機(jī)器機(jī)器 機(jī)器是既能實(shí)現(xiàn)確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，又能做有用機(jī)械功、或完成能量、物料和信息轉(zhuǎn)換或傳遞的裝置。9（1 1）一般由動(dòng)力部分（原動(dòng)機(jī)）、工作部分、傳動(dòng)部分和）一般由動(dòng)力部分（原動(dòng)機(jī)）、工作部分、傳動(dòng)部分和操縱控制部分組成，是操縱控制部

5、分組成，是；（2 2）機(jī)器工作時(shí)其內(nèi)部能實(shí)現(xiàn)）機(jī)器工作時(shí)其內(nèi)部能實(shí)現(xiàn)；（3 3）如破碎機(jī)、起重機(jī)、汽車、機(jī)床等；如破碎機(jī)、起重機(jī)、汽車、機(jī)床等；或或如電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)等；如電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)等；或或如照象機(jī)、錄音機(jī)、打字機(jī)等如照象機(jī)、錄音機(jī)、打字機(jī)等。機(jī)器的特征：機(jī)器的特征：1010機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu)能傳遞運(yùn)動(dòng)和力，或改變運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力參能傳遞運(yùn)動(dòng)和力，或改變運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力參數(shù)、改變運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)械傳動(dòng)裝置。數(shù)、改變運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)械傳動(dòng)裝置。機(jī)構(gòu)特征機(jī)構(gòu)特征同機(jī)器特征的前兩項(xiàng)，既組合實(shí)體、有確定同機(jī)器特征的前兩項(xiàng)，既組合實(shí)體、有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等。的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等。

6、機(jī)機(jī) 械械機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。零零 件件機(jī)器中不可拆卸的機(jī)器中不可拆卸的制造單元制造單元，如齒輪、軸、螺栓等。如齒輪、軸、螺栓等。部部 件件由一組協(xié)同工作的零件組裝而成的組合體，由一組協(xié)同工作的零件組裝而成的組合體，它是機(jī)器的它是機(jī)器的裝配單元裝配單元。如滾動(dòng)軸頭、聯(lián)軸。如滾動(dòng)軸頭、聯(lián)軸器、減速器，自行車腳踏板等。器、減速器，自行車腳踏板等。11一、平面機(jī)構(gòu)的組成一、平面機(jī)構(gòu)的組成只能在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。只能在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。 應(yīng)用廣泛。應(yīng)用廣泛。能在三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。應(yīng)用較少。能在三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。應(yīng)用較少。1 1、構(gòu)件、構(gòu)件 機(jī)構(gòu)中各個(gè)獨(dú)立機(jī)構(gòu)

7、中各個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元；的運(yùn)動(dòng)單元； 它可以是不可拆它可以是不可拆卸的單一整體，也可卸的單一整體，也可以是若干個(gè)零件組成以是若干個(gè)零件組成的聯(lián)接體；構(gòu)件是剛的聯(lián)接體；構(gòu)件是剛性的。性的。構(gòu)件構(gòu)件1 1）構(gòu)件及其分類）構(gòu)件及其分類機(jī)構(gòu)中按機(jī)構(gòu)中按外界給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)外界給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的活動(dòng)構(gòu)件活動(dòng)構(gòu)件；通常是機(jī)器；通常是機(jī)器驅(qū)動(dòng)部分驅(qū)動(dòng)部分的外力所作用的的外力所作用的構(gòu)件。構(gòu)件。機(jī)構(gòu)中隨原動(dòng)件而運(yùn)動(dòng)的其余活動(dòng)構(gòu)件；其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中隨原動(dòng)件而運(yùn)動(dòng)的其余活動(dòng)構(gòu)件；其運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。規(guī)律取決于原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。機(jī)構(gòu)（或機(jī)器）中用來支撐活動(dòng)構(gòu)件（或部件）機(jī)構(gòu)

8、（或機(jī)器）中用來支撐活動(dòng)構(gòu)件（或部件）的的固定構(gòu)件固定構(gòu)件；機(jī)架相對(duì)地面可以是固定的，也可以是；機(jī)架相對(duì)地面可以是固定的，也可以是運(yùn)動(dòng)的（如車、船、飛機(jī)等上面的機(jī)構(gòu)）。運(yùn)動(dòng)的（如車、船、飛機(jī)等上面的機(jī)構(gòu)）。圖中的構(gòu)件圖中的構(gòu)件S做平面運(yùn)動(dòng)時(shí)有三個(gè)可能的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)；做平面運(yùn)動(dòng)時(shí)有三個(gè)可能的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)；x和和y方向的移動(dòng)和繞某點(diǎn)方向的移動(dòng)和繞某點(diǎn)K的轉(zhuǎn)動(dòng)，這種可能的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，這種可能的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)稱為構(gòu)件的自由度。稱為構(gòu)件的自由度。2 2、構(gòu)件的自由度、構(gòu)件的自由度a) 垂直垂直b) 水平水平c) 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)a) 垂直垂直b) 水平水平c) 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) 3 3 、運(yùn)動(dòng)副及其分類、運(yùn)動(dòng)副及其分類副副指相互

9、匹配或相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)物體，如一副手套。指相互匹配或相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)物體，如一副手套。 a) a)兩個(gè)構(gòu)件、兩個(gè)構(gòu)件、b) b) 直接接觸、直接接觸、c) c) 有相對(duì)運(yùn)動(dòng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副機(jī)構(gòu)中兩個(gè)直接接觸、相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。如內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)中兩個(gè)直接接觸、相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。如內(nèi)燃機(jī)中的活塞與缸體。中的活塞與缸體。約束約束做平面運(yùn)動(dòng)的一個(gè)物體有三個(gè)自由度，一個(gè)運(yùn)動(dòng)副由做平面運(yùn)動(dòng)的一個(gè)物體有三個(gè)自由度，一個(gè)運(yùn)動(dòng)副由于兩構(gòu)件彼此間的限制作用，會(huì)使任一構(gòu)件的自由于兩構(gòu)件彼此間的限制作用，會(huì)使任一構(gòu)件的自由度小于三，運(yùn)動(dòng)副的這種限制作用稱為約束。度小于三，運(yùn)動(dòng)副的這種限制作用稱為約束。（1 1）回轉(zhuǎn)副）回轉(zhuǎn)

10、副兩構(gòu)件只能在同一平面內(nèi)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的低副。兩構(gòu)件只能在同一平面內(nèi)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的低副。 回轉(zhuǎn)副具有回轉(zhuǎn)副具有2個(gè)約束（個(gè)約束（x和和y方向的移動(dòng)）和一個(gè)自由度方向的移動(dòng)）和一個(gè)自由度（x y平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)）。平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)）。兩構(gòu)件以面接觸構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件以面接觸構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副, ,包括移動(dòng)副和回轉(zhuǎn)副。包括移動(dòng)副和回轉(zhuǎn)副。轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副（2 2）移動(dòng)副）移動(dòng)副兩構(gòu)件只能做相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)的低副。兩構(gòu)件只能做相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)的低副。移動(dòng)副具有兩個(gè)約束（移動(dòng)副具有兩個(gè)約束（y方向移動(dòng)和方向移動(dòng)和x y平面內(nèi)轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)）和一個(gè)自由度（動(dòng)）和一個(gè)自由度（x方向移動(dòng)）。方向移動(dòng)）。兩構(gòu)件以點(diǎn)接觸或線接觸構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。兩構(gòu)件以點(diǎn)

11、接觸或線接觸構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。由構(gòu)件由構(gòu)件2觀察，它限制構(gòu)件觀察，它限制構(gòu)件1沿法線沿法線nn方向移動(dòng)，而允許其沿方向移動(dòng)，而允許其沿接觸點(diǎn)接觸點(diǎn)K處的切線處的切線tt方向相對(duì)移動(dòng)和繞方向相對(duì)移動(dòng)和繞K處相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。處相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。高副具有一個(gè)約束和兩個(gè)自由度。高副具有一個(gè)約束和兩個(gè)自由度。空間運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)副螺旋副球面副2222二、二、 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖v運(yùn)動(dòng)簡圖運(yùn)動(dòng)簡圖表示機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)表示機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡單圖形。關(guān)系的簡單圖形。v運(yùn)動(dòng)簡圖的作用運(yùn)動(dòng)簡圖的作用運(yùn)動(dòng)簡圖是表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)簡圖是表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式的工程語言，畫運(yùn)動(dòng)簡圖是機(jī)械形式的工程語言，畫運(yùn)

12、動(dòng)簡圖是機(jī)械設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容和基本手段。設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容和基本手段。23232424252627282929： （1 1）分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，認(rèn)清固定件、原動(dòng)件和分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，認(rèn)清固定件、原動(dòng)件和從動(dòng)件，確定從動(dòng)件，確定構(gòu)件數(shù)目構(gòu)件數(shù)目。 （2 2）從原動(dòng)件開始，分析各相鄰構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，從原動(dòng)件開始，分析各相鄰構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，確定確定運(yùn)動(dòng)副的類型運(yùn)動(dòng)副的類型和和數(shù)目數(shù)目。 （3 3）選選機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平面為機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平面為投影面投影面。 （4 4）確定各確定各運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副的的相對(duì)位置相對(duì)位置，繪制繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖圖。 （5 5）在在原動(dòng)件原動(dòng)件上標(biāo)出指示上標(biāo)出指示運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)方向

13、的箭頭。的箭頭。303031313232平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算活動(dòng)構(gòu)件數(shù)活動(dòng)構(gòu)件數(shù)低副個(gè)數(shù)低副個(gè)數(shù)高副個(gè)數(shù)高副個(gè)數(shù)三、平面機(jī)構(gòu)的自由度三、平面機(jī)構(gòu)的自由度例：計(jì)算圖例：計(jì)算圖1-5所示顎式破碎機(jī)的自由度。所示顎式破碎機(jī)的自由度。解：解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)活動(dòng)構(gòu)件數(shù) n = 3，低副數(shù)，低副數(shù) PL = 4，沒有高副，沒有高副， PH = 0; 自由度自由度 F3n2 PL PH =332401 3333圖（圖（a）F0，不會(huì)運(yùn)動(dòng)，是剛性木桁架，不是機(jī)構(gòu)。，不會(huì)運(yùn)動(dòng)，是剛性木桁架，不是機(jī)構(gòu)。圖（圖（b）F1，具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是機(jī)構(gòu)。，具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是機(jī)構(gòu)。圖（圖（c）F2，具

14、有不確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是運(yùn)動(dòng)鏈，不是機(jī)構(gòu)。，具有不確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是運(yùn)動(dòng)鏈，不是機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)能運(yùn)動(dòng)的條件：機(jī)構(gòu)能運(yùn)動(dòng)的條件： F0若若F原動(dòng)件數(shù)，機(jī)構(gòu)會(huì)卡死或損壞原動(dòng)件數(shù)，機(jī)構(gòu)會(huì)卡死或損壞若若F原動(dòng)件數(shù)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定原動(dòng)件數(shù)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處用回兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處用回轉(zhuǎn)副相連，會(huì)構(gòu)成復(fù)合鉸鏈，如圖轉(zhuǎn)副相連，會(huì)構(gòu)成復(fù)合鉸鏈，如圖所示。所示。 這是這是3個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的兩個(gè)回轉(zhuǎn)副，低副數(shù)數(shù)個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的兩個(gè)回轉(zhuǎn)副，低副數(shù)數(shù)PL2，而不，而不是是PL1。如果是如果是K個(gè)構(gòu)件，低副數(shù)個(gè)構(gòu)件，低副數(shù)PLK1，不要算錯(cuò)，不要算錯(cuò)。一些機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件在局部作獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，這種局部一些機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)

15、件在局部作獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，這種局部運(yùn)動(dòng)不影響機(jī)構(gòu)內(nèi)其它構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，局部運(yùn)動(dòng)自由度簡運(yùn)動(dòng)不影響機(jī)構(gòu)內(nèi)其它構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，局部運(yùn)動(dòng)自由度簡稱局部自由度，如下圖。稱局部自由度，如下圖。圖（圖（a）中，活動(dòng)件有凸輪）中，活動(dòng)件有凸輪1、滾子、滾子4、推桿、推桿2，n = 3；低副；低副有凸輪轉(zhuǎn)軸有凸輪轉(zhuǎn)軸A、滾子銷軸、滾子銷軸C、推桿滑道、推桿滑道D，PL 3；高副有凸輪；高副有凸輪與推桿的接觸線，與推桿的接觸線， PH 1。自由度自由度F3n2 PL PH 332212這意味著必須有這意味著必須有2個(gè)原動(dòng)機(jī)，機(jī)構(gòu)才有確定運(yùn)動(dòng)。而實(shí)際上個(gè)原動(dòng)機(jī)，機(jī)構(gòu)才有確定運(yùn)動(dòng)。而實(shí)際上只要凸輪作為原動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推桿就有確定運(yùn)

16、動(dòng)，即只要凸輪作為原動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推桿就有確定運(yùn)動(dòng)，即F1。局部自由度局部自由度假想去掉滾子假想去掉滾子推桿運(yùn)動(dòng)副，這不影響凸推桿運(yùn)動(dòng)副，這不影響凸輪與推桿的運(yùn)動(dòng)，如圖（輪與推桿的運(yùn)動(dòng)，如圖（b）。）。這時(shí)這時(shí) F3n2 PL PH 332211對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不起實(shí)際約束作用不起實(shí)際約束作用的的重復(fù)約束重復(fù)約束稱為虛約束。稱為虛約束。在圖（在圖（b）中，）中，n = 4、 PL= 6、 PH =0、F342600這意味著機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上任一輪子（這意味著機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上任一輪子（1、3或或5）作為）作為原動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)都有確定運(yùn)動(dòng)，即原動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)都有確定運(yùn)動(dòng)，即F1。 發(fā)生問題的原

17、因發(fā)生問題的原因：虛約束虛約束 解決問題的辦法：解決問題的辦法：假想去掉構(gòu)件與其相應(yīng)的回轉(zhuǎn)副假想去掉構(gòu)件與其相應(yīng)的回轉(zhuǎn)副E、F，這不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。這是：，這不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。這是：n3， PL 4、 PH 0，則：則：F332401圖（圖（C）中的構(gòu)件）中的構(gòu)件5與構(gòu)件與構(gòu)件1、3不平行，不是虛約束，不不平行，不是虛約束，不能取消，其能取消，其F0，它不是機(jī)構(gòu)。，它不是機(jī)構(gòu)。虛約束經(jīng)常出現(xiàn)在以下幾種情況中：虛約束經(jīng)常出現(xiàn)在以下幾種情況中：（1）兩連接構(gòu)件在連接點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)軌跡相重合，（2）兩構(gòu)件某兩點(diǎn)間的距離始終不變，將此兩點(diǎn)用構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副連接會(huì)帶進(jìn)虛約束。（3）兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)方向一致的運(yùn)

18、動(dòng)副 或兩構(gòu)件組成多個(gè)軸線重合的移動(dòng)副虛約束增強(qiáng)支承剛度虛約束改善受力常見虛約束及處理方法見下表常見虛約束及處理方法見下表虛約束在計(jì)算自由度時(shí)必須去掉，但在實(shí)際虛約束在計(jì)算自由度時(shí)必須去掉，但在實(shí)際中能中能改善機(jī)構(gòu)的受力狀況改善機(jī)構(gòu)的受力狀況或或增加機(jī)構(gòu)的剛性增加機(jī)構(gòu)的剛性等，等，是有益和必要的。是有益和必要的。 同理，前述凸輪機(jī)構(gòu)中的滾子能產(chǎn)生滾動(dòng)摩同理，前述凸輪機(jī)構(gòu)中的滾子能產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，減少凸輪與推桿的磨損，也是有益的。擦，減少凸輪與推桿的磨損，也是有益的。例例1 1 計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。34解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=低副數(shù)低副數(shù)PL=F=3n 2P

19、L PH =33 24 =1 高副數(shù)高副數(shù)PH=0S3123例例2 2 計(jì)算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n= 4低副數(shù)低副數(shù)PL=5F=3n 2PL PH =34 25 =2 高副數(shù)高副數(shù)PH=012341 1例例3 3 計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n= 2低副數(shù)低副數(shù)PL=2F=3n 2PL PH =32 221 =1高副數(shù)高副數(shù)PH=1123CDABGFoEE例例4 4 計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度。位置位置C ，2個(gè)個(gè)低副低副復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈:局部自由度局部自由度 1個(gè)個(gè)

20、虛約束虛約束En= 7PL = 9PH =1F=3n 2PL PH =37 29 1 =251解：解：n = 4 、PL= 6 、 PH= 0 例例1.3 計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度。( (a) )ABCDEF = 3n2PLPH = 34260 = 052 F = 3n2PLPH = 35270 = 1ABCDEFG( (b) )解：解：n = 5 、PL= 7 、 PH= 0 53ABCDEF例例1.4 計(jì)算計(jì)算SSPU窗戶開閉機(jī)構(gòu)的自由度。窗戶開閉機(jī)構(gòu)的自由度。解：解：n = 5 、PL= 7 、PH= 0 F = 3n2PLPH = 35270 = 154例例1.6 計(jì)

21、算下列機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算下列機(jī)構(gòu)的自由度（若存在復(fù)合鉸鏈、局部自由度或若存在復(fù)合鉸鏈、局部自由度或虛約束請(qǐng)指明虛約束請(qǐng)指明）局部自由度：局部自由度：C虛約束：虛約束：D（E ）F = 3n - - 2PL - - PH = 33 - - 23 - - 2 = 1 復(fù)合鉸鏈：復(fù)合鉸鏈：CF = 3n - - 2PL - - PH = 35 - - 27 - - 0 = 155局部自由度：局部自由度：B、C虛約束：虛約束：E（F ）F = 3n2PLPH = 33232 = 1 ABCDEF（3）56復(fù)合鉸鏈：復(fù)合鉸鏈：D局部自由度：局部自由度：H虛約束：虛約束：F（G ）F = 3n2PLPH =

22、 382111 = 1 BACEDFGHIJK（4）57求求機(jī)構(gòu)自由度。機(jī)構(gòu)自由度。 （若存在復(fù)合鉸鏈、局部自由度或虛約束請(qǐng)指明若存在復(fù)合鉸鏈、局部自由度或虛約束請(qǐng)指明）復(fù)合鉸鏈：復(fù)合鉸鏈：J局部自由度：局部自由度：D虛約束：虛約束：M（N ）F =3n - -2PL- -PH = 39 - -212 - - 2 = 15858為創(chuàng)造新機(jī)器或改良舊機(jī)器，運(yùn)用設(shè)為創(chuàng)造新機(jī)器或改良舊機(jī)器，運(yùn)用設(shè)計(jì)方法、技能和創(chuàng)造性思維，把機(jī)械計(jì)方法、技能和創(chuàng)造性思維，把機(jī)械的整機(jī)、部件和零件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，的整機(jī)、部件和零件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，用圖紙和文字等技術(shù)文件表達(dá)出來。用圖紙和文字等技術(shù)文件表達(dá)出來。機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)

23、計(jì)5959一、機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求一、機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求市場(chǎng)調(diào)研可行性研究試制、試驗(yàn)小批生產(chǎn)試銷投產(chǎn)階階段段 目目標(biāo)標(biāo)設(shè)計(jì)任務(wù)書 定出最佳方案 裝配圖零件圖 樣機(jī)評(píng)價(jià) 考核工藝性 產(chǎn)品 及其它技術(shù)文件 改進(jìn) 收集用戶意見 銷售技術(shù)設(shè)計(jì)原理方案設(shè)計(jì)1、產(chǎn)品規(guī)劃、產(chǎn)品規(guī)劃2、方案設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì) 3、技術(shù)設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì) 4、制造及試驗(yàn)、制造及試驗(yàn)平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析能力目標(biāo)：1、將具體的機(jī)械抽象成簡單的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型運(yùn)動(dòng)簡圖2、判定機(jī)構(gòu)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)自由度計(jì)算二、機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序二、機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序61一一 機(jī)械零件的主要失效形式機(jī)械零件的主要失效形式 1. 1. 斷裂斷裂 2. 2. 表面失效表面

24、失效 3. 3. 過量變形過量變形 4. 4. 其它失效其它失效二二 機(jī)械零件工作能力的計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件工作能力的計(jì)算準(zhǔn)則 1. 1. 強(qiáng)度強(qiáng)度 2. 2. 剛度剛度 3. 3. 耐磨性耐磨性 4. 4. 振動(dòng)穩(wěn)定理振動(dòng)穩(wěn)定理 5. 5. 機(jī)械穩(wěn)定性機(jī)械穩(wěn)定性第四節(jié)第四節(jié) 零件的失效、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、步驟及標(biāo)準(zhǔn)化零件的失效、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、步驟及標(biāo)準(zhǔn)化621. 1. 磨合階段：磨合階段：新零件的表面一般有刀痕、不平，會(huì)很快磨平；2. 2. 穩(wěn)定階段：穩(wěn)定階段：時(shí)間相對(duì)很長，相當(dāng)于零件的使用壽命；機(jī)器零件的磨損機(jī)器零件的磨損磨損過程磨損過程3. 3. 劇磨階段：劇磨階段：一般由磨損不均而導(dǎo)致零件間接觸面減小

25、、溫度升高，零件很快磨壞。磨損是機(jī)器零件在正常使用條件下的主要失效形式。6363磨損類型磨損類型磨損機(jī)理非常復(fù)雜，除疲勞磨損外，其它磨損磨損機(jī)理非常復(fù)雜，除疲勞磨損外，其它磨損目前尚無法計(jì)算。為簡便起見，一般采用條件目前尚無法計(jì)算。為簡便起見，一般采用條件計(jì)算式：計(jì)算式：耐磨計(jì)算耐磨計(jì)算（1 1）零件工作表面壓強(qiáng)）零件工作表面壓強(qiáng) 材料表面許用壓強(qiáng)；材料表面許用壓強(qiáng)； pp pp（2 2）零件工作表面壓強(qiáng)、滑速積）零件工作表面壓強(qiáng)、滑速積 材料表面許材料表面許用壓強(qiáng)、滑速積。用壓強(qiáng)、滑速積。 v v pv pv v v pv pv 6464三機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟三機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟v1.

26、 1. 選擇材料選擇材料v2. 2. 擬定計(jì)算簡圖擬定計(jì)算簡圖v3. 3. 工作能力計(jì)算工作能力計(jì)算v4. 4. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)v5. 5. 繪制工作圖繪制工作圖并標(biāo)注必要的并標(biāo)注必要的技術(shù)條件技術(shù)條件6565 避免重復(fù)設(shè)計(jì)；避免重復(fù)設(shè)計(jì)； 便于節(jié)約化生產(chǎn)、容易保證質(zhì)量并降低成本；便于節(jié)約化生產(chǎn)、容易保證質(zhì)量并降低成本； 互換性好，便于維修?；Q性好，便于維修。標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)GBGB；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如HBHB、JBJB、SBSB等；等； 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)ISOISO。四四 機(jī)械零件的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械零件的標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化：標(biāo)準(zhǔn)化：把常用的零部件統(tǒng)一規(guī)定為若干種規(guī)格，并強(qiáng)制執(zhí)行。標(biāo)準(zhǔn)

27、件：標(biāo)準(zhǔn)件：實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化的零部件，如螺栓、滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器等。實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化的意義實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化的意義66661 1、靜載荷與變載荷、靜載荷與變載荷2 2、名義載荷、名義載荷理想工況下零件所受載荷理想工況下零件所受載荷 計(jì)算載荷計(jì)算載荷實(shí)際工況下零件所受載荷實(shí)際工況下零件所受載荷計(jì)算載荷工況系數(shù)（計(jì)算載荷工況系數(shù)（1 1）名義載荷名義載荷一、載荷及其分類一、載荷及其分類67二、應(yīng)力及其分類二、應(yīng)力及其分類 靜應(yīng)力與變應(yīng)力靜應(yīng)力與變應(yīng)力 穩(wěn)定變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力周期、應(yīng)力幅和平均應(yīng)力都不周期、應(yīng)力幅和平均應(yīng)力都不隨時(shí)間變化的變應(yīng)力隨時(shí)間變化的變應(yīng)力6868式中：式中： 、 極限正應(yīng)力和極限剪應(yīng)力，極限正應(yīng)力和

28、極限剪應(yīng)力，MPaMPa 靜應(yīng)力、鋼等塑性材料靜應(yīng)力、鋼等塑性材料 靜應(yīng)力、鑄鐵等脆性材料靜應(yīng)力、鑄鐵等脆性材料 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力SS安全系數(shù)，一般安全系數(shù)，一般S1S1，具體取值查相關(guān)手冊(cè)，具體取值查相關(guān)手冊(cè) )(limlim)(SS)(BB)(11)(OOSlimSlim三、三、 許用應(yīng)力許用應(yīng)力limlim6969四、靜強(qiáng)度四、靜強(qiáng)度1. 1. 單向應(yīng)力狀態(tài)單向應(yīng)力狀態(tài)2. 2. 平面應(yīng)力或三向應(yīng)力狀態(tài)平面應(yīng)力或三向應(yīng)力狀態(tài)3. 3. 正、剪復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)正、剪復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)五、疲勞強(qiáng)度五、疲勞強(qiáng)度1. 1. 疲勞破壞過程：疲勞破壞過程：最大應(yīng)力遠(yuǎn)低

29、于靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限；最大應(yīng)力遠(yuǎn)低于靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限；脆性材料和塑性材料的破壞形式均為突然斷裂；脆性材料和塑性材料的破壞形式均為突然斷裂； 由內(nèi)部缺陷和表面缺陷引起疲勞裂紋，裂紋逐漸由內(nèi)部缺陷和表面缺陷引起疲勞裂紋，裂紋逐漸擴(kuò)展導(dǎo)致破壞。擴(kuò)展導(dǎo)致破壞。70702. 2. 疲勞極限與疲勞曲線疲勞極限與疲勞曲線疲勞極限：在一定循環(huán)特性疲勞極限：在一定循環(huán)特性r r下，應(yīng)力經(jīng)過下，應(yīng)力經(jīng)過N N次循環(huán)后，次循環(huán)后， 材料不發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力。材料不發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力。3. 3. 影響疲勞強(qiáng)度的因素：影響疲勞強(qiáng)度的因素：應(yīng)力集中、絕對(duì)尺寸、表面狀態(tài)等。應(yīng)力集中、絕對(duì)尺寸、表面狀態(tài)

30、等。補(bǔ)充：補(bǔ)充： 材料的疲勞特性材料的疲勞特性交變應(yīng)力的描述交變應(yīng)力的描述 m平均應(yīng)力；平均應(yīng)力； a應(yīng)力幅值應(yīng)力幅值 max最大應(yīng)力；最大應(yīng)力； min最小應(yīng)力最小應(yīng)力r 應(yīng)力比（循環(huán)特性）應(yīng)力比（循環(huán)特性）2minmaxm2minmaxa maxminr變應(yīng)力的幾種常見狀態(tài)：變應(yīng)力的幾種常見狀態(tài)：r = -1對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力r=0脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力r=1靜應(yīng)力靜應(yīng)力機(jī)械零件的疲勞大多發(fā)生機(jī)械零件的疲勞大多發(fā)生在在 N曲線的曲線的CD段，可用下段，可用下式描述：式描述：)(DCmrNNNNCN)DrrNNN （D點(diǎn)以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著點(diǎn)以后的疲勞曲線呈一水平線，代表

31、著無限壽命區(qū)其方程為：無限壽命區(qū)其方程為： N疲勞曲線疲勞曲線 N疲勞曲線疲勞曲線 由于由于N NDD很大，所以在作疲勞試驗(yàn)時(shí)，常規(guī)定一個(gè)很大，所以在作疲勞試驗(yàn)時(shí)，常規(guī)定一個(gè)循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù)N N0 0( (稱為循環(huán)基數(shù)稱為循環(huán)基數(shù)) )，用，用N N0 0及其相對(duì)應(yīng)的疲勞及其相對(duì)應(yīng)的疲勞極限極限 r來近似代表來近似代表N NDD和和 rr，于是有：，于是有：CNN0mrmrN有限壽命區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)有限壽命區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)N N與疲勞極限與疲勞極限 rN的關(guān)系為：的關(guān)系為：式中，式中， r、N0及及m的值由材料試驗(yàn)確定。的值由材料試驗(yàn)確定。0mrNrNrNKN等壽命疲勞曲線（極限應(yīng)力線圖）等壽命

32、疲勞曲線（極限應(yīng)力線圖） 機(jī)械零件材料的疲勞特性除用機(jī)械零件材料的疲勞特性除用 N曲線表示外曲線表示外，還可用等壽命曲線來描述。該曲線表達(dá)了還可用等壽命曲線來描述。該曲線表達(dá)了不同應(yīng)力比不同應(yīng)力比時(shí)疲勞極限的特性時(shí)疲勞極限的特性。在工程應(yīng)用中，常將在工程應(yīng)用中，常將等壽命曲線用直線來近似替代等壽命曲線用直線來近似替代。用用AC折線折線表示零件表示零件材料的極限應(yīng)力線材料的極限應(yīng)力線圖是其中圖是其中一種近似方法。一種近似方法。材料的極限應(yīng)力線圖材料的極限應(yīng)力線圖 在作材料試驗(yàn)時(shí)，通常是求出對(duì)稱循環(huán)的疲勞極限-1和脈動(dòng)循環(huán)的疲勞極限0。把這兩個(gè)極限應(yīng)力標(biāo)在如下所示的m-a圖上。對(duì)稱循環(huán)疲勞極限在圖

33、中以縱坐標(biāo)軸上的A點(diǎn)來表示。由于脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力的平均應(yīng)力及應(yīng)力幅均為m=a=0/2，所以脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限以由原點(diǎn)0所作45射線上的D點(diǎn)來表示。直線AD上任何一點(diǎn)都代表了一定循環(huán)特性時(shí)的疲勞極限。橫軸上任何一點(diǎn)都代表應(yīng)力幅等于零的應(yīng)力，即靜應(yīng)力。取C點(diǎn)的坐標(biāo)值等于材料的屈服極限s，則CG上任何一點(diǎn)均代表max=m+a=s的變應(yīng)力狀況。材料中發(fā)生的應(yīng)力如處于材料中發(fā)生的應(yīng)力如處于OAGCOAGC區(qū)區(qū)域以內(nèi)，則表示不發(fā)生破壞；如在此域以內(nèi)，則表示不發(fā)生破壞；如在此區(qū)域以外，則表示一定發(fā)生破壞；如區(qū)域以外，則表示一定發(fā)生破壞；如正好處于折線上，則表示工作應(yīng)力狀正好處于折線上，則表示工作應(yīng)力狀況正好達(dá)到

34、極限狀態(tài)。況正好達(dá)到極限狀態(tài)。A直線的方程為：直線的方程為：1am smaC直線的方程為：直線的方程為：1002 為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)，其為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)，其值由試驗(yàn)及下式?jīng)Q定：值由試驗(yàn)及下式?jīng)Q定：對(duì)于碳鋼，對(duì)于碳鋼， 0.10.2，對(duì)于合金鋼，對(duì)于合金鋼， 0.20.3。材料的極限應(yīng)力線圖材料的極限應(yīng)力線圖u機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算零件的極限應(yīng)力線圖零件的極限應(yīng)力線圖 由于零件幾何形狀的變化、尺寸大小、加工質(zhì)量由于零件幾何形狀的變化、尺寸大小、加工質(zhì)量及強(qiáng)化因素等的影響，使得零件的疲勞極限要小于材及強(qiáng)化因素等的影響，使得零件的疲勞極限要小于材料

35、試件的疲勞極限。料試件的疲勞極限。 以彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)以彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)表示材料對(duì)稱表示材料對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限循環(huán)彎曲疲勞極限-1與零件對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限與零件對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限-1e的比值，即的比值，即e11 K在不對(duì)稱循環(huán)時(shí)，在不對(duì)稱循環(huán)時(shí)，是試件與零件極限應(yīng)力幅的比值。是試件與零件極限應(yīng)力幅的比值。 將零件材料的極限應(yīng)力線圖中的直線將零件材料的極限應(yīng)力線圖中的直線ADG 按比例按比例向下移，成為右圖所示的直線向下移，成為右圖所示的直線ADG，而極，而極限應(yīng)力曲線的限應(yīng)力曲線的 CG 部分，由于是按照靜應(yīng)力的要求來部分，由于是按照靜應(yīng)力的要求來考慮的，故不須進(jìn)行修

36、正。這樣就得到了零件的極限考慮的，故不須進(jìn)行修正。這樣就得到了零件的極限應(yīng)力線圖。應(yīng)力線圖。單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行零件疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，首先根據(jù)零件危險(xiǎn)截進(jìn)行零件疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，首先根據(jù)零件危險(xiǎn)截面上的面上的 max 及及 min確定平均應(yīng)力確定平均應(yīng)力m與應(yīng)力幅與應(yīng)力幅a，然后，然后，在極限應(yīng)力線圖的坐標(biāo)中標(biāo)示出相應(yīng)工作應(yīng)力點(diǎn)在極限應(yīng)力線圖的坐標(biāo)中標(biāo)示出相應(yīng)工作應(yīng)力點(diǎn)MM或或N N。相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極限應(yīng)力曲線上的某一相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極限應(yīng)力曲線上的某一個(gè)點(diǎn)所代表的應(yīng)力。個(gè)點(diǎn)所代表的應(yīng)力。計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：SSamammaxmaxca 根據(jù)零件工作時(shí)所受的約束來確定應(yīng)力可能根據(jù)零件工作時(shí)所受的約束來確定應(yīng)力可能發(fā)生的變化規(guī)律，從而決定以哪一個(gè)點(diǎn)來表示極發(fā)生的變