機(jī)械設(shè)計(jì) 導(dǎo)論

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

fundamentofMechanicalDesign1機(jī)械發(fā)展的歷史回顧五千年前已開始使用簡(jiǎn)單的紡織機(jī)械；晉朝時(shí)在連機(jī)椎和水碾中應(yīng)用了凸輪原理；西漢時(shí)應(yīng)用輪系傳動(dòng)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(dòng)儀是世界上第一臺(tái)地震儀。目前許多機(jī)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(jī)械研制方面有許多杰出的發(fā)明創(chuàng)造。2機(jī)械發(fā)展的歷史回顧18世紀(jì)初以蒸汽機(jī)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(jì)制造各種各樣的機(jī)械，例如紡織機(jī)、火車、汽輪船。哈格里沃斯發(fā)明的

“珍妮紡紗機(jī)”法國陸軍技術(shù)軍官古諾發(fā)明了世界上第一輛蒸汽動(dòng)力車諸葛亮：木牛流馬3機(jī)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(jī)的出現(xiàn)，促進(jìn)了汽車、飛機(jī)等運(yùn)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(hào)飛機(jī)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(jī)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(jī)5機(jī)械發(fā)展的歷史回顧20世紀(jì)中后期，以機(jī)電一體化技術(shù)為代表，在機(jī)器人，航空航天，海洋艦船等領(lǐng)域開發(fā)出了眾多高新機(jī)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(cè)器等國際太空站航天飛機(jī)正在利用機(jī)械臂施放哈勃空間望遠(yuǎn)鏡6展望剛剛到來的21世紀(jì)，智能機(jī)械、微型機(jī)構(gòu)、仿生機(jī)械的蓬勃發(fā)展，將促進(jìn)材料、信息、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化等領(lǐng)域的交叉與融合，進(jìn)一步豐富和發(fā)展機(jī)械基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)。用光刻技術(shù)做成的微米尺寸的微機(jī)械蜘蛛形探雷機(jī)器人機(jī)械發(fā)展的歷史回顧7

機(jī)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?cè)跈C(jī)械創(chuàng)新的漫漫征程中所積累的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)為我們提供了認(rèn)識(shí)和改造客觀世界的基礎(chǔ)。機(jī)械發(fā)展的歷史回顧8緒論

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

當(dāng)今社會(huì)高度的物質(zhì)文明是以近代機(jī)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(jī)械工業(yè)的發(fā)展緊密相連。

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

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

機(jī)器是一種人為實(shí)物組合的具有確定機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(dòng)。12機(jī)械手13例：?jiǎn)胃姿臎_程內(nèi)燃機(jī)14

一臺(tái)典型的現(xiàn)代化機(jī)器是由四個(gè)部分組成的，即動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分和控制部分。機(jī)器動(dòng)力機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)

現(xiàn)代化機(jī)器的組成機(jī)器主體15這是最常用的交流異步電動(dòng)機(jī)液壓油缸氣缸16圖示轎車除原動(dòng)機(jī)部分、傳動(dòng)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(jī)器可能包含多種類型的機(jī)構(gòu)，也可能只包含一種機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)可以定義為：是一個(gè)具有確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件系統(tǒng)，或稱它是用來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的可動(dòng)裝置。什么是機(jī)構(gòu)呢？19凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)常見機(jī)構(gòu)輪系20

機(jī)器：執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)，用以變換或傳遞能量、物料或信息。如：半自動(dòng)鉆床——實(shí)現(xiàn)確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，又作有用的機(jī)械功內(nèi)燃機(jī)——轉(zhuǎn)換能量

機(jī)械手——傳遞物料照相機(jī)——傳遞信息

機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)（各構(gòu)件以運(yùn)動(dòng)副相連，完成一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)）。如：齒輪機(jī)構(gòu)——傳遞運(yùn)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)——轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)

機(jī)械：機(jī)器和機(jī)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(duì)象與內(nèi)容21

構(gòu)件：運(yùn)動(dòng)的單元。如：?jiǎn)我涣慵S多個(gè)零件的剛性組合——連桿點(diǎn)擊上圖觀看動(dòng)畫22通用零件：在各類機(jī)械中常見的零件。專用零件：在專用機(jī)械中特有的零件。

例如：齒輪、鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)；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(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承、螺栓、鍵、花鍵、銷；鉚、焊、膠結(jié)構(gòu)件；彈簧、機(jī)架、箱體等。

零件：制造的單元。

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

這些常用機(jī)構(gòu)和通用零件的工作原理、設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法，對(duì)于專用機(jī)械和專用零件的設(shè)計(jì)也具有一定的指導(dǎo)意義。

§0-2本課程的研究?jī)?nèi)容及地位1~8章：機(jī)械中的常用機(jī)構(gòu)及機(jī)器動(dòng)力學(xué)的基本知識(shí)（機(jī)械原理）；

9~18章：常用的聯(lián)接、傳動(dòng)，軸系零、部件等。（機(jī)械設(shè)計(jì)）課程內(nèi)容25需求分析機(jī)械方案設(shè)計(jì)機(jī)械方案運(yùn)動(dòng)分析機(jī)械方案動(dòng)力分析機(jī)械造型設(shè)計(jì)機(jī)械工作能力設(shè)計(jì)確定工藝方案確定工藝參數(shù)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)§0-3機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和自由度獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元體。由單個(gè)或多個(gè)零件剛性構(gòu)成。構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。AXYOyAxAS一、運(yùn)動(dòng)副及其分類27平面機(jī)構(gòu)自由度平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和自由度283、約束：4、運(yùn)動(dòng)副：構(gòu)件的約束數(shù)=構(gòu)件失去的自由度對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的限制。兩個(gè)構(gòu)件直接接觸，并能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和自由度29平面運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)副。2.高副：兩構(gòu)過件通點(diǎn)或線接觸的組成的運(yùn)動(dòng)副。平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和自由度301）轉(zhuǎn)動(dòng)副1.低副：轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副

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

{(a)固定鉸鏈平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和自由度31(b)活動(dòng)鉸鏈平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和自由度322）移動(dòng)副

組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線相對(duì)移動(dòng)。移動(dòng)副平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和自由度33低副：轉(zhuǎn)動(dòng)副：自由度為1

約束數(shù):為2移動(dòng)副：自由度為1

約束數(shù):為2

21XYo(a)12XYo(b)平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和自由度342.高副

兩構(gòu)件以點(diǎn)或線接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。凸輪副平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和自由度35凸輪副高副平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和自由度36齒輪副高副平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和自由度38運(yùn)動(dòng)副及構(gòu)件的表示方法1、運(yùn)動(dòng)副:移動(dòng)副:轉(zhuǎn)動(dòng)副:平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和自由度39凸輪副:齒輪副:平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和自由度402、構(gòu)件:固定件:同一構(gòu)件:平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和自由度41兩副構(gòu)件:三副構(gòu)件:平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和自由度42二、平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)按運(yùn)動(dòng)特性可分為：1）固定件（機(jī)架）

是用來支承活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件。2