機(jī)械設(shè)計原理與方法課件

機(jī)械設(shè)計原理與方法第一章緒論機(jī)械設(shè)計原理與方法第一章緒論1緒論中將介紹三個問題一.學(xué)什么二.為什么要學(xué)三.怎樣學(xué)緒論中將介紹三個問題一.學(xué)什么2學(xué)什么內(nèi)容，要求，術(shù)語，區(qū)別學(xué)什么內(nèi)容，要求，術(shù)語，區(qū)別31.本課程的主要內(nèi)容機(jī)械設(shè)計原理與方法課程,是將傳統(tǒng)的<機(jī)械原理>和<機(jī)械設(shè)計>以及<公差配合與技術(shù)測量>三門課程的主要內(nèi)容有機(jī)結(jié)合的一門課程。本課程的研究對象是機(jī)械。而機(jī)械則是機(jī)器與機(jī)構(gòu)的總稱。（在后面的3.術(shù)語中再詳細(xì)說明）本課程的研究內(nèi)容大體為以下三部分：1.機(jī)械的組成原理及機(jī)械運動學(xué)與動力學(xué),機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計理論與方法;2.機(jī)械零部件的參數(shù)設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理與方法;3.機(jī)械精度設(shè)計的基本原理與方法。1.本課程的主要內(nèi)容機(jī)械設(shè)計原理與方法課程,是將傳統(tǒng)的<42.本課程的基本要求了解平面機(jī)構(gòu)的組成原理能對簡單機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動分析及力分析能按幾種常見已知條件設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)了解盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計方法掌握幾種常用傳動基本參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法了解輪系設(shè)計方法了解幾種其他常用機(jī)構(gòu)掌握飛輪轉(zhuǎn)動慣量之簡易計算法了解剛性轉(zhuǎn)子靜動平衡原理掌握簡單機(jī)械運動方案設(shè)計的步驟與方法能按國家標(biāo)準(zhǔn)在簡單機(jī)械裝置的裝配圖和零件圖上標(biāo)注尺寸公差和形位公差2.本課程的基本要求了解平面機(jī)構(gòu)的組成原理5機(jī)械設(shè)計原理與方法ppt課件6機(jī)械設(shè)計原理與方法ppt課件73.術(shù)語機(jī)器------機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運動的裝置,它用來變換或傳遞能量、物料與信息。動力機(jī)器--------------有電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)工作機(jī)器--------------有機(jī)床和汽車等信息機(jī)器--------------有打字機(jī)等機(jī)構(gòu)------是實現(xiàn)預(yù)期的機(jī)械運動的實物組合體例如，內(nèi)燃機(jī)由連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)組成3.術(shù)語機(jī)器------機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運動的裝置,它用來變換8機(jī)械設(shè)計原理與方法ppt課件94.機(jī)構(gòu)與機(jī)器的特征有何不同？機(jī)器有三個特征機(jī)構(gòu)具有機(jī)器的前兩個特征機(jī)器的三個特征是：（1）它們都是一種人為的實物（機(jī)件）的組合體。（2）組成它們的各部分之間都具有確定的相對運動。（3）能夠完成有用的機(jī)械功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能。4.機(jī)構(gòu)與機(jī)器的特征有何不同？機(jī)器有三個特征10為什么要學(xué)本課程是本專業(yè)的一門必修的重要專業(yè)基礎(chǔ)課本課程是學(xué)習(xí)許多后續(xù)課程和從事機(jī)械設(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)為什么要學(xué)本課程是本專業(yè)的一門必修的重要專業(yè)基礎(chǔ)課11怎樣學(xué)本課程需要綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)、機(jī)械制圖、工程材料、機(jī)械制造基礎(chǔ)、工程力學(xué)等先修課程的知識，偏重于應(yīng)用。不強調(diào)系統(tǒng)地理論分析及公式推導(dǎo)。著重基本概念的理解和基本設(shè)計方法的掌握，著重理解公式建立的前提及意義和應(yīng)用。認(rèn)真及時獨立完成每一次作業(yè)。理論聯(lián)系實際，充分重視結(jié)構(gòu)設(shè)計，多觀察現(xiàn)有實物或圖樣，上好實驗課。注重運用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊等有關(guān)技術(shù)資料。要早為課程設(shè)計作準(zhǔn)備。注重創(chuàng)新意識的形成。打好基礎(chǔ)，積極自學(xué)，注意發(fā)展，結(jié)合實際怎樣學(xué)本課程需要綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)、機(jī)械制圖、工程材料、機(jī)械制造基12

第二章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

第二章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析132.平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2.1機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的判斷所設(shè)計的機(jī)構(gòu)能否運動判斷機(jī)構(gòu)在什么條件下才具有確定的相對運動(不能任意拼湊）對機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類2.平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2.1機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的142.2機(jī)構(gòu)的組成2.2.1構(gòu)件構(gòu)件是運動的單元零件是制造的單元構(gòu)件可能是一個零件,也可能是幾個零件剛性組合在一起而形成實例1曲軸單一整體實例2連桿剛性組合（各零件間無相對運動）有連桿體、連桿蓋、螺栓、螺母等幾個零件2.2機(jī)構(gòu)的組成2.2.1構(gòu)件15曲軸（單一），連桿（組合）曲軸（單一），連桿（組合）16運動副2.2.2運動副及其分類運動副定義:兩構(gòu)件直接接觸組成能相對運動的聯(lián)接稱為運動副實例:軸承,輪齒嚙合(見圖2-3,2-4)運動副元素:構(gòu)成運動副的點、線、面高副與低副:點或線接觸---------高副面接觸-------------低副運動副2.2.2運動副及其分類17低副，高副低副，高副18平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)與空間機(jī)構(gòu):平面機(jī)構(gòu)------所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動的機(jī)構(gòu)空間機(jī)構(gòu)------構(gòu)件之間相對運動為空間運動的機(jī)構(gòu)本課程主要研究平面機(jī)構(gòu)及其運動副平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)與空間機(jī)構(gòu):19運動副低副又分為轉(zhuǎn)動副和移動副轉(zhuǎn)動副(回轉(zhuǎn)副)------相對運動為轉(zhuǎn)動實例:固定鉸鏈(圖2-3),活動鉸鏈(圖2-5)移動副------相對運動為直線移動實例:(圖2-6)平面高副實例:(圖2-4齒輪輪齒構(gòu)成的)(圖2-7凸輪和推桿構(gòu)成的)運動副低副又分為轉(zhuǎn)動副和移動副20轉(zhuǎn)動（回轉(zhuǎn)）副，移動副，高副轉(zhuǎn)動（回轉(zhuǎn)）副，移動副，高副212.2.3運動鏈若干構(gòu)件通過運動副聯(lián)接起來所構(gòu)成的系統(tǒng)--------稱為運動鏈運動鏈分為閉式和開式閉式運動鏈------每個構(gòu)件至少包含兩個運動副元素(圖2-9c,2-9d)開式運動鏈------運動鏈中有的構(gòu)件只包含一個運動副元素(圖2-9a,2-9b)生產(chǎn)中通常應(yīng)用閉式鏈少數(shù)機(jī)械也有采用開式鏈的,如機(jī)械手和機(jī)器人2.2.3運動鏈若干構(gòu)件通過運動副聯(lián)接起來所構(gòu)成的系統(tǒng)--22機(jī)械設(shè)計原理與方法ppt課件232.2.4機(jī)構(gòu)將運動鏈中的一個構(gòu)件加以固定------成為機(jī)架------則這種運動鏈便可能成為機(jī)構(gòu)注意:不能運動或無規(guī)則亂動的這種運動鏈并不能成為機(jī)構(gòu)研究機(jī)構(gòu)運動,一般可以機(jī)架為參照系原動件------驅(qū)動機(jī)構(gòu)運動的外力所作用的那個構(gòu)件從動件------其余的構(gòu)件2.2.4機(jī)構(gòu)將運動鏈中的一個構(gòu)件加以固定------24機(jī)械設(shè)計原理與方法ppt課件252.3機(jī)構(gòu)運動簡圖2.3.1機(jī)構(gòu)運動簡圖的用途使分析或設(shè)計機(jī)械的問題簡化不考慮與運動無關(guān)的因素:構(gòu)件外形和斷面尺寸,組成構(gòu)件的零件數(shù)目,運動副的具體構(gòu)造只考慮與運動有關(guān)的因素:構(gòu)件數(shù),運動副的類型和數(shù)目,運動副的相對位置2.3機(jī)構(gòu)運動簡圖2.3.1機(jī)構(gòu)運動簡圖的用途262.3.2機(jī)構(gòu)運動簡圖的畫法機(jī)構(gòu)運動簡圖------是用簡單的線條和符號來代表構(gòu)件和運動副,并按一定的長度比例尺表示各運動副的相對位置,這種用來說明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡單圖形稱之為機(jī)構(gòu)運動簡圖要正確畫出機(jī)構(gòu)運動簡圖,首先要知道代表構(gòu)件和運動副的規(guī)定符號(GB4460-84)2.3.2機(jī)構(gòu)運動簡圖的畫法機(jī)構(gòu)運動簡圖------是用271.運動副和構(gòu)件的規(guī)定符號表2-1為常用機(jī)構(gòu)運動簡圖符號見課本P18-19表2-2見<機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊>P7-8表1-15兩構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動副,其表示法如圖2-10兩構(gòu)件組成移動副,其表示法如圖2-11a,b,c兩構(gòu)件組成高副,在圖中應(yīng)畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓,如圖2-11d1.運動副和構(gòu)件的規(guī)定符號表2-1為常用機(jī)構(gòu)運動簡圖符號28機(jī)械設(shè)計原理與方法ppt課件29機(jī)械設(shè)計原理與方法ppt課件30機(jī)械設(shè)計原理與方法ppt課件311.運動副和構(gòu)件的規(guī)定符號二副構(gòu)件見圖2-12三副構(gòu)件見圖2-13,其中左圖表示一個構(gòu)件上的三個轉(zhuǎn)動副中心位于一條直線上1.運動副和構(gòu)件的規(guī)定符號二副構(gòu)件見圖2-1232機(jī)械設(shè)計原理與方法ppt課件332.畫機(jī)構(gòu)運動簡圖的步驟注意！先分析,后畫圖(1)分析①構(gòu)件數(shù),固定件,活動件(原動件,從動件)②每兩構(gòu)件之相對運動(2)畫圖注意五點①選視圖一般可選平行于機(jī)構(gòu)運動平面的平面(有時也酌情選擇)②確定機(jī)構(gòu)的一個瞬時位置各構(gòu)件應(yīng)不重疊,使圖面清晰③比例尺:μl=實際尺寸(mm)/圖示尺寸(mm)④幾何作圖⑤原動件用箭頭標(biāo)出運動2.畫機(jī)構(gòu)運動簡圖的步驟注意！先分析,后畫圖34分析內(nèi)燃機(jī)之連桿機(jī)構(gòu)的運動構(gòu)件數(shù):4,固定件:機(jī)架,原動件:活塞,從動件:連桿和曲軸,(活動件數(shù):3)每兩個構(gòu)件之間的相對運動:

活塞~機(jī)架移動

活塞~連桿轉(zhuǎn)動曲軸~連桿轉(zhuǎn)動曲軸~機(jī)架轉(zhuǎn)動分析內(nèi)燃機(jī)之連桿機(jī)構(gòu)的運動構(gòu)件數(shù):4,固定件:機(jī)架,原動件:35選符號選符號36內(nèi)燃機(jī)中的連桿機(jī)構(gòu)運動簡圖內(nèi)燃機(jī)中的連桿機(jī)構(gòu)運動簡圖37機(jī)構(gòu)模型的簡圖機(jī)構(gòu)模型的簡圖38請看課本下冊P733-74322-5機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件22-6平面機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析請看課本下冊P733-74322-5機(jī)構(gòu)具有確定運392.4平面機(jī)構(gòu)自由度的計算2.4.1平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式1.自由度與約束構(gòu)件所具有的獨立運動數(shù)目(或確定構(gòu)件位置的獨立參變量的數(shù)目)一個作平面運動的自由構(gòu)件有3個自由度（見圖2-15）約束是指對獨立運動所加的限制當(dāng)兩個構(gòu)件組成運動副后，受到約束，自由度減少低副引入2個約束高副引入1個約束2.4平面機(jī)構(gòu)自由度的計算2.4.1平面機(jī)構(gòu)自由度計算公40平面自由構(gòu)件有三個自由度平面自由構(gòu)件有三個自由度412.平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式設(shè)某平面機(jī)構(gòu)共有N個構(gòu)件,活動構(gòu)件數(shù)n=N-1,這些構(gòu)件自由度總和為3n當(dāng)用PL個低副和PH個高副聯(lián)接,總約束數(shù)為(2PL+PH)機(jī)構(gòu)的自由度F=3n-2PL-PH(2-1)

(2-1)式即平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式,要牢記2.平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式設(shè)某平面機(jī)構(gòu)共有N個構(gòu)件,活動構(gòu)件423.機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件因為機(jī)構(gòu)自由度還說明機(jī)構(gòu)作確定運動所需給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目,而一個原動件給定一個獨立參數(shù)例如電動機(jī)轉(zhuǎn)子給定一個獨立參數(shù)α所以,機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件是:

機(jī)構(gòu)的原動件的數(shù)目=機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)3.機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件因為機(jī)構(gòu)自由度還說明機(jī)構(gòu)作確定運動43實例（圖2-16）（圖2-14b）原動件數(shù)目小于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，運動不確定原動件數(shù)目大于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，不能運動原動件數(shù)目等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，運動是確定的實例（圖2-16）（圖2-14b）原動件數(shù)目小于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)44三個實例三個實例452.4.2先找后算

注意三個問題1.復(fù)合鉸鏈2.局部自由度3.虛約束2.4.2先找后算注意三個問題1.復(fù)合鉸鏈461.復(fù)合鉸鏈三個或更多個(m個)構(gòu)件組成二個或(m-1)個共軸線的轉(zhuǎn)動副稱作復(fù)合鉸鏈不要少算圖2-171.復(fù)合鉸鏈三個或更多個(m個)構(gòu)件組成二個或(m-1)個共47復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈482.局部自由度是與運動無關(guān)的自由度或者說,是機(jī)構(gòu)中不影響其輸入與輸出運動關(guān)系的個別構(gòu)件的獨立運動自由度典型實例:凸輪機(jī)構(gòu)從動桿與滾子應(yīng)看成固連在一起作為一個構(gòu)件來考慮圖2-18,不能多算2.局部自由度是與運動無關(guān)的自由度49局部自由度局部自由度503.虛約束(難點)虛約束，所起的限制作用是重復(fù)的虛約束常出現(xiàn)于下列情況(圖2-20)（1）兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，其軸線互相重合時，只有一個轉(zhuǎn)動副起約束作用，其余都是虛約束（2）兩構(gòu)件構(gòu)成多個移動副，其導(dǎo)路互相平行時，只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束

3.虛約束(難點)虛約束，所起的限制作用是重復(fù)的51(1),(2)兩種虛約束(1),(2)兩種虛約束523.虛約束(難點)(3)機(jī)構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分(例如行星輪系)(圖2-21)(4)被聯(lián)接構(gòu)件上點的軌跡和機(jī)構(gòu)上聯(lián)接點的軌跡重合(例如火車車輪用聯(lián)動的平行四邊形機(jī)構(gòu))(圖2-19)注意！虛約束要求構(gòu)件有較高的制造精度和安裝精度,否則虛約束就會成為真約束3.虛約束(難點)(3)機(jī)構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分(例如53F=3×4－2×4－2=2F=3×4－2×4－2=254F=3×