機械原理與機械設計(超全講解)課件

機械原理與機械設計

TheoryandDesignofMechanismsandMachines機械原理與機械設計(超全講解)課件第一章機械的組成、分類與發(fā)展第二章機械的設計與相關課程簡介第三章機構的組成和結構分析第四章平面機構的運動分析第五章平面機構的力分析第六章連桿機構第七章凸輪機構第八章齒輪機構第九章輪系第十章其它常用機構第十一章機械系統(tǒng)動力學第十二章機械的平衡第十三章機械零件設計基礎第十四章螺紋連接第十五章軸轂連接第十六章螺旋傳動第十七章帶傳動和鏈傳動第十八章齒輪傳動第十九章蝸桿傳動第二十章滾動軸承第二十一章滑動軸承第二十二章聯(lián)軸器、離合器和制動器第二十三章機械結構設計的方法和準則第二十四章軸系及輪類零件的結構設計第二十五章機械的總體方案設計第二十六章機械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計第一章機械的組成、分類與發(fā)展第一篇導論第一章

機械的組成、分類與發(fā)展第二章

機械的設計與相關課程簡介整個課程的總緒論第一篇導論第一章機械的組成、分類與發(fā)展第一章機械的組成、分類與發(fā)展

內容提要

認識機器

機器的分類和組成機械發(fā)展歷程概述

第一章內容提要認識機器第一節(jié)

認識機器

通過上周的實踐，我們已經(jīng)認識了幾種典型的機器：內燃機牛頭刨床汽車電池自動分揀機通用工業(yè)機器人第一節(jié)

認識機器通過上周的實踐，我們已經(jīng)認識第二節(jié)

機器的分類和組成

機器和它的分類機器的組成機器中的幾個基本概念返回第二節(jié)

機器的分類和組成

機器和它的分類機器什么是機器呢？機器和它的分類

機器：

是人為實物的組合體，具有確定的機械運動，可以用來轉換能量、完成有用功或處理信息，以代替或減輕人的勞動。什么是機器呢？機器和它的分類機器：根據(jù)用途的不同，機器可分為動力機器加工機器運輸機器信息機器根據(jù)用途的不同，機器可分為動力機器動力機器其用途是轉換機械能。其他形式的能量機械能原動機如蒸汽機、內燃機、電動機換能機機械能其他形式的能量返回如空氣壓縮機動力機器其他形式的能量機械能原動機如蒸汽機、內燃機、電動機換加工機器尺寸形狀性質狀態(tài)用來改變被加工對象的如:加工機床軋鋼機紡織機包裝機等。返回加工機器尺寸用來改變被如:返回運輸機器用來搬運物品和人。如汽車、飛機、起重機、運輸機。返回返回信息機器其功能是處理信息。例如復印機、打印機、繪圖機等。信息機器雖然也作機械運動，但其目的是處理信息，而不是完成有用的機械功，因而其所需的功率甚小。信息機器動力機器加工機器運輸機器信息機器轉換機械能完成機械功作功很小動力機器轉換機械能現(xiàn)代機器的出現(xiàn)使機器按功能的分類變得模糊：機器人：進行焊接和裝配，是加工機器；用來搬運物品，也是運輸機械；而且是按照一定的信息來搬運；也是信息機械。電池分揀機：實現(xiàn)了電池的搬運，但它是根據(jù)電池的質量信息來進行分揀后的搬運。返回現(xiàn)代機器的出現(xiàn)使機器按功能的分類變得模糊：返回

機構

在認知機器的實踐中，我們已經(jīng)初步認識了幾種機構：

機器中的幾個基本概念什么是機構呢？

連桿機構、凸輪機構、棘輪機構、螺旋機構、齒輪機構機器中的幾個基本概念什么是機構呢？連內燃機連桿機構活塞的往復移動曲軸的轉動內燃機連桿機構活塞的往復移動曲軸的轉動牛頭刨床圓盤的轉動滑枕的往復移動連桿機構牛頭刨床圓盤的轉動滑枕的往復移動連桿機構

內燃機何牛頭刨床中的連桿機構的共同點：

構件間都形成可相對轉動或相對移動的活動連接。

都是實現(xiàn)運動形式的變換。

它們都屬于連桿機構。

凸輪機構、齒輪機構和棘輪機構實現(xiàn)的運動轉換與連桿機構不同，構件之間的連接形式也不同，構件的形狀也不同。內燃機何牛頭刨床中的連桿機構的共同點：凸輪機構、齒輪因此，可給出機構的如下定義：機構：人為實物的組合體，具有確定的機械運動，可以用來傳遞和轉換運動。機器：人為實物的組合體，具有確定的機械運動，可以用來轉換能量、完成有用功或處理信息，以代替或減輕人的勞動。因此，可給出機構的如下定義：機器：機器是由機構組成的。簡單的機器，可能只含有一個機構,但一般都含有多個機構。機械:

機器和機構的總稱。機器機構機器中的單個機構不具有轉換能量或完成有用功的功能。機器是由機構組成的。機械:機器機構機器中的單個在各種機械中廣泛使用的一些機構稱為常用機構。如：連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、間歇運動機構。常用機構在各種機械中廣泛使用的一些機構稱為常用機構。常用機構我們已經(jīng)多次使用了“構件”這個術語?；钊⑦B桿、曲軸、滑枕等都是構件。構件是組成機構的有確定運動的單元。構件構件是運動的單元，而零件是制造的單元。構件零件我們已經(jīng)多次使用了“構件”這個術語。構件構件是運動的單元，而各種機械中廣泛使用的零件稱為通用零件。如螺栓、軸、齒輪、彈簧等。只在某一類機械中使用的零件稱為專用零件。如內燃機中的活塞、曲軸等。通用零件中主要包括三大類零件：傳動零件（齒輪、帶、鏈等）聯(lián)接零件（螺栓、鍵等）軸系零件（軸、軸承等）此外:彈簧等零件。通用零件與專用零件返回各種機械中廣泛使用的零件稱為通用零件。通用零件與專用零件返回

機器的組成傳統(tǒng)機器都包含如下三個部分：驅動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置常稱為原動機，是機器的動力來源。常用：電動機、內燃機、液壓缸和氣動缸，以各種電動機的應用最為普遍。處于整個傳動路線的終端，按照工藝要求完成確定的運動，是直接完成機器功能的部分。執(zhí)行裝置隨機器的用途不同而不同，它屬于各種專業(yè)機械課程研究的內容。恩格斯如牛頭刨床、空氣壓縮機機器的組成傳統(tǒng)機器都包含如下三個部分：驅動裝置傳動裝置執(zhí)驅動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置將原動機的運動和動力傳遞給執(zhí)行裝置，并實現(xiàn)運動速度和運動形式的轉換。運動速度的轉換運動形式的轉換驅動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置將原動機的運動和動力傳遞給執(zhí)行裝置，運動速度的轉換傳動裝置解決原動機速度和執(zhí)行裝置速度不匹配的問題。一般的普通交流電動機速度是固定的。一般機器執(zhí)行部分速度低于原動機的轉速,需要減速。（也有相反的情況，需要增速）。許多機器還需要執(zhí)行裝置有多種不同的速度。鼠籠式交流電動機的同步轉速（r/min）

600750100015003000帶、鏈傳動各種齒輪傳動減速器例如自行車鏈傳動例如汽車、機床的變速器運動速度的轉換傳動裝置解決原動機速度和執(zhí)行裝置速度不匹配的問運動形式的轉換機器執(zhí)行部分可能有各種運動形式：一般的原動機作回轉運動變速回轉往復擺動往復移動間歇運動特定軌跡轉換運動形式的各種機構

間歇運動機構連桿機構連桿機構連桿機構凸輪機構凸輪機構連桿機構運動形式的轉換機器執(zhí)行部分可能一般的原動機變速回轉往復擺動往

隨著20世紀后半葉以來現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，特別是控制理論的發(fā)展和計算機在工業(yè)上的應用，機器的組成更復雜了。驅動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置控制裝置檢測伺服電機的輸出轉角檢測執(zhí)行裝置的運動輸出由程序給定運動規(guī)律前饋控制反饋控制傳感器傳感器控制裝置的作用是控制機器各部分的運動。測量運動構件真實運動情況，并將測量結果隨時反饋給控制系統(tǒng)發(fā)出指令調節(jié)伺服電機的運動隨著20世紀后半葉以來現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，特別是控制驅動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置控制裝置驅動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置傳統(tǒng)機器現(xiàn)代機器普通車床牛頭刨床空氣壓縮機起重機掘土機皮帶運輸機……機器人數(shù)控機床……心臟軀干，臂手腦眼返回驅動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置控制裝置驅動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置傳統(tǒng)第三節(jié)

機械的發(fā)展歷程概述

機械的發(fā)展歷程機械設計及理論的發(fā)展歷程古代近代現(xiàn)代第三節(jié)

機械的發(fā)展歷程概述

機械的發(fā)展歷程機械設計及簡單機械：杠桿、車輪、滑輪、斜面、螺旋等。公元前3000年，在修建金字塔的過程中，就使用了滾木來搬運巨石。阿基米德用螺旋將水提升至高處，那就是今天的螺旋式輸送機的始祖。遠古時代簡單機械：杠桿、車輪、滑輪、斜面、螺旋等。遠古時代公元一世紀東漢“水排”用水力鼓風煉鐵，其中應用了齒輪和連桿機構古代中國公元一世紀東漢古代中國

晉代

“連磨”用一頭牛驅動八臺磨盤，其中應用了齒輪系。晉代中世紀歐洲

用腳踏板驅動的加工木棒的車床中世紀歐洲中世紀歐洲

利用曲軸的研磨機中世紀歐洲13世紀以后，機械鐘表在歐洲發(fā)展起來。連桿機構、齒輪機構和凸輪機構等在古代機械中即已經(jīng)有所應用。在達?芬奇時代，現(xiàn)在最常用的一些機構型式即已基本知曉。13世紀以后，機械鐘表在歐洲發(fā)展起來。連桿機構、齒輪機構和凸近代：18世紀中葉－20世紀中葉動力的變革材料的變革加工手段的變革生產(chǎn)模式的變革機構與傳動的變革機械理論和設計方法的建立近代：18世紀中葉－20世紀中葉動力的變近代—動力的變革1765年，瓦特（Watt）發(fā)明了蒸汽機。揭開了第一次工業(yè)革命的序幕。蒸汽機給人類帶來了強大的動力，各種由動力驅動的產(chǎn)業(yè)機械—紡織機、車床等，如雨后春筍般出現(xiàn)。古代機械的動力：人力、畜力和水力。動力制約了機械的發(fā)展。首先是動力的變革推動了機械的飛速發(fā)展和廣泛應用。近代—動力的變革1765年，瓦特（Watt）發(fā)明了蒸汽機蒸汽機無法實現(xiàn)小型化，所以在當時的工廠里采用集中驅動的方式。蒸汽機時代的紡織工廠蒸汽機皮帶天軸皮帶生產(chǎn)機械2皮帶生產(chǎn)機械1皮帶生產(chǎn)機械3……蒸汽機無法實現(xiàn)小型化，所以在當時的工廠里采用集中驅動的方式。19世紀，第二次工業(yè)革命電動機和內燃機發(fā)明為汽車、飛機的出現(xiàn)提供了可能性。電力代替了蒸汽。集中驅動被拋棄了，每臺機器都安裝了獨立的電動機。19世紀，第二次工業(yè)革命為汽車、飛機的出現(xiàn)提供了可能性。電力

與此同時，戴姆勒也發(fā)明出了他的第一輛四輪汽車。1886年，本茨發(fā)明的汽油發(fā)動機為動力的三輪車被授予專利。與此同時，戴姆勒也發(fā)明出了他的第一輛四輪汽車。萊特兄弟1903萊特兄弟190319世紀中葉，發(fā)明了煉鋼法，從那時一直到現(xiàn)在，鋼鐵始終是制造機械最主要的材料。18世紀末，現(xiàn)代車床的雛形在英國問世;19世紀中葉,通用機床的各種類型已大體齊備；19世紀末，自動機床、大型機床出現(xiàn)。近代—材料的變革近代—加工手段的變革近代—生產(chǎn)模式的變化社會需求日益增長。20世紀初葉，機械制造進入了大批量生產(chǎn)模式的時代。標志：美國福特汽車的生產(chǎn)19世紀中葉，發(fā)明了煉鋼法，從那時一直到現(xiàn)在，鋼鐵始終是制造進行大批量生產(chǎn)的要求。近代—機構與傳動的變革

提高生產(chǎn)率的需要。基于動力的變革，大幅度提高機器的速度成為可能。機器速度的提高是幾百年來未曾停遏的發(fā)展趨勢。高速化自動化精密化提高產(chǎn)品質量的需要?；诩庸に降奶岣?，提高機器的精度成為可能。近代機械的發(fā)展趨向要求不斷完善已有的機構，并發(fā)明出新的機構進行大批量生產(chǎn)的要求。近代—機構與傳動的變革例如：18世紀，歐拉（Euler）首次提出采用漸開線作為齒輪的齒廓，從而使高速、大功率的機械傳動成為可能。20世紀各種大傳動比、結構緊湊的新型傳動，高速的步進機構，精密的滾動螺旋傳動，

………

機構的創(chuàng)新一直到今天也沒有停止。例如：20世紀機器的發(fā)展，呼喚著機械的理論和設計方法。牛頓經(jīng)典力學的建立則為此準備了理論基礎。近代—機械理論和設計方法的建立機器的發(fā)展，呼喚著機械的理論和設計方法。近代—機械理論和材料學強度理論運動學靜力學動力學牛頓經(jīng)典力學機構結構學機構運動學機器靜力學機器要運動、要傳遞力，因此，最先發(fā)展起來的是：材料學強度理論運動學靜力學動力學牛頓經(jīng)典力學機構結構材料學強度理論運動學靜力學動力學牛頓經(jīng)典力學機構結構學機構運動學機器靜力學機器動力學隨著機器運轉速度的不斷提高，機器的振動、速度波動等問題引起了人們的重視，機械動力學發(fā)展起來。材料學強度理論運動學靜力學動力學牛頓經(jīng)典力學機構結構學機構運材料學強度理論運動學靜力學動力學牛頓經(jīng)典力學機構結構學機構運動學機器靜力學機器動力學機械零件設計到20世紀上半葉，機械設計的方法已基本形成。但是，這些方法都基于圖解和手工計算。材料學強度理論運動學靜力學動力學牛頓經(jīng)典力學機構結構學機構運機械原理與機械設計(超全講解)課件現(xiàn)代：20世紀中葉－

計算機的發(fā)明

－

科學技術發(fā)展史上劃時代的大事。現(xiàn)代機器的出現(xiàn)計算機使機械設計方法面目一新現(xiàn)代：20世紀中葉－計算機的發(fā)明－現(xiàn)代機器的現(xiàn)代：機器人的出現(xiàn)

隨著計算機和伺服電機的出現(xiàn)，機器人作為現(xiàn)代機器的代表走上了歷史舞臺。

工業(yè)機器人特種機器人

工業(yè)機器人：在工業(yè)生產(chǎn)中越來越廣泛地應用。用于搬運、裝配、焊接、噴漆、鑿巖等工作?，F(xiàn)代：機器人的出現(xiàn)隨著計算機和伺服電機的出現(xiàn)，機清洗飛機的機器人隧道鑿巖的機器人第一汽車制造廠的汽車裝配生產(chǎn)線幾種工業(yè)機器人清洗飛機的機器人隧道鑿巖的機器人第一汽車制造廠的汽車裝配生產(chǎn)特種機器人：在潛水、管道修理、外科手術、生物工程、軍事、星際探索等領域應用，承擔著許多由人的直接操作無法完成的工作。特種機器人：在潛水、管道修理、外科手術、生物工程、軍事、星際水下掃雷機器人爬壁機器人幾種特種機器人

軍用昆蟲機器人爬纜索機器人水下掃雷機器人爬壁機器人幾種軍用昆蟲機數(shù)控車床

數(shù)控加工中心計算機控制系統(tǒng)和伺服電機被引入到傳統(tǒng)機器中來，使其組成、面貌和功能發(fā)生了革命性的變化。數(shù)控加工中心計算機控制系統(tǒng)和伺服電機被引入到傳統(tǒng)機器中現(xiàn)代機器向主動控制、信息化和智能化方向發(fā)展，從這個意義上講，正如有的學者所說：“今后的機器都將是機器人”。現(xiàn)代機器向主動控制、信息化和智能化方向發(fā)展，“今后的機器都將現(xiàn)代：機械理論和設計方法面目一新

20世紀最后30年，計算機應用的普及極大地推動了機械分析與設計方法的革新。計算機計算代替了手工計算法和圖解方法。計算機輔助設計、優(yōu)化設計、有限元法、動態(tài)設計等現(xiàn)代設計方法迅速發(fā)展。計算機不僅是大大地提高了計算速度，而且已成為機械分析與設計的前所未有的強大手段。整個機械設計的理論和方法煥然一新。

現(xiàn)代意義上的機械設計已經(jīng)根本離不開計算機了。

現(xiàn)代：機械理論和設計方法面目一新20世紀最后30年第二章機械的設計與相關課程簡介

第二章

機器的認知實踐

通過上周的認知實踐，我們已經(jīng)認識了幾種典型的機器：

內燃機牛頭刨床汽車

電池自動分揀機工業(yè)機器人

回顧

機器的認知實踐

通第一章機械的組成、分類與發(fā)展

機器和它的分類機器中的幾個基本概念機器的組成機械發(fā)展歷程概述回顧第一章回第二章機械的設計與相關課程簡介

內容提要第一節(jié)機械設計的要求和內容第二節(jié)機械設計的過程和方法第三節(jié)機械設計類課程簡介第二章內容提要第一節(jié)機械設計的要求和內容

什么是機械設計？第一節(jié)

機械設計的要求和內容

機械設計的基本內容機械設計的基本要求機械設計的重要地位什么是機械設計？第一節(jié)

機械設計的要求和什么是機械設計？機械設計是一個工作過程。什么是機械設計？機械設計是一個工作過程。構思決策分析計算繪圖設計計算書全套圖樣

使用說明書機械的工作原理外觀運動和力的傳遞方式各個零件的材料、形狀、尺寸機械的結構根據(jù)社會需求確定設計任務返回構思設計計算書全套圖樣使用說明書機械的外觀機械設計的基本要求

功能性要求可靠性要求經(jīng)濟性要求社會性要求機械設計的基本要求功能性要求1．功能性要求機械產(chǎn)品必須完成規(guī)定的功能。機械的功能可表達為一個或幾個功能指標。例：電池自動分揀機圖1－8電池自動分揀機電池托盤z向進給機構輸送裝置機械手主要功能指標：每分鐘分揀電池的個數(shù)。1．功能性要求機械產(chǎn)品必須完成規(guī)定的功能。例：電池自動分揀機

主要功能指標：（1）被加工工件的尺寸范圍；（2）滑枕應具有若干種不同的往復運動速度，以滿足不同切削工藝的要求；（3）工作臺沿橫向應能實現(xiàn)若干種不同的進給量；（4）應能供給并傳遞足夠的功率，以克服切削力；（5）應能保證一定的加工精度。

例：牛頭刨床例：牛頭刨床機械功能指標的確定：

由用戶提出由設計者與用戶協(xié)商確定機械的功能指標是機械設計最基本的出發(fā)點。機械功能指標的確定：2．可靠性要求機械零件的內部和表面產(chǎn)生應力和變形磨損曲軸折斷潘存云教授研制齒輪損壞機械要傳遞力和力矩有可能導致零件的失效2．可靠性要求機械零件的內部和表面產(chǎn)生應力和變形磨損

機械應能保證在規(guī)定的使用壽命期限內，零件不發(fā)生各種型式的失效。

為此要進行強度、剛度和壽命的計算，這些計算在整個設計工作量中占了很大的比例。

3．經(jīng)濟性要求制造成本使用成本簡化結構選用適當?shù)牟牧洗_定合理的加工精度標準化、系列化和通用化降低機械的能量損失考慮到維修的方便性和經(jīng)濟性成本

設計階段的工作如何，就基本上決定了一個產(chǎn)品成本的高低。

3．經(jīng)濟性要求制造成本使用成本簡化結構降低機4．社會性要求所設計的產(chǎn)品不應對人、環(huán)境和社會造成消極影響。操作者的安全性和舒適性機械的造型和色彩美觀、大方、宜人符合國家在環(huán)境保護方面的法規(guī)數(shù)控加工中心機械是否滿足社會性要求，完全取決于設計。4．社會性要求所設計的產(chǎn)品不應對人、環(huán)境和社會造成消極影對機械設計的四項基本要求功能性要求經(jīng)濟性要求可靠性要求社會性要求對機械設計的功能性經(jīng)濟性可靠性社會性例：汽車載貨（客）量速度返回舒適性排放量美觀安全性…………耐用性耗油量價格例：汽車載貨（客）量速度機械設計的基本內容方案設計確定工作原理確定機械系統(tǒng)運動方案1.方案設計根據(jù)機械的功能要求，確定機械的總體方案。機械設計的基本內容方案設計確定工作原理確定螺紋加工方法車削加工

絲錐加工

滾壓加工

例：螺紋加工方法車削加工絲錐加工滾壓加工比重不同重選磁性不同磁選對特定液體泡沫的吸附性不同浮選例：選礦機械的工作原理礦石脈石

磁鐵比重不同重選磁性不同磁選對特定液體泡沫的浮選例：礦石脈石選礦機械的工作原理螺紋加工的工作原理

機械的工作原理不同，機械的面貌就完全不同。確定工作原理是方案設計的第一步。選礦機械的工作原理螺紋加工的工作原理方案設計確定工作原理確定機械系統(tǒng)運動方案1.方案設計根據(jù)機械的功能要求，確定機械的總體方案。方案設計確定工作原理確定機械系統(tǒng)運動方案確定執(zhí)行構件的運動選擇原動機采用哪些機構實現(xiàn)運動形式的轉換采用哪些機構實現(xiàn)運動速度的轉換確定傳動裝置的布局確定機械系統(tǒng)運動方案

確定執(zhí)行構件的運動確定

方案設計是機械設計中至關重要的一步。它從根本上影響機械的結構、性能、成本。應充分調查研究，并集思廣益，提出多種方案，并按照四項基本要求，認真地進行比較、分析，以選擇出最優(yōu)方案。方案設計確定工作原理

確定機械系統(tǒng)運動方案

方案設計是機械設計中至關重要的一步。方案設計確定工

確定傳動裝置中各機構的基本幾何參數(shù)。例如：牛頭刨床：確定連桿機構的各桿桿長，來保證滑枕的速度規(guī)律符合要求；內燃機：確定連桿機構的尺寸，凸輪的輪廓曲線，齒輪的齒數(shù)等。2.運動學分析與設計確定傳動裝置中各機構的基本幾何參數(shù)。2.運動學分析與設計

保證零件在一定的使用期限內不發(fā)生失效。通過設計確定零件的參數(shù)和基本尺寸。例如：軸的直徑齒輪的大小和齒的大小3.工作能力分析與設計保證零件在一定的使用期限內不發(fā)生失效。通過設計確定零件的

對運轉速度較高的機械，會產(chǎn)生振動和速度波動等有害的動力學現(xiàn)象，應進行必要的動力學分析。在此基礎上對參數(shù)進行必要的修改，或采取一些措施減輕其影響。4.動力學分析與設計對運轉速度較高的機械，會產(chǎn)生振動和速度波動等有害

在確定了各個零件基本參數(shù)的基礎上，對各零件的結構進行構思，確定零件的全部尺寸。這部分設計工作主要體現(xiàn)在圖樣上。5.結構設計在確定了各個零件基本參數(shù)的基礎上，對各零

作為制造的依據(jù)，應繪制出整個機械的裝配圖、組成機械的各個部件的裝配圖，以及全部非標準化零件的零件圖。圖樣上應標明制造所需要的全部信息：材料、熱處理、基本參數(shù)和所有必要的尺寸，以及加工精度等技術條件。此外，還應提出所有外購件的明細表。6.裝配圖和零件圖的繪制返回

作為制造的依據(jù)，應繪制出整個機械的裝配圖機械設計的重要地位

中國啟動了創(chuàng)新型國家的建設

擁有自主的知識產(chǎn)權，機械設計至關重要機械設計的重要地位中國啟動了創(chuàng)新型國家的建設

在若干重要領域掌握一批核心技術，擁有一批自主知識產(chǎn)權，造就一批具有國際競爭力的企業(yè)，大幅度提高國家競爭力。培養(yǎng)造就富有創(chuàng)新精神的人才隊伍。

真正的核心技術、關鍵技術是買不來的，必須依靠自主創(chuàng)新。

建設創(chuàng)新型國家。在若干重要領域掌握一批核心技術，擁有一批自主知識產(chǎn)權，造機械的功能指標是機械設計最基本的出發(fā)點。方案設計……從根本上影響機械的結構、性能、成本。設計階段的工作如何，就基本上決定了一個產(chǎn)品成本的高低。機械應能保證不發(fā)生各種型式的失效。為此要進行強度、剛度和壽命的計算，占設計工作的很大比例。設計階段的工作如何，就基本上決定了一個產(chǎn)品成本的高低。機械是否滿足社會性要求，完全取決于設計。功能性要求可靠性要求經(jīng)濟性要求社會性要求實現(xiàn)自主創(chuàng)新?lián)碛歇毩⒅R產(chǎn)權的關鍵環(huán)節(jié)返回

機械的功能指標是機械設計最基本的出發(fā)點。方案設計……從根本上

機械設計的過程第二節(jié)

機械設計的過程和方法機械設計的方法機械設計的過程第二節(jié)

機械設計的過程和方法機械一、機械設計的過程設計的類型適應性設計開發(fā)性設計參數(shù)化設計工作原理主體結構功能三者中至少應該有一項是首創(chuàng)的一、機械設計的過程設適應性設計開發(fā)性設計參數(shù)化設計工作主開發(fā)性設計三者中至少應該有一項是首創(chuàng)的實例照相機數(shù)碼照相機手機上的照相機工作原理功能

主體結構老式照相機數(shù)碼照相機手機上的照相機開發(fā)性設計三者中至少應該有一項是首創(chuàng)的實例照相機數(shù)碼照相單缸洗衣機

雙缸洗衣機普通車床工作原理功能

主體結構

雙缸洗衣機立式車床立式車床三者中至少應該有一項是首創(chuàng)的單缸洗衣機雙缸洗衣機普通車床工作原理實現(xiàn)自主創(chuàng)新，擁有自主自主知識產(chǎn)權主要依靠開發(fā)性設計。創(chuàng)新性最強、過程最完整。對現(xiàn)有的機械進行局部的修改或增補。不改變機械的基本結構、只改變機械功能的范圍、機械的尺度和參數(shù)。一、機械設計的過程設計的類型適應性設計開發(fā)性設計參數(shù)化設計工作原理主體結構功能三者中至少應該有一項是首創(chuàng)的實現(xiàn)自主創(chuàng)新，擁有自主自主知識產(chǎn)權主要依靠開發(fā)性設計。對現(xiàn)有機械設計的完整過程投產(chǎn)以后

計劃階段

方案設計階段試制試驗階段

技術設計階段

機械設計的完整過程投產(chǎn)以后計劃階段方

提出設計任務（市場需求，用戶委托，主管部門下達）可行性研究（重大問題應召開論證會）編制設計任務書計劃階段提出設計任務（市場需求，用戶委托，主管部門下達）計劃階段

提出機械的工作原理（通過調查研究和必要的分析，還可能需要進行原理性試驗）提出幾種機械系統(tǒng)運動方案（進行必要的運動學設計，一般是初步的、粗略的）確定出最佳總體方案（經(jīng)過分析、對比和評價，作出決策）方案設計階段提出機械的工作原理（通過調查研究和必要的分析，還可能需

運動學分析與設計工作能力分析與設計動力學分析與設計結構設計裝配圖和零件圖的繪制技術設計階段運動學分析與設計技術設計階段

通過試制和試驗，發(fā)現(xiàn)問題，加以改進，修改某一部分設計結果。試制試驗階段通過試制和試驗，發(fā)現(xiàn)問題，加以改進，修改某一部分設計結果

收集用戶反饋意見，研究使用中發(fā)現(xiàn)的問題，進行改進。收集市場變化的情況，為可能提出新的設計計劃準備資料。投產(chǎn)以后返回收集用戶反饋意見，研究使用中發(fā)現(xiàn)的問題，進行改進。投產(chǎn)以后二、機械設計的方法常規(guī)設計方法現(xiàn)代設計方法工業(yè)革命以來力學和材料科學的發(fā)展運動學分析與設計動力學分析與設計工作能力的分析與設計產(chǎn)生的時代：產(chǎn)生的基礎：基本內容：產(chǎn)生的時代：產(chǎn)生的基礎：20世紀下半頁計算機的發(fā)明與快速發(fā)展二、機械設計的方法常規(guī)設計方法工業(yè)革命以來運動學分析與設計產(chǎn)

方案設計

運動學分析與設計動力學分析與設計

零件工作能力設計結構設計創(chuàng)造性主要依靠經(jīng)驗，通過類比方法進行主要依賴于設計者的靈感有系統(tǒng)的理論方法，但往往只能近似滿足運動學要求受到計算手段的制約，分析較簡單。常將復雜問題簡化，得出近似公式或經(jīng)驗公式。一般按靜載荷計算，引入動載系數(shù)常采用類比的方法方案設計運動學分動力學分析與設計零件工常規(guī)設計方法有如下不足：方案設計過分依賴設計者個人的經(jīng)驗和水平；一般滿足于獲得一個可用方案，而不是最佳方案；受計算手段的限制，簡化假定較多，影響了設計質量；設計工作周期長、效率低，不能滿足市場競爭激烈、產(chǎn)品更新速度加快的新形勢。常規(guī)設計方法有如下不足：

盡管現(xiàn)代設計方法已經(jīng)興起，但常規(guī)設計目前仍被廣泛應用。設計者應該首先掌握常規(guī)設計方法，才能進一步學習現(xiàn)代設計方法。本課程的內容主要是介紹常規(guī)設計方法。盡管現(xiàn)代設計方法已經(jīng)興起，但常規(guī)設計目前仍被廣泛應用現(xiàn)代設計方法計算機輔助設計機械設計專家系統(tǒng)優(yōu)化設計動態(tài)設計可靠性設計創(chuàng)造性設計現(xiàn)代設計方法計算機輔助設計機械設計專家系統(tǒng)優(yōu)化設計動態(tài)設計可

近數(shù)十年來，社會需求呈現(xiàn)多樣化的趨勢，產(chǎn)品更新速度加快。如果設計速度慢，就會貽誤商機，造成不可彌補的經(jīng)濟損失。計算機輔助設計

（Computer-AidedDesign,CAD)計算繪圖工作量太大有的計算工作量大到根本無法用手工方法計算的程度。圖樣總數(shù)可能達到數(shù)百、數(shù)千張。繁瑣的重復性工作

提高設計速度成為設計方法革新的最主要的目標。近數(shù)十年來，社會需求呈現(xiàn)多樣化的趨勢，產(chǎn)品更新速度加優(yōu)越性：提高效率，縮短設計周期，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，增強市場競爭能力。給出多個方案，供設計者比較、選擇，確定最佳方案。從繁瑣的重復性工作中解脫出來，將時間和精力集中到創(chuàng)造性的工作上。計算機輔助設計

運算快速準確

存儲量大

邏輯判斷功能強輔助設計者進行設計優(yōu)越性：計算機輔助設計運算快速準確機械設計專家系統(tǒng)

（ExpertSystem）計算機輔助設計在上世紀90年代的新發(fā)展。

專家系統(tǒng)是一種計算機程序，它使計算機具有學習、推理、決策和創(chuàng)造等智能行為，并能夠在專家的水平上工作。CAD機械設計活動

數(shù)值計算型的工作（計算與繪圖）符號推理型的工作（方案設計、結構設計）專家系統(tǒng)

機械設計專家系統(tǒng)（ExpertSystem）CAD機械設優(yōu)化設計（OptimalDesign）可行方案與最優(yōu)方案最優(yōu)，就是使某一項指標達到最?。ㄈ缰亓浚┗蜃畲螅ㄈ缧剩?。機械設計的問題一般都較復雜，求最小值或最大值的問題并不是用微分方法求極值就能簡單地予以解決的。數(shù)學領域的分支——數(shù)學規(guī)劃理論，提供了很多求優(yōu)的數(shù)值方法，這些方法都以在計算機上進行的大量的數(shù)值疊代計算為基礎。為了采用這些優(yōu)化方法，就需要將具體設計問題的物理模型轉化為一個數(shù)學模型。、優(yōu)化設計（OptimalDesign）、

高速化推動了機械動力學的發(fā)展。精密化要求機械的實際運動盡可能與期望運動相一致。在分析誤差時必須盡可能地計入各種因素的影響。振動和噪聲過大，則會影響車輛的舒適性并污染環(huán)境。動態(tài)設計：考慮機械的動態(tài)載荷和系統(tǒng)的動特性，以動力學分析為基礎來設計機械。需要在計算機上用數(shù)值疊代算法求解微分方程。所以，動態(tài)設計在計算機獲得普遍應用后才能發(fā)展起來。動態(tài)設計

(DynamicDesign)高速化推動了機械動力學的發(fā)展。動態(tài)設計(Dynam可靠性設計（ReliabilityDesign）將概率論、數(shù)理統(tǒng)計引入機械設計中而形成的一種設計技術。將物理量都視為按某種規(guī)律分布的隨機變量，用概率統(tǒng)計的方法確定零、部件的主要參數(shù)和尺寸，使機械滿足所提出的可靠性指標。式中為桿件的截面積，為許用應力，為材料的屈服極限，為安全系數(shù)。、材料的性能、截面積

二次世界大戰(zhàn)期間，美國由于飛行故障而損失的飛機比被擊落的飛機多1.5倍。應航天計劃的需要，興起在上世紀60年代的美國。

可靠性設計已應用于從宇宙飛船到家用電器的廣闊領域?？煽啃栽O計（ReliabilityDesign）式中為桿件創(chuàng)造性設計（CreativeDesign）利用人類已有的科技成果，充分發(fā)揮設計者的創(chuàng)造力，設計出新機構和新機械產(chǎn)品的設計過程。幾千年來，機械的發(fā)明依靠的是能工巧匠和專家學者的靈感和創(chuàng)造性的思維。如何產(chǎn)生靈感？如何進行創(chuàng)造性的思維？在歷史的長河中，這些智慧的火花是零散的而非系統(tǒng)的，多種多樣的而非單一的。對歷史上大量發(fā)明構思的過程進行了分析和歸納，總結出一些進行創(chuàng)造性思維的方法，形成了“創(chuàng)造學”。創(chuàng)造性設計，特指以創(chuàng)造學理論為基礎進行機械創(chuàng)新的方法。創(chuàng)造性設計（CreativeDesign）現(xiàn)代設計方法計算機輔助設計機械設計專家系統(tǒng)優(yōu)化設計動態(tài)設計可靠性設計創(chuàng)造性設計現(xiàn)代設計方法計算機輔助設計機械設計專家系統(tǒng)優(yōu)化設計動態(tài)設計可

對設計者的基本要求第三節(jié)

機械設計類課程簡介機械設計類課程簡介機械原理與機械設計課程對設計者的基本要求第三節(jié)

機械設計類課程簡介機對設計者的基本要求基本理論基本知識基本技能創(chuàng)新精神團隊精神認真作風對設計者的基本要求基本理論基本技能創(chuàng)新精神認真

在大學機械類專業(yè)的教學計劃中，安排了一組機械設計類課程。這些課程的目的是向學生提供機械設計方面的基本理論和知識，并通過各種教學環(huán)節(jié)使學生具備進行機械設計的基本能力，并具備進行機械試驗的動手能力。通過這些課程和相關的實踐活動，培養(yǎng)同學們的創(chuàng)新精神、團隊精神和工作作風。機械設計類課程簡介在大學機械類專業(yè)的教學計劃中，安排了一組機械設計類課程。機械設計系列課程機械制圖機械設計機械原理機械創(chuàng)新設計現(xiàn)代設計方法必修課選修課機械設計系列課程機械制圖機械設計機械原理

機械設計的基本內容機械制圖機械設計機械原理必修課機械設計的基本內容機械制圖機械設計機械機械原理與機械設計

課程體系機械原理與機械設計機械原理與機械設計

課程體系機構的組成與分析機構是怎樣組成的?機構具有確定運動的條件機構的結構分類如何用機構簡圖表示機構機械原理與機械設計機構的組成與分析機械原理與機械設計

課程體系常用機構及其設計連桿機構、凸輪機構、齒輪機構和間歇運動機構等。分章介紹這些機構的結構、類型、原理、運動、應用、分析和設計。機械原理與機械設計常用機構及其設計機械原理與機械設計

課程體系

機器動力學

分析機器在運轉過程中的受力情況分析機器在已知外力下的運動情況解決機器在運轉中的速度波動和振動問題機械原理與機械設計機器動力學機械原理與機械設計

課程體系機械零部件的工作能力設計

常用機械零件的類型、原理、標準、應用、失效、分析和設計方法。機械原理與機械設計機械零部件的工作能力設計機械原理與機械設計

課程體系機械零部件的結構設計

常用機械零件的結構設計方法。機械原理與機械設計機械零部件的結構設計機械原理與機械設計

課程體系機械系統(tǒng)方案的設計

機構的選型和組合機械系統(tǒng)運動方案設計結合課程設計，使學生具有：初步的擬定機械系統(tǒng)運動方案的能力。設計由通用零件組成的機械傳動系統(tǒng)的能力。機械原理與機械設計機械系統(tǒng)方案的設計掌握了設計理論與方法掌握了方案設計的基本知識進行了設計機械的基本訓練學習機械原理與機械設計課程的目的為后續(xù)的專業(yè)課程的學習奠定基礎認識機械分析機械設計機械掌握了分析方法，對機械的認識提高到理性認識的高度具備了對現(xiàn)有的機械進行分析的能力為今后參加實際工程中的機械設計奠定了基礎掌握了設計理論與方法學習機械原理與機械設計課程的目的為后續(xù)的第三章機構的組成與結構分析§3.1機構的組成§3.2機構的運動簡圖§3.3機構的自由度和具有確定運動條件§3.4平面閉鏈機構組成原理及結構分析第三章機構的組成與結構分析§3.1機構的組成§3.1機構的組成一、構件二、運動副三、運動鏈（區(qū)分運動鏈和機構）四、機構機構是傳遞運動和力或者導引構件上的點按給定軌跡運動的機械裝置。機構的組成要素為構件和運動副§3.1機構的組成一、構件機構是傳遞運動和力或者導引構件上的一、構件從制造加工角度：機械由零件組成零件——制造單元體從運動和功能實現(xiàn)角度：構件——獨立運動的單元體注意：構件可以是單一零件，也可以是幾個零件的組合聯(lián)接機構的組成一、構件從制造加工角度：機械由零件組成注意：構件可以是單一零二、運動副(一)運動副元素(二)運動副的自由度與約束度(三)運動副類型

◆運動副：指兩構件直接接觸并能產(chǎn)生相對運動的聯(lián)接?！暨\動副元素：指兩個構件直接接觸而構成運動副的部分。

機構的組成二、運動副(一)運動副元素◆運動副：指兩構件直接接觸(一)運動副元素運動副元素不外乎為點、線、面。機構的組成(一)運動副元素運動副元素不外乎為點、線、面。機構的組成(二)運動副的自由度與約束度1.構件的自由度：指一個構件相對另一個構件可能出現(xiàn)的獨立運動。一個自由構件在空間具有6個自由度。2.約束：指通過運動副聯(lián)接的兩構件之間的某些相對獨立運動所受到的限制。運動副引入的約束數(shù)等于兩構件相對自由度減少的數(shù)目。運動副引入的約束數(shù)：最多為5個。機構的組成(二)運動副的自由度與約束度1.構件的自由度：指一個構件對于兩個空間構件對于兩個平面構件機構的組成對于兩個空間構件機構的組成1. 按運動副相對運動形式分（三）運動副類型轉動副移動副螺旋副球面副2. 按運動副引入的約束數(shù)分：X級運動副：指引入X個約束的運動副。Ⅰ級副、Ⅱ級副、Ⅲ級、Ⅳ級副、Ⅴ級副Ⅴ級副Ⅴ級副Ⅲ級副機構的組成1. 按運動副相對運動形式分（三）運動副類型3. 按運動副接觸形式分★低副:兩構件通過面接觸而構成的運動副統(tǒng)稱為低副;★高副:凡兩構件系通過點或線接觸而構成的運動副統(tǒng)稱為高副;4. 按運動副的運動空間分:★平面運動副:指構成運動副的兩構件之間的相對運動為平面運動的運動副;

★空間運動副:指構成運動副的兩構件之間的相對運動為空間運動。機構的組成123. 按運動副接觸形式分★低副:兩運動副元素間的鎖合幾何鎖合力鎖合機構的組成運動副元素間的鎖合幾何鎖合三、運動鏈◆運動鏈:指兩個以上的構件通過運動副聯(lián)接而構成的系統(tǒng)?！?/p>

閉鏈:運動鏈的各構件構成首尾封閉的系統(tǒng)?！?/p>

開鏈:運動鏈的各構件未構成首尾封閉的系統(tǒng)。機構的組成三、運動鏈◆運動鏈:指兩個以上的構件通過運動副聯(lián)接而構成運動鏈（續(xù)）★平面運動鏈:各構件間的相對運動為平面運動的運動鏈。★空間運動鏈:各構件間的相對運動為空間運動的運動鏈。空間運動鏈機構的組成運動鏈（續(xù)）★平面運動鏈:各構件間的相對運動為平面運動的運動四、機構◆機構:在運動鏈中將一構件加以固定作為機架或參考構件,并給定另外一個或少數(shù)幾個構件的運動規(guī)律，則運動鏈便成為機構?！魴C架：機構中固定不動構件。◆平面機構:機構中各構件間的相對運動為平面運動。◆空間機構:機構中各構件間的相對運動為空間運動。◆原動件:機構中按給定的運動規(guī)律獨立運動的構件。◆從動件:機構其余活動構件。機構的組成四、機構◆機構:在運動鏈中將一構件加以固定作為機架或參考構件機構中構件類型機構的組成構件名稱構件的作用和要求機架（參考構件）機構中視為不動的構件①，用于支承和作為研究其他構件運動的參考坐標輸入（主動）件機構中運動規(guī)律為給定或已知的一個或幾個構件從動件其運動規(guī)律取決于機構型式、機構運動尺寸或參數(shù)以及主動件運動規(guī)律的構件；除主動件以外的所有可動構件均可視為從動件輸出件機構中具有期望運動規(guī)律或運動要求的從動件傳動件在主動件和從動件間傳遞運動和動力的所有構件導引件在機構中具有給定位置或軌跡要求的所有構件原動件由外界輸入驅動力或驅動力矩的構件機構中構件類型機構的組成構件名稱構件的作用和要求機構中運動規(guī)§3.2機構的運動簡圖◆機構運動簡圖機構的示意圖：指為了表明機構結構狀況,不要求嚴格地按比例而繪制的簡圖。機構運動簡圖：指根據(jù)機構的運動尺寸,按一定的比例尺定出各運動副的位置,并用國標規(guī)定的簡單線條和符號代表構件和運動副，繪制出表示機構運動關系的簡明圖形。◆機構示意圖為什么要畫機構運動簡圖？機構的運動：與原動件運動規(guī)律、運動副類型、機構運動尺寸有關,而與機構的結構尺寸和形狀以及運動副的具體構造無關，因此可以不計或略去那些與機構運動無關的因素。機構的運動簡圖§3.2機構的運動簡圖◆機構運動簡圖機構的示意圖：指為（一）繪制機構運動簡圖的步驟和方法（二）機構運動簡圖中常用的規(guī)定符號（三）機構運動簡圖的識別機構的運動簡圖（一）繪制機構運動簡圖的步驟和方法機構的運動簡圖（一）繪制機構運動簡圖的步驟與方法:1.恰當?shù)剡x擇投影面：一般選擇與機械的多數(shù)構件的運動平面相平行的平面作為投影面。2.分析機構的組成及運動情況，確定機構中的機架、原動部分、傳動部分和執(zhí)行部分，以確定構件和運動副的數(shù)目。3.循著運動傳遞的路線，逐一分析每兩個構件間相對運動的性質，確定運動副的類型和數(shù)目;還應確定與機構運動特性相關的運動要素：運動副間的相對位置；如轉動副中心的位置和移動副導路的方位；高副的廓線形狀，包括其曲率中心和曲率半徑等。4.選擇適當?shù)谋壤?用規(guī)定的簡單線條和各種運動副符號,將機構運動簡圖畫出來。機構的運動簡圖（一）繪制機構運動簡圖的步驟與方法:機構的運動簡圖機構運動簡圖中的常用符號機構的運動簡圖機構運動簡圖中的常用符號機構的運動簡圖常用傳動系統(tǒng)簡圖機構的運動簡圖常用傳動系統(tǒng)簡圖機構的運動簡圖機構的運動簡圖機構的運動簡圖

例題一：繪制圖示顎式破碎機的機構運動簡圖分析：該機構有6個構件和7個轉動副。123456◆畫機構運動簡圖的方法機構的運動簡圖例題一：繪制圖示顎式破碎機的機構運動簡圖分析：該機構有例題二：繪制圖示偏心輪傳動機構的運動簡圖

機構的運動簡圖例題二：繪制圖示偏心輪傳動機構的運動簡圖機構的運動簡圖機構的運動簡圖機構的運動簡圖機構的運動簡圖機構的運動簡圖機構的運動簡圖機構的運動簡圖例題三、圖示為一沖床。繞固定中心A轉動的菱形盤1為原動件，與滑塊2在B點鉸接，滑塊2推動撥叉3繞固定軸C轉動，撥叉3與圓盤4為同一構件，當圓盤4轉動時，通過連桿5使沖頭6實現(xiàn)沖壓運動。試繪制其機構運動簡圖?！舢嫏C構運動簡圖的方法分析：繪制簡圖：機構的運動簡圖ABCDE123456例題三、圖示為一沖床。繞固定中心A轉動的菱形盤1為原動件，與（三）機構運動簡圖的識別由于移動副繪制和表達方法的不同而出現(xiàn)的簡圖差異由于轉動副元素尺寸變化而出現(xiàn)的簡圖差異實際繪制的運動簡圖會因為運動副繪制或表達方式的不同而會使同一機構所繪制的機構運動簡圖不同；或不同機構的運動簡圖相同。機構的運動簡圖（三）機構運動簡圖的識別由于移動副繪制和表達方法的不同而出現(xiàn)§3.3機構的自由度與確定運動條件一、機構的自由度二、平面機構自由度三、空間機構自由度四、機構具有確定運動條件§3.3機構的自由度與確定運動條件一、機構的自由度一、機構的自由度構件的自由度確定平面或空間運動構件位置所需的獨立位置參數(shù)的數(shù)目稱為構件的自由度平面和空間運動構件分別有3個和6個自由度機構的自由度機構的自由度是機構中各構件相對機架所具有的獨立運動的數(shù)目或組成該機構的運動鏈的位形相對于機架或參考構件所需的獨立位置參數(shù)的數(shù)目，用F表示機構的自由度與確定運動條件一、機構的自由度構件的自由度機構的自由度與確定運動條件假設平面機構有n個活動構件：

3n個自由度有P5個低副和P4個高副：平面自由構件：3個自由度平面低副：引入2個約束平面高副：引入1個約束平面機構的自由度計算公式：

F=3n-(2p5+p4)引入(2P5+P4)約束分析：二、機構自由度的計算◆平面機構自由度的計算公式運動副的作用是約束構件自由度的，所以機構的自由度為活動構件在自由狀態(tài)下自由度總和減去由于運動副引入而限制的自由度機構的自由度與確定運動條件假設平面機構有n個活動構件：平面自由構件：3個自由度平面機構◆自由度計算實例分析

F=3n-2P5–P4=3×4-2×5-0=2F=3n-2p5–p4=3×3-2×4-0=1四桿機構五桿機構機構的自由度與確定運動條件◆自由度計算實例分析F=3n-2P5–★復合鉸鏈

實例分析1：計算圖示直線機構(實現(xiàn)無導軌直線運動)自由度解：F=3n-2p5–p4=3×7-2×6-0=9解：F=3n-2p5–p4=3×7-2×10-0=1計算機構自由度應注意的事項兩個以上構件同在一處以轉動副相聯(lián)接即構成復合鉸鏈。m個構件以復合鉸鏈聯(lián)接所構成的轉動副數(shù)為(m-1)個注意：復合鉸鏈只存在于轉動副中。。機構的自由度與確定運動條件★復合鉸鏈實例分析1：計算圖示直線機構(實現(xiàn)無導軌直線運實例分析2：計算圖示凸輪機構自由度解：F=3n-2p5–p4=3×3-2×3-1=2F=3n-2p5–p4-f′

=3×3-2×3-1-1=1方法二：假想構件2和3焊成一體F=3n-2p5–p4=3×2-2×2-1=1★局部自由度計算機構自由度應注意的事項（續(xù)）機構中某些構件所產(chǎn)生的局部運動并不影響其他構件的運動,把這種局部運動的自由度稱為局部自由度。數(shù)目用f′表示.注意：計算機構自由度時,應將局部自由度除去不計。方法一：機構的自由度與確定運動條件實例分析2：計算圖示凸輪機構自由度解：F=3n-2p5–指機構在某些特定幾何條件或結構條件下，有些運動副帶入的約束對機構運動實際上起不到獨立的約束作用,這些對機構運動實際上不起約束作用的約束稱為虛約束，用P′表示。計算機構自由度應注意的事項（續(xù)）★虛約束注意：在計算自由度時，應將虛約束除去不計?！癫挥嬕鹛摷s束的附加構件和運動副數(shù)。

F=3n-2p5–p4去除虛約束的方法：機構的自由度與確定運動條件指機構在某些特定幾何條件或結構條件下，有些運F=3n-2pl–ph=3×4-2×6-0=0虛約束常出現(xiàn)的情況：1.機構中兩構件未聯(lián)接前的聯(lián)接點軌跡重合,則該聯(lián)接引入1個虛約束;計算機構自由度應注意的事項（續(xù)）正確計算：●不計引起虛約束的附加構件和運動副數(shù)。F=3n-2p5–p4=3×3-2×4-0=1用于連接構件2和3的轉動副C即屬此種情況。因為C2和C3在未連接前的軌跡都沿Y軸。此時轉動副C將引入一個虛約束。計算時去掉構件3和轉動副C以及3和機家移動副

機構的自由度與確定運動條件F=3n-2pl–ph虛約束常出現(xiàn)的情況：計算機構自由F=3n-2p5–p4=3×3-2×4-0=1F=3n-2p5–p4=3×4-2×6-0=0分析：E3和E5點的軌跡重合，引入一個虛約束計算機構自由度應注意的事項（續(xù)）正確計算：

n=3

P5=4

P4=0

F=3n-(2P5+P4)=3*3-2*4=1

機構的自由度與確定運動條件F=3n-2p5–p4F=3n-2p5–p4分析▲兩構件在幾處接觸而構成移動副且導路互相平行或重合?！鴥蓚€構件組成在幾處構成轉動副且各轉動副的軸線是重合的。只有一個運動副起約束作用,其它各處均為虛約束;2.兩構件在幾處接觸而構成運動副計算機構自由度應注意的事項（續(xù)）n=3

P5=4

P4=0

F=3n-(2P5+P4)=3*3-2*4=1

圖示機構的兩個移動副即屬此種情況。計算其自由度時，只按一個移動副計算機構的自由度與確定運動條件▲兩構件在幾處接觸而構成移動副且導路互相平行或重合?！鴥蓚€構3.若兩構件在多處相接觸構成平面高副，且各接觸點處的公法線重合,則只能算一個平面高副。若公法線方向不重合，將提供各2個約束。有一處為虛約束此兩種情況沒有虛約束a)圖相當于轉動副，b）圖相當于移動副

計算機構自由度應注意的事項（續(xù)）n=2

P5=2

P4=1

F=3n-(2P5+P4)=3*2-2*2-1=1

機構的自由度與確定運動條件3.若兩構件在多處相接觸構成平面高副，且各接觸點處的公法某些不影響機構運動的對稱部分或重復部分所帶入的約束為虛約束。3和1繞同一個軸轉動，計算機構自由度時，只考慮對稱或重復部分中的一處，去掉2‘和2’‘構件4.機構運動過程中,某兩構件上的兩點之間的距離始終保持不變,將此兩點以構件相聯(lián),則將帶入1個虛約束。計算機構自由度應注意的事項（續(xù)）n=3

P5=4

P4=0

F=3n-(2P5+P4)=3*3-2*4=1

連接構件2和4上的E點和F點的構件5及轉動副E和F即屬此種情況，引入一個虛約束。

n=3

P5=3

P4=2

F=3n-(2P5+P4)=3*3-2*3-2=1

機構的自由度與確定運動條件某些不影響機構運動的對稱部分或重復部分所帶入的約束為虛約束。小結計算機構自由度應注意的事項（續(xù)）存在于轉動副處正確處理方法：復合鉸鏈處有m個構件則有(m-1)個轉動副◆復合鉸鏈◆局部自由度常發(fā)生在為減小高副磨損而將滑動摩擦變成滾動摩擦所增加的滾子處。正確處理方法：計算自由度時將局部自由度減去?！籼摷s束存在于特定的幾何條件或結構條件下。正確處理方法：將引起虛約束的構件和運動副除去不計。機構的自由度與確定運動條件小結計算機構自由度應注意的事項（續(xù)）存在于轉動副處◆復合典型例題一：計算圖示某包裝機送紙機構的自由度，并判斷該機構是否有確定運動。解法1：計算機構自由度典型例題分析機構的自由度與確定運動條件典型例題一：計算圖示某包裝機送紙機構的自由度，并判斷該機構是機構的自由度與確定運動條件機構的自由度與確定運動條件機構的自由度與確定運動條件機構的自由度與確定運動條件機構的自由度與確定運動條件機構的自由度與確定運動條件機構的自由度與確定運動條件機構的自由度與確定運動條件機構的自由度與確定運動條件機構的自由度與確定運動條件典型例題一：計算圖示某包裝機送紙機構的自由度，并判斷該機構是否有確定運動。解法2：

復合鉸鏈：D包含2個轉動副(桿4和7)局部自由度：F’=2虛約束：桿8及轉動副F、I引入1個虛約束。計算自由度前直接去除虛約束和局部自由度：

n=6p5=7p4=3F=3n-2p5-p4=1計算機構自由度典型例題分析

機構的自由度與確定運動條件典型例題一：計算圖示某包裝機送紙機構的自由度，并判斷該機構是典型例題二：計算圖示機構的自由度，如有復合鉸鏈、局部自由度和虛約束，需明確指出。畫箭頭的構件為原動件。復合鉸鏈局部自由度1個虛約束復合鉸鏈計算機構自由度典型例題分析機構的自由度與確定運動條件典型例題二：計算圖示機構的自由度，如有典型例題三計算機構自由度典型例題分析計算圖示機構自由度。分析：該機構具有5個活動構件，有7個轉動副，即低副，沒有高副。于是機構自由度為123456機構的自由度與確定運動條件

F=3n-2p5–p4=3×5-2×7-0=1典型例題三計算機構自由度典型例題分析計算圖示機構自由度。12四、機構具有確定運動的條件機構中獨立運動參數(shù)的構件為原動件?！魡栴}：取運動鏈中某個構件為機架，即構成機構，那么機構在什么條件下才具有確定運動？因為自由度為1給定一個獨立運動參數(shù)，其余構件有確定運動。自由度小于等于零自由度大于零若獨立運動數(shù)大于自由度自由度大于零若獨立運動數(shù)小于自由度自由度大于零若獨立運動數(shù)等于自由度機構的自由度與確定運動條件四、機構具有確定運動的條件機構中獨立運動參數(shù)的◆結論機構具有確定運動的條件為：機構自由度大于0且機構原動件數(shù)=機構自由度數(shù)五桿機構四、機構具有確定運動的條件給定一個獨立運動參數(shù)：機構沒有確定運動。給定兩個獨立運動參數(shù)：機構有確定運動。機構的自由度與確定運動條件◆結論機構具有確定運動的條件為：機構自由度大于0且機構§3.4平面閉鏈機構的組成原理和結構分析一、平面閉鏈機構的組成原理二、平面閉鏈機構的結構分析三、平面機構的高副低代§3.4平面閉鏈機構的組成原理和結構分析一、平面閉鏈機構的組一、機構的組成原理機構具有確定運動的條件：自由度數(shù)=原動件數(shù)◆基本桿組：把機構中最后不能再拆的自由度為零的構件組稱為機構的基本桿組。1.桿組機架和原動件與從動件組分開，運動副仍保留在桿組：從動構件組自由度為零?？梢栽俨鸪筛唵蔚淖杂啥葹榱愕臈U組平面機構的組成原理和結構分析一、機構的組成原理機構具有確定運動的條件：◆基本桿組：把機構對于全低副的桿組：n個構件、p5個低副◆基本桿組的分類根據(jù)n的取值基本桿組分為以下幾種情況：（1）n=2,p5=3的雙桿組：又叫Ⅱ級桿組常見Ⅱ級桿組的形式為n和pl為整數(shù)n=2,4,6…平面機構的組成原理和結構分析對于全低副的桿組：◆基本桿組的分類根據(jù)n的取值基本桿組（2）n=4,p5=6的多桿組，又叫Ⅲ級桿組特征為桿組中具有一個三副構件。常見的三種形式為（3）更高級別的桿組平面機構的組成原理和結構分析（2）n=4,p5=6的多桿組，又叫Ⅲ級桿組（3）更高級機構組成原理指把若干個基本桿組依次聯(lián)接到原動件和機架上，就可以組成自由度數(shù)與原動件數(shù)相等的新機構。2.機構的組成原理◆機構創(chuàng)新設計應遵循的原則利用機構組成原理進行機構創(chuàng)新時，在滿足相同工作要求的條件下，機構的結構越簡單、桿組的級別越低、構件數(shù)和運動副數(shù)越少越好。因為機構的級別越高，機構的運動和動力分析也越困難.自由度為F的機構=F個主動桿+1個自由度為0的機架+若干個自由度為0的基本桿組平面機構的組成原理和結構分析機構組成原理指把若干個基本桿組依次聯(lián)接到原動二、平面閉鏈機構的結構分析◆Ⅰ級機構只由機架和原動件組成的機構稱為Ⅰ級的機構。（杠桿機構、斜面機構）◆II級機構指機構中基本桿組的最高級別為II級的機構。◆III級機構指機構中基本桿組的最高級別為III級組的機構。機構分類的依據(jù)：

根據(jù)機構中基本桿組的級別進行分類。平面機構的組成原理和結構分析二、平面閉鏈機構的結構分析◆Ⅰ級機構機構分類的依據(jù)：

◆結構分析目的

：了解機構的組成，確定機構的級別。把機構分解為基本桿組、機架和原動件。◆結構分析的過程：拆桿組從離原動件最遠的構件開始試拆，先拆II級組，若不成，再拆III級組，每拆出一個桿組后，機構的剩余部分仍應是一個與原機構有相同自由度的機構，直到只剩原動件為止。◆桿組拆分原則平面機構的組成原理和結構分析◆結構分析目的：了解機構的組成，◆機構結構分析步驟1、除去虛約束和局部自由度，正確計算機構的自由度；2、指定機構的主動件3、將機構中的全部平面高副替換為低副4、根據(jù)機構拆分原則進行拆分5、最后定出機構的級別。6、對于帶有氣、液缸的平面機構，可先拆桿數(shù)較少的待缸或不帶缸的桿組，帶缸桿組自由度為缸數(shù)，而不帶缸桿組自由度為0平面機構的組成原理和結構分析◆機構結構分析步驟1、除去虛約束和局部自由度，正確計算機典型例題：試計算圖示沖壓機構的自由度，并分析下列情況下組成機構的基本桿組及機構的級別：（1）當以構件1為原動件時；（2）當以構件6為原動件時。解：平面機構的組成原理和結構分析典型例題：試計算圖示沖壓機構的自由度，并分析下列情況下組成機典型例題（續(xù)）：（1）當以構件1為原動件時Ⅱ級機構平面機構的組成原理和結構分析典型例題（續(xù)）：Ⅱ級機構平面機構的組成原理和結構分析典型例題（續(xù)）：（2）當以構件6為原動件時Ⅲ級機構平面機構的組成原理和結構分析典型例題（續(xù)）：Ⅲ級機構平面機構的組成原理和結構分析◆平面機構中高副低代的目的為了使平面低副機構結構分析和運動分析的方法適用于所有平面機構，需要進行平面機構的高副低代。◆高副低代的含義根據(jù)一定條件對平面高副機構的中高副虛擬地用低副來代替的方法。◆高副低代的條件：①代替前后機構的自由度不變；②代替前后機構的瞬時速度和瞬時加速度不變。三、平面機構的高副低代平面機構的組成原理和結構分析◆平面機構中高副低代的目的三、平面機構的高副低代平面機構◆高副低代方法結論：用一個含有兩個低副的虛擬構件來代替高副，且兩低副位置分別在兩高副兩元素接觸點處的曲率中心。高副兩元素均為圓弧高副元素為非圓曲線平面機構的組成原理和結構分析◆高副低代方法結論：用一個含有兩個低副的虛高副兩元素之一為直線高副兩元素之一為一點因其曲率半徑為零，其中一個轉動副就在該點處。因其曲率中心在無窮遠處，則其中的一個轉動副變?yōu)橐聘?；平面機構的組成原理和結構分析高副兩元素之一為直線高副兩元素之一為一點因其曲率半徑為零，其典型例題：計算圖示機構的自由度，并分析機構組成情況。畫箭頭的構件為原動件。解：1.分析復合鉸鏈局部自由度1個虛約束復合鉸鏈2.計算自由度去除虛約束和局部自由度后機構簡圖3.高副低代平面機構的組成原理和結構分析典型例題：計算圖示機構的自由度，并分析機構組成情況。畫箭頭的典型例題（續(xù)）：4.結構分析二級機構平面機構的組成原理和結構分析典型例題（續(xù)）：4.結構分析二級機構平面機構的組成原理和第四章平面機構的運動分析第四章平面機構的運動分析

內容簡介

本章主要論述了當已知原動件的運動規(guī)律時，如何確定機構其余構件上所研究點的位移、速度和加速度以及各構件的角位移、角速度和角加速度。主要介紹了速度瞬心法和解析法，重點闡述了解析法中的整體分析法。簡單介紹了相對運動圖解法和解析法中的桿組法。

內容簡介

學習要求

了解平面機構運動分析的目的和方法；掌握瞬心的概念及其在速度分析中的應用；掌握解析法中的整體運動分析法或相對運動圖解法；對其它方法有一般的了解。

主要內容第一節(jié)概述第二節(jié)用瞬心法作機構的運動分析第三節(jié)運動分析的相對運動圖解法第四節(jié)平面矢量的復數(shù)極坐標表示法第五節(jié)平面機構的整體運動分析法

學習要求

了解平面機構運動分析的目的和方法；掌握第一節(jié)概述學習要求本節(jié)要求了解運動分析的目的、方法及各種方法的優(yōu)缺點。其中，解析法中的整體分析法是本章的重點。

主要內容機構運動分析的目的和范圍機構運動分析的方法

第一節(jié)概述學習要求機構運動分析的目的和范圍1．機構運動分析的目的：分析現(xiàn)有機構工作性能，檢驗新機構。

通過軌跡分析，確定構件運動所需空間，判斷運動是否干涉。

通過速度分析，確定構件的速度是否合乎要求，為加速度分析和受力分析提供必要的數(shù)據(jù)。

通過加速度分析，確定構件的加速度是否合乎要求，為慣性力的計算提供加速度數(shù)據(jù)，。由上述可知，運動分析既是綜合的基礎，也是力分析的基礎。另外，還為機械系統(tǒng)的動力學分析提供速度和加速度數(shù)據(jù)。2．機構運