機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法課件

機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法第一章緒論機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法緒論中將介紹三個(gè)問題一.學(xué)什么二.為什么要學(xué)三.怎樣學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法學(xué)什么內(nèi)容，要求，術(shù)語，區(qū)別機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法1.本課程的主要內(nèi)容機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)>以及<公差配合與技術(shù)測(cè)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(duì)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?jī)?nèi)容大體為以下三部分：

1.機(jī)械的組成原理及機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué),機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)理論與方法;2.機(jī)械零部件的參數(shù)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理與方法;3.機(jī)械精度設(shè)計(jì)的基本原理與方法。機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法2.本課程的基本要求了解平面機(jī)構(gòu)的組成原理能對(duì)簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析及力分析能按幾種常見已知條件設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)了解盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)方法掌握幾種常用傳動(dòng)基本參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法了解輪系設(shè)計(jì)方法了解幾種其他常用機(jī)構(gòu)掌握飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之簡(jiǎn)易計(jì)算法了解剛性轉(zhuǎn)子靜動(dòng)平衡原理掌握簡(jiǎn)單機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的步驟與方法能按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在簡(jiǎn)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機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法3.術(shù)語機(jī)器------機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置,它用來變換或傳遞能量、物料與信息。動(dòng)力機(jī)器--------------有電動(dòng)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(shí)現(xiàn)預(yù)期的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的實(shí)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)組成機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法4.機(jī)構(gòu)與機(jī)器的特征有何不同？機(jī)器有三個(gè)特征機(jī)構(gòu)具有機(jī)器的前兩個(gè)特征機(jī)器的三個(gè)特征是：（1）它們都是一種人為的實(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)。（3）能夠完成有用的機(jī)械功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能。機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法為什么要學(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(jì)的基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法怎樣學(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(shí)，偏重于應(yīng)用。不強(qiáng)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(jì)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(shí)獨(dú)立完成每一次作業(yè)。理論聯(lián)系實(shí)際，充分重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，多觀察現(xiàn)有實(shí)物或圖樣，上好實(shí)驗(yàn)課。注重運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)等有關(guān)技術(shù)資料。要早為課程設(shè)計(jì)作準(zhǔn)備。注重創(chuàng)新意識(shí)的形成。打好基礎(chǔ)，積極自學(xué)，注意發(fā)展，結(jié)合實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法

第二章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法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)容及目的判斷所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能否運(yùn)動(dòng)判斷機(jī)構(gòu)在什么條件下才具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(不能任意拼湊）對(duì)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法2.2機(jī)構(gòu)的組成2.2.1構(gòu)件構(gòu)件是運(yùn)動(dòng)的單元零件是制造的單元構(gòu)件可能是一個(gè)零件,也可能是幾個(gè)零件剛性組合在一起而形成實(shí)例1曲軸單一整體實(shí)例2連桿剛性組合（各零件間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)）有連桿體、連桿蓋、螺栓、螺母等幾個(gè)零件機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法曲軸（單一），連桿（組合）機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法運(yùn)動(dòng)副2.2.2運(yùn)動(dòng)副及其分類運(yùn)動(dòng)副定義:兩構(gòu)件直接接觸組成能相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接稱為運(yùn)動(dòng)副實(shí)例:軸承,輪齒嚙合(見圖2-3,2-4)運(yùn)動(dòng)副元素:構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的點(diǎn)、線、面高副與低副:點(diǎn)或線接觸---------高副面接觸-------------低副機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法低副，高副機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法平面機(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(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)空間機(jī)構(gòu)------構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)本課程主要研究平面機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)副機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法運(yùn)動(dòng)副低副又分為轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副(回轉(zhuǎn)副)------相對(duì)運(yùn)動(dòng)為轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)例:固定鉸鏈(圖2-3),活動(dòng)鉸鏈(圖2-5)移動(dòng)副------相對(duì)運(yùn)動(dòng)為直線移動(dòng)實(shí)例:(圖2-6)平面高副實(shí)例:(圖2-4齒輪輪齒構(gòu)成的)(圖2-7凸輪和推桿構(gòu)成的)機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法轉(zhuǎn)動(dòng)（回轉(zhuǎn)）副，移動(dòng)副，高副機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法2.2.3運(yùn)動(dòng)鏈若干構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接起來所構(gòu)成的系統(tǒng)--------稱為運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈分為閉式和開式閉式運(yùn)動(dòng)鏈------每個(gè)構(gòu)件至少包含兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副元素(圖2-9c,2-9d)開式運(yùn)動(dòng)鏈------運(yùn)動(dòng)鏈中有的構(gòu)件只包含一個(gè)運(yùn)動(dòng)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)器人機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法2.2.4機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)鏈中的一個(gè)構(gòu)件加以固定------成為機(jī)架------則這種運(yùn)動(dòng)鏈便可能成為機(jī)構(gòu)注意:不能運(yùn)動(dòng)或無規(guī)則亂動(dòng)的這種運(yùn)動(dòng)鏈并不能成為機(jī)構(gòu)研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),一般可以機(jī)架為參照系原動(dòng)件------驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的外力所作用的那個(gè)構(gòu)件從動(dòng)件------其余的構(gòu)件機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法2.3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2.3.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的用途使分析或設(shè)計(jì)機(jī)械的問題簡(jiǎn)化不考慮與運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)副的具體構(gòu)造只考慮與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的因素:構(gòu)件數(shù),運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目,運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法2.3.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的畫法機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖------是用簡(jiǎn)單的線條和符號(hào)來代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副,并按一定的長(zhǎng)度比例尺表示各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置,這種用來說明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形稱之為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖要正確畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,首先要知道代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的規(guī)定符號(hào)(GB4460-84)機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法1.運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件的規(guī)定符號(hào)表2-1為常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)見課本P18-19表2-2見<機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)>P7-8表1-15兩構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副,其表示法如圖2-10兩構(gòu)件組成移動(dòng)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2-11d機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法1.運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件的規(guī)定符號(hào)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(gè)構(gòu)件上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副中心位于一條直線上機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法2.畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)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(dòng)件(原動(dòng)件,從動(dòng)件)②每?jī)蓸?gòu)件之相對(duì)運(yùn)動(dòng)

(2)畫圖注意五點(diǎn)①選視圖一般可選平行于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平面的平面(有時(shí)也酌情選擇)②確定機(jī)構(gòu)的一個(gè)瞬時(shí)位置各構(gòu)件應(yīng)不重疊,使圖面清晰③比例尺:μl=實(shí)際尺寸(mm)/圖示尺寸(mm)④幾何作圖⑤原動(dòng)件用箭頭標(biāo)出運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法分析內(nèi)燃機(jī)之連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件數(shù):4,固定件:機(jī)架,原動(dòng)件:活塞,從動(dòng)件:連桿和曲軸,(活動(dòng)件數(shù):3)

每?jī)蓚€(gè)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng):

活塞~機(jī)架移動(dòng)

活塞~連桿轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸~連桿轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸~機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法選符號(hào)機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法內(nèi)燃機(jī)中的連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法機(jī)構(gòu)模型的簡(jiǎn)圖機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法請(qǐng)看課本下冊(cè)P733-74322-5機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件22-6平面機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法2.4平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算2.4.1平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式

1.自由度與約束構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目(或確定構(gòu)件位置的獨(dú)立參變量的數(shù)目)

一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件有3個(gè)自由度（見圖2-15）約束是指對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制當(dāng)兩個(gè)構(gòu)件組成運(yùn)動(dòng)副后，受到約束，自由度減少低副引入2個(gè)約束高副引入1個(gè)約束機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法平面自由構(gòu)件有三個(gè)自由度機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法2.平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式設(shè)某平面機(jī)構(gòu)共有N個(gè)構(gòu)件,活動(dòng)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(gè)低副和PH個(gè)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(jì)算公式,要牢記機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法3.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件因?yàn)闄C(jī)構(gòu)自由度還說明機(jī)構(gòu)作確定運(yùn)動(dòng)所需給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目,而一個(gè)原動(dòng)件給定一個(gè)獨(dú)立參數(shù)例如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子給定一個(gè)獨(dú)立參數(shù)α所以,機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是:

機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件的數(shù)目=機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法實(shí)例（圖2-16）（圖2-14b）原動(dòng)件數(shù)目小于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，運(yùn)動(dòng)不確定原動(dòng)件數(shù)目大于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，不能運(yùn)動(dòng)原動(dòng)件數(shù)目等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，運(yùn)動(dòng)是確定的機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法三個(gè)實(shí)例機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法2.4.2先找后算

注意三個(gè)問題1.復(fù)合鉸鏈2.局部自由度3.虛約束機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法1.復(fù)合鉸鏈三個(gè)或更多個(gè)(m個(gè))構(gòu)件組成二個(gè)或(m-1)個(gè)共軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)副稱作復(fù)合鉸鏈不要少算圖2-17機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法復(fù)合鉸鏈機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法2.局部自由度是與運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)關(guān)系的個(gè)別構(gòu)件的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)自由度典型實(shí)例:凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)桿與滾子應(yīng)看成固連在一起作為一個(gè)構(gòu)件來考慮圖2-18,不能多算機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法局部自由度機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法3.虛約束(難點(diǎn))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(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，其軸線互相重合時(shí)，只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副起約束作用，其余都是虛約束（2）兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副，其導(dǎo)路互相平行時(shí)，只有一個(gè)移動(dòng)副起約束作用，其余都是虛約束

機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法(1),(2)兩種虛約束機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法3.虛約束(難點(diǎn))(3)機(jī)構(gòu)中對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分(例如行星輪系)(圖2-21)(4)被聯(lián)接構(gòu)件上點(diǎn)的軌跡和機(jī)構(gòu)上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合(例如火車車輪用聯(lián)動(dòng)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(huì)成為真約束機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法F=3×4－2×4－2=2機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法F=3×3－2×4=1（F≠3×4－2×6=0）機(jī)械設(shè)計(jì)