機械設(shè)計原理與方法課件

機械設(shè)計原理與方法第一章緒論機械設(shè)計原理與方法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)機械設(shè)計原理與方法學(xué)什么內(nèi)容，要求，術(shù)語，區(qū)別機械設(shè)計原理與方法1.本課程的主要內(nèi)容機械設(shè)計原理與方法課程,是將傳統(tǒng)的<機械原理>和<機械設(shè)計>以及<公差配合與技術(shù)測量>三門課程的主要內(nèi)容有機結(jié)合的一門課程。本課程的研究對象是機械。而機械則是機器與機構(gòu)的總稱。（在后面的3.術(shù)語中再詳細說明）本課程的研究內(nèi)容大體為以下三部分：

1.機械的組成原理及機械運動學(xué)與動力學(xué),機械系統(tǒng)方案設(shè)計理論與方法;2.機械零部件的參數(shù)設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理與方法;3.機械精度設(shè)計的基本原理與方法。機械設(shè)計原理與方法2.本課程的基本要求了解平面機構(gòu)的組成原理能對簡單機構(gòu)進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械運動方案設(shè)計的步驟與方法能按國家標準在簡單機械裝置的裝配圖和零件圖上標注尺寸公差和形位公差機械設(shè)計原理與方法機械設(shè)計原理與方法機械設(shè)計原理與方法3.術(shù)語機器------機器是執(zhí)行機械運動的裝置,它用來變換或傳遞能量、物料與信息。動力機器--------------有電動機、內(nèi)燃機工作機器--------------有機床和汽車等信息機器--------------有打字機等機構(gòu)------是實現(xiàn)預(yù)期的機械運動的實物組合體例如，內(nèi)燃機由連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)組成機械設(shè)計原理與方法機械設(shè)計原理與方法4.機構(gòu)與機器的特征有何不同？機器有三個特征機構(gòu)具有機器的前兩個特征機器的三個特征是：（1）它們都是一種人為的實物（機件）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）能夠完成有用的機械功或轉(zhuǎn)換機械能。機械設(shè)計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)課程和從事機械設(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)機械設(shè)計原理與方法怎樣學(xué)本課程需要綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)、機械制圖、工程材料、機械制造基礎(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。注重運用標準、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)合實際機械設(shè)計原理與方法

第二章平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機械設(shè)計原理與方法2.平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2.1機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的判斷所設(shè)計的機構(gòu)能否運動判斷機構(gòu)在什么條件下才具有確定的相對運動(不能任意拼湊）對機構(gòu)的結(jié)構(gòu)進行分類機械設(shè)計原理與方法2.2機構(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、螺母等幾個零件機械設(shè)計原理與方法曲軸（單一），連桿（組合）機械設(shè)計原理與方法運動副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-------------低副機械設(shè)計原理與方法低副，高副機械設(shè)計原理與方法平面機構(gòu)和空間機構(gòu)平面機構(gòu)與空間機構(gòu):平面機構(gòu)------所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動的機構(gòu)空間機構(gòu)------構(gòu)件之間相對運動為空間運動的機構(gòu)本課程主要研究平面機構(gòu)及其運動副機械設(shè)計原理與方法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)機械設(shè)計原理與方法轉(zhuǎn)動（回轉(zhuǎn)）副，移動副，高副機械設(shè)計原理與方法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)--------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)機械也有采用開式鏈的,如機械手和機器人機械設(shè)計原理與方法機械設(shè)計原理與方法2.2.4機構(gòu)將運動鏈中的一個構(gòu)件加以固定------成為機架------則這種運動鏈便可能成為機構(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構(gòu)研究機構(gòu)運動,一般可以機架為參照系原動件------驅(qū)動機構(gòu)運動的外力所作用的那個構(gòu)件從動件------其余的構(gòu)件機械設(shè)計原理與方法機械設(shè)計原理與方法2.3機構(gòu)運動簡圖2.3.1機構(gòu)運動簡圖的用途使分析或設(shè)計機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,運動副的相對位置機械設(shè)計原理與方法2.3.2機構(gòu)運動簡圖的畫法機構(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,這種用來說明機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡單圖形稱之為機構(gòu)運動簡圖要正確畫出機構(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)機械設(shè)計原理與方法1.運動副和構(gòu)件的規(guī)定符號表2-1為常用機構(gòu)運動簡圖符號見課本P18-19表2-2見<機械設(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2-11d機械設(shè)計原理與方法機械設(shè)計原理與方法機械設(shè)計原理與方法機械設(shè)計原理與方法1.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機械設(shè)計原理與方法機械設(shè)計原理與方法2.畫機構(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構(gòu)運動平面的平面(有時也酌情選擇)②確定機構(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原動件用箭頭標出運動機械設(shè)計原理與方法分析內(nèi)燃機之連桿機構(gòu)的運動構(gòu)件數(shù):4,固定件:機架,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~機架移動

活塞~連桿轉(zhuǎn)動曲軸~連桿轉(zhuǎn)動曲軸~機架轉(zhuǎn)動機械設(shè)計原理與方法選符號機械設(shè)計原理與方法內(nèi)燃機中的連桿機構(gòu)運動簡圖機械設(shè)計原理與方法機構(gòu)模型的簡圖機械設(shè)計原理與方法請看課本下冊P733-74322-5機構(gòu)具有確定運動的條件22-6平面機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析機械設(shè)計原理與方法2.4平面機構(gòu)自由度的計算2.4.1平面機構(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個約束機械設(shè)計原理與方法平面自由構(gòu)件有三個自由度機械設(shè)計原理與方法2.平面機構(gòu)自由度計算公式設(shè)某平面機構(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當用PL個低副和PH個高副聯(lián)接,總約束數(shù)為(2PL+PH)機構(gòu)的自由度F=3n-2PL-PH(2-1)

(2-1)式即平面機構(gòu)自由度計算公式,要牢記機械設(shè)計原理與方法3.機構(gòu)具有確定運動的條件因為機構(gòu)自由度還說明機構(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)例如電動機轉(zhuǎn)子給定一個獨立參數(shù)α所以,機構(gòu)具有確定運動的條件是:

機構(gòu)的原動件的數(shù)目=機構(gòu)的自由度數(shù)機械設(shè)計原理與方法實例（圖2-16）（圖2-14b）原動件數(shù)目小于機構(gòu)自由度數(shù)，運動不確定原動件數(shù)目大于機構(gòu)自由度數(shù)，不能運動原動件數(shù)目等于機構(gòu)自由度數(shù)，運動是確定的機械設(shè)計原理與方法三個實例機械設(shè)計原理與方法2.4.2先找后算

注意三個問題1.復(fù)合鉸鏈2.局部自由度3.虛約束機械設(shè)計原理與方法1.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2-17機械設(shè)計原理與方法復(fù)合鉸鏈機械設(shè)計原理與方法2.局部自由度是與運動無關(guān)的自由度或者說,是機構(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,不能多算機械設(shè)計原理與方法局部自由度機械設(shè)計原理與方法3.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

機械設(shè)計原理與方法(1),(2)兩種虛約束機械設(shè)計原理與方法3.虛約束(難點)(3)機構(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機械設(shè)計原理與方法F=3×4－2×4－2=2機械設(shè)計原理與方法F=3×3－2×4=1（F≠3×4－2×6=0）機械設(shè)計