机械设计基础【全套课件463P】(杨可桢版)

机械设计基础研究对象和内容课程特点和学习要求一、研究对象和内容1.实物组合2.各实物间有确定的运动3.做有用功或转换能量机器:机构:金属切削机床内燃机汽车拖拉机起重机…机器种类:－具备1、2特征－利用机器来减轻劳动和提高生产率零件－制造单元运动单元：1.箱体2.活塞3.连杆4.曲轴5、6.齿轮7.凸轮8.推杆机构和机器的总称机械构件由零件（制造单元）组成。(齿轮5由许多零件组成)轴、轴承、套筒等→轴系零件齿轮→传动件键→联接件(齿轮机构由三个构件组成－1、5、6)机构由构件（运动单元）组成，最基本→的通用零件构件5←(齿轮5)机器由机构(连杆机构、凸轮机构、齿轮机构)组成机器具有确定的相对运动、完成机械功或转换机械能的组合体机构具有确定的相对运动组合体，是机器所共有的组成部分构件运动的单元零件制造的单元二、学习内容1.常用机构(组成原理、运动学和动力学)－机械原理连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构…2.通用零件（设计与计算）－机械设计联接：螺纹联接、键联接、销联接…传动:带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动轴与轴系零部件:轴、轴承、联轴器其它:弹簧…传动零件轴系零件联接零件附件机架基础：制图、力学、金属工艺学...机械设计基础是技术基础课专业课三、课程的地位四、学习方法（机械原理）•培养运动想象力•培养各学科知识综合应用能力•步步为营1.基本概念:机器、机构、构件、零件2.机器、机构的基本特征第二章平面连杆机构主要内容:1.平面四杆机构的基本型式及演变2.平面四杆机构主要特性3.平面四杆机构的设计本章重点:平面四杆机构主要特性和设计本章难点:平面四杆机构的设计铰链四杆机构的基本型式铰链四杆机构有整转副的条件铰链四杆机构的演变平面四杆机构的设计第二章平面连杆机构平面机构+低副联接(转动、移动副)最常用→平面四杆机构（四个构件→四根杆)平面连杆机构－→铰链四杆机构（全由转动副相联）基本类型(二)曲柄摇杆机构的主要特性(－)铰链四杆机构§2-1铰链四杆机构的基本型式p.201234ABCD连杆连架杆连架杆机架曲柄摇杆(摆杆)(整转)(摆转)机架、连杆、连架杆(－)铰链四杆机构p.20机架－参考系（固定件）连架杆－与机架相联连杆－不与机架相联基本构件曲柄：可回转360°的连架杆摇杆：摆角小于360°的连架杆滑块：作往复移动的连架杆连架杆－全由转动副相联的平面四杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构铰链四杆机构一.铰链四杆机构基本类型（按连架杆类型）一曲一摇二曲二摇二.(铰链四杆机构)演变类型(天线→摇杆)→调整天线俯仰角的大小图2-3雷达调整机构放映机1.曲柄摇杆机构：连架杆┌曲柄→(一般)原动件→匀速转动└摇杆→(一般)从动件→变速往复摆动2.双曲柄机构：连架杆均为曲柄→┌主动曲柄:匀速转动└从动曲柄:变速转动例:惯性筛中的铰链四杆机构→从动曲柄3变速转动→使筛子6产生加速度→使不同材料因惯性不同而筛分3.双摇杆机构－连架杆均为摇杆例:门式起重机的变速机构:CD(杆3)为原动件,悬挂重物的E点在连杆上→保持E点运动轨迹在近似水平线上。（平移货物→平稳、减小能量消耗）偏心轮机构→铰链四杆机构（全由转动副相联）二.(铰链四杆机构)演变类型14ABC231234ABCD曲柄滑块机构导杆机构二.死点位置三.压力角和传动角（二）曲柄摇杆机构的主要特性P.21一.急回运动:工作行程:空回行程:B2→B1(φ2)→C2→C1(ψ)∵φ1＞φ2,而ψ不变B1→B2(φ1)→摇杆C1→C2(ψ)→工作行程时间＞空回行程时间曲柄(主)匀速转动(顺)摇杆(从)变速往复摆动图2-4曲柄摇杆机构φ1φ2ψ极位:曲柄与连杆共线(B1、B2)→摇杆极位C1、C2→缩短非生产时间,提高生产率例：牛头刨床、往复式输送机其运动特性→行程速度变化系数(行程速比系数)Kθ－极位夹角(摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角)θ↑→K↑→急回运动性质↑11180KK(2-2)180180//212112122112tttCCtCCvvK(2-1)曲柄摇杆机构曲柄主动→急回图2-4曲柄摇杆机构φ1φ2ψ二.死点位置p.22第6从动件与连杆共线→卡死当摇杆为主动件,而曲柄AB与连杆BC共线时(摇杆CD处于极位)→CD(主)通过连杆加于曲柄的驱动力F正好通过曲柄的转动中心A→不能产生使曲柄转动的力矩。图2-4曲柄摇杆机构图2-5→机构运动卡死机构运动不确定存在死点条件：有极限位置（从动件与连杆共线）措施曲柄摇杆机构摇杆主动→死点死点→飞轮自身惯性三、压力角和传动角p.22倒6,图2-71.压力角α－2.传动角γ－：BC是二力杆,驱动力F沿BC方向作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度VC之间所夹的锐角。连杆与从动杆所夹锐角γ↑→有效力F·sinγ↑→γ≥40°α↓→有效力F·cosα↑→（方便）传动角γ=90°－α(α的余角)α作业：2-3,2-4p.35BCA→压力角αVCFVC沿导轨(⊥CD)FVCABCD分析压力角（）：从动件受力作用点的速度方位线与力的作用线所夹的锐角。死点：=90°传动角：=90°－压力角越小(即传动角越大)，有用的分力越大。所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。二.曲柄存在条件：§2-2铰链四杆机构有整转副的条件P.25－取决于机构各杆的相对长度和机架的选择ADBB’B”CC’C”例:AB＝22,BC＝50,CD＝38,AD＝45→三式相加→┌l1≤l2│l1≤l3└l1≤l4当杆1处于AB”位置→△AC”D→l1＋l2≤l3＋l4(2-6)→┌(l2－l1)＋l3≥l4→┌l1＋l4≤l2＋l3(2-3)└(l2－l1)＋l4≥l3└l1＋l3≤l2＋l4(2-4)当杆1处于AB’位置→△AC’D(曲柄l1,连杆l2,摇杆l3,机架l4)当AB能摆至与连杆共线的极位AB’及AB”时→能顺利通过→整转副。曲摇机构L1最短一.分析:二.曲柄存在条件：（转动副为整转副）1.曲柄存在条件:2.推论:实例分析:AB＝70,BC＝90,CD＝110,AD＝40(1)最短与最长杆之和小于其它两杆之和(2)最短的构件在连架杆或机架上(满足条件1)(1)最短杆在机架上(2)最短杆在机架邻边(3)最短杆在机架对边→双曲柄机构→曲柄摇杆机构→双摇杆机构∵AD＋CD＝40＋110＝150＜AB＋BC＝160当：①AD为机架②AB或DC为机架③BC为机架→双曲柄～→曲柄摇杆～→双摇杆～作业2-1p.35ABCD§２－３铰链四杆机构的演变ｐ.26铰链四杆机构→图2-14┌(全)转动副连接└各杆长不变铰链四杆机构↘曲柄滑块机构↗图2-23p.29导杆机构(曲柄AB→机架)图2-15.b摇块机构(连杆BC→机架)图2-15.C→扩大回转副→偏心轮机构ABCDCAB→杆长(固定杆)可变→移动副(一个)定块机构(滑块C→机架)图2-15.d→曲柄滑块机构曲柄滑块机构(变更机架)→一.曲柄滑块机构：ｐ.27图2－14c、d压力角α、传动角γ:偏置曲柄滑块机构e摇杆3的运动轨迹为圆弧(半径l3)l3l3曲柄摇杆机构对心曲柄滑块机构→将l3↑无穷大→滑块C(直线)→曲柄滑块机构Ceααγ二、导杆机构ｐ.26曲柄滑块机构(曲柄→机架)导杆机构当机架＜曲柄机架＞曲柄∵最短＋最长杆＜其它两杆之和转动导杆机构摆动导杆机构两连→曲柄？架杆摇杆？机架邻边机架最短杆在→双曲柄→转动导杆机构→一个曲柄→摆动导杆机构γα=0°摇块机构→滑块摆动图2－15ｃ,2－17→滑块为固定件图2－15ｄ,2－18→滑块移动＋摆动图2－16,2－15ｂ→滑块移动图2－15ａ三、摇块、定块机构ｐ.27曲柄滑块机构CABCABCABCAB曲柄滑块机构导杆机构摇块机构定块机构导杆机构定块机构摇块机构定块机构(铰链四杆、曲柄滑块～)(曲柄很短时→偏心轮机构)→偏心距=ｅ=曲柄长铰链四杆、曲柄滑块机构→(扩大回转副)偏心轮机构四、偏心轮机构图2－23图Cp.29ABC→偏心轮机构回转副B(半径↑)＞曲柄长AB曲柄ABCe五.平面四杆机构的特点及应用1)低副，成本低，精度高；2)面接触,利于润滑及减少磨损,传载大,可靠性高。1.特点:1）实现已知运动规律2）实现给定点的运动轨迹不能精确实现任意运动规律。缺点:2.应用:优点1.手动冲床：←两个四杆机构组成（双摇杆～+摇杆滑块机构）2.筛料机构：六杆机构←两个四杆机构组成（双曲柄～+曲柄滑块～）应用:2-4平面四杆机构的设计P.30根据给定的运动条件→运动简图的尺寸参数→解析法→精确作图法→直观实验法→简便※一.按照给定的行程速比系数设计四杆机构(作图法)二.按给定连杆位置设计四杆机构(作图法)三.按给定两连架杆对应位置设计四杆机构(解析法)四.按给定点的运动轨迹设计四杆机构(实验法)实现已知(从动件)运动规律(位置,速度,加速度)实现给定点的运动轨迹√√×一.按照给定的行程速比系数设计四杆机构:1.曲柄摇杆机构:2.导杆机构→∠C1PC2=θ11180KK(1)可求出极位夹角θ分析:(2)∠C1AC2=θ→如果三点位于同一圆上,θ是C1C2弧上的圆周角→如何作此圆(未知A点)→连OC2交圆于P点∠C2C1P=90°∠C1C2P=90°－θP点→可作PO已知:摇杆长度L3,行程速比系数K,摆角φθθφADB1B2解:(1)任选D点,作摇杆两极位C1D和C2DOθθAB1B2φD(2)过C1作C1C2垂线C1M(3)过C1、C2、P作圆(4)AC1=L2－L1,AC2=L2+L1→L1=1/2(AC2－AC1)→无数解以L1为半径作圆,交B1,B2点→曲柄两位置MN在圆上任选一点AC1M与C2N交于P点作∠C1C2N=90－θ,P2.导杆机构:P.31已知:机架长L4,K解:(1)任选固定铰链中心C→作导杆两极位Cm和Cnφ=θ(2)作摆角φ的平分线AC,取AC=L4→固定铰中心A(3)过A作导杆极位垂线AB1(AB2)→L1=AB1→唯一解11180KKCmnφAB1B2CmnφAB1B2θ●DB1C1B2C2无穷多个解A●ABCD步骤：1、连接B1B2,C1C22、作B1B2,C1C2中垂线3、在中垂线上取一点作A,D4、连AB1C1D二.按给定连杆位置设计四杆机构1.已知:连杆BC长L2及连杆两个位置B1C1,B2C2固定铰A必在B1B2垂直平分线上同定铰D必在C1C2............分析(1)连接B1B2,C1C2并作其垂直平分线b12,c12(2)在b12线上任取一点A,在C12...任取一点D解:连杆给定的三个位置铰点已给定B1C1B2C2B3C3ADABCD步骤：1.连接B1B2,B2B3,C1C2,C2C32.作各连线中垂线3.B1B2,B2B3中垂线之交点即为点A4.C1C2,C2C3中垂线之交点即为点D5.连接AB1C1D即为所求2.已知:连杆BC长L2及连杆三个位置B1C1,B2C2,B3C3(选作)作业2-6(1)P.36唯一解图2-33步进式传送机构图2-35连杆曲线图谱图2-34描绘连杆曲线工具四.按给定点的运动轨迹设计四杆机构P.34小结:1.基本概念：连架杆，连杆，曲柄，摇杆、压力角、传动角，死点，急回运动（会作图）２.基本内容：①平面四杆机构的基本型式及其演化方法、演变型式（作图）②曲柄存在条件→判别机构类型③平面四杆机构的设计(作图法)第三章凸轮机构主要内容:1.凸轮机构的类型、特点2.常用从动件运动规律及运动线图的绘制3.凸轮轮廓曲线的设计本章重点:从动件运动线图的绘制凸轮轮廓曲线的设计本章难点:从动件运动线图的绘制第三章凸轮机构p.38§3-1凸轮机构的应用和分类型§3-2从动件的常用运动规律§3-4图解法设计凸轮轮廓凸轮：外型按一定运动规则建立起来的构件，对从动件运动起着决定性作用。优点:可实现各种复杂的运动要求,结构简单、紧凑。缺点：点、线接触，易磨损，不适合高速重载。适传递运动，不宜传递动力。凸轮:具有曲线轮廓的原动件从动杆:运动规律受凸