武汉理工大学机械设计课件绪论、第1章

机械设计基础电子讲稿武汉理工大学物流工程学院机械设计与制造系机械设计概论机械和机械设计发展的历史由几种简单工具而来:石器时代:石刀、石斧、桔槔、辘轳。省力或便于用力。牲畜力、风力、火力。省力或扩大力。18世纪60年代：蒸汽机。作为动力，促进了其它工业的发展。19世纪60年代：直流发电机。续：19世纪80年代：交流发电机、交流电动机。20世纪初：电动机取代了蒸汽机。蒸汽机是驱动各种工作机械的基础。绪论机器是人们改造世界和现代化生活的重要工具，机器的发明、使用和发展是现代社会发展的一个重要创新过程。在这一创新过程中，人们总结出了进行机械设计的理论与方法，从而为更高层次的创新与设计奠定了基础。关于机械设计的理论与方法是博大精深的，而作为大学本科阶段的一门课程，机械设计基础课程的主要任务是讲述通用机械零部件的设计以及机械系统设计的基础知识。机械设计基础机器(Machine)机构(Mechanism)的总称为机械一、机械(Machinery)的组成1.机器的特征1）人为的组合体2）各实体间有确定的相对运动３）能做有效的机械功或能量转换2.机构、零件、构件机构：机器的前两个特征零件：机械制造单元体构件：运动单元体切糕机牛头刨床挖掘机胶片放映机汽车机器实例:冲压机自动装卸机多缸内燃机齿轮减速器挖掘机机器的组成(ComposingofaMachine)：一台发展完善的现代化机器可由四部分组成：原动机、传动机构、执行机构和控制系统。(1)原动机(PrimingMover)(2)传动机构(TransmissionMechanism)：(3)执行机构(ExecutiveMechanism(4)控制系统(ControlSystem)：用来处理机器各组成部分之间，以及与外部其它机器之间的工作协调关系，它通常由各种计算机和控制器组成。齿轮机构通用零件包括：齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动；轴、联轴器、离合器；滚动轴承、滑动轴承；螺栓、键、花键、销；弹簧等。常用机构:连杆机构凸轮机构二、本课程的内容、性质和任务１课程内容机械设计的一般原则，机械组成，常用机构、通用零部件的工作原理、运动特点、结构特点、设计方法2课程性质机械设计基础是一门介绍常用机构和通用机械零件的基本知识、基本设计方法，培养学生初步具有设计简单机械传动装置的技术基础课。3任务：1）掌握常用机构的结构、特性等基本知识，初步具有选用、分析机构的能力。2）掌握通用机械零件的工作原理、特点、应用和简单设计计算方法，并初步具有选用、分析和设计简单机械传动装置的能力。3）运用标准、规范、手册、图册及查阅有关技术资料的能力。三、机械设计的基本要求及一般程序1.设计基本要求1）预定的功能2）安全可靠、强度寿命3）经济性4）机械零部件结构设计要求5）工艺性、标准化、系列化、通用化6）其它1）设计任务书2）方案设计3）技术设计，确定机器各部分的结构、尺寸、材质4）样机试制5）样机试验6）技术经济评价7）修改设计8）生产设计，工艺流程和装备设计9）正式投产2.设计一般程序四、机械零件的工作能力和计算准则1.机械零件的工作能力一定条件下，预定的使用期限，不失效的工作限度（多种)失效：由于某种原因，机器不能正常工作了。2.机械零件的计算准则1）强度准则=[],=[]2）刚度准则y=[y],=[],=[]3）耐磨性p=[p],pv=[pv]4）振动和噪声五.许用应力和安全系数1.载荷和应力(静载荷,变载荷.静应力,变应力)2、零件的极限应力（1）静应力下的极限应力（脆材）断裂破坏（塑材）过大塑变（2）变应力下的极限应力是疲劳破坏。图中：N0--循环基数-1--对称循环持久极限BlimSlim持久极限lim本章英语单词机械设计machinedesign（mechanicaldesign）机械零件machinecomponent（mechanicalcomponent）机械传动mechanicaldrive强度准则strengthcriterion刚度准则rigiditycriterion耐磨性准则wearabilitycriterion（wear-resistancecriterion）可靠性准则reliabilitycriterion重点学习内容1.了解机械的组成和机械零件的工作能力及计算准则。2.掌握载荷和应力的分类以及在变应力作用下许用应力和安全系数的计算方法。本章小结第一章机械系统的运动简图设计第一章平面机构的运动简图及其有确定运动的条件平面机构：机构中各构件都在同一平面或相互平行的平面中运动。空间机构：机构中各构件的运动平面不平行或不重合。第一章平面机构的运动简图及其有确定运动的条件内容：一.机构的结构分析：构件应如何组合？自由度数？确定运动的条件？二.机构运动简图的画法彼此联接彼此有确定的相对运动｛运动副——机构中构件的动联接第一章平面机构的运动简图及其有确定运动的条件§1-1运动副一、低副——两构件面接触1.转动副如轴与轴承2.移动副如活塞与汽缸二、高副——两构件点或线接触如齿轮间、凸轮间的接触杆杆固联机架两构件构成转动副两构件构成移动副§1-2平面机构运动简图机构运动简图——按一定的长度比例尺，用构件和运动副的表达符号来表示机构的组成关系一、运动副及构件的表示符号GB4460-84齿轮啮合凸轮机构具有两个运动副元素的构件的表示方法具有三个运动副元素的构件的表示方法平面机构运动简图二、平面机构运动简图的绘制步骤：1.分析机构运动，找出固定件、原动件与从动件。2.从原动件开始，按运动传递的顺序分析各构件的相对运动情况——运动副、构件数目。3.选适当视图和适当的机构瞬时位置，取适当比例尺，用规定符号绘出。平面机构运动简图例:绘制下图所示牛头刨床机构的运动简图平面机构运动简图§1-3平面机构自由度的计算及有确定运动的条件一、平面机构的自由度(DegreeofFreedomofaPlanarMechanism)1.机构的自由度定义——机构有确定运动必须给定的独立运动的数目。对任一平面运动的构件，有三个独立的运动，两个移动，一个转动，即三个自由度。对一平面机构，各构件通过运动副相连，由于运动副的直接接触独立运动受到限制，自由度也随之减少。平面高副，可沿切向移、绕切点转，限法向移，失一个自由度转动副，可绕铰链中心转，限X、Y方向移，失两个自由度移动副，可沿X方向移，限制Y方向移及相对转动，失去两个自由度如果平面机构由N个构件组成，有一个为机架，活动件数n=N-1，则：n个活动构件的总自由度为3n；PH个高副引入PH个约束；PL个低副引入2PL个约束；2.平面机构自由度计算公式F=3n-2PL–PH举例：例:计算下图所示锯床进给机构的自由度数解：在本机构中A、B、C、D四处都由三个构件组成复合铰链，n＝7，PL＝10，PH=0，可得:F=3×7-2×10-0=1二、计算机构自由度注意事项1.复合铰链——两个以上构件同时在一轴线上用转动副联接。不能看作一个转动副，如为K个构件，则有K-1个转动副2.局部自由度——机构中对其它构件的运动没有影响的自由度主要出现在凸轮滚子处，处理办法:将滚子看作不动F例：134ACD5EF2）两构件同时在几处构成多个移动副3）两构件同时在几处构成同轴线转动副3.虚约束——机构中与其它约束重复而不起限制运动的约束出现在下列情况：1）轨迹重合4）两点间的距离始终不变图4图3图1图例:计算下图所示大筛机构的自由度5）机构运动传递中对运动不起独立作用的对称部分如原动件数＜机构自由度数,运动不确定三、机构具有确定运动的条件机构中每一个原动件具有一个独立运动源，即独立运动。机构自由度是机构的独立运动数目，则机构具有确定运动的条件为：原动件数=机构自由度数原动件数＞机构自由度数，构件将会被破坏；1F本章英语单词连接connection刚体rigidbody运动副kinematicpair面接触areacontact(surfacecontact)线接触linecontact点接触pointcontact高副higherpair低副lowerpair转动副revolutepair铰链hinge(pinjoint)移动副slidingpair螺旋副helicalpair自由度数degreesoffreedom复合铰链multiplepinjoints局部自由度partialfreedom虚约束formalconstraint机构运动简图kinematicscheme本章小结内容归纳本章小结重点学习内容1.平面机构运动简图的绘制。2.平面机构自由度的计算。3.平面机构具有确定运动的条件。