机械设计第1章绪论

河南科技大学河南科技大学18:52:321§1－1机械设计概述(32)第1章绪论§1－2平面机构的组成原理（34）§1－3平面机构自由度的计算（31）作业：1-1、1-2、2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7、2-8、2-9、2-10、2-11、2-12河南科技大学河南科技大学18:52:322根据某种使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，一、研究对象机械－用来减轻或替代人类劳动机械机构机器构件（由若干零件组成）零件机构构件零件§1－1机械设计概述机器－传递能量、物料和信息。可用来变换或物的组合体。的人造实河南科技大学河南科技大学18:52:323如:发动机、升降台、蛋糕切片机、牛头刨床、翻斗车、缝纫机、机械手、榨油机、玩具、电阻打弯机、自动机床、送料机、自动装卸机构、工业机器人等。§1－1机械设计概述机构－机器图片能够用来传递运动和力改变运动形式的机械装置。如：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。机器的特征－1.人造实物组合体2.各部分有确定的运动（必须按我们的需要运动）3.代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量的转换。机构的特征－1.人造实物组合体2.各部分有确定的运动（必须按我们的需要运动）机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但具有相同的基本特征。河南科技大学河南科技大学18:52:324§1－1机械设计概述零件:加工制造的单元。构件：运动的单元，由若干零件组成。部件：例如：联轴器、滚动轴承等。由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体。河南科技大学河南科技大学18:52:325内燃机连杆套筒连杆体螺栓垫圈螺母轴瓦连杆盖§1－1机械设计概述内燃机中的连杆连杆河南科技大学河南科技大学18:52:326通用零件：专用零件：§1－1机械设计概述零件刚性连接构件可动连接(运动副)机构组合控制操作系统机器在各种机器中普遍使用，例如：齿轮、轴、螺栓等。只有在特定的机器中才用到，具有特殊的功能。例如：曲轴、叶片、犁铧、枪栓等。河南科技大学河南科技大学18:52:327典型机器的分析：内燃机内燃机组成：65438712910§1－1机械设计概述气缸体1、凸轮7、齿轮9、10--------连杆机构-------凸轮机构-------齿轮机构活塞2、连杆5、曲轴6进气阀3、排气阀4、顶杆8活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的连续转动。作用：用来启闭进气阀和排气阀。用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作河南科技大学河南科技大学18:52:328工作原理：1.活塞下行，进气阀开启，混合气体进入气缸；2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，在顶部点火燃烧；3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出气缸。内燃机的工作过程：进气压缩爆炸膨胀排气化学能机械能§1－1机械设计概述河南科技大学河南科技大学18:52:329§1－1机械设计概述机器和机构的区别和联系：区别：机构-----机器-----从结构和运动的观点来看，两者并无区别。联系：实现运动的转换或力的传递完成能量的转换或作有益的机械功机器由机构组成，一部机器包含不同的机构；不同的机器可能包含相同的机构。研究的着重点不同河南科技大学河南科技大学18:52:3210§1－1机械设计概述二、内容常用机构的分析与设计（连杆、凸轮、齿轮….）通用零部件的分析与设计（螺栓、轴承、轴、带、链…）机器的组成原理及设计方法内容的性质：对已有机械的研究本课程只限于根据运动和动力要求，确定机构各部分的运动学尺寸，而不涉及各零件的强度计算、材料选择以及具体结构形状和工艺要求等问题，实质上是运动学尺寸的设计，因此“综合”“设计”根据运动和动力性能的要求，构思新的机械-----“分析”-----“设计”河南科技大学河南科技大学18:52:3211§1－1机械设计概述三、本课程在教学计划中的地位基础课基础课基础理论专业课专业课专门机械知识技术基础课技术基础课机械共性问题先修课程：理论力学、机械制图、物理四、本课程在机械工程技术中的作用五、学习目的为学习机械类有关专业课打好基础；为机械产品的创新设计打下良好基础；为现有机械的合理使用和革新改造打下基础。-------承上启下的作用机电工程师必备的基础知识。机电类各专业一门主干技术基础课，研究机械中共性问题；河南科技大学河南科技大学18:52:3212§1－1机械设计概述六、特点它既有理论课的性质，又兼有专业课的特点，尤其与理论力学关系密切；理论性、逻辑性、系统性较强；名词、概念、公式、图形较多，几何概念强；与工程实际联系密切。七、学习中应注意抓住基本概念和分析、设计的基本原理，注意原理、方法在机械工程实际中的应用范围和条件，理论联系实际，注意观察日常生活和生产中的机器、机构；逻辑思维和形象思维相结合；机构的静态图形和动态图形相结合；要有工程观点（选择与比较、工程实际的灵活性、可行性等）河南科技大学河南科技大学18:52:3213参考书目：《机械设计基础》，杨可桢、程光蕴主编，高教出版社《机械原理》第六版，孙桓、陈作模主编，高教出版社《机械原理》，曹泗秋、杨巍主编，湖北科学技术出版社《机械原理》申永胜主编，清华大学出版社《机械原理作业集》第二版，葛文杰主编，高教出版社《机械原理辅导与习题》申永胜主编，清华大学出版社《机械运动方案与机构设计》姜琪主编，高教出版社《机械设计课程设计》王昆等主编，高教出版社§1－1机械设计概述河南科技大学河南科技大学18:52:32141、自由度F构件（机构）具有的独立运动的数目一、运动副§1－2平面机构的组成原理（确定构件位置所需要的独立参变量的数目）。河南科技大学河南科技大学18:52:32151、自由度F构件（机构）具有的独立运动的数目（确定构件位置所需要的独立参变量的数目）。一、运动副§1－2平面机构的组成原理河南科技大学河南科技大学18:52:3216运动副元素两个构件直接接触组成的能产生某些相对运动的联接。oxyBA(xA,yA)2、约束s对独立运动所加的限制。3、运动副例如：滚子凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。A§1－2平面机构的组成原理——直接接触的部分（点、线、面）河南科技大学河南科技大学18:52:3217运动副的分类：1)按相对运动分：轴轴承转动副（回转副、铰链）§1－2平面机构的组成原理河南科技大学河南科技大学18:52:3218移动副滚滑副§1－2平面机构的组成原理河南科技大学河南科技大学18:52:32192)按接触情况分：②低副例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。例如：转动副、移动副。①高副：§1－2平面机构的组成原理点、线接触，应力高。：面接触，应力低河南科技大学河南科技大学18:52:3220常用运动副的符号运动副名称运动副符号两运动构件构成的运动副转动副移动副12121212121212121212121212两构件之一为固定时的运动副122121平面运动副河南科技大学河南科技大学18:52:3221平面高副螺旋副211212211212球面副球销副121212空间运动副12121221河南科技大学河南科技大学18:52:3222二、运动链构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统。分为：闭链开链§1－2平面机构的组成原理机构、机器的形成：闭链、开链；平面运动链、空间运动链零件刚性组合→构件→可动连接（运动副）→运动链→机器→取机架和原动件→机构→机构组合→河南科技大学河南科技大学18:52:3223若干1个1个或几个三、机构在运动链中，固定某一构件为机架，机架：机架原动件（主动件）：原动件从动件：从动件机构的组成：机构＝§1－2平面机构的组成原理相对固定不动的构件，如机床床身、车辆底盘。运动已知的构件，运动输入的构件。其余活动构件。机架＋原动件＋从动件并给定一个或数个构件确定的运动，使其余构件的运动随之确定，运动链即成为机构。河南科技大学河南科技大学18:52:3224四、机构运动简图机构运动简图：绘制简图的目的：机构示意图：§1－2平面机构的组成原理运动副、构件、机构的表示方法（见下表）简图表示的内容：用最简单的线条和规定的符号按比例绘制，不按比例绘制的简图。1.简明表达一部机器的的运动原理，表示机构的结构和运动情况。2.作为运动分析和动力分析的依据。运动副的类型、数目，构件的数目，运动尺寸，主、从动关系等。中各构件之间的相对运动关系的图形。表明机构河南科技大学河南科技大学18:52:3225一般构件的表示方法杆、轴构件固定构件同一构件§1－2平面机构的组成原理河南科技大学河南科技大学18:52:3226三副构件两副构件一般构件的表示方法§1－2平面机构的组成原理河南科技大学河南科技大学18:52:3227注意事项:画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。§1－2平面机构的组成原理河南科技大学河南科技大学18:52:3228常用机构运动简图符号在机架上的电机齿轮齿条传动带传动圆锥齿轮传动§1－2平面机构的组成原理河南科技大学河南科技大学18:52:3229链传动圆柱蜗杆蜗轮传动凸轮传动外啮合圆柱齿轮传动§1－2平面机构的组成原理河南科技大学河南科技大学18:52:3230内啮合圆柱齿轮传动机构运动简图应满足的条件：1、构件数目与实际相同；2、运动副的性质、数目与实际相符；3、运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。棘轮机构§1－2平面机构的组成原理河南科技大学河南科技大学18:52:3231长度比例尺绘制步骤：1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；2.合理选择投影面及原动件的静态位置（以机构的运动平面为投影面）；3.选择适当的比例尺；4.用规定的符号和线条绘制图形；5.验算自由度。§1－2平面机构的组成原理L()mm图示长度比例尺：()m实际长度（L=0.001m/mm相当1：1）河南科技大学河南科技大学18:52:3232333§1－2平面机构的组成原理举例简单偏心圆盘12A12AA1AO12O23O河南科技大学河南科技大学18:52:3233§1－2平面机构的组成原理内燃机21569107834961745102河南科技大学河南科技大学18:52:3234DCBA1432颚式破碎机§1－2平面机构的组成原理河南科技大学河南科技大学18:52:32351234偏心泵偏心泵活塞泵旋转泵§1－2平面机构的组成原理河南科技大学河南科技大学18:52:3236§1－2平面机构的组成原理3421342111河南科技大学河南科技大学18:52:32372-4§1－2平面机构的组成原理2134421344河南科技大学河南科技大学18:52:3238一、平面机构自由度的计算公式作平面运动的刚体有三个独立的运动，即（x，y，α）yxF=3单个自由构件的自由度为3),yx（§1－3平面机构自由度的计算河南科技大学河南科技大学18:52:3239运动副自由度数F约束数Syx12xyx12xy12s=2,F=1s=2,F=1s=1,F=2结论：构件自由度＝3－约束数移动副1（x）+2（y，）=3高副2（x，）+1（y）=3经运动副相联后，构件自由度会有变化：＝自由构件的自由度数－约束数转动副1（）+2（x，y）=3§1－3平面机构自由度的计算河南科技大学河南科技大学18:52:3240活动构件数：用运动副联接后，低副约束数：高副约束数：设一平面机构有N个构件组成，PL个低副，PH个高副。则：未用运动副联接前：§1－3平面机构自由度的计算F3n2LP计算公式：1Nnn3LP2HP1个自由度HP河南科技大学河南科技大学18:52:3241【例1】计算铰链四杆机构的自由度。解：活动构件数n=低副数pl=高副数ph=12341234【例2】计算铰链五杆机构的自由度。解：活动构件数n=低副数pl=高副数ph=34032lhFnpp45032lhFnpp§1－3平面机构自由度的计算3324134252河南科技大学河南科技大学18:52:3242