機械設(shè)計基礎(chǔ)(哈理工大學(xué)編)

1、目目 錄錄n第第1章章 緒論緒論n第第2章章 機械制圖基礎(chǔ)機械制圖基礎(chǔ) n第第3章章 機械常用材料和制造工藝性機械常用材料和制造工藝性n第第4章章 靜力學(xué)簡介靜力學(xué)簡介n第第5章章 材料力學(xué)簡介材料力學(xué)簡介n第第6章章 機械原理概論機械原理概論n第第7章章 平面機構(gòu)的自由度平面機構(gòu)的自由度n第第8章章 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)n第第9章章 凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)n第第10章章 齒輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)n第第11章章 輪系輪系n第第12章章 機械設(shè)計概論機械設(shè)計概論n第第13章章 聯(lián)接聯(lián)接n第第14章章 帶傳動帶傳動n第第15章章 鏈傳動鏈傳動n第第16章章 齒輪傳動齒輪傳動n第第17章章 蝸桿傳動蝸桿傳動n

2、第第18章章 軸軸n第第19章章 滑動軸承滑動軸承n第第20章章 滾動軸承滾動軸承n第第21章章 聯(lián)軸器和離合器聯(lián)軸器和離合器結(jié)束結(jié)束n第第1章章 緒論緒論n計劃學(xué)時：計劃學(xué)時：0.5h 制作人：向敬忠制作人：向敬忠n基本要求及重點、難點基本要求及重點、難點n1.1 課程的性質(zhì)和任務(wù)課程的性質(zhì)和任務(wù)n1.2 機器的基本組成機器的基本組成n1.3 機械設(shè)計的基本原則和設(shè)計程序機械設(shè)計的基本原則和設(shè)計程序n1.4 設(shè)計人員的素質(zhì)設(shè)計人員的素質(zhì)n1.5 機械設(shè)計的新發(fā)展機械設(shè)計的新發(fā)展n基本要求基本要求: :n1) 搞清楚“學(xué)什么”、“為什么學(xué)”和“如何學(xué)”這三個大問題。 n2) 機器的基本組成。n

3、3) 機械設(shè)計的一般程序。n4) 設(shè)計人員的素質(zhì)。n重點、難點：重點、難點：n1) 本課程的性質(zhì)、特點和學(xué)習(xí)方法。n2) 機器的基本組成，機械和機構(gòu)、零件和構(gòu)件的概念與區(qū)別。n3) 機械設(shè)計的一般程序。機械設(shè)計基礎(chǔ)講義機械設(shè)計基礎(chǔ)講義返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回繼續(xù)繼續(xù)返回返回n第第2章章 機械制圖基礎(chǔ)知識機械制圖基礎(chǔ)知識n計劃學(xué)時：計劃學(xué)時：2.5h 制作人：向敬制作人：向敬忠忠n基本要求及重點、難點基本要求及重點、難點n2.1 機械制圖基本標(biāo)準(zhǔn)機械制圖基本標(biāo)準(zhǔn)n2.2 投影與視圖投影與視圖n2.3 公差與配合和表面粗糙度公差與配合和表面粗糙度n2.4 零件圖和裝配圖零件圖和裝配

4、圖n基本要求基本要求:n1) 了解機械制圖中的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。n2) 掌握投影與視圖的規(guī)律。n3) 掌握基孔制、基軸制、間隙配合、過渡配合、過盈配合的概念。n4) 能夠讀懂簡單零件圖、裝配圖。n重點、難點：重點、難點：n1) 投影與視圖。n2) 零件圖與裝配圖。n作業(yè)作業(yè): 2.3、2.4、2.7、2.10機械設(shè)計基礎(chǔ)講義機械設(shè)計基礎(chǔ)講義返回返回2.1 機械制圖基本標(biāo)準(zhǔn)機械制圖基本標(biāo)準(zhǔn)n2.1.1 圖紙幅面圖紙幅面n2.1.2 圖樣比例圖樣比例n2.1.3 字體字體n 圖樣和技術(shù)文件中書寫的漢字、數(shù)字、字母都應(yīng)遵循GB/T1469193規(guī)定。n 字體高度代表字體號數(shù)，其公稱尺寸系列為：1.8，2

5、.5，3.5，5，7，10，14，20mm。 n2.1.4 圖線圖線n2.1.5 剖面符號剖面符號 n2.1.6尺寸標(biāo)注尺寸標(biāo)注n 1基本規(guī)則基本規(guī)則 n 機件的實際大小應(yīng)以圖上所注尺寸數(shù)值為依據(jù)，與圖形的大小和繪圖的準(zhǔn)確度無關(guān)。n 圖樣中的尺寸以毫米為單位，不需標(biāo)注計量單位的代號或名稱。如采用其他單位則必須注明其相應(yīng)的計量單位的代號或名稱。n 圖樣中標(biāo)注的尺寸為該圖所示機件的最后完工尺寸，否則應(yīng)加以說明。機件的每一尺寸，一般只標(biāo)注一次，并應(yīng)標(biāo)注在表示該結(jié)構(gòu)最清晰的圖形上。 n 2尺寸組成尺寸組成n 一個完整的尺寸由尺寸界線、尺寸線、尺寸線終端（多用箭頭）和尺寸數(shù)字四部分組成。n 3幾種常見要

6、素的尺寸的標(biāo)注幾種常見要素的尺寸的標(biāo)注n （1 1）圓和圓弧尺寸的標(biāo)注）圓和圓弧尺寸的標(biāo)注 n n（2 2）角度尺寸的標(biāo)注）角度尺寸的標(biāo)注n（3 3）窄小尺寸的標(biāo)注）窄小尺寸的標(biāo)注 返回返回2.2 投影與視圖投影與視圖n2.2.1 投影的基本概念投影的基本概念n 1正投影法正投影法n 光源距物體無窮遠時，投射線相互平行，這種投影稱為平行投影。若投射線的方向與投影面傾斜，稱為斜投影（圖a）；如果垂直則稱為正投影（圖b），機械制圖中主要應(yīng)用正投影方法繪圖。n n 2正投影的基本性質(zhì)正投影的基本性質(zhì)n （1）不變性不變性 n （2）積聚性積聚性n （3）類似性類似性n2.2.2 物體的三視圖物體的三

7、視圖n 1三視圖三視圖n 2三面投影的投影規(guī)律三面投影的投影規(guī)律n 主視圖與俯視圖，長對正；主視圖與俯視圖，長對正； n 主視圖與左視圖，高平齊；主視圖與左視圖，高平齊； n 俯視圖與左視圖，寬相等。俯視圖與左視圖，寬相等。 n 3基本形體的三面投影基本形體的三面投影n 棱柱 n 圓柱體 n 棱錐n2.2.3 機件的表達方法機件的表達方法n 1視圖視圖n （1）基本視圖）基本視圖 正六面體的6個面規(guī)定為基本投影面，把機件放在其中。向6個基本面投影所得的視圖稱為基本視圖。6個基本視圖分別為：主視圖；俯視圖；左視圖；右視圖；仰視圖；后視圖。n n（2）斜視圖）斜視圖n（3）局部視圖）局部視圖 n

8、2剖視圖和剖面圖剖視圖和剖面圖n （1）剖視圖）剖視圖n n （2）剖面圖）剖面圖n 剖面剖面 剖視剖視 n （3）局部放大圖）局部放大圖返回返回2.3 公差與配合和表面粗公差與配合和表面粗糙度糙度n2.3.1 公差與配合公差與配合n 設(shè)計給定的尺寸稱為基本尺寸。零線代表基本尺寸的位置。由代表上下偏差的兩條直線所限定的區(qū)域稱為公差帶。同一基本尺寸的孔與軸的結(jié)合稱為配合。根據(jù)公差帶的相對位置，配合分為間隙配合、過渡配合和過盈配合三大類。n 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，孔與軸的公差帶位置各有28個，分別用大寫和小寫拉丁字母表示。還規(guī)定了20個公差等級（即尺寸精度等級），用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。n 配合制度有基孔制和基

9、軸制兩種。 n n2.3.2 表面粗糙度表面粗糙度n 指零件表面的微觀幾何形狀誤差。它主要是加工后在零件表面留下的微細而凹凸不平的刀痕。 n表表2.5 用不同加工方法得到的用不同加工方法得到的 值值加工方法表面粗糙度 （m） 0.0120.0250.050.10.20.40.81.63.26.312.5刨削精粗鉆削鉸孔鏜孔精粗滾銑精粗車精粗磨精粗研磨精粗返回返回2.4 零件圖和裝配圖零件圖和裝配圖n2.4.1 零件工作圖零件工作圖n 零件工作圖是零件制造、檢驗和制訂工藝規(guī)程的基本技術(shù)文件。它既要反映出設(shè)計意圖，又要考慮到制造的可能性和合理性。因此零件工作圖應(yīng)包括制造和檢驗零件所需全部內(nèi)容，如圖

10、形、尺寸及其公差、表面粗糙度、形位公差、對材料和熱處理的說明及其他技術(shù)要求、標(biāo)題欄等。n2.4.2 裝配圖裝配圖n 表達機器或部件的工作原理、結(jié)構(gòu)和零件之間的裝配關(guān)系的工程圖樣稱為裝配圖。它是機械設(shè)備設(shè)計、制造、安裝、檢驗和使用的重要技術(shù)文件之一。n 1裝配圖的內(nèi)容裝配圖的內(nèi)容n （1 1）一組圖形）一組圖形 n （2 2）必要的尺寸）必要的尺寸n （3 3）技術(shù)要求）技術(shù)要求n （4 4）零件的序號、標(biāo)題欄和明細表）零件的序號、標(biāo)題欄和明細表返回返回n 2裝配圖的規(guī)定畫法裝配圖的規(guī)定畫法n （1 1）相鄰零件相鄰零件 n （2 2）剖面線的畫法剖面線的畫法 n （3 3）緊固件及實心零件的表

11、達方法緊固件及實心零件的表達方法n 3尺寸標(biāo)注尺寸標(biāo)注n （1 1）規(guī)格（性能）尺寸規(guī)格（性能）尺寸 n （2 2）配合尺寸配合尺寸 n （3 3）安裝尺寸安裝尺寸 n （4 4）外形尺寸外形尺寸 n （5 5）其他重要尺寸其他重要尺寸 在裝配圖中，除上述尺寸外還有其他一些重要尺寸需要標(biāo)注，如某些重要零件之間及到尺寸基準(zhǔn)的定位尺寸、主要運動件的運動行程及極限位置等。機器不同，這類尺寸的多少也不同。n 4. 技術(shù)要求技術(shù)要求n （1 1）裝配要求）裝配要求 機器在裝配過程中應(yīng)注意的事項，如構(gòu)件的間隙量、接觸率等。n （2 2）檢驗要求）檢驗要求 機器裝配后的試驗、性能檢驗、操作等方面的要求等。n

12、 （3 3）使用要求）使用要求 對于機器的使用、維修、保養(yǎng)等方面提出的要求。n 5. 讀裝配圖讀裝配圖n （1 1）概括了解）概括了解 根據(jù)標(biāo)題欄、明細表及有關(guān)使用說明和工作說明等，概括了解部件的名稱、性能和工作原理等。 n （2 2）分析視圖）分析視圖 根據(jù)明細表中零件的序號和名稱，在裝配圖中找到各個零件的位置和范圍，對照各個視圖弄清零件的作用及該零件與其他零件的裝配關(guān)系等。n （3 3）尺寸關(guān)系和技術(shù)要求）尺寸關(guān)系和技術(shù)要求 根據(jù)裝配圖中的尺寸和公差配合代號，可以進一步了解零件之間聯(lián)接和裝配關(guān)系。n （4 4）歸納總結(jié)）歸納總結(jié) 在對零件的形狀、尺寸及各零件之間裝配關(guān)系反復(fù)進行分析的基礎(chǔ)上

13、，經(jīng)歸納和總結(jié)，再結(jié)合部件的工作原理和技術(shù)要求，進一步深入分析部件的結(jié)構(gòu)，就會得到一個完整、清楚的認識，達到讀懂裝配圖的目的。 返回返回繼續(xù)繼續(xù)n第第3章章 機械常用材料機械常用材料和制造工藝性和制造工藝性n計劃學(xué)時計劃學(xué)時：2h 制作人：向敬忠制作人：向敬忠n基本要求及重點、難點基本要求及重點、難點 n3.1 機械常用材料機械常用材料n3.2 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能n3.3 影響鋼材力學(xué)性能的主要因素影響鋼材力學(xué)性能的主要因素n3.4 材料的選用材料的選用n3.5 機械零件制造工藝性機械零件制造工藝性n基本要求基本要求: :n1) 機械中常用材料及其力學(xué)性能。 n2) 熱處理中

14、與本課相關(guān)的基本概念。n3) 毛坯的制取方法和常用的切削加工方法。n重點、難點：重點、難點：n1) 金屬材料的力學(xué)性能。n2) 熱處理工藝對鋼材綜合機械性能的影響。n3) 機械零件的制造工藝性。n作業(yè)作業(yè): : 3.1；3.3；3.4；3.5；3.6機械設(shè)計基礎(chǔ)講義機械設(shè)計基礎(chǔ)講義返回返回3.1 機械常用材料機械常用材料 機械常用材料機械常用材料 3.1 返回返回3.2 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能n3.2.2 材料的性能材料的性能 n （1）彈性）彈性 材料受外力作用時產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后材料恢復(fù)其原來形狀的性能。n （2）剛度）剛度 材料在受力時抵抗彈性變形的能力。n （3）強度

15、）強度 材料在受力時抵抗塑性變形和斷裂的能力。n （4）延伸性）延伸性 延伸性是衡量材料塑性性能的指標(biāo)，它包括延伸率和斷面收縮率兩項。n 延伸率延伸率：試件拉斷后，標(biāo)距內(nèi)的伸長量與標(biāo)距原長之比的百分率。5%者為塑性材料，5%者為脆性材料。n 斷面收縮率斷面收縮率：試件拉斷后，斷裂處面積的縮小量與原面積之比的百分率。n （5）沖擊韌性）沖擊韌性 材料在沖擊載荷作用下抵抗斷裂的能力。在有缺口的試件上，缺口底部單位截面積所能承受的沖擊功稱為沖擊韌度。n （6）硬度）硬度 硬度表示材料表面在一個小面積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破裂的能力。常用的有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）。n （7）疲勞

16、強度）疲勞強度 在長時間交變載荷的作用下，有些零件會在應(yīng)力遠遠小于屈服強度時發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞疲勞。疲勞強度是指金屬材料經(jīng)無數(shù)次交變載荷作用仍不斷裂的最大應(yīng)力。返回返回3.3 影響鋼材力學(xué)性能的影響鋼材力學(xué)性能的主要因素主要因素n（1 1）含碳量的影響）含碳量的影響 n（2 2）合金元素的影響）合金元素的影響n（3 3）溫度的影響）溫度的影響n（4 4）熱處理工藝的影響）熱處理工藝的影響 n 熱處理熱處理將工件加熱到一定溫度，進行必要的保溫，然后以一定的方法冷卻(冷卻方法不同，其冷卻速度則不同，如水冷、空冷)，以改善其組織結(jié)構(gòu)，從而得到所需的綜合機械性能(如強度、韌性、硬度等) 的

17、工藝方法。n 退火退火將工件加熱到臨界溫度以上，進行必要的保溫，然后隨爐冷卻的工藝方法；n 正火正火將工件加熱到臨界溫度以上，進行必要的保溫，在空氣中冷卻的工藝方法；n 淬火淬火將工件加熱到臨界溫度以上，進行必要的保溫，如果在水或油中冷卻稱之為淬火。n 回火回火如果加熱到臨界溫度以下，保溫后空冷或油冷，稱之為回火。n 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)淬火后高溫回火稱為調(diào)質(zhì)。n 表面淬火表面淬火如果將工件表面迅速加熱到臨界溫度以上，不等熱量傳至工件中心就快速冷卻的工藝方法稱之為表面淬火。n 除此之外還有化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理，即將不同元素的活性原子滲入到工件表面的熱處理方法，如滲碳滲碳、氮化氮化和氰化氰化等。熱處理工藝的

18、目的和應(yīng)用見書中 表表3.2。返回返回3.4 材料的選用材料的選用n 選擇材料主要應(yīng)考慮3個方面問題：使用要求、工使用要求、工藝要求和經(jīng)濟要求藝要求和經(jīng)濟要求。n 表表3.33.3列出了幾種常用材料的機械性能指標(biāo)，以供選材時參考。 3.5 機械零件的制造工藝性機械零件的制造工藝性n 1毛坯的制取毛坯的制取 n（1 1）型材）型材 型材的種類很多，如圓鋼、方鋼、鋼管、鋼板等，均可直接作為毛坯。n（2 2）鑄造）鑄造 鑄造是將液態(tài)合金澆鑄到具有與零件形狀相適應(yīng)的鑄型的孔腔中，待其冷卻凝固后，獲得零件或毛坯的加工方法。n（3 3）壓力加工）壓力加工 壓力加工是在外力的作用下，通過使金屬在固態(tài)下發(fā)生塑

19、性變形，而獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。鍛造、沖壓和軋制均為壓力加工的一種生產(chǎn)方式n （4）焊接）焊接 焊接實質(zhì)是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用（有時可不用）填充材料，使焊件達到原子結(jié)合的一種加工方法。 返回返回n 2常見的切削加工方法常見的切削加工方法n （1 1）車削加工）車削加工 車削加工是指在車床上用車刀加工工件的工藝過程。n（2 2）銑削加工）銑削加工 銑削加工是指在銑床上用銑刀加工工件的工藝過程。它是平面加工的主要方法之一，常用于加工各類溝槽。n（3 3）刨削加工）刨削加工 刨削加工是指在刨床上用刨刀加工工件的工藝過程。它是平面加工的主要方法之

20、一，常用于加工各類直槽。n（4 4）磨削加工）磨削加工 磨削加工是用砂輪或其他磨具切除工件多余材料的加工方法，是零件精加工的主要方法之一。n（5 5）鉆削加工）鉆削加工 鉆削加工是指在鉆床上用鉆頭加工工件的工藝過程。它是孔加工的一種基本方法，稱為鉆孔。n 3零件的熱處理及裝配零件的熱處理及裝配n為了避免熱處理時變形、開裂或降低熱處理質(zhì)量，零件的幾何形狀應(yīng)簡單、對稱、長徑比不可太大，應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中源，截面均勻，無銳邊和尖角，應(yīng)避免盲孔、配作孔和局部滲碳、局部滲氮等。零件也應(yīng)有足夠的剛度。n機器工作一定期限之后，需要進行檢修。因此，工藝性還必須包括零件裝拆的可能性和方便性。 返回返回繼續(xù)繼續(xù)返

21、回返回返回返回機械設(shè)計基礎(chǔ)講義機械設(shè)計基礎(chǔ)講義 n第第4章章 靜力學(xué)簡介靜力學(xué)簡介n計劃學(xué)時：計劃學(xué)時：1h 制作人：向敬忠制作人：向敬忠n基本要求及重點、難點基本要求及重點、難點n4.1 靜力學(xué)中的基本概念和公理靜力學(xué)中的基本概念和公理n4.2 匯交力系匯交力系n4.3 力偶系力偶系n4.4 平面一般力系平面一般力系n基本要求基本要求:n1) 靜力學(xué)中的公理、基本定律、基本概念。 n2) 了解平面匯交力系、力偶系、一般力系。n重點：重點：n1) 靜力學(xué)中的公理、基本定律、基本概念。n難點：難點：n1) 平面一般力系的計算n作業(yè)作業(yè): 4.1；4.2；4.4；4.5 返回返回返回返回4.2 匯

22、交力系匯交力系返回返回4.3 力偶系力偶系返回返回返回返回繼續(xù)繼續(xù)機械設(shè)計基礎(chǔ)講義機械設(shè)計基礎(chǔ)講義n第第5章章 材料力學(xué)簡介材料力學(xué)簡介 n計劃學(xué)時計劃學(xué)時：2h 制作人：向敬忠制作人：向敬忠n基本要求及重點、難點基本要求及重點、難點n5.1 材料力學(xué)的基本概念材料力學(xué)的基本概念n5.2 軸向拉伸與壓縮軸向拉伸與壓縮n5.3 剪切剪切n5.4 圓軸扭轉(zhuǎn)圓軸扭轉(zhuǎn)n5.5 梁的平面彎曲梁的平面彎曲n5.6 強度理論強度理論n5.7 動載荷與交變應(yīng)力動載荷與交變應(yīng)力n基本要求基本要求:n1) 掌握變形體、內(nèi)力、應(yīng)力、應(yīng)變、許用應(yīng)力、動載荷與交變應(yīng)力的概念。 n2) 掌握軸向拉伸與壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、平

23、面彎曲的變形特點，并了解它們的內(nèi)力、應(yīng)力、變形的計算以及相應(yīng)的強度、剛度條件。n3) 了解強度理論。n重點：重點：1)基本概念。2) 基本變形的特點。n難點：難點：1)基本變形的特點及內(nèi)力、應(yīng)力計算。n作業(yè)作業(yè): 5.1；5.2；5.8 返回返回5.1 材料力學(xué)的基本概念材料力學(xué)的基本概念n5.1.1 5.1.1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)n 在靜力學(xué)中，研究了物體的受力分析和力系的平衡條件,分析組成機器和設(shè)備的構(gòu)件的受力狀態(tài)。分析這些構(gòu)件在載荷作用下，是否能安全可靠地進行正常工作，這是材料力學(xué)所要研究的內(nèi)容。n 保證機器和設(shè)備的每一個構(gòu)件在載荷作用下能正常工作，構(gòu)件必須滿足下述幾個要求：n

24、 構(gòu)件在載荷作用下必須不致破壞，或者說，構(gòu)件必須具有一定的強度強度。n 構(gòu)件在載荷作用下的變形必須在許可的范圍內(nèi)，或者說，構(gòu)件必須具有一定的剛度剛度。n 在載荷作用下，構(gòu)件必須保持其原有的平衡狀態(tài)，或者說，構(gòu)件必須具有一定的穩(wěn)定性穩(wěn)定性。n 在保證滿足上述三方面要求的同時，要盡量選用適當(dāng)?shù)牟牧虾蜏p少材料的消耗量，以達到節(jié)約資金的經(jīng)濟要求。n 綜上所述，材料力學(xué)的任務(wù)就是對構(gòu)件進行強度、對構(gòu)件進行強度、剛度和穩(wěn)定性的分析和計算，在保證構(gòu)件能正常、安剛度和穩(wěn)定性的分析和計算，在保證構(gòu)件能正常、安全地工作的前提下最經(jīng)濟地使用材料全地工作的前提下最經(jīng)濟地使用材料。n5.1.2 5.1.2 變形體的性質(zhì)

25、及其基本假設(shè)變形體的性質(zhì)及其基本假設(shè)n 在材料力學(xué)中，主要研究材料在彈性階段內(nèi)的受力性質(zhì)。下面對變形體介紹幾個基本假設(shè)和概念，作為理論分析的基礎(chǔ)。 n (1) (1) 材料的均勻連續(xù)假設(shè)材料的均勻連續(xù)假設(shè) 假設(shè)物體的性質(zhì)在各處都是相同的，而且構(gòu)成物體的物質(zhì)是毫無間隙地充滿了物體的整個幾何容積。 n (2) (2) 材料的各向同性假設(shè)材料的各向同性假設(shè) 假定材料在各個不同的方向都具有相同的力學(xué)性質(zhì)。 n (3) (3) 變形很小的假設(shè)變形很小的假設(shè) 假定物體的幾何形狀及尺寸的改變與其總尺寸相比較是很微小的。n5.1.35.1.3 構(gòu)件及桿件變形的基本形式構(gòu)件及桿件變形的基本形式n1. 桿或桿件桿

26、或桿件長度遠大于它的橫向尺寸n 桿的各橫截面形心的連線，稱為桿的軸線。若桿的軸線是曲的，稱為曲桿曲桿；若桿的軸線是直的，則稱為直桿直桿。垂直于桿軸線的截面，稱為桿的橫截面；通過直桿軸線的截面，稱為桿的縱截面 。n 直桿與曲桿直桿與曲桿 桿的縱截面桿的縱截面 n2. 板或殼板或殼構(gòu)件的厚度遠小于其他兩個方向的尺寸。中面是平面為板板；中面是曲面為殼殼 。n 材料力學(xué)研究的對象主要是桿，而且大多是直桿。 n板與殼 n由于外力引起桿件變形，主要有下列幾種基本形式：由于外力引起桿件變形，主要有下列幾種基本形式： n（1 1） 軸向拉伸及壓縮軸向拉伸及壓縮 n（2 2） 剪切剪切 n（3 3） 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)n

27、（4 4） 彎曲彎曲 返回返回返回返回返回返回返回返回5.5 梁的平面彎曲梁的平面彎曲 n5.5.1 5.5.1 平面彎曲的特點和梁的基本類型平面彎曲的特點和梁的基本類型n 機械結(jié)構(gòu)中最常遇到的彎曲形式是平面彎曲,桿件變形后，它的軸線在縱對稱面內(nèi)成一條平面曲線。工程上對于受力后產(chǎn)生彎曲變形的桿，一般稱為梁。截面大小不變，軸線為直線的梁稱為等直梁。 n根據(jù)梁的支承情況，梁的基本類型有三種： n (1) (1) 簡支梁簡支梁 它的特點是一端為固定鉸鏈支座，另一端是活動鉸鏈支座。n (2) (2) 懸臂梁懸臂梁 它的特點是一端固定，一端自由。 n (3) (3) 外伸梁外伸梁 它的特點也是用一個固定

28、鉸鏈支座和一個活動鉸鏈支座支承的，不過梁的一端或兩端是外伸的。n圖5.22 吊車橫梁內(nèi)力分析 圖5.23 彎矩的正負號返回返回返回返回返回返回繼續(xù)繼續(xù)機械設(shè)計基礎(chǔ)講義機械設(shè)計基礎(chǔ)講義n第第6章章 機械原理概論機械原理概論 計劃學(xué)時：計劃學(xué)時：0.2h 制作人：向敬忠制作人：向敬忠n基本要求及重點、難點基本要求及重點、難點n機械原理概論機械原理概論n基本要求基本要求:n1) 構(gòu)件與零件、機構(gòu)與機器的概念及其差別。 n重點、難點：重點、難點：n1) 構(gòu)件與零件、機構(gòu)與機器的概念及其差別。n作業(yè)作業(yè): 6.1返回返回n 機械原理是一門以機構(gòu)和機器為研究對象的科學(xué)。n圖6.1 內(nèi)燃機n 機器這一概念多

29、少年來已經(jīng)在人們的頭腦中形成，而且還在不斷發(fā)展。在現(xiàn)代生產(chǎn)和日常生活中，機器已成為代替或減輕人類勞動、提高勞動生產(chǎn)率的主要手段。n 機器機器是執(zhí)行機械運動的裝置，用來變換或傳遞能量、物料和信息。凡將其他形式能量變換為機械能的機器稱為原動機，如內(nèi)燃機、電動機（分別將熱能和電能變換為機械能）等都是原動機。凡利用機械能去變換或傳遞能量、物料和信息的機器稱為工作機，如發(fā)電機（機械能變?yōu)殡娔埽?、起重機（傳遞物料）、金屬切削機床（變換物料外形）、錄音機（變換和傳遞信息）等都屬于工作機。 機械原理概論機械原理概論n 如圖6.1所示為單缸四沖程內(nèi)燃機。它是由汽缸1、活塞2、進氣閥3、排氣閥4、連桿5、曲軸6、

30、凸輪7、頂桿8、齒輪9和10組成的。活塞的往復(fù)移動通過連桿轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的連續(xù)轉(zhuǎn)動。凸輪和頂桿是用來啟閉進氣閥和排氣閥的。三個齒輪保證進、排氣閥和活塞之間形成有一定節(jié)奏的動作。又如圖6.2所示為一工業(yè)機器人，它由鉸接臂機械手1、計算機控制器2、液壓裝置3和電力裝置4組成。當(dāng)機械手的大臂、小臂和手按指令有規(guī)律的運動時，首端夾持器（圖中未示出）便將物料搬運到預(yù)定的位置。在這部機器中，機械手是傳遞運動和執(zhí)行任務(wù)的裝置，是機器的主體部分，電力裝置和液壓裝置提供動力，計算機實施控制。n圖6.2 工業(yè)機器人 n 可以看出，雖然各種機器的結(jié)構(gòu)、形式和用途各不相同，但它們都具有以下3個共同的特征，即：n 它們都是

31、各種材料做成的制造單元（通稱為零件）經(jīng)裝配而成的各個運動單元（通稱為構(gòu)件）的組合體；n 各個運動單元之間具有確定的相對運動，即當(dāng)其中一個運動部分位置確定時，則其余各部分的位置也就跟著確定了；n 在生產(chǎn)過程中，它們能代替人類的勞動來完成有用的機械功（如機器人仿人工作）或轉(zhuǎn)換機械能（如內(nèi)燃機、電動機分別將熱能和電能轉(zhuǎn)換成機械能）。n由此可見，具有上述3個特征的就是機器機器。n機器中的構(gòu)件可以是單一的零件，也可以是由幾個零件裝配成的剛性結(jié)構(gòu)。所以說構(gòu)件和零件是兩個不同的概念，構(gòu)件是運動單元，而零件是制造單元構(gòu)件是運動單元，而零件是制造單元。在 “機械原理”課程中，將構(gòu)件作為研究的基本單元。n 仔細分

32、析機器的實例，我們還會發(fā)現(xiàn)這樣的事實，一般機器還不是能實現(xiàn)預(yù)期運動的最基本的組合體。在圖6.1所示的內(nèi)燃機中，活塞、連桿、曲軸和氣缸體組合起來，可將活塞的往復(fù)移動變成曲軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動；凸輪、頂桿和氣缸體的另一組合，可將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動變成頂桿的按另一種預(yù)期運動規(guī)律的往復(fù)移動；而3個齒輪與氣缸體組合在一起后，又可將轉(zhuǎn)動變快或變慢，甚至改變轉(zhuǎn)向。這些具有各自運動且均含有一個機架（這里是氣缸體）的組合體才是基本的。人們將能實現(xiàn)預(yù)期的機械運動的各構(gòu)件（包括機架）的基本組合體稱為機構(gòu)機構(gòu)。因此，機器應(yīng)是由各種機構(gòu)所構(gòu)成的系統(tǒng)。多數(shù)機器都包含若干個不同的機構(gòu)，上述內(nèi)燃機就包含了曲柄滑塊機構(gòu)、凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)

33、等3n個不同的機構(gòu)。最簡單的機器只含有一個最簡單的機構(gòu)，如電動機、鼓風(fēng)機等只含有一個雙桿回轉(zhuǎn)機構(gòu)。從結(jié)構(gòu)和運動的觀點看，機器和機構(gòu)兩者之間并無區(qū)別，所以常用機械一詞作機構(gòu)和機器的總稱。n 機械原理主要研究機械中常用機構(gòu)（連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、輪系和間歇運動機構(gòu)）的功用、特點和傳動特性；研究機器動力學(xué)的基本知識；研究機構(gòu)的組成及機構(gòu)運動的可能性和確定性；研究機構(gòu)的運動分析，掌握按已知條件來設(shè)計新機構(gòu)的方法。n為了在有限的學(xué)時中能對機器中最典型和常用的機構(gòu)有深入的探討，故本課程以作平面運動的平面機構(gòu)為主要內(nèi)容。n 近年來，由于電子計算機的使用，給機械原理的研究提供了先進的工具和方法，使解決

34、機構(gòu)分析和綜合中的一些復(fù)雜問題成為實際可能。另一方面，測試技術(shù)的發(fā)展也為機械運動學(xué)和動力學(xué)創(chuàng)造了有利條件。可以斷言，隨著時間的推移，由于電子計算機技術(shù)和測試技術(shù)以及優(yōu)化方法和可靠性技術(shù)的應(yīng)用，會使機械原理這門學(xué)科得到新的發(fā)展，使機械原理的理論在工程實踐中獲得更加廣泛的應(yīng)用。返回返回繼續(xù)繼續(xù)n第第7章章 平面機構(gòu)的自由度平面機構(gòu)的自由度n 計劃學(xué)時：計劃學(xué)時：1.8h 制作人：向敬忠制作人：向敬忠n基本要求及重點、難點基本要求及重點、難點n7.1 運動副及其分運動副及其分類類n7.2 平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖n7.3 平面機構(gòu)的自由度平面機構(gòu)的自由度 n基本要求基本要求:n1) 運動副的

35、概念及其區(qū)別。 n2) 能夠讀懂機構(gòu)運動簡圖。n3) 平面機構(gòu)自由度的計算。n重點：重點：n1) 運動副的概念及其區(qū)別。n2) 平面機構(gòu)自由度的計算。n難點：難點：n1）平面機構(gòu)自由度的計算。n2）機構(gòu)運動簡圖n作業(yè)作業(yè): 7.2機械設(shè)計基礎(chǔ)講義機械設(shè)計基礎(chǔ)講義返回返回n 所有構(gòu)件運動平面都相互平行的機構(gòu)稱為平面機平面機構(gòu)構(gòu)，否則稱為空間機構(gòu)空間機構(gòu)。n 機構(gòu)是由許多構(gòu)件組成的。機構(gòu)的每一個構(gòu)件都以一定的方式與其他的構(gòu)件相聯(lián)接，且彼此之間存在一定的相對運動。兩構(gòu)件之間直接接觸，又能作相對運動的聯(lián)接，稱為運動副運動副。n 平面運動副中，兩構(gòu)件之間的直接接觸可分為點接觸、線接觸和面接觸。故運動副通

36、?？梢园礃?gòu)件的接觸特性分為低副低副和高副高副兩大類。n7.1.1 7.1.1 低副低副n 兩構(gòu)件通過面接觸構(gòu)成的運動副，稱為低副。根據(jù)兩構(gòu)件間的相對運動形式，低副又分為移動副和轉(zhuǎn)動副。若組成運動副的兩個構(gòu)件只能沿某一軸線相對移動，這種運動副稱為移動副，如圖7.1 所示。若組成運動副的兩個構(gòu)件間的相對運動為轉(zhuǎn)動，則稱為轉(zhuǎn)動副或回轉(zhuǎn)副，又稱鉸鏈，如圖7.2 所示。 n圖7.1 移動副 圖7.2 轉(zhuǎn)動副 7.1 7.1 運動副及其分類運動副及其分類n7.1.2 高副高副n 兩構(gòu)件通過點接觸或線接觸構(gòu)成的運動副，稱為高副。例如圖7.3a）所示的凸輪1與從動件2的接觸處構(gòu)成的高副，圖7.3b）所示的齒輪

37、1和齒輪2在接觸點A處構(gòu)成的高副。n 低副因其兩構(gòu)件接觸處的壓強小，故承裁能力大，耐磨損，壽命長，且因形狀簡單，所以容易制造，而高副則相反。但低副的兩構(gòu)件之間只能作相對滑動，而高副的兩構(gòu)件之間則可作相對滑動或滾動，或二者并存。 n a）凸輪高副 b）齒輪高副n圖7.3 高副返回返回7.2 平面機構(gòu)的運動簡圖平面機構(gòu)的運動簡圖n 機構(gòu)設(shè)計是復(fù)雜的，在分析過程中，除去實際機構(gòu)中與運動無關(guān)的因素(如構(gòu)件外形、組成構(gòu)件的零件數(shù)目以及運動副的具體構(gòu)造等)，僅用簡單線條和規(guī)定的符號表示構(gòu)件和運動副，并用一定的比例表示運動副的位置，這種用來說明機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖。由此可見，機構(gòu)

38、運動簡圖必須與原機構(gòu)具有完全相同的運動特性，它不僅可以用來表示機構(gòu)的運動情況，而且還可以根據(jù)機構(gòu)簡圖對機構(gòu)進行運動分析和受力分析。n7.2.1 運動副與構(gòu)件的表示方法運動副與構(gòu)件的表示方法n 圖7.4所示是兩個構(gòu)件組成回轉(zhuǎn)副的表示方法。用圓圈表示回轉(zhuǎn)副，其圓心代表相對轉(zhuǎn)動的軸線。若組成回轉(zhuǎn)副的二構(gòu)件都是活動件(如l，2)，則用圖7.4a）表示。若其中有一個為機架，則在代表機架的構(gòu)件上加斜線，如圖7.4b）所示。n 圖7.4 轉(zhuǎn)動副符號 圖7.5 移動副符號 n 圖7.5所示是兩構(gòu)件(如1，2)組成移動副的表示方法。移動副的導(dǎo)路必須與相對移動方向一致。同前所述，圖中有斜線的構(gòu)件表示機架。 n 兩

39、構(gòu)件組成高副的表示方法如圖n7.6所示。在簡圖中應(yīng)當(dāng)畫出兩構(gòu)件n接觸處的曲線輪廓，并使其接觸點的n接觸位置和曲率中心位置不變。 n 圖7.6 高副符號n 在表達機構(gòu)運動簡圖中的構(gòu)件時，只需將構(gòu)件上的所有運動副按照它們在構(gòu)件上的位置用符號表示出來，再用簡單的線條聯(lián)成一體，如圖7.7a），b）所示。 圖c），d）分別表示具有3個運動副的構(gòu)件的表示方法，超過3個運動副的構(gòu)件的表示方法可依次類推。對于機械常用的構(gòu)件和零件，可采用慣用畫法，例如用細實線(或點劃線)畫出一對節(jié)圓來表示互相嚙合的齒輪，用完整的輪廓曲線表示凸輪。其他零部件的表示方法可參看GB446084“機構(gòu)運動簡圖符號”。n圖7.7 構(gòu)件表

40、示法n7.2.2 機構(gòu)運動簡圖的繪制機構(gòu)運動簡圖的繪制n 繪制機構(gòu)運動簡圖的一般步驟如下：n 分析機構(gòu)運動，找出機架、原動件與從動件。 n 從原動件開始，按照運動的傳遞順序，分析各構(gòu)件之間相對運動的性質(zhì)，確定活動構(gòu)件數(shù)目、運動副的類型和數(shù)目。n 合理選擇視圖平面，應(yīng)選擇能較好表示運動關(guān)系的平面為視圖平面。n 選擇合適的比例尺，長度比例尺用表示，在機械設(shè)計中規(guī)定如下：n =實際長度圖示長度 按比例定出各運動副之間的相對位置，用規(guī)定符號繪制機構(gòu)運動簡圖。n 各轉(zhuǎn)動中心標(biāo)以大寫的英文字母，各構(gòu)件標(biāo)阿拉伯字母，機構(gòu)的原動件以箭頭標(biāo)明。n 下面舉例說明機構(gòu)運動簡圖的繪制方法。n 圖7.8 抽水唧筒及機構(gòu)

41、簡圖 返回返回7.3 平面機構(gòu)的自由度平面機構(gòu)的自由度 n 機構(gòu)的各構(gòu)件之間應(yīng)具有確定的相對運動。不能產(chǎn)生相對運動或無規(guī)則亂動的一堆構(gòu)件是不能成為機構(gòu)的。為了使組合起來的構(gòu)件能產(chǎn)生相對運動并具有運動確定性，有必要探討機構(gòu)自由度和機構(gòu)具有確定運動的條件。n7.3.1 7.3.1 平面機構(gòu)自由度及其計算公式平面機構(gòu)自由度及其計算公式n 一個作平面運動的自由構(gòu)件具有3個獨立運動的可能性。如圖7.9所示，在直角坐標(biāo)n系中，構(gòu)件S可以隨其在任一點An沿x軸及y軸方向移動和繞A點轉(zhuǎn)動。n這種可能出現(xiàn)的獨立運動稱為構(gòu)n件的自由度。n 當(dāng)兩個構(gòu)件組成運動副之后，n它們的相對運動就會受到約束， 圖7.9 平面機

42、構(gòu)的自由度 n自由度數(shù)目也隨之減少。不同種類的運動副引入的約束不同，所以保留的自由度也不同。低副中的轉(zhuǎn)動副，約束了沿x軸的移動和y軸的轉(zhuǎn)動兩個自由度，只保留一個繞z軸轉(zhuǎn)動的自由度，如圖7.2所示；而移動副約束了沿y軸方向的移動和繞z軸轉(zhuǎn)動兩個自由度，只保留沿x軸方向移動的自由度，如圖7.1所示。高副則只約束了沿接觸處公法線n-n方向移動的自由度，保留繞接觸處的轉(zhuǎn)動和沿接觸處公切線方向t-t移動的兩個自由度，如圖7.3所示。在平面機構(gòu)中，每個低副引入兩個約束，使構(gòu)件失去兩個自由度；每個高副引入一個約束，使構(gòu)件失去一個自由度。 n 設(shè)平面機構(gòu)共有N個構(gòu)件，低副和高副數(shù)目分別為PH和PL，如將機構(gòu)中

43、某一構(gòu)件固定為機架，則機構(gòu)中的活動構(gòu)件數(shù)為n=N1。由于活動構(gòu)件給機構(gòu)帶進3n個自由度，而機構(gòu)中全部運動副所引入的約束總數(shù)為2PL+PH。因此活動構(gòu)件的自由度總數(shù)減去由運動副引入的約束總數(shù)就是該機構(gòu)的自由度，用F表示，即n 上式是平面機構(gòu)自由度的計算公式。由公式可知，機構(gòu)自由度的大小取決于活動構(gòu)件的數(shù)目以及運動副的性質(zhì)(低副或高副)和數(shù)目。n7.3.2 機構(gòu)具有確定相對運動的條件機構(gòu)具有確定相對運動的條件n 機構(gòu)的自由度也就是機構(gòu)所具有的獨立運動的個數(shù)。為使機構(gòu)具有確定的相對運動，還應(yīng)使給定的獨立運動數(shù)目等于機構(gòu)的自由度。而給定的獨立運動規(guī)律是由原動件提供的，通常每個原動件只具有一個獨立運動規(guī)

44、律(如電動機轉(zhuǎn)子具有一個獨立轉(zhuǎn)動，內(nèi)燃機活塞具有一個獨立移動)。所以機構(gòu)具有確定的相對運機構(gòu)具有確定的相對運動的條件動的條件是：n （1 1）F F 0 0； n （2 2）原動件的數(shù)目等于機構(gòu)的自由度數(shù)。）原動件的數(shù)目等于機構(gòu)的自由度數(shù)。n7.3.3 計算平面機構(gòu)自由度的注意事項計算平面機構(gòu)自由度的注意事項n 計算平面機構(gòu)自由度時，要注意以下幾種情況。n n 1 1復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈n 兩個以上的構(gòu)件在同一軸線上n用轉(zhuǎn)動副連接起來形成復(fù)合鉸鏈。n圖為成的復(fù)合鉸鏈，從圖7.11b）n可以看出它們具有兩個轉(zhuǎn)動副。不n難推算，由K個構(gòu)件匯交成的復(fù)合n鉸鏈應(yīng)當(dāng)包含(K1)個回轉(zhuǎn)副。 圖7.11 復(fù)合鉸

45、鏈n 例例7.37.3 計算圖7.12所示圓盤鋸主體機構(gòu)的自由度。n 解解 機構(gòu)中有7個活動構(gòu)件，n =7， A，B，C，D 4處都是3個構(gòu)件匯交成的復(fù)合鉸鏈，各有二個回轉(zhuǎn)副，故PL=10。由式(7.1)可得n nF與機構(gòu)原動件個數(shù)相等。因此，當(dāng)原動件8轉(zhuǎn)動時，圓盤中心E將確定地沿直線EE移動。n圖7.12圓盤鋸主體機構(gòu)的自由度 圖7.13 局部自由度 n 2 2局部自由度局部自由度n在機構(gòu)中常出現(xiàn)的與輸出構(gòu)件運動無關(guān)的自由度，稱為局部自由度。在計算整個機構(gòu)的自由度時，局部自由度應(yīng)除去不計。n滾子是平面機構(gòu)中局部自由度最常見的型式。如圖7.13a）所示的凸輪機構(gòu)中，為了減少高副接觸處的磨損，在

46、原動件凸輪和從動件尖底之間安裝了圓柱形滾子。滾子繞軸線C的自由轉(zhuǎn)動絲毫不影響從動件尖底的運動。為了防止計算錯誤，在計算機構(gòu)自由度時，可以設(shè)想將滾子與從動件焊成一體，如圖7.13b）所示，預(yù)先排除局部自由度，然后進行計算。n 3 3虛約束虛約束n 在某些機構(gòu)中，有些運動副帶入的約束對自由度的影響是重復(fù)的。這些對機構(gòu)運動限制作用的重復(fù)約束稱為虛約束，在計算機構(gòu)自由度時應(yīng)當(dāng)除去。常見的虛約束經(jīng)常出現(xiàn)在以下場合：n 兩個構(gòu)件之間組成多個導(dǎo)路平行的移動副時，只有一個移動副起作用，其余都是虛約束。如龍門刨床中的兩個平行的V形導(dǎo)軌。n 兩個構(gòu)件之間組成多個軸線重合的回轉(zhuǎn)副時，只有一個回轉(zhuǎn)副起作用，其余都是虛

47、約束。例如兩個軸承支持一根軸只能看作一個回轉(zhuǎn)副。n 機構(gòu)中對傳遞運動不起獨立作用的對稱部分。例如圖7.14所示輪系，中心輪1通過三個對稱布置的小齒輪驅(qū)動內(nèi)齒輪3，其中只有一個小齒輪對傳遞運動起獨立作用。 n1 中心輪 2 行星輪 3 固定內(nèi)齒輪n圖7.14 行星輪系中的虛約束n 當(dāng)不同構(gòu)件上的兩點間的距離保持恒定時，如圖7.15所示機車車輪聯(lián)動機構(gòu)中，ABCD為平行四邊形，構(gòu)件4平行于原動件l。因此機構(gòu)在運動過程中，點B，F(xiàn)，D的運動軌跡完全相同，但由于構(gòu)件3的加入，使機構(gòu)增加了一個虛約束。 b）簡圖n1原動車輪 2連桿 3，4從動車輪 5車軸n圖7.15 機車車輪聯(lián)動裝置 n 虛約束雖不影響

48、機構(gòu)的運動，但能改善機構(gòu)的受力狀況和增加構(gòu)件的剛性等，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計中有著廣泛的應(yīng)用。在計算時，只有將機構(gòu)運動簡圖中的虛約束排除，才能算出真實的機構(gòu)自由度。n 例例7.47.4 計算圖7.16a）所示大篩機構(gòu)的自由度，并判斷是否具有確定的運動。n 解解 機構(gòu)中的滾子有一個局部自由度。從動件與機架在E和E組成兩個導(dǎo)路平行的移動副，其中之一為虛約束。C處是復(fù)合鉸鏈。在計算機構(gòu)自由度的過程中，可將滾子與從動件焊成一體，去掉移動副E，并注明回轉(zhuǎn)副的個數(shù)，如圖7.16b）所示?？傻胣=7，PL=9,PH=1,則：n 此機構(gòu)的自由度等于2，有兩個原動件，因此，此機構(gòu)具有確定的運動。n1原動曲柄 2原動凸輪

49、 3篩子n圖7.16 大篩機構(gòu) 返回返回繼續(xù)繼續(xù)機械設(shè)計基礎(chǔ)講義機械設(shè)計基礎(chǔ)講義n第第8章章 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)n 計劃學(xué)時：計劃學(xué)時：2.5h 制作人：向敬忠制作人：向敬忠n基本要求及重點、難點基本要求及重點、難點n8.1 鉸鏈四桿機構(gòu)及其演化鉸鏈四桿機構(gòu)及其演化n8.2 平面四桿機構(gòu)的基本特性平面四桿機構(gòu)的基本特性n8.3 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計n基本要求基本要求:n1) 鉸鏈四桿機構(gòu)及其演化形式。 n2) 鉸鏈四桿機構(gòu)基本參數(shù)及運動特性。n3) 掌握鉸鏈四桿機構(gòu)基本形式的判斷。n重點：重點：n1) 鉸鏈四桿機構(gòu)的運動特性。n2) 鉸斂四桿機構(gòu)的曲柄存在條件。n3) 鉸

50、鏈四桿機構(gòu)基本形式的判斷。n難點：難點：n1) 鉸斂四桿機構(gòu)的曲柄存在條件。n2) 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計n作業(yè)作業(yè): 8.1返回返回n 平面連桿機構(gòu)是機械中常用的機構(gòu)之一，是由若干構(gòu)件用低副低副(移動副移動副和轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副)聯(lián)接組成的平面機構(gòu)。n 低副是面接觸，耐磨損，加上轉(zhuǎn)動副和移動副的接觸表面是圓柱面和平面，制造簡單，易于獲得較高的制造精度。因此平面連桿機構(gòu)在各種機械和儀器中獲得廣泛應(yīng)用。連桿機構(gòu)的缺點是：低副中存在間隙，容易產(chǎn)生積累誤差；設(shè)計較困難，不易精確地實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律。n 最簡單的平面連桿機構(gòu)是由四個構(gòu)件組成的，簡稱平面四桿機構(gòu)。它應(yīng)用廣泛，而且是組成多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)，因此本章著重

51、討論平面四桿機構(gòu)。n8.1 鉸鏈四桿機構(gòu)及其演化鉸鏈四桿機構(gòu)及其演化n 當(dāng)平面四桿機構(gòu)中的運動副都是轉(zhuǎn)動副時，稱為鉸鉸鏈四桿機構(gòu)鏈四桿機構(gòu)，如圖8.1所示，是四桿機構(gòu)中最基本的型式，其他類型的四桿機構(gòu)都是在它的基礎(chǔ)上演化而成的。 1，3連架桿 2 連桿 1 曲柄 2 連桿 3 搖桿n 4 固定件(機架)n 圖8.1 鉸鏈四桿機構(gòu) 圖8.2 調(diào)整雷達天線仰角的曲柄搖桿機構(gòu)n 在圖8.1所示的機構(gòu)中，固定件4稱為機架機架，與機架用轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接的構(gòu)件1和構(gòu)件3稱為連架桿連架桿，不與機架直接相聯(lián)的構(gòu)件2稱為連桿連桿。在連架桿中能繞機架作360整周轉(zhuǎn)動的連架桿稱為曲柄曲柄；不能繞機架作360整周轉(zhuǎn)動，而

52、只能繞機架作一定角度往復(fù)擺動的連架桿稱為搖搖桿桿。n8.1.1 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型 n 1 1曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)n 在平面鉸鏈四桿機構(gòu)中除連桿和機架外，另外兩個連架桿一個為曲柄，一個為搖桿的稱為曲柄搖桿機構(gòu)。n 當(dāng)曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用在攪拌機、n搬運機、放映機等機器中時，往往n是利用連桿曲線來完成工作要求的。n如圖8.3所示的某種電影放映機中的n抓片機構(gòu)。抓片爪固定在連桿2的En點上。曲柄1等速回轉(zhuǎn)，當(dāng)連桿上的nE點經(jīng)過近似直線部分時，抓片爪就n插入影片孔，撥動影片往下移動一n幅；而當(dāng)E點經(jīng)過曲線部分時，抓片n爪就退出，此時影片停止不動。n柄如按一定的轉(zhuǎn)速連續(xù)等速回

53、轉(zhuǎn)，曲n柄便能使影片獲得所需的間歇運動， 圖8.3 電影放映機n滿足電影放映的要求。 中的抓片機構(gòu)n 2雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)n 兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。如圖8.4所示慣性篩中的鉸鏈四桿機構(gòu)ABCD就是這類機構(gòu)。n 1，3搖桿 2連桿 3固定架n 圖8.4 慣性篩的鉸鏈四桿機構(gòu) 圖8.5 鶴式起重機n n 當(dāng)主動輪曲柄2作等速回轉(zhuǎn)一周時，另一曲柄4便以變速回轉(zhuǎn)一周，因而可使篩子6具有所需的加速度，利用加速運動的慣性力，使篩中的物料往復(fù)運動而達到篩分的目的。 n 3雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)n 在鉸鏈四桿機構(gòu)中，兩連架桿均為搖桿的稱為雙搖桿機構(gòu)。如圖8.5所示的鶴式起重機便是這種機

54、構(gòu)的實例。在鶴式起重機的起重機構(gòu)中，構(gòu)件1和3都是搖桿。當(dāng)搖桿1擺動時，連桿2上懸掛貨物的E點便在近似的水平直線上移動。這樣，在平移貨物時，可避免不必要的升降，以保證貨物平穩(wěn)移動和減少能量消耗。 n8.1.2 鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件 n 鉸鏈四桿機構(gòu)的3種基本型式，其區(qū)別在于連架桿是否為曲柄。而曲柄是否存在，取決于機構(gòu)中各桿的尺寸和機架的選擇。n圖8.6 鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件的分析 n 設(shè)圖8.6所示的鉸鏈四桿機構(gòu)中，各桿長度分別為a，b，c，d且AD為機架，AB為曲柄，CD為搖桿。為保證曲柄AB整周回轉(zhuǎn)，點A，B，C必須分別在某兩個位置達到共線，即圖中虛線

55、所示的ABlCl和AB2C2，這時搖桿的相應(yīng)位置分別為C1D和C2D，它們分別構(gòu)成三角形AClD和AC2D，根據(jù)三角形兩邊之和必大于或等于(極限情況是等于)第三邊定理，在AClD中可得： n n n n 上述關(guān)系說明：n 在曲柄搖桿機構(gòu)中，曲柄是最短桿。n 最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿的長度之和，是曲柄存在的必要條件。n根據(jù)這一條件和機架變換的原理，若鉸鏈四桿機構(gòu)滿足最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和，而取不同構(gòu)件為機架時，可得到不同類型的鉸鏈四桿機構(gòu)。如：n 1) 取與最短桿相鄰的桿為機架，兩連架桿中一個為曲柄，另一個為搖桿，則得到曲柄搖桿機構(gòu)。n 2) 取最短桿為

56、機架，兩連架桿同時成為曲柄，則得到雙曲柄機構(gòu)。n 3) 取與最短桿相對的桿為機架，兩連架桿都不能整周回轉(zhuǎn)，則得到雙搖桿機構(gòu)。n 若鉸鏈四桿機構(gòu)中最短桿與最長桿的長度和大于其余兩桿長度之和，則該機構(gòu)中不存在曲柄，無論取哪個桿為機架，都只能得到雙搖桿機構(gòu)。n8.1.3 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)的演化n 在實際生產(chǎn)中所用到的連桿機構(gòu)，除了以上的基本型式之外還有很多。這些機構(gòu)的外形和構(gòu)造形形色色，各有不同。如果我們從機構(gòu)各構(gòu)件的相對運動形式分析各種機構(gòu)，那么我們會發(fā)現(xiàn)很多平面連桿機構(gòu)都是由典型的鉸鏈四桿機構(gòu)演化的。n 平面鉸鏈四桿機構(gòu)可通過擴大轉(zhuǎn)動副、變更構(gòu)件長度和變更機架等途徑演化出其他平面連

57、桿機構(gòu)。 n 1 1曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)(變更構(gòu)件長度) 如圖8.7所示n a) 曲柄搖桿機構(gòu) b) 曲柄搖桿機構(gòu)簡化 nc) 對心曲柄滑塊 d) 偏心曲柄滑塊機構(gòu)n圖8.7 曲柄滑塊機構(gòu) n 2 2導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)（變更機架）如圖8.8、8.9所示n 圖8.8 導(dǎo)桿機構(gòu) 圖8.9 擺動導(dǎo)桿機構(gòu) n 此種機構(gòu)廣泛應(yīng)用在擺缸式內(nèi)燃機和液壓驅(qū)動裝置中。例如在圖8.10所示卡車車廂自動翻轉(zhuǎn)卸料機構(gòu)中，當(dāng)液壓缸3中的壓力油推動活塞桿4運動時，車廂1便繞回轉(zhuǎn)副中心B傾轉(zhuǎn)，當(dāng)達到一定角度時，物料就自動卸下。n n圖8.10 汽車自動卸料機構(gòu) 圖8.11 振動篩傳動機構(gòu) n 平面四桿機構(gòu)是平面連桿機構(gòu)的

58、基本型式。在生產(chǎn)應(yīng)用中，常將多個平面四桿機構(gòu)組合在一起，形成平面多桿機構(gòu)。如圖8.11所示的慣性篩機構(gòu)，是由構(gòu)件1，2，3，4組成的雙曲柄機構(gòu)和由構(gòu)件1，4，5，6組成的曲柄滑塊機構(gòu)組合而成的六桿機構(gòu)。當(dāng)主動曲柄2等速轉(zhuǎn)動時，利用從動曲柄角速度的不斷變化使篩6產(chǎn)生較大的加速度，對篩中的物料進行慣性篩分處理。返回返回返回返回返回返回繼續(xù)繼續(xù)機械設(shè)計基礎(chǔ)講義機械設(shè)計基礎(chǔ)講義n第第9章章 凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu) n計劃學(xué)時：計劃學(xué)時：2h 制作人：向敬忠制作人：向敬忠n基本要求及重點、難點基本要求及重點、難點n9.1 凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和類型凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和類型n9.2 從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律n

59、9.3 用圖解法設(shè)計盤形凸輪機構(gòu)用圖解法設(shè)計盤形凸輪機構(gòu)n9.4 解析法設(shè)計凸輪機構(gòu)解析法設(shè)計凸輪機構(gòu)n9.5 設(shè)計凸輪機構(gòu)應(yīng)注意的幾個問題設(shè)計凸輪機構(gòu)應(yīng)注意的幾個問題 n基本要求基本要求:n1) 了解凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和類型。 n2) 掌握從動件常用運動規(guī)律及其中的概念。n3) 了解凸輪機構(gòu)的設(shè)計及應(yīng)注意的問題n重點：重點：n1) 凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和類型。n2) 從動件常用運動規(guī)律。n難點：難點：n1) 從動件常用運動規(guī)律。n2) 凸輪機構(gòu)的設(shè)計。n作業(yè)作業(yè): 9.1返回返回9.1 凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和類型凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和類型 n 凸輪機構(gòu)是機械中一種常用的高副機構(gòu)，在自動化和半自動化機械中得到了廣泛

60、的應(yīng)用。n 凸輪機構(gòu)的優(yōu)點是：只需設(shè)計出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，就可使從動件實現(xiàn)各種預(yù)期的運動規(guī)律，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便。其缺點是：凸輪與從動件為點接觸或線接觸，壓強大，易于磨損，難加工，成本高。所以通常多用于傳力不大的控制機構(gòu)。 n9.1.1 凸輪的應(yīng)用凸輪的應(yīng)用n 1. 內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu) n 圖9.1所示為內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)。原動凸輪1以等角速度連續(xù)回轉(zhuǎn)，通過凸輪高副驅(qū)動從動件2（閥桿）按預(yù)期的運動規(guī)律啟閉閥門。n n 圖 9.1 內(nèi)燃機配氣機構(gòu) 圖 9.2 繞線機構(gòu) n 2. 繞線凸輪機構(gòu)繞線凸輪機構(gòu) n 圖9.2所示為繞線機中用于排線的凸輪機構(gòu)。繞線軸3連續(xù)快速轉(zhuǎn)動，經(jīng)