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1、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,第一章 绪 论,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,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，,机器由机构(连杆机构、凸轮机
2、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
3、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,本章主要内容,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
4、-1铰链四杆机构的基本型式 p.20,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,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,全由转动副相联的平面四杆机构,一.铰链四杆机构基本类型 （按连架杆类型）,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,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
5、: 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,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:,B2B1 ( 2) C2C1 () 1 2 , 而不变,B1B2 (1) 摇杆C1C2 (), 工作
6、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,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)K,极位夹角(摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角),K 急回运动性质,(2-2),曲柄摇杆机构曲柄主动 急回,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,存在死点条件：
7、,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,三、压力角和传动角 p.22倒6, 图2-7,1.压力角,2.传动角,：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 有效力Fsin 40,有效力Fcos （方便）传动角 = 90 (的余角),作业：2-3, 2-4 p.35,VC沿导轨(CD),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
8、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,A,D,B,B,B”,C,C,C”,例:AB22,BC50,CD38,AD45,三式相加 l1l2 l1l3 l1l4,当杆1处于AB ”位置 AC ”D, l1l2l3l4 (2-6),(l2l1) l3 l4 l1l4l2l3 (2-3) (l2l1) l4 l3 l1l3l2l4 (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：
9、（转动副为整转副）,1.曲柄存在条件:,2.推论:,实例分析: AB70, BC90, CD110, AD40,(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,ADCD40110150ABBC160,当：AD为机架 AB或DC为机架 BC为机架,双曲柄,曲柄摇杆,双摇杆,作业2-1 p.35,铰链四杆机构的演变 .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2-23 p.29,导杆机构(曲柄AB
10、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,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,一.曲柄滑块机构：.27 图214c、d,压力角、传动角:,偏置曲柄滑块机构,摇杆3的运动轨迹为圆弧(半径l3),对心曲柄滑块机构,将l3无穷大,滑块C(直线)曲柄滑块机构,二、导杆机构 .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,机架邻边,机架,双曲柄转动导杆机构,一个曲柄摆动导杆机构, =0,摇块机构,滑块摆动 图215,217,滑块为固定件 图21
11、5,218,滑块移动摆动 图216,215,滑块移动 图215,三、摇块、定块机构 .27,曲柄滑块机构,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=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223图C p.29,偏心轮机构,回转副B (半径) 曲柄长AB,曲柄,A,B,C,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
12、。,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,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),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=,(1)可求出极位夹角,分析:,(2) C1AC2=,如果三点位于 同一圆上,
13、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,P点可作,P,已知: 摇杆长度 L3, 行程速比系 数K, 摆角,解:(1)任选D点,作摇杆两极位C1D和C2D,(2)过C1作C1C2垂线C1M,(3)过C1、C2、 P 作圆,(4)AC1=L2L1, AC2=L2+L1 L1=1/2(AC2AC1),无数解,以L1为半径作圆,交B1,B2点 曲柄两位置,M,N,在圆上任选一点A,C1M与C2N交于P点,作C1C2N=90,2.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Cn
14、= ,(2)作摆角的平分 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,m,n,A,B1,B2, D,B1,C1,B2,C2,无穷多个解,A ,步骤： 1、连接B1B2, C1C2 2、作B1B2, C1C2中垂线 3、在中垂线上取一点作A, D 4、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,B1,C1,B2,C2,B3,C3,A,D,步骤： 1.连接 B1B2 ,B2B3 ,C1C2,C2C3 2.作各连线中垂线 3.B1B2, B2B3中垂线 之交点即为点A 4.C1C2,C2C3中垂线 之交点即为点D 5.连接AB1C1D即
