机械设计教案

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1、授课内容：绪 论目的要求:了解机械设计基础课程研究对象及学习要求重点难点：重点：课程学习要求 难点：课程学习要求计划学时：2绪 论第一节 本课程研究的对象和内容机械原理机械设计：研究机器、机构运动原理：研究组成机器、机构的零件设计原理设计基础机械本课程研究对象：机 械（机器与机构的总称机器的定义：执行机械运动的装置65438712910机器的分类机器的功能组成动力部分传动部分控制部分执行部分机器工作机原动机将其他形式的能量转化为机械能的机器利用机械能去变换或传递能量、物料、信息的机器机器主体部分由机构组成曲柄滑块机构:活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴连续转动凸轮机构:凸轮和顶杆用来启闭进气阀和

2、排气阀；齿轮机构:两个齿轮保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作；机械是机器和机构的总称机构的分类通用机构专用机构用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等只能用于特定场合，如钟表的发条机构第二节 本课程在教学中的地位一、本课程的特点是工程制图、工程材料及机械制造基础、理论力学，材料力学、金工实习等理论知识和实践技能的综合运用，同 时，为后续课程的学习打下基础通过本课程的学习，可以培养大家初步具备运用手册设计简单机械设备的能力，为今后操作、维护、管理、革新工程机械设备创造条件三、怎样学好本课程1.重思考，常想几个问题：A.什么样子 B.怎么运动 C.工作原理、方式 D.现实生活中的实际例子2.会查表、会用

3、工具书3.不注重公式的记忆哪些公式要记忆，会在课堂上和考试前提醒4.多看一些设计方面的书，如工业设计、机械优化设计等5.一定要会几个设计软件 二维的：AUTOCAD 三维的：Pro/E、UG等授课内容：第1章 平面机构的自由度和速度分析（1.11.2）目的要求: 熟悉运动副的分类重点难点：重点：运动副的分类 难点：运动副的分类计划学时：2第一节 平面机构的组成基本概念1、平面机构的定义：所有构件都在互相平行的平面内运动的机构2、自由度：构件所具有的独立运动个数 一个平面构件有三个自由度，在空间内，一个构件有几个自由度？3、运动副：两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接如：凸轮、齿轮齿

4、廓、活塞与缸套等。运动副的分类低 副高 副1、低 副：两构件通过面接触组成的运动副低副移动副转动副组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动组成运动副组成运动副的两构件只能沿某一直线相对移动组成的运动副齿轮副球铰链螺旋凸轮副2、高 副：两构件通过点或线接触组成的运动副转动副移动副高 副运动副的表示授课内容：第1章 平面机构的自由度和速度分析（1.31.4）目的要求: 理解平面机构运动简图的绘制原理、熟悉机构自由度计算重点难点：重点：平面机构运动简图的绘制 自由度计算 难点：自由度计算计划学时：2第二节 平面机构的运动简图平时观察机构的组成及运动形式时，不可能将复杂的机构全部绘制下来观看，应该将

5、不必要的零件去掉，用简单的线条表示机构的运动形式：机构的运动简图、机构简图步 骤1、运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；2、测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面）；3、按比例绘制运动简图；简图比例尺： l =实际尺寸 m / 图上长度mm4、检验机构是否满足运动确定的条件。举例：绘制图示颚式破碎机的运动简图DCBA1432 第三节 平面机构的自由度一、平面机构自由度计算公式机构的自由度保证机构具有确定运动，机构中各构件相对于机架的独立运动数目一个原动件只能提供一个独立运动机构具有确定运动的条件为自由度=原动件的个数平面机构的每个活动构件在未用运动副联接之前，都有三个自由度经运动

6、副相联后，构件自由度会有变化： 活动构件 构件总自由度 3n 低副约束数 2 PL高副约束数 1 Ph n 自由度的计算公式F=3n(2PL +Ph )二、计算平面机构自由度的注意事项1、复合铰链：两个以上的构件在同一处以转动副相联例如：计算图示机构的自由度解：活动构件数n=7 低副数PL=10 F=3n 2PL PH =37 2100=12、局部自由度：与输出件运动无关的自由度出现在加装滚子的场合，计算时应去掉Fp例如:计算图示两种凸轮机构的自由度本例中局部自由度 FP=1F=3n2PLPHFP=33 2311 =1或计算时去掉滚子和铰链： F=32 22 1=13、虚约束：对机构的运动实际

7、不起作用的约束计算自由度时应去掉虚约束例如：已知：ABCDEF，计算图示平行四边形机构的自由度n=3, PL=4, PH=0 F=3n 2PL PH =33 24 =1授课内容：第2章 平面四杆机构（2.12.2）目的要求:了解铰链四杆机构的基本型式和特性、铰链四杆机构有整转副的条件重点难点：重点：平面四杆机构的基本特性 难点：平面四杆机构的基本特性计划学时：2连架杆连杆连架杆机架第一节 铰链四杆机构的基本型式和特性1）曲柄摇杆机构:两连架杆中，一个为曲柄，而另一个为摇杆。2）双曲柄机构 两连架杆均为曲柄。3）双摇杆机构 两连架杆均为摇杆。摆角C1C2DAB1B2Bj1Cwj2极位夹角急回特性

8、v1 =C1C2/t1 v2 =C1C2/t2 j1=180+, j2=180- j1j2 , t1t2 , v1v2行程速比系数K = 输出件空回行程的平均速度 输出件工作行程的平均速度=180（K-1）/（K+1）机构的死点位置摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有:0此时机构不能运动，称此位置为：“死点”避免措施：两组机构错开排列，如火车轮机构;靠飞轮的惯性FBCABEFDCG第二节 铰链四杆机构有整转副的条件平面四杆机构具有整转副可能存在曲柄整转副存在的条件最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和整转副是由最短杆（曲柄）与其邻边组成的ABCDl1l2l3l4当满足杆长条件时，说明存

9、在整转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如 曲柄摇杆1 、曲柄摇杆2 、双曲柄、 双摇杆机构授课内容：第2章 平面四杆机构（2.32.4）目的要求:了解铰链四杆机构的基本型式和特性、铰链四杆机构有整转副的条件重点难点：重点：平面四杆机构的基本特性 难点：平面四杆机构的基本特性计划学时：22.3 铰链四杆机构的演化通过前面的学习，我们知道在铰链四杆机构中，可根据两连架杆是曲柄还是摇杆，把铰链四杆机构分为三种基本形式曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构，而后两种可视为曲柄摇杆机构取不同构件作为机架的演变。通过用移动副取代回转副、变更杆件长度、变更机架和扩大回转副等途径，还可以得到铰链

10、四杆机构的其他演化形式。下面我们分别用几幅图来说明。2.3.1 曲柄滑块机构请看下图所示的曲柄滑块机构。曲柄滑块机构2.3.2 曲柄滑块机构的演化1导杆机构 见下图的曲柄滑块机构演化的导杆机构。曲柄滑块机构的演化2摇块机构见下所示的卡车车厢自动翻转卸料机构。自卸货车3定块机构见下图所示的抽水唧筒。抽水唧筒2.3.3 双滑块机构双滑块机构：是具有两个移动副的四杆机构。我们可以认为是铰链四杆机构两杆长度趋于无穷大演化而成。下图所示的这种机构中的两种，一种是从动件3的位移与原动件转角的正切成正比，称为正切机构。另外一种是从动件3的位移与原动件转角的正弦成正比，称为正弦机构。 正切机构 正弦机构2.3

11、.4 偏心轮机构再来看下图所示的为偏心轮机构。杆1为圆盘，其几何中心为。因运动时该圆盘绕偏心转动，故称偏心轮。，之间的距离称为偏心距。按照相对运动关系，可画出该机构的运动简图。偏心轮是回转副扩大到包括回转副而形成的，偏心距即是曲柄的长度。 偏心轮机构2.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计归纳起来主要有两类问题:1按照给定从动件的运动规律（位置、速度、加速度）设计四杆机构；2按照给定轨迹设计四杆机构。平面四杆机构的设计方法：1. 图解法：直观清晰2. 解析法：结果精确3. 实验法：简便易行2.4.1 按给定的行程速度变化系数设计四杆机构铰链四杆机构在下所示的曲柄摇杆机构中，已知行程速度变化

12、系数、摇杆的长度和摆动的角度，要求设计四杆机构。设计步骤如下:1计算极位夹角， 。2任意选定转动副的位置，并按的长度和角大小画出摇杆的两个极限位置和。3连接，过作，过作直线垂直于，与相交于点。作三点的外接圆，则圆弧上任意一点与连线的夹角。故曲柄的回转中心应在圆弧上。若再给定其他辅助条件，如机架转动副间的距离，或处的传动角，则点的位置便可完全确定。按行程速度变化系数设计铰链四杆机构4点位置确定后，按曲柄摇杆机构极限位置，曲柄与连杆共线的原理可得 ，由此可求出曲柄长度 连杆长度 2.4.2 按给定连杆的两个或三个位置设计四杆机构如下所示，是连杆要通过的三个位置，该四杆机构可如下求得:按给定连杆三个位置设计四杆机构1连接。2分别作的中垂线，两条中垂线相交于点。3分别作的中垂线，两条中垂线相交于点。则交点，就是所求铰链四杆机构的固定铰链中心，即为所求的铰链四杆机构在第一个位置时的机构图。通过上面分析可以知道，若知连杆两个位置，则点,可分别在中垂线,上任意选择，因此有无穷多解。若再给定辅助条件，则可得一个确定的解。授课内容：第3章 凸轮机构（