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1、机械设计基础复习机械设计教学课件绪论机械设计教学课件基本概念： 机械：机械是各类机器和机构的总称机械是各类机器和机构的总称 机器：是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信息。信息。 （三大特征） 机构：由多个构件连接而成，具有确定相对运动的物体系统。由多个构件连接而成，具有确定相对运动的物体系统。构件：独立的独立的运动运动单元单元 零件：独立的独立的制造制造单元单元零件是制造的单元，构件是运动的单元，一部机器可包含一零件是制造的单元，构件是运动的单元，一部机器可包含一个或若干个机构，同一个机构可以组成不同的机器。个或若干个机构，同一个机
2、构可以组成不同的机器。 具有以下三个特征的实物组合体称为机器。 1.1.都是人为的各种实物的组合。都是人为的各种实物的组合。 2.2.组成机器的各种实物间具有确组成机器的各种实物间具有确 定的相对运动。定的相对运动。 3.3.可代替或减轻人的劳动，完成可代替或减轻人的劳动，完成 有用的机械功或转换机械能有用的机械功或转换机械能。机器机器第一章 平面机构的运动简图及自由度机械设计教学课件基本概念：运动副（高副；低副）、自由度、复合铰链、局部自由度、虚约束。基本技能：平面机构自由度的计算。 运动副运动副：两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。：两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。 低副低
3、副：两构件通过面接触组成的运动副，平面机构中的低副：两构件通过面接触组成的运动副，平面机构中的低副有移动副和转动副。有移动副和转动副。 高副：高副：两构件通过点或线接触组成的运动副。两构件通过点或线接触组成的运动副。 自由度自由度：保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参：保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数。数。 复合铰链：复合铰链：两个以上个构件在同一条轴线上形成的转动副两个以上个构件在同一条轴线上形成的转动副 由由K个构件组成的复合铰链包含的转动副数目应为个构件组成的复合铰链包含的转动副数目应为（K-1）个。个。 局部自由度局部自由度：在机构中，某些构件具有不影响其它构件运
4、动：在机构中，某些构件具有不影响其它构件运动的自由度。在计算机构的自由度时，应该的自由度。在计算机构的自由度时，应该除掉除掉。 虚约束：虚约束：重复而不起独立限制作用的约束。计算机构的自由重复而不起独立限制作用的约束。计算机构的自由度时，度时，虚约束应除去不计。虚约束应除去不计。计算此机构的自由度。 自由度的计算步骤要全：自由度的计算步骤要全：1）指出复合铰链、虚约束和局部自由度）指出复合铰链、虚约束和局部自由度2）指出活动构件、低副、高副指出活动构件、低副、高副3）计算自由度）计算自由度计算如图所示机构的自由度。并判断该机构的运动是否确计算如图所示机构的自由度。并判断该机构的运动是否确定定（
5、在图中指出复合铰和虚约束等，绘有箭头的构件为原（在图中指出复合铰和虚约束等，绘有箭头的构件为原动件）。动件）。 第二章 平面连杆机构机械设计教学课件基本概念：平面四杆机构；铰链四杆机构的概念、组成和分类；平面四杆机构的工作特性基本技能：四杆机构类型的判定；四杆机构的设计(图解法三种情况)。 平面连杆机构：平面连杆机构：由若干构件通过低副联接而成的平面机构。由若干构件通过低副联接而成的平面机构。 铰链四杆机构定义：铰链四杆机构定义：由由四根构件四根构件组成的构件间联接都是组成的构件间联接都是转动副转动副的的平面四杆机构平面四杆机构。 机构的固定构件称为机架；与机架用转动副相连接的构件称为连机构的
6、固定构件称为机架；与机架用转动副相连接的构件称为连架杆；不与机架直接相连的构件称为连杆；铰链四杆机构分为曲架杆；不与机架直接相连的构件称为连杆；铰链四杆机构分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。 平面四杆机构的极位：平面四杆机构的极位：在曲柄摇杆机构、摆动导杆机构和曲柄滑在曲柄摇杆机构、摆动导杆机构和曲柄滑块机构中，当曲柄为原动件时，从动件作往复摆动或往复移动，块机构中，当曲柄为原动件时，从动件作往复摆动或往复移动，存在两个曲柄和连杆处在一条直线上的位置，这时摇杆摆动的极存在两个曲柄和连杆处在一条直线上的位置，这时摇杆摆动的极限位置。限位置。 极位夹角：
7、极位夹角：当从动件摇杆处于两极限位置时，对应的原动件在两当从动件摇杆处于两极限位置时，对应的原动件在两位置之间所夹的锐角位置之间所夹的锐角。 急回特性：急回特性：当曲柄作匀速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不一当曲柄作匀速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不一样的特性。样的特性。 急回运动特性可用行程速比系数急回运动特性可用行程速比系数K来表示：来表示：K=(180+)/(180-) 压力角：压力角：作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角。夹的锐角。 传动角传动角：压力角的余角。：压力角的余角。 死点位置死点位置：机构中的传动角为零的
8、位置。：机构中的传动角为零的位置。 机构具有急回特性的条件：A、原动件做等速整周运动；B、从动件做往复运动；C、极位夹角0度 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；长度之和； 连架杆与机架中必有一杆为最短杆。连架杆与机架中必有一杆为最短杆。 曲柄曲柄存在的条件存在的条件Grashof 准则准则 当最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆当最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时：长度之和时： A) 最短杆相邻的杆为机架，即得到最短杆相邻的杆为机架，即得到曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构； B) 最短杆为机架，即得到最短杆为机架，即得到双曲柄
9、机构双曲柄机构； C) 最短杆相对的杆为机架，即得到最短杆相对的杆为机架，即得到 双摇杆机构双摇杆机构。 (3) 铰链四杆机构基本类型的判别铰链四杆机构基本类型的判别方法方法 当最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之当最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，无论哪杆为机架，均为和时，无论哪杆为机架，均为 双摇杆机构双摇杆机构。 在图示铰链四杆机构中，已知lBC=50cm,lCD=35cm,lAD=30cm,AD为机架。试问：（1） 若此机构为曲摇杆机构，且AB为曲柄，求lAB的最大值； （2） 若此机构为双曲柄机构,求lAB最大值。 作出下列机构图示位置压力角。第三章 凸轮机构机械设计
10、教学课件基本概念：凸轮机构组成；从动件运动规律的类型及特点和应用。基本技能：从动件位移线图的绘制；反转法原理；图解法设计凸轮。 凸轮机构的组成：凸轮机构的组成：由凸轮、从动件和机架三由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。从动件分为尖顶从动件、个基本构件组成。从动件分为尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件。滚子从动件、平底从动件。 基圆基圆 ：以凸轮最小矢径以凸轮最小矢径 r0 为半径所作的圆。为半径所作的圆。等速运动规律等速运动规律000a/hv/hs推程推程0/)/1 (00ahvhs回程回程始、末位置始、末位置：tvttvtaa0000limlim设凸轮的推程运动角为设凸轮的推程运动角为0
11、0，从动件升程为，从动件升程为h h，推，推程时间为程时间为t t0 0，凸轮的转速为，凸轮的转速为 s0s0va+刚性冲刚性冲击击h理论上：理论上：a a 惯性力惯性力极大冲击极大冲击刚性刚性冲击冲击只能用于只能用于低速、轻载低速、轻载场合场合等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律20220202/4/4/2hahvhs2022002020/4/)(4/)(2hahvhhs前半升程前半升程后半升程后半升程v002ha0s 0h01231 2 3567845674 没有刚性冲击没有刚性冲击 但在但在 = 0= 0、0 0 /2/2、 0 0 处有柔性处有柔性冲击冲击 只能用于中低速、轻载场合
12、只能用于中低速、轻载场合 s s = C = C t t 2 2 = = K K 2 2 = 1 = 1：2 2：3 3 s = 1s = 1：4 4：9 9 柔性冲击柔性冲击Sh0简谐运动简谐运动：圆周上匀速运动的质点在其直径上的投影构成的运动规律。s 1234561263450R = h / 2位移 S = R - R cos = h ( 1- cos ) / 2 0002022000cos2sin2cos12hahvhs得到运动方程：得到运动方程：始、末：柔性冲击始、末：柔性冲击中低速、中重载中低速、中重载简谐（余弦加速度）运动规律简谐（余弦加速度）运动规律Ar0609090120 -s
13、12345 67 891011121314(1) 对心式尖顶从动件对心式尖顶从动件 601209090135781 3 5 7 8911 13 159111312141876543214131211109直动从动件盘形凸轮轮廓设计直动从动件盘形凸轮轮廓设计设计步骤：A、画出凸轮机构凸轮转动一周的位移曲线；B、将位移曲线上不同运动规律的各段进行按照陡密缓疏的原则进行陡密缓疏的原则进行等分，并做各等分点的向上与位移曲线相交的垂线；C、选比例尺选比例尺l画出凸轮的基圆，在基圆上按照位移曲线的等分方式对相应各段进行相同的等分；D、将基圆的各等分点与基圆的圆心相连，并延长；E、从基圆等分点开始，按照位移
14、曲线对应的等分线的长度，对基圆上对应的延长线进行截取，获得各截取点；F、圆滑连接各截取点，即获得凸轮的轮廓线。 已知从动件的运动规律如下：0=150，S=30，h=120，S=60，从动件在推程以等加速等减速上升，在回程以等速下降，升程h=40mm，试绘制从动件位移线图。 图示为尖顶对心移动从动杆盘状凸轮机构（1）绘出压力角；（2）绘出凸轮基圆半径；（3） 绘出从动杆升程h第五章 带传动和链传动机械设计教学课件基本概念：带传动的工作原理；弹性滑动；打滑；带设计相关概念；带传动的张紧和维护。l 摩擦型传动带工作原理摩擦型传动带工作原理：通过带轮与传动带之间的相互摩擦通过带轮与传动带之间的相互摩擦
15、传递运动和动力。传递运动和动力。l 打滑：打滑：当带所传递的圆周力超过带与带轮接触面间摩擦力的当带所传递的圆周力超过带与带轮接触面间摩擦力的总和的极限值时，带与带轮将发生明显的相对滑动。总和的极限值时，带与带轮将发生明显的相对滑动。l 弹性滑动：弹性滑动：由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动。由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动。 弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指由过载引弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指由过载引起的全面滑动，应当避免。弹性滑动是由紧、松边拉力差引起的全面滑动，应当避免。弹性滑动是由紧、松边拉力差引起的，只要传递圆周力，出现紧边和松边，就一定会发生
16、弹起的，只要传递圆周力，出现紧边和松边，就一定会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可避免的。性滑动，所以弹性滑动是不可避免的。l 失效形式：失效形式：带传动工作时的主要失效形式是打滑和传动带带传动工作时的主要失效形式是打滑和传动带的疲劳破坏。的疲劳破坏。 l 带传动的设计准则是：带传动的设计准则是： 在保证带传动不打滑的条件下，在保证带传动不打滑的条件下， 使传动带具有一定的疲劳强度和寿命。使传动带具有一定的疲劳强度和寿命。 l 带张紧的方式：带张紧的方式：用调整中心距方式来张紧和张紧轮方式方用调整中心距方式来张紧和张紧轮方式方式张紧。式张紧。 带传动中，带的张紧方式为：带传动中，带的张紧方式为：
17、 带的工作应力带的工作应力: 带传动不能保证精确的传动比是由于带传动不能保证精确的传动比是由于: 根据工作原理不同，带传动可分为哪些类型？根据工作原理不同，带传动可分为哪些类型？各工作原理各为什么？各工作原理各为什么？ 简述传动带的张紧轮应安装在带的紧边还是松简述传动带的张紧轮应安装在带的紧边还是松边？为什么？边？为什么？ 第六章 齿轮传动机械设计教学课件基本概念：正确啮合条件；齿轮加工方法；根切；齿轮失效形式；齿轮设计准则。基本技能：渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算；齿轮正确啮合的条件：齿轮正确啮合的条件：两轮的模数和压力角应分别相等两轮的模数和压力角应分别相等。连续传动的条件连续传动的条
18、件： B1B2pb (齿轮的法向齿距齿轮的法向齿距标准安装条件标准安装条件：标准安装时的中心距称为标准中心距。标准安装时的中心距称为标准中心距。 a = m (z1+z2 ) / 2根切现象：根切现象：当用展成当用展成 法加工标准直齿轮时，如果被切齿轮的加工齿数过少，法加工标准直齿轮时，如果被切齿轮的加工齿数过少，就会将齿轮根部的齿廓切去部分就会将齿轮根部的齿廓切去部分。对标准齿轮用展成法加工，不产生根对标准齿轮用展成法加工，不产生根切现象的条件为，最少要加工切现象的条件为，最少要加工17个以上的齿数。个以上的齿数。轮齿的失效形式主要有轮齿的失效形式主要有：齿轮折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨
19、损、齿：齿轮折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形。面塑性变形。 设计圆柱齿轮时设计准则设计圆柱齿轮时设计准则：1）对闭式软齿面齿轮传动，主要失效形式为）对闭式软齿面齿轮传动，主要失效形式为齿面点蚀，按齿面接触强度进行设计，按齿根的弯曲强度进行校核；齿面点蚀，按齿面接触强度进行设计，按齿根的弯曲强度进行校核；2）对闭式硬齿面齿轮传动，主要失效形式为轮齿弯曲疲劳强度破坏，按齿根对闭式硬齿面齿轮传动，主要失效形式为轮齿弯曲疲劳强度破坏，按齿根的弯曲强度进行设计，按齿面的接触强度进行校核；的弯曲强度进行设计，按齿面的接触强度进行校核；3）对开式齿轮传动，）对开式齿轮传动，主要失效形式为齿面
20、磨损和轮齿弯曲疲劳强度破坏，按轮齿的弯曲疲劳强主要失效形式为齿面磨损和轮齿弯曲疲劳强度破坏，按轮齿的弯曲疲劳强度进行设计，将计算的模数适当修正。度进行设计，将计算的模数适当修正。 u渐开线齿轮的加工方法有:u用范成法加工渐开线标准齿轮时，当齿数Z17时，会不会发生根切现象。u齿轮连续传动的条件为： 齿轮传动的设计中，大齿轮和小齿轮的齿宽哪个大。pnrfrhahfhrbOrapbNse齿轮各部分尺寸的计算公式齿轮各部分尺寸的计算公式某传动装置中有一对渐开线。标准直齿圆柱齿轮（正常齿），大齿轮已损坏，小某传动装置中有一对渐开线。标准直齿圆柱齿轮（正常齿），大齿轮已损坏，小齿轮的齿数齿轮的齿数z1=
21、24， 齿顶圆直径齿顶圆直径da1=78mm, 中心距中心距a=135mm，试计算大齿轮，试计算大齿轮的模数、齿数、齿顶圆直径、齿根圆直径及这对齿轮的传动比。的模数、齿数、齿顶圆直径、齿根圆直径及这对齿轮的传动比。 简述斜齿齿轮各分力方向的确定方法，并分析图示斜齿齿轮各分力的方向。各力方向确定如下：圆周力在主各力方向确定如下：圆周力在主动轮上与啮合点圆周速度方向反动轮上与啮合点圆周速度方向反向，从动轮上同向；径向力指向向，从动轮上同向；径向力指向各自轮心；轴力向以主动轮为准各自轮心；轴力向以主动轮为准按左右手定则判定，即左旋用左按左右手定则判定，即左旋用左手，右旋用右手，四个手指握向手，右旋用
22、右手，四个手指握向为转向，大拇指指向为轴向力方为转向，大拇指指向为轴向力方向，从动轮与主动轮受力方向相向，从动轮与主动轮受力方向相反。反。第七章 轮系机械设计教学课件基本概念：定轴轮系；周转轮系；混合轮系；惰轮；中心轮；行星轮；行星架；传动比基本技能：定轴轮系的传动比计算；周转轮系的传动比的计算；混合轮系的传动比的计算。轮系可以分为轮系可以分为定轴轮系定轴轮系和和周转轮系周转轮系。转动时每个齿。转动时每个齿轮的几何轮的几何轴线都是固定轴线都是固定的，这种轮系称为定轴轮系。的，这种轮系称为定轴轮系。至少有一个轮系的几何至少有一个轮系的几何轴线绕另一个轮系的几何轴轴线绕另一个轮系的几何轴线转动线转
23、动的轮系，称为周转轮系。的轮系，称为周转轮系。定轴轮系传动比的数值定轴轮系传动比的数值：等于各对啮合齿轮中所有：等于各对啮合齿轮中所有从动轮齿数的乘积从动轮齿数的乘积与所有与所有主动轮齿数乘积主动轮齿数乘积之比之比。传动比方向的判定：传动比方向的判定：用画箭头的方法（涡轮蜗杆的用画箭头的方法（涡轮蜗杆的左右手定则左右手定则左旋用左手，右旋用右手，四指弯左旋用左手，右旋用右手，四指弯曲的方向是蜗杆的旋转方向，拇指的反向是涡轮的曲的方向是蜗杆的旋转方向，拇指的反向是涡轮的转动方向）。转动方向）。惰轮：惰轮：只改变从动轮回转方向，不改变传动比大小。只改变从动轮回转方向，不改变传动比大小。周转轮系包括
24、：一个系杆，系杆上的行星轮，和行周转轮系包括：一个系杆，系杆上的行星轮，和行星轮直接接触的所有太阳轮。星轮直接接触的所有太阳轮。周转轮系传动比周转轮系传动比 转化轮系传动比：转化轮系传动比： 实际轮系传动比：实际轮系传动比：)1(2132111)1( kkmHkHHkHHkzzzzzznnnnnnikknni11 如图所示轮系，回答下列问题：（1）划分基本轮系；（2）找出基本轮系间的联系方程；（3）列出各单一轮系中转速为零的齿轮。第八章 连接机械设计教学课件基本概念：螺纹的主要类型、特点及应用；螺纹的主要参数；预紧及目的、防松原理及方法；键连接的类型及应用。基本技能：平键的设计。 键连接类型：
25、键连接类型：平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。接。 螺纹的主要几何参数：螺纹的主要几何参数：大径（公称直径）、小径、中径、螺大径（公称直径）、小径、中径、螺距、导程、螺纹升角、牙型角、牙侧角。距、导程、螺纹升角、牙型角、牙侧角。 预紧的目的预紧的目的是防止工作时联接出现缝隙和滑移，保证联接的是防止工作时联接出现缝隙和滑移，保证联接的紧密性和可靠性。紧密性和可靠性。 螺纹连接的防松：螺纹连接的防松：摩擦防松、机械防松、铆冲粘合防松。对摩擦防松、机械防松、铆冲粘合防松。对顶螺母属于摩擦放松。顶螺母属于摩擦放松。 螺栓的主要失效形式：螺栓的主要失效形
26、式：1）螺栓杆拉断；）螺栓杆拉断；2）螺纹的压溃和剪）螺纹的压溃和剪断；断；3）经常装拆时会因磨损而发生滑扣现象。）经常装拆时会因磨损而发生滑扣现象。 按旋向不同，螺纹的分类：按旋向不同，螺纹的分类： 螺纹的牙型及用途：螺纹的牙型及用途： 设计键联接的几项内容是：设计键联接的几项内容是：A：按轮毂宽度选择键长，：按轮毂宽度选择键长，B：按要求选择键的类型，：按要求选择键的类型，C：按轴的直径选择键的：按轴的直径选择键的剖面尺寸，剖面尺寸，D：对联接进行必要的强度校核。在具体：对联接进行必要的强度校核。在具体设计时，一般顺序是设计时，一般顺序是_。 螺纹副中一个零件相对于另一个转过一转时，则它们
27、螺纹副中一个零件相对于另一个转过一转时，则它们沿轴线方向相对移动的距离是：沿轴线方向相对移动的距离是： 当键联接的强度不够时，可以适当地增加当键联接的强度不够时，可以适当地增加 以以提高联接强度。提高联接强度。 螺纹的危险截面应在螺纹的危险截面应在 上。上。 弹簧垫圈和对顶螺母都属于什么防松形式？弹簧垫圈和对顶螺母都属于什么防松形式？ 螺栓的公称直径指的是：螺栓的公称直径指的是： 键联接的主要用途是：键联接的主要用途是：B、主要失效形式:键、轴和轮毂中强度较弱的工作工作表面被压溃表面被压溃（对静联接）或工作面过量磨损工作面过量磨损（对动联接）。 因此，一般只需校核挤压强度挤压强度（对静联接）或
28、压强压强（对动联接）。设载荷沿键长均匀分布，则静联接的挤压强度条件为： 4jyjyTdhl动联接的压强条件为 ：4 TppdhlMPaMPaT第九章 轴机械设计教学课件基本概念：轴的功用及分类；轴上零件轴向和周向固定；轴的加工和装配工艺性。基本技能：轴的结构设计；轴的强度校核。 根据扭转强度所估算出直径为轴端处什么直径？ 轴上安装零件有确定的位置，所以要对轴上的零件进行什么方向上的定位 轴上零件的周向定位方法： 根据轴的承载性质不同，轴可分为： 减速器中的输入、输出轴是什么类型轴？ 轴的结构设计应从哪几个方面考虑？ 第十章 轴承机械设计教学课件基本概念：滚动轴承的组成；滚动轴承的代号；滚动轴承
29、的组合设计。基本技能：滚动轴承的寿命计算。 轴承预紧的目的为提高轴承的轴承预紧的目的为提高轴承的 。 在正常条件下，滚动轴承的主要失效形式是：在正常条件下，滚动轴承的主要失效形式是： 滚动轴承的组成：滚动轴承的组成： 滚动轴承的失效形式：滚动轴承的失效形式： 滚动轴承的代号组成：滚动轴承的代号组成： 滚动轴承滚动轴承“6208”，表示轴承类型为，表示轴承类型为 ，内径尺寸，内径尺寸为为 。 滚动轴承的内圈与轴径的配合应采用：滚动轴承的内圈与轴径的配合应采用： 外圈与轴承座孔配合应采用：外圈与轴承座孔配合应采用： 基本额定动载荷规定轴承在基本额定寿命L10 为 106 转时，所能承受的最大载荷，用 C 表示。 即：在即：在C C 的作用下，运转的作用下，运转 10106 6 转转 时，有时，有1010的轴承出现的轴承出现点蚀，点蚀，9090的轴承完好。的轴承完好。