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1、机械设计基础机械设计基础 课程类别课程类别:专业基础课专业基础课6 6 主讲：张月平主讲：张月平联系方式：联系方式：15052452593 15052452593 课程网址课程网址:http:/210.29.224.5:6689/jxsj/:http:/210.29.224.5:6689/jxsj/1 10-1 0-1 机器的基本组成要素机器的基本组成要素一、机器的基本组成要素：一、机器的基本组成要素：机器的基本组成要素机器的基本组成要素机械零件机械零件二、机械零件的分类：二、机械零件的分类：机械零件机械零件可以分为可以分为两大类两大类通用零件通用零件：各种机械中经常用到的一般参数的零件。各种
2、机械中经常用到的一般参数的零件。例如：例如：螺钉螺钉 齿轮齿轮 链轮链轮 直轴直轴专用零件专用零件：在特定类型的机器中才能用到在特定类型的机器中才能用到 的零件。的零件。例如：例如：飞机螺旋桨飞机螺旋桨 内燃机曲轴内燃机曲轴 零件零件机器机器机构机构构件构件静联接静联接动联接动联接与动力与动力源组合源组合部件部件由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立 装配装配 的组合体。如：减速器的组合体。如：减速器 联轴器等联轴器等三、零件和机器的关系：三、零件和机器的关系：整体和局部相互影响的关系整体和局部相互影响的关系2 20-2 0-2 本课程的性质、内容
3、与任务本课程的性质、内容与任务二二、本课程的内容：、本课程的内容：一、一、本课程的性质：本课程的性质：本课程是一门以一般本课程是一门以一般通用零件和典型机构的设计通用零件和典型机构的设计为核心的为核心的设计性课程设计性课程，培养学生具有设计机械能力的技术基础课程。，培养学生具有设计机械能力的技术基础课程。一般一般尺寸和参数的通用零件及机构尺寸和参数的通用零件及机构的基本设计理论和方法，的基本设计理论和方法，以及技术资料的应用。以及技术资料的应用。机构部分：机构部分：连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等联接零件：联接零件：螺纹、键、花键、过盈螺纹、键、花键、过盈机
4、械传动件：机械传动件：带、链、齿轮、蜗轮带、链、齿轮、蜗轮轴系零部件：轴系零部件：轴、轴承（滚动轴承、滑动轴承）、联轴器和轴、轴承（滚动轴承、滑动轴承）、联轴器和 离合器离合器其它零部件：弹簧、机座、减速箱其它零部件：弹簧、机座、减速箱3 3五五.课程特点：课程特点：六多：关系多、门类多、要求多、公式多、图形多、表格多六多：关系多、门类多、要求多、公式多、图形多、表格多三三.与其他课程的关系：与其他课程的关系：四四.本课程的任务：本课程的任务：F培养学生掌握通用零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律；培养学生掌握通用零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律；F树立正确的设计思想，了解国家当前
5、的有关技术经济政策；树立正确的设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策；F具有使用标准、规范、手册、图册及查阅资料的能力；具有使用标准、规范、手册、图册及查阅资料的能力；F掌握典型零件的实验方法，获得实验技能的基本训练；掌握典型零件的实验方法，获得实验技能的基本训练；F了解机械设计的新发展。培养创新能力。了解机械设计的新发展。培养创新能力。4 4六、学习方法六、学习方法注重实践注重实践多观察多观察多分析与思考多分析与思考善于找到事物的共性善于找到事物的共性善于发现事物的个性善于发现事物的个性七、成绩评定七、成绩评定1.平时作业和实验平时作业和实验 0%2.考试成绩考试成绩 0%1.1.学习一些
6、机械的结构的知识学习一些机械的结构的知识2.2.学习从实际结构抽象数学模型的技巧学习从实际结构抽象数学模型的技巧3.3.学习如何应用数学、力学知识解决具体学习如何应用数学、力学知识解决具体的机械问题的机械问题4.4.学习如何应用标准和规范、手册、图册学习如何应用标准和规范、手册、图册等等5 5第一章 静力分析基础工工程程力力学学理论力学理论力学材料力学材料力学技术基础课。研究物体受力后的效应技术基础课。研究物体受力后的效应运动、平衡（外效应）运动、平衡（外效应）刚体刚体变形、内力（内效应）变形、内力（内效应）变形固体变形固体 6 6理理论论力力学学 物体在外力作用下的运物体在外力作用下的运动规
7、律，并建立运动与受力动规律，并建立运动与受力之间的定量关系。之间的定量关系。静静 力力 分分 析析运动与动力分析运动与动力分析物体在外力作用下的平衡规律物体在外力作用下的平衡规律 7 7刚体是一种理想化的力学模型。刚体是一种理想化的力学模型。一个物体能否视为刚体，不仅取决于变一个物体能否视为刚体，不仅取决于变形的大小，而且和问题本身的要求有关。形的大小，而且和问题本身的要求有关。2 2、刚体刚体在外界的任何作用下形状和大小都始在外界的任何作用下形状和大小都始终保持不变的物体。或者在力的作用下，终保持不变的物体。或者在力的作用下，任意两点间的距离保持不变的物体任意两点间的距离保持不变的物体。1
8、1、平衡平衡平衡是物体机械运动的特殊形式，是平衡是物体机械运动的特殊形式，是指物体相对地球处于静止或匀速直线运动指物体相对地球处于静止或匀速直线运动状态。状态。3 3、力力力是物体相互间的机械作用，其作用力是物体相互间的机械作用，其作用 结果使物体的形状和运动状态发生改变。结果使物体的形状和运动状态发生改变。11 11 静力分析的基本概念静力分析的基本概念8 8确定力的必要因素确定力的必要因素力的力的三要素三要素大小大小 方向方向作用点作用点 力的效应力的效应外效应外效应改变物体运动状态的效应改变物体运动状态的效应内效应内效应引起物体变形的效应引起物体变形的效应力的表示法力的表示法力是一矢量力
9、是一矢量，用数学上的矢量，用数学上的矢量记号来表示，如图。记号来表示，如图。F F力的单位力的单位 在国际单位制中，力的单位是牛顿在国际单位制中，力的单位是牛顿(N)1N=1(N)1N=1公斤公斤米米/秒秒2 2 （kg kg m/sm/s2 2)。11 11 静力分析的基本概念静力分析的基本概念9 9 基本概念基本概念力力 系系作用于同一物体或物体系上的一群力。作用于同一物体或物体系上的一群力。等效力系等效力系对物体的作用效果相同的两个力系。对物体的作用效果相同的两个力系。平衡力系平衡力系能使物体维持平衡的力系。能使物体维持平衡的力系。合合 力力在特殊情况下，能和一个力系等效在特殊情况下，能
10、和一个力系等效 的一个力。的一个力。12 12 静力学公理静力学公理1010公理一公理一 (二力平衡公理二力平衡公理)要使刚体在两个力作用下维持平衡状态，要使刚体在两个力作用下维持平衡状态，必须也只须这两个力大小相等、方向相反、沿必须也只须这两个力大小相等、方向相反、沿同一直线作用。同一直线作用。公理二公理二 (加减平衡力系公理加减平衡力系公理)可以在作用于刚体的任何一个力系上加上可以在作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几个平衡力系，并不改变原力系对刚体或去掉几个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。的作用效应。12 12 静力学静力学公理公理1111推论推论 (力在刚体上的可传性力在刚
11、体上的可传性)作用于刚体的力，其作用点可以沿作用线作用于刚体的力，其作用点可以沿作用线在该刚体内前后任意移动，而不改变它对该刚在该刚体内前后任意移动，而不改变它对该刚体的作用体的作用=F FA AF F2 2F F1 1F FA AB BF F1 1A AB B12 12 静力学静力学公理公理1212A A公理三公理三 (力平行四边形公理力平行四边形公理)作用于物体上任一点的两个力可合成为作用作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力，即合力。合力的矢由原两于同一点的一个力，即合力。合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢来表示
12、。来表示。F F1 1F F2 2R R矢量表达式：矢量表达式：R=FR=F1 1+F+F2 2即，合力为原两力的矢量和。即，合力为原两力的矢量和。12 12 静力学静力学公理公理1313推论推论 (三力汇交定理三力汇交定理)当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。这个点。F F1 1F F3 3R R1 1F F2 2A A=证明：证明：A A3 3F F1 1F F2 2F F3 3A A3 3A AA A2 2A A1 112 12 静力学静力学公理公理
13、1414公理四公理四 (作用和反作用公理作用和反作用公理)任何两个物体间的相互作用的力，总是大小相等，任何两个物体间的相互作用的力，总是大小相等，作用线相同，但指向相反，并同时分别作用于这两作用线相同，但指向相反，并同时分别作用于这两个物体上。个物体上。公理五公理五 (刚化公理刚化公理)设变形体在已知力系作用下维持平衡状态，则设变形体在已知力系作用下维持平衡状态，则如将这个已变形但平衡的物体变成刚体（刚化），如将这个已变形但平衡的物体变成刚体（刚化），其平衡不受影响。其平衡不受影响。12 12 静力学静力学公理公理151513 13 约束和约束反力约束和约束反力1 1、自由体自由体：2 2、非
14、自由体非自由体：3 3、约束约束：4 4、约束反力约束反力：5 5、主动力：主动力：可以任意运动（获得任意位移）的物体。可以任意运动（获得任意位移）的物体。不可能产生某方向的位移的物体。不可能产生某方向的位移的物体。约束对被约束体的反作用力。约束对被约束体的反作用力。由周围物体所构成的、限制非自由体由周围物体所构成的、限制非自由体位移的条件。位移的条件。约束力以外的力。约束力以外的力。基本概念：基本概念：16161 1、柔绳、链条、胶带构成的约束：、柔绳、链条、胶带构成的约束：常见的几种类型的约束常见的几种类型的约束13 13 约束和约束反力约束和约束反力1717A13 13 约束和约束反力约
15、束和约束反力常见的几种类型的约束常见的几种类型的约束18182 2、理想光滑接触面约束、理想光滑接触面约束13 13 约束和约束反力约束和约束反力常见的几种类型的约束常见的几种类型的约束1919光滑接触面约束实例光滑接触面约束实例13 13 约束和约束反力约束和约束反力常见的几种类型的约束常见的几种类型的约束20203 3、光滑圆柱铰链约束、光滑圆柱铰链约束A AB BN NA AB B13 13 约束和约束反力约束和约束反力常见的几种类型的约束常见的几种类型的约束2121N Ny yN Nx x(1)(1)固定铰链支座：固定铰链支座：N N 13 13 约束和约束反力约束和约束反力常见的几种
16、类型的约束常见的几种类型的约束2222(2)(2)活动铰链支座：活动铰链支座：N NN N常见的几种类型的约束常见的几种类型的约束13 13 约束和约束反力约束和约束反力2323光滑圆柱铰链约束实例光滑圆柱铰链约束实例常见的几种类型的约束常见的几种类型的约束13 13 约束和约束反力约束和约束反力2424常见的几种类型的约束常见的几种类型的约束13 13 约束和约束反力约束和约束反力25254 4、光滑球铰链约束：、光滑球铰链约束：A AB BN N常见的几种类型的约束常见的几种类型的约束13 13 约束和约束反力约束和约束反力2626A AB BN NA AN NB BA AC CB B5
17、5、双铰链刚杆约束：、双铰链刚杆约束：常见的几种类型的约束常见的几种类型的约束13 13 约束和约束反力约束和约束反力2727常见的几种类型的约束常见的几种类型的约束13 13 约束和约束反力约束和约束反力6 6、插入端约束：、插入端约束：282814 14 受力分析和受力图受力分析和受力图画受力图的方法与步骤：画受力图的方法与步骤：1 1、取分离体（研究对象）、取分离体（研究对象）2 2、画出研究对象所受的全部主动力（使物体产生、画出研究对象所受的全部主动力（使物体产生 运动或运动趋势的力）运动或运动趋势的力）3 3、在存在约束的地方，按约束类型逐一画出约束、在存在约束的地方，按约束类型逐一
18、画出约束 反力（研究对象与周围物体的连接关系）反力（研究对象与周围物体的连接关系）2929A AP PN NF FT TE E C CG GB BE EP PA AF FD D解：解：(1)(1)物体物体B B 受两个力作用：受两个力作用：(2)(2)球球A A 受三个力作用：受三个力作用：(3)(3)作用于滑轮作用于滑轮C C 的力：的力：C CN NG GT TG GT TG G1 14 4 受力分析和受力图受力分析和受力图T TD DQ QB B例题例题1-1 1-1 在图示的平面系统中，匀质球在图示的平面系统中，匀质球A A重为重为P P，借本身重量和借本身重量和摩擦不计的理想滑轮摩擦
19、不计的理想滑轮C C 和柔绳维持在仰角是和柔绳维持在仰角是 的光滑斜面上，绳的光滑斜面上，绳的一端挂着重为的一端挂着重为Q Q 的物体的物体B B。试分析物体试分析物体B B、球球A A 和滑轮和滑轮C C 的受力的受力情况，并分别画出平衡时各物体的受力图。情况，并分别画出平衡时各物体的受力图。3030ECABFDBCNBNC解：解：1 1、杆、杆BC BC 所受的力：所受的力：2 2、杆、杆AB AB 所受的力：所受的力：表示法一：表示法一：表示法二：表示法二：BDAFNAxNAyNBBAFDNAHNB例题例题1-2 1-2 等腰三角形构架等腰三角形构架ABC ABC 的顶点的顶点A A、B
20、 B、C C 都用铰链连都用铰链连接，底边接，底边AC AC 固定，而固定，而AB AB 边的中点边的中点D D 作用有平行于固定边作用有平行于固定边AC AC 的的力力F F，如图如图113(a)113(a)所示。不计各杆自重，试画出所示。不计各杆自重，试画出AB AB 和和BC BC 的受力图。的受力图。1 14 4 受力分析和受力图受力分析和受力图3131例例题题1-3 1-3 如如图图所所示示压压榨榨机机中中，杆杆AB AB 和和BC BC 的的长长度度相相等等，自自重重忽忽略略不不计计。A A，B B，C C，E E 处处为为铰铰链链连连接接。已已知知活活塞塞D D上上受受到到油油缸
21、缸内内的的总总压压力力为为F F=3kN3kN，h h=200 200 mmmm，l =1500=1500 mmmm。试试画画出出杆杆AB AB，活活塞塞和和连连杆杆以以及及压压块块C C 的受力图的受力图。D DEABCllh1 14 4 受力分析和受力图受力分析和受力图3232FABA解：解：1.1.杆杆AB 的受力图。的受力图。2.活塞和连杆的受力图。活塞和连杆的受力图。3.压块压块 C 的受力图。的受力图。CBxyFCxFCyFCByxFFBCFAB1 14 4 受力分析和受力图受力分析和受力图DEABCllh3333 A AP PB BQ QA AB BC CP P 思考题思考题1 14 4 受力分析和受力图受力分析和受力图 P PQ QN NAxAxN NAyAyN NByByN NC CN NB BP PN NB BN NA A3434小结小结1 1、理解力、刚体、平衡和约束等重要概念、理解力、刚体、平衡和约束等重要概念2 2、理解静力学公理及力的基本性质、理解静力学公理及力的基本性质3 3、明确各类约束对应的约束力的特征、明确各类约束对应的约束力的特征4 4、能正确对物体进行受力分析、能正确对物体进行受力分析3535作业：作业：1111、2 2、5 5、6 6、3636