机械设计基础机电(第二版)123章电子教案要点

机械设计基础机电(第二版)123章电子教课设计重点机械设计基础机电(第二版)123章电子教课设计重点机械设计基础机电(第二版)123章电子教课设计重点第1章概论第一讲：1.1本课程的研究对象、主要内容及任务课题：1.1.1本课程的研究对象1.1.2本课程研究的主要内容1.1.3本课程的主要任务教课目标：1.使学生认识本课程研究的对象、内容以及其在培育高级机械人材全局中的地位、作用和任务，从而明确学习本课程的目的。认识本学科的重要性在课程结构中的重要性。掌握本课程研究对象、内容、增强感性认识。教课重点：机器与机构、构件与部件的差别教课方法：利用工程事例等多种教课软件，展现本门课研究的对象、内容。教课内容：1.1.1本课程的研究对象1.主要研究的对象；（1）机械：是机器和机构的统称。从研究机器工作原理、解析运动特色和设计机器的角度看，机器可视为若干机构的组合体。图1-1的单缸内燃机。图1-1单缸内燃机2.机器的主要特色是:（1）它们都是人为实体（构件）的组合;（2）各个运动实体（构件）之间拥有确立的相对运动;（3）可以实现能量的变换，取代或减少人类完成实用的机械功。3.机构：是由构件构成的。4.构件：是指机构的基本运动单元。它可以是单一的部件，也可以是几个部件联接而成的运动单元。5.部件：是构成机器的最小制造单元。实例：图1-2齿轮机构图1-3凸轮机构图1-4连杆机构6.机器：是由各种机构构成的，可以完成能量的变换或做实用功;而机构则不过是起着运动的传达和运动形式的变换作用。机构的主要特色是:（1）它们都是人为实体（构件）的组合;（2）各个运动实体之间拥有确立的相对运动。1.1.2本课程研究的主要内容1）机构的运动简图和自由度计算2）平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等的构成原理、运动解析及设计3）各种联接部件（如螺纹联接、键销联接等）的设计计算方法和标准选择4）各种传动部件（如带传动、齿轮传动等）的设计计算和参数选择5）轴系部件（如轴、轴承等）的设计计算及轴承参数种类选择。1.1.3本课程的主要任务（1）培育学生运用基础理论解决简单机构和部件的设计问题，掌握通用机械部件的工作原理、特色、采纳及计算方法，初步拥有解析无效原由和提升改进措施的能力。（2）培育学生建立正确的设计思想，拥有设计简单机械传动部件和简单机械的能力。（3）学会使用手册、标准、规范等设计资料第二讲1.2机械部件的常用资料与结构工艺性课题：1.2.1机械部件常用资料1.2.2资料的选择原则1.2.3机械部件的结构工艺性教课目标：1.认识机械部件常用的资料及选择原则掌握机械部件的结构工艺性教课重点：机械部件常用的资料教课难点：机械部件的结构工艺性教课方法：课件教课内容：1.2机械部件的常用资料与结构工艺性1.2.1机械部件常用资料机械部件常用资料有碳素结构钢、合金钢、铸铁、有色金属、非金属资料及各种复合资料。此中，碳素结构钢和铸铁应用最广。1.2.2资料的选择原则1.满足使用性能要求（1）部件的受力状况。（2）部件的环境状况及特别要求。2.有优异的加工工艺性（1）热加工工艺性。（2）切削加工性能。3.选择资料要综合考虑经济性要求1）资料价格（2）提升资料的利用率（3）部件的加工和维修费等要尽低。4）采纳组合结构（5）资料的合理代用。1.2.3机械部件的结构工艺性1.锻造部件的结构工艺性（1）为了防范浇铸不足，对于不一样锻造方法，铸件壁厚有一同意的最小值。（2）部件箱壁交织部分要有过渡圆角，以防范尖角处产生裂纹，图1-5（a）但是圆角不行太大，省得交点处尺寸太大，金属齐集产生缩孔或缩松，图1-5（b）建议D≈1.3d，图1-5（c）。3）铸件应有明显的分型面（图1-6）。图1-5铸件过渡圆角大小应合适图1-6

铸件应有明显的分型面（4）铸件应有必需的斜度以便于拿出模型。（5）为防范采纳活块，可将凸台加长，如图

1-7（b）所示引至分型面。图1-7防范采纳活块（6）铸铁抗拉强度差而抗压强度高，在设计部件形状时应尽可能把拉应力（或曲折应力）化作压应力（图1-8）。图1-8防范铸铁受拉力2.热办理部件的结构工艺性（1）防范锐边尖角，应将其倒钝或改成圆角，圆角半径要大些。（2）部件形状要求简单、对称。（3）轴类部件的长度与直径之比不行太大。（4）提升部件的结构刚性，必需时增添增强肋。（5）形状复杂也许不一样部位有不一样性能要求时，可用组合结构（如机床铸铁床身上镶装钢导轨）。3.切削加工部件的结构工艺性（1）加工表面的几何形状应尽量简单，尽可能布局在同一平面上或同一轴线上，尽可能一致尺寸，以便于加工。图1-9图1-9减速箱侧面加工（2）有相互地址精度要求的各表面最好能在一次安装中加工。图1-10（a）的部件须从两端加工。图1-10两孔在一次安装中加工（3）加工时应能正确立位、靠谱夹紧，并便于加工、易于丈量。（4）应尽量减少加工面的数量，图1-11（5）形状应便于刀具进刀、退刀，如螺纹应该有退刀槽。（6）被加工表面形状应有助于提升刀具的刚性和延长刀具寿命。如1-12图1-11减少不用要的配合面D1图1-12防范在斜面上钻孔4.部件装置的结构工艺性（1）部件应该有正确的装置基面，图1-13（a）汽缸盖用螺纹联接，因为螺纹间有缝隙，对中不好，活塞杆易产生偏移。图1-13（b）将螺纹联接改为配合，使工作状况有了改进。图1-13不该以螺纹面对中图1-14应使拆卸方便（2）应使装置方便，如图1-11所示，D、D1处均有配合，装置困难。（3）应使拆卸方便，如图1-14所示，第三讲1.3机械部件设计的基本准则及设计步骤课题：1.3.1机械部件的主要无效形式1.3.2机械部件的设计准则1.3.3机械部件设计的一般步骤1.4当前机械设计制造技术的新发展教课目标：1.熟习机械部件的主要无效形式掌握机械部件的设计准则及一般步骤认识当前机械设计制造技术的新发展教课重点：机械部件的主要无效形式教课难点：机械部件的设计准则及一般步骤教课方法：例举实例教课内容：1.3机械部件设计的基本准则及设计步骤1.3.1机械部件的主要无效形式无效：机械部件因为某种原由丧失正常工作能力称为无效，部件的主要无效形式图1-15。图1-15部件的主要无效形式1.3.2机械部件的设计准则（1）强度设计准则:要求部件在工作时不产生强度无效，强度准则应取在部件中的危险截面处，应力不超出许用应力。用公式表示为σ≤［σ］=σlim/Sσ（1-1）τ≤［τ=］τlim/Sτ（1-2）（2）刚度准则:刚度是指部件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。刚度计算准则要求部件的弹性变形小于或等于同意值。（3）耐磨性准则:耐磨性是指部件抵抗磨损的能力。（4）振动稳固性准则:假如某一个部件的固有频率f与激振源的频率fp相同或为其整数倍关系时，则这些部件就会产生共振，以致使部件破坏或机器工作状况失态等。（5）靠谱性准则:靠谱性表示系统、机器或部件等在规准时间内稳固工作的程度或性质。可靠性常用靠谱度R来表示。1.3.3机械部件设计的一般步骤1）依据部件的使用要求（功率、转速等），选择部件的种类及结构形式。2）依据机器的工作条件，解析部件的工作状况，确立作用在部件上的载荷。3）依据部件的工作条件（包含对部件的特别要求，如耐高温、耐腐化等），综合考虑资料的性能、供应状况和经济性等要素，合理选择部件的资料。4）解析部件的主要无效形式，依据相应的设计准则，确立部件的基本尺寸。（5）依据工艺性及标准化的要求，设计部件的结构及其尺寸。（6）绘制部件工作图，拟订技术要求。1.4当前机械设计制造技术的新发展略第2章平面机构的运动简图及自由度第一讲：2.1机构的构成课题：2.1.1运动副2.1.2构件教课目标：1.掌握运动副的看法及含义2..掌握不一样种类的构件教课重点：运动副的看法及含义教课难点：含有各种运动副的构件种类教课方法：利用各种不一样种类构件模型讲解教课内容：2.1.1运动副1.运动副的看法：两构件之间直接接触并能产生必定相对运动的连接称为运动副，两构件只好在同一平面内做相对运动的运动副称为平面运动副。图2-1平面低副2.平面运动副的分类按两构件间接触性质不一样，平面运动副平时可分为低副和高副。（1）低副两构件形成面与面接触的运动副称为低副，图2-1，又可分为转动副和挪动副。转动副：是两构件只好做相对转动的运动副。图2-1（a）铰链连接构成的转动副。挪动副：是两构件只好沿某一轴线相对挪动的运动副，图2-1（b）（2）高副两构件以点或线的形式相接触而构成的运动副称为高副。图2-2图2-2平面高副2.1.2构件机构中的构件有三类，固定不动的构件称为机架（或固定构件）;按给定的运动规律独立运动的构件称为原动件;机构中其余活动构件称为从动件。1.拥有转动副元素的杆状构件图2-3中（a）～（c）为含有两个转动副元素的杆状构件，（d）～（f）为含有三个转动副元素的杆状构件。图2-3拥有转动副元素的杆状构件设计时为了保证杆件受力时拥有足够的强度和刚度，其截面形状可以设计成不一样形式，图2-4图2-4杆状构件截面形状2.拥有挪动副元素和转动副元素的构件图2-5单缸内燃机第二讲：2.2平面机构的运动简图课题：2.2.1机构运动简图的看法2.2.2平面机构运动简图的绘制教课目标：1.弄清机构运动简图的看法掌握平面机构运动简图的绘制的方法教课重点：机构运动简图绘制的基本方法教课难点：能绘制常用平面机构的运动简图教课方法：多媒体课件教课内容：2.2.1机构运动简图的看法1.机构运动简图：能表示机构的构成和各构件间运动关系的简单图形。2.机构表示图：不严格按比率绘制的机构运动简图称为。2.2.2平面机构运动简图的绘制（1）解析机构的构成，确立机架、原动件和从动件。（2）由原动件开始，挨次解析构件间的相对运动形式，确立运动副的种类和数量。（3）选择合适的视图平面和原动件地址，以便清楚地表达各构件间的运动关系。平时选择与构件运动平面平行的平面作为投影面。（4）选择合适的比率尺μl=构件实质长度/构件图样长度（单位:m.mm或mm.mm），依据各运动副间的距离和相对地址，以规定的线条和符号绘图。例2-1绘制如图2-6（a）所示的颚式破碎机主体机构的运动简图。图2-6颚式破碎机主体机构解（1）由图可知，偏爱轴2为原动件、动颚3和肘板4为从动件，（2）偏爱轴2与机架1、偏爱轴2与动颚3、动颚3与肘板4、肘板4与机架1均构成转动副，其转动中心分别为A、B、C、D。选择构件的运动平面为视图平面，图示机构运动瞬时地址为原动件地址，图2-6（c）例2-2绘制如图2-5所示单缸内燃机的机构运动简图。已知LAB=75mm，LBC=300mm。图2-7单缸内燃机机构运动简图解（1）在内燃机中，活塞为原动件，曲轴AB为工作构件。活塞的来去运动经连杆BC变换为曲轴AB的旋转运动。（2）活塞与缸体（机架）构成挪动副，与连杆BC在C点构成转动副

;曲轴与缸体在A点构成转动副，与连杆BC在B点构成转动副。（3）选长度比率尺μ，按规定符号绘制机构运动简图，图2-7第三讲：2.3平面机构的自由度课题：2.3.1自由度和拘束的看法2.3.2自由度的计算和机构拥有确立运动的条件2.3.3复合铰链、局部自由度和虚拘束教课目标：1.认识拘束和自由度的看法能计算平面机构的自由度机构自由度计算中复合铰链、局部自由度、虚拘束的鉴别4．能正确运用平面机构拥有确立运动的条件教课重点：平面机构的自由度的计算。教课难点：机构自由度计算中有关虚拘束的鉴别及办理教课方法：多媒体和演示柜。教课内容：2.3.1自由度和拘束的看法图2-8自由构件的自由度1.自由度运动构件相对于参照系所拥有的独立运动的数量，称为构件的自由度。做平面运动的自由构件有三个自由度。2.拘束当两构件构成运动副后，它们之间的某些相对运动遇到限制，2.3.2自由度的计算和机构拥有确立运动的条件设一个平面机构由N个构件构成，活动构件数为n=N-1，若机构中有PL个低副、PH

个高副，则平面机构的自由度

F的计算公式为F=3n-2PL-PH

（2-1）2.3.3复合铰链、局部自由度和虚拘束1.复合铰链两个以上的构件在同一处以同轴线的转动副相连，称为复合铰链。图2-9复合铰链图图2-10直线机构图2-9为三个构件在A点形成复合铰链。k个构件形成复合铰链应拥有（k-1）个转动副，计算自由度时应注意找出复合铰链。实例：图2-10为直线机构，该机构n=7，PL=10，PH=0，其自由度为F=3n-2PL-PH=3×7-2×10-0=12.局部自由度机构中某些构件所产生的局部运动其实不影响其余构件的运动。这些构件所产生的这类局部运动的自由度称为局部自由度。在计算机构自由度时，局部自由度应略去不计。图2-11（a）凸轮机构，该机构的自由度为F=3n-2PL-PH=3×2-2×2-1=1图2-11凸轮机构3.虚拘束机构中与其余拘束重复而对机构运动不起新的限制作用的拘束，称为虚拘束虚拘束常出此刻以下场合（1）两构件间形成多个拥有相同作用的运动副，分为以下三种状况:①两构件在同一轴线上构成多个转动副。图2-12（a），计算机构自由度时应按一个转动副计算。②两构件构成多个导路平行或重合的挪动副。图2-12（b），构件1与机架组成了A、B、C三个导路平行的挪动副，计算自由度时应只算作一个挪动副。③两构件构成多处接触点公法线重合的高副。图2-12（c），相同应只考虑一处高副，其余为虚拘束。图2-12两构件构成多个运动副（2）两构件上连接点的运动轨迹相互重合。图2-13的机车车轮联动机构，即F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1图2-13中的虚拘束可以增添构件的刚性，改进受力状况。图2-13机车车轮联动机构中的虚拘束3）机构中传达运动不起独立作用的对称部分。图2-14（b）的行星轮系，该机构的自由度为F=3n-2PL-PH=3×4-2×4-2=2图2-14对称结构引入的虚拘束例2-3计算图2-15（a）所示筛料机构的自由度。解机构中n=7，PL=9，PH=1，其自由度为F=3n-2PL-PH=3×7-2×9-1=2图2-15筛料机构第3章平面连杆机构第一讲：3.1平面连杆机构的基本形式及其演化课题：3.1.1铰链四杆机构的基本形式3.1.2铰链四杆机构的演化———含有一个挪动副的平面四杆机构教课目标：1.理解铰链平面四杆机构的各种种类明确四杆机构的特征在工程实质中的应用掌握铰链四杆机构的演化及各种形式教课重点：铰链四杆机构种类教课难点：导杆机构种类教课方法：多媒体课件教课内容3.1.1铰链四杆机构的基本形式铰链四杆机构：运动副都是转动副的平面四杆机构，图3-1。机架：在铰链四杆机构中，固定不动的构件4是机架连架杆：与机架4相连的构件1和3称为连架杆连杆：不与机架相连的构件2称为连杆曲柄：连架杆相对于机架能做整周转动的称为曲柄摇杆：只好在必定角度范围内来去摇动的称为摇杆。图3-1铰链四杆机构1.曲柄摇杆机构定义：两连架杆分别为曲柄和摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构实例：图3-2所示的雷达天线俯仰角调整机构，图3-3的脚踏砂轮机机构。图3-2雷达天线俯仰角调整机构图3-3脚踏砂轮机机构2.双曲柄机构定义：两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构，称为双曲柄机构实例：图3-4插床六杆机构平行四边形机构：当连杆与机架的长度相等、两个曲柄长度相等且转向相同的双曲柄机构，称为平行四边形机构，图3-5。实例：，图3-6天平机构图3-4插床六杆机构图3-5平行四边形机构图3-6天平机构图3-7机车车轮联动机构平行四边形机构有以下三个运动特色:（1）两曲柄转速相等图3-7的机车车轮联动机构就是利用平行四边形机构的这一特征。（2）连杆一直与机架平行图3-8的拍照车起落机构，利用连杆一直做平动这一特色，可使与连杆固连一体的座椅一直保持水平川址，以保证拍照人员安全靠谱地拍照。（3）运动的不确立性图3-9在平行四边形机构中，当两曲柄转至与机架共线地址时，主动曲柄AB连续转动。图3-8拍照车起落机构图3-9平行四边形机构为了战胜运动的不确立性，也可以采纳辅助曲柄等措施解决，图3-10图3-10带有辅助构件的平行四边形机构定义：对于两个曲柄转向相反的状况，即连杆与机架的长度相等，两个曲柄长度相等所构成的转向相反的双曲柄机构称为反平行四边形机构。图3-11实例：车门启闭机构图3-12。图3-11反平行四边形机构图3-12车门启闭机构3.双摇杆机构定义：两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构，称为双摇杆机构。实例：图3-13起重机变幅机构图3-13起重机变幅机构图3-14车辆前轮转向机构定义：在双摇杆机构中若两摇杆长度相等，称为等腰梯形机构。等腰梯形机构的运动特征是两摇杆摆角不相等。图3-14。3.1.2铰链四杆机构的演化———含有一个挪动副的平面四杆机构1.曲柄滑块机构定义：（1）由曲柄、连杆、滑块和机架构成的机构，称为曲柄滑块机构。图3-15曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化滑块轨道中心线经过曲柄的转动中心A时，称为对心曲柄滑块机构。图3-16。若滑块轨道中心线偏离曲柄的转动中心A，称为偏置曲柄滑块机构。图3-17。滑块轨道中心线与曲柄的转动中心的垂直距离e称为偏爱距。图3-16对心曲柄滑块机构图3-17偏置曲柄滑块机构2.偏爱轮机构定义：在曲柄滑块机构中，由偏爱轮、连杆、滑块和机架构成的机构称为偏爱轮机构，图3-18。图3-18偏爱轮机构偏爱轮机构的实质:就是曲柄滑块机构的变形。偏爱轮的特色是:几何中心B和转动中心A不重合。3.导杆机构定义：(1)在对心曲柄滑块机构中，由曲柄、导杆、滑块和机架构成的机构，称为导杆机构。因为导杆能做整周转动，所以称为转动导杆机构，此机遇架长度小于曲柄长度。若取机架长度大于曲柄长度，导杆4只好做来去摇动，形成摇动导杆机构，图3-19（b）。图3-19导杆机构应用：图3-20简单刨床的导杆机构图3-21牛头刨床的导杆机构4.摇块机构定义：若将图3-16中的连杆BC作为机架，滑块只好绕C点摇动，就获取曲柄摇块机构，简称摇块机构，如图3-22所示。应用图3-23。图3-22摇块机构图3-23吊车5.定块机构定义：若将图3-16中的滑块3作为机架，BC杆成为绕转动副C摇动的摇杆，AC杆成为滑块做来去挪动，就获取摇杆滑块机构，又称为定块机构，图3-24。应用：定块机构常用于如图3-25所示的手摇唧筒或双作用式水泵等机械中。图3-24定块机构图3-25手摇唧筒第二讲：3.2平面四杆机构存在曲柄的条件及基本特征课题：铰链四杆机构存在曲柄的条件急回特征压力角和传动角死点地址教课目标：对曲柄存在的条件、传动角、死点、急回运动、行程速比系数等有明确的看法教课重点：曲柄存在条件、传动角、死点、行程速比系数教课难点：压力角和传动角、死点地址教课方法：利用动画辅助理解急回特征、死点地址看法，工程事例展现其应用。教课内容：铰链四杆机构存在曲柄的条件图3-26铰链四杆机构曲柄存在条件1.铰链四杆机构中曲柄存在的条件:（1）连架杆和机架中必有一杆为最短杆（简称最短杆条件）;（2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和（简称长度和条件）。此条件亦称杆长条件。经过解析可得以下结论:（1）铰链四杆机构中，假如最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则依据机架采纳的不一样。可有以下三种状况:①取与最短杆相邻的杆为机架，则最短杆为曲柄，另一连架杆为摇杆，构成曲柄摇杆机构;②取最短杆为机架，则两连架杆均为曲柄，构成双曲柄机构;③取最短杆对面的杆为机架，则两连架杆均为摇杆，构成双摇杆机构。（2）铰链四杆机构中，假如最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和，则不论取哪一杆为机架，都没有曲柄存在，均为双摇杆机构。3.2.2急回特征1.定义:(1)在某些连杆机构中，种当主动件等速转动时，做来去运动的从动件在返回行程中的均匀速度大于工作行程的均匀速度的特征，称为急回特征。图3-27曲柄摇杆机构的急回特征解析急回特征的程度用v2和v1的比值K来表示，K称为行程速比系数，即K=v2/v1=t1/t2=（180°+θ）/（180°-θ）（3-3）2.结论：上式表示，机构的急回速度取决于极位夹角θ的大小。θ越大，K值越大，机构的急回程度越明显，但机构的传动安稳性降落。3.实例：偏置曲柄滑块机构和摇动导杆机构也拥有急回特征。值得注意的是在摆动导杆机构中θ=ψ，图3-28。图3-28机构急回特征的判断3.2.3压力角和传动角1.定义:（1）在曲柄摇杆机构中，主动件曲柄AB经连杆BC传达到从动件摇杆CD上的力F，与该力作用点C运动线速度vc之间所夹的锐角α，称为机构在该地址的压力角。（2）压力角的余角γ称为传动角。2.结论：压力角越小或传动角越大，对机构的传动越有益;而压力角越大或传动角越小，会使转动副中的压力增大，磨损加剧，降低机构传动效率。因而可知，压力角和传动角是反响机构传力性能的重要指标。图3-29曲柄摇杆机构的压力角和传动角在曲柄滑块机构中，若曲柄AB为主动件时，最小传动角γmin出此刻曲柄AB垂直于滑槽中心线地址时，图3-30。图3-30偏置曲柄滑块机构的最小传动角3.计算公式：对心曲柄滑块机构的最小传动角γmin:γmin=arccosrl（3-4）偏置曲柄滑块机构:γmin=arccosr+el（3-5）3.2.4死点地址1.定义:在曲柄摇杆机构中，若摇杆为主动件，当摇杆处于两极限地址时，从动曲柄