机械设计基础教案

阿克苏职业技术学院

教师用教案

（2012—2013学年第二学期）

教师姓名：哈力克.麦麦提承担课程：机械设计基础

教学周数：15周计划学时：90学时

专业班级：新型纺织机电技术教学时间：2013年1月一2013年7月

阿克苏职业技术学院

理论课至期拽课计划

（2009〜2010学年第1学期）

课程名称机械设计基础

系部____机电系____________

专业机电一体化

教研室机械教研室

任课教师木合塔尔・米吉提

教研室审批意见：系部审批意见：

主任___________主任___________

2009年9月日2009年9月日

所开学期数1教学周数11周学时6

计划学时66理论学时66实验学时

考核方式考试机动学时2复习考式

理论（知识）目标能力（技能）目标

1.使学生了解常用机械及通用零部1.使学生具备设计简单机械和传动

件的工作原理，类型特点及应用等装置的基本技能。

基本知识。2.培养学生独立解决问题和分析问

2.使学生掌握常用机构的基本理论题的能力。

知识和设计方法。掌握通用零部件

教的失效形式，设计准则和设计方法

学

目

标

重点、难点解决重点、难点的方法措施

课1.常用机构的基本理论和设计方法。理论联系实际，勤学，苦练。多动手，

程2.常用零部件的设计方法。搞好课程设计。

分

析重

点

难

点

相关课程有：数学、力学、金工、制图等。它们之间的关系是：相互连贵、

与相互应用、相互表达、相互协调。前属课程是本课程的基础。

其

他

课

程

的

关

系

班

机电一体化07501学生人数14

级

学该班学生普遍基础较好，学习兴趣浓厚

生

基

本

学情

生况

分1.重点讲解设计理论和设计方法。

析因2.加强实践教学，搞好课程设计。

材

施

教

措

施

教材名称机械设计基础编（著）者陈立德

出版社高等教育出版社统一书号ISBN-978-7-04-022130-5

教1.讲授

材2.多媒体教学

教内3.课程设计

材容

分处

析理

网络各种机械设计精品课程

参

考

资

料

教师主要依靠课堂授课、课内提问理论、课堂练习等教学方法穿插教。利

用多媒体教学和实践棵训练，提高学生的学习兴趣，提高实践技能。

教

师

教

学

方按时独立完成作业,课余时间到实验室观看各种机构的组成.

法

学

生

教学进度计划(-)

周次时间章节理论教学内容或实践教学项目教学完成情况

第1周2绪论0.1机器的组成及特征

0.2本课程的内容、性质和任务

0.3本课程的学习方法

第一章机械设计概述

21.1机械设计的基本要求

1.2机械设计的内容与步骤

21.3机械零件的失效形式及设计计算

1.4机械设计的标准化、通用化及系列化

第2周第二章平面机构的结构分析

12.1机构的组成

12.2平面机构的运动间图

12.3平面机构的自由度

1习题课

第三章平面连杆机构

13.1概述

13.2平面机构的力分析

第3周13.3四杆机构的基本型式及演化

13.4平面四杆机构的基本特性

13.5平面四杆机构的设计

2习题棵

第四章凸轮机构

14.1概述

第4周24.2常用的从动件运动规律

24.3盘形凸轮轮廓的设计与加工方法

教学进度计划(^)

周次时早下理论教学内容或实践教学项目教学完成情况

间

24.4凸轮机构基本尺寸的确定

第五章间歇运动机构

第5周25.1棘轮机构

16.2槽论机构

15.3不完全齿轮机构和凸轮间歇运动机构

1习题棵

1第六章螺纹连接与螺旋传动

第6周16.1螺纹连接的基本知识

16.2螺纹连接的预紧与放松

16.3单个螺栓连接的强度计算

17.4螺栓组连接的结构设计和受力分析

6.5螺纹连接件的材料和许用应力

16.6提高螺栓连接强度的措施

6.7滑动螺旋传动简介

16.8滚动螺旋传动简介

第7周习题课

第七章带传动

17.1概述

17.2V带和带论的结构

17.3带传动的工作能力分析

17.4V带传动的设计

17.5带传动的张紧、安装与维护

17.6同步带传动

第八章链传动

第8周18.1概述

18.2滚子链和链论

8.3链传动的运动特性

18.4滚子链传动的设计计算

教学进度计划(^)

周次时间早下理论教学内容或实践教学项目教学完成情况

8.5链传动的布置、张紧及润滑

1第九章齿轮传动

29.1齿轮传动的特点和基本类型

第9周29.2渐开线齿轮的齿廓及传动比

29.3渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及

几何尺寸计算

19.4渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动

19.5渐开线齿轮的加工方法

9.6渐开线齿廓的根切现象与标准外啮合直

齿轮的最少齿数

9.7变位齿轮传动

第10周19.8齿轮常见的失效形式与设计准则

19.9齿轮的常用材料及许用应力

19.10渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的强度计

算

110.11平行轴斜齿圆柱齿轮传动

10.12直齿锥齿轮传动

110.13齿轮的结构设计及齿轮传动的润滑和

效率

19.14标准齿轮传动的设计计算

第11周1第十章蜗杆传动

110.1蜗杆传动的类型和特点

110.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算

110.3蜗杆传动的失效形式和计算准则

110.4蜗杆传动的材料和结构

10.5蜗杆传动的强度计算

110.6蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算

11.7普通圆柱蜗杆转动的精度等级

10.8常用各类齿轮传动的选择

孚生成绒［己

专业班级机电一体化课程机械设计基础教师木合塔尔

技期总

平时成绩

序能末平

备注

学号姓名平

号成成成

均

绩绩绩

079230402孙君君

079230403刘强

079230404陈兴

079230405梁虹

079230406何辉路

079230407马锐

079230415蔡海涛

079230417蔡永浩

079230419徐志刚

079230420周彦

079230421苟蒲

079230425张新杰

079230426梁小军

079230427陈雪蛟

孚生成绒［己

专业班级机电一体化课程机械设计基础教师木合塔尔

技期总

平时成绩

序能末平

学号姓名平备注

号成成成

均

绩绩绩

阿弟土积业技术孚院敌弟

晨便信，白、

承担课程机械设计基础授课地点1号教学楼

使用多媒体使用多媒体

4060

教学课时数教学的比例

教学时间2009年9月一2010年1月教学周数16周学时6

计划学时66理论学时66实验学时

大纲规定实验学时66实际完成实验开出率%

浮不呈美

星期一星期二星期三星期四星期五

1—2节VV

3—4节V

5—6节

7—8节

备注

课堂教学内容：

…1「疝编配1版及焉彳正

……51五藻建而而琴「荏扇而隹豕

3.学习方法

教学方法：

一番遍爰后展我1S3茯

教具：

委媒体、三角尺、圆规、模型

目的及要求：

…L孽涯抗露而国版及博征一

……5：亍标藻雇茁而再：彳生质而存窝

…3］亍福孽句另警一

重点、难点：

一T「机幕的组成妫f征

教学过程：教学备注

§0—1机器的组成及特征

在人们的生产和生活中广泛使用着各种机器。

1.机器：是人为的实物组合，它能完成一定的运动，用来实现能量转换，或者

做各种有用的机械功。列如

1）内燃机它的作用将热是能转变成机械能。

组成：1、汽缸体2、活塞3、进气阀

4、排气阀5、连杆6、曲轴

7、凸轮8、顶杆9、10齿轮

内燃机的工作过程

1.活塞下行，进气阀开启，混合气体进入汽缸;

内燃机

2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，在顶部点火燃烧;

3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；

4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。

内燃机的工作过程

进气一压缩一爆炸一排气

内燃机各部分的作用

活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的连续转动，该组合体称为：

曲柄滑块机构

凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：凸轮机构

两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，称为：齿轮机构

各部分协调动作的结果：化学能=机械能

2）颗式破碎机一它用于压碎物料。

颗式破碎机一电动机、带轮、V带、带轮、偏心轴、动颗板、肘板、定颗

板及机架等组成。

3）用于加工产品的机械手

机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但具有相同的基本特征。

2.机器的共有特征：

①人造的实物组合体；

②各部分有确定的相对运动；

③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量的转换；

机器的作用仅具备前两个特征的称为机构。机构是多个实物的组合，能实现预

期的机械运动。如图0.1中的齿轮机构。由此可见,机器是由机构组成的，但从

运动观点来看两者并无差别，工程上统称为“机械”

机器一根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体。如：缝纫机、洗衣机、

各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。

机构一能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件实物的组合体。如：连杆

机构、凸轮机构、齿轮机构等。种类有限

顾名思义，本课程研究对象为：机械

3.机械一一人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的组合体。人们常说

的机械是机器和机构的总称。

4.构件一由一个或几个零件组成的没有相对运动的刚性系统。

构件可以是单一零件，如内燃机的曲轴；也可以是多个零件的刚性组合体，如

内燃机的连杆.由此可见，机构是机械中运动的单元体，零件是机械中制造单元

体。例如：曲轴—单一零件。

连杆一多个零件的刚性组合体。

5.零件一机械中不可拆的制造单元体.

零件通常分为两类：

(1)通用零件：例如：齿轮、链轮、带轮、蜗杆、轴、螺栓、键、花键、销、弹

簧、机架、箱体等。

(2)专用零件：例如：叶片、曲轴、枪栓等。

零件是机械中制造的单元体，而且是不可能再拆分的。

另外，所谓的部件：是指若干个零件的装配体。(见下图)

0.2本课程的内容、性质和任务

本课程研究的对象为机械中的常用机构及一般工作条件下和常用参数范围内

的通用零部件，研究其工作原理，结构特点，运动和动力性能，基本设计理论，计算方

法以及一些零部件的选用和维护.

课程性质：技术基础课。综合应用各选修课程的基础理论和生产知识，解

决常用机构及通用零件的分析和设计问题。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。

本课程的任务为

1.是学生了解常用机构及通用零部件的工作原理、类型、特点及应用等基本知识。

2.是学生掌握常用机构的基本理论和设计方法、掌握通用零部件的失效形式、设

计准则与设计方法。

3.是学生具备机械设计实验技能和设计简单机械及传动装置的基本技能。

总之，本课程是理论性和实战性都很强的机械类及近机类专业的主干课课程。

程之一，是机械工程师及机械管理工程师的必修

0.3学习方法

本课程是从理论性、系统性很强的基础课和专业基础课向实战性较强的专业课

过渡的一个重要的转折点.因此，学生学习本课程是必须在学习方法上有所转变，

应注意以下几个特点：

1.本课程将多门选修课程的基本理论应用到实际中去，解决有关实际问题，因此，

选修课程的掌握程度直接影响到本课程的学习.

2.学生一接触本课程就会产生”没有系统性”逻辑性差等错觉，这是由于学生习

惯了基础课的系统性所造成的.

3.由于实战中所发生的问题很复杂，很难用纯理论的方法类解决,因此常常采用

很多经验公式、参数以及简化计算等，这样往往会给学生造成不讲道理、没有理论

等错觉，这点必须在学习过程中逐步适应.

4.计算步伐和计算结果不像基础课那样具有唯一性.

5.计算对解决设计问题虽然很重要，但并不是惟一所要求的能力.学生必须逐步

培养把理论计算与结构设计，工艺等结合起来解决设计问题的能力。

课堂小结（3分钟）教学备注

1.机器的组成及特征

课堂练习及作业布置（2分钟）

后记:

课堂教学内容：

一第二摹…杭府布开赖逑

2:新藏布在而建床重亲丁而”营方彝及饭讦汗竟灌血

i37机械浚讦的标准化：一系列化及通甬化…

教学方法：

一番遍爰后展我1S3茯

教具：

委媒体、三面尺、圆规、模型

目的及要求：

［一加僦饭讦而最*萋京

21近藏馁讦前市岩营为彝

3：…筑藏重库而吴薮花式淀饭计计算灌血……

丁机械零件浚讦的标准五〕系列化及通再化

重点、难点：

-1「机械零件的失效形式:反南讦讦竟准则

教学过程:教学备注

1.1机械设计的基本要求

机械设计包括以下两种设计：应用新技术、新方法开发创造新机械；在原有

机械的基础上重新设计或进行局部改造，从而改变或提高原有机械的性能。设计

质量的高低直接关系机械产品的性能、价格及经济效益。

机械零件是组成机器的基本单元，在讨论机械设计的基本要求之前，首先应初步

了解设计机械零件的一些基本要求。

1.1.1设计机械零件的基本要求

零件工作可靠并且成本低廉是设计机械零件应满足的基本要求。

零件的工作能力是指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力，

对载荷而言茬为承载能力。失效是指零件由于某些原因不能正常工作。只有每个

零件都能可靠地工作，才割保证机器的正常运行。

设计机械零件还必须坚持经济观点，力求综合经济效益高。为此要注意以下

几点：（1）合司选择材料，降低材料费用；（2）保证良好的工艺性，减少制造费用；

⑶尽量采用标准化、通用化它计，简化设计过程从而降低成本。

1.1.2机械设计的基本要求

机械产品设计应满足以下几方面的基本要求：

1.实现预定功能

设计的机器能实现预定的功能，并在规定的工作条件下、规定的工作期限内

能正常运行。

2.满足可靠性要求

机器由许多零件及部件组成，其可靠度取决于零部件的可靠度。机械系统的

零部件越多可靠度也就越低，因此在设计机器时应尽量减少零件数目。但就目前

而言，对机械产品的可靠难以提出统一的考核指标。

3.满足经济性要求

经济性指标是一项综合性指标，要求设计及制造成本低、机器生产率高、能

源和材料耗费二维护及管理费用低等。

4.操作方便、工作安全

操作系统要简便可靠，有利于减轻操作人员的劳动强度。操作而引起的危险,

避免人身及设备事故的发生。

5.造型美观、减少污染

运用工业艺术造型设计方法对机械产品进行工业造型设计，使所设计的机器不

仅使用性能好、尺寸小、价格低廉，而且外形美观，富有时代特点。机械产品：

的造型直接影响到产品的销售和竞争力；在当前机械设计中是一个不容忽视的环

-4-P

下。

尽可能地降低噪声，减轻对环境的污染。噪声也是反映机械质量的一个综合指

标。

1.2机械设计的内容与步骤

机械设计是一项复杂、细致和科学性很强的工作。随着科学技术的发展，对

设计的理解在不断地深化，设计方法也在不断地发展。近年来发展起来的“优化

设计”、“可靠性设计”、“有限元设计”、“模块化设计”和“计算机辅助设计”等

现代设计方法已在机械设计中得到了推广与应用。即便如此，常规设计方法仍然

是工程技术人员进行机械设计的重要基础，必须很好地掌握。常规设计方法又可

分为理论设计、经验设计和模型实验设计等。

机械设计的过程通常可分为以下几个阶段：

1.产品规划

产品规划的主要工作是提出设计任务和明确设计要求，这是机械产品设计首

先需要解决的问题。通常是人们根据市场需求提出设计任务，通过可行性分析后

才能进行产品规划。

2.方案设计

在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由设计人员构思出多种可行方案

并进行分析比较，从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可行

以及成本低廉的方案。

3.技术设计

在既定设计方案的基础上，完成机械产品的总体设计、部件设计、零件设计等,

设计结果以工程图及计算书的形式表达出来。

4.制造及试验',

经过加工、安装及调试制造出样机，对样机进行试运行或生产现场试用，将试

验过程中发现的问题反馈给设计人员，经过修改完善，最后通过鉴定。•

与设计机器时一样i设计机械零件也常需拟定出几种不同方案，经过认真比较

选用其中最好的一种。设计机械零件的一般步骤如下：

(1)根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定零件的载荷。

(2)根据零件工作情况的分析，判定零件的失效形式，从而确定其计算准则。

(3)进行主要参数选择，选定材料，根据计算准则求出零件的主要尺寸，考虑

热处理及结构工艺性要求等。：

(4)进行结构设计。

(5)绘制零件工作图制订技术要求，编写计算说明书及有关技术文件。对于不

同的零件和工作条件，以上这些设计步骤可以有所不同。此外，在设计过程中，

这些步骤又是相互交错、反复进行的。

应当指出，在设计机械零件时往往是将较复杂的实际工作情况进行一定的简

化，才能应用力学等理论解决机械零件的设计计算问题。因此，这种计算或多或

少带有一定的条件性或假定性，称为条件性计算。机械零件设计基本上是按条件

性计算进行的，如注意到公式的适用范围，一般计算结果具有一定的可靠性，并

充分考虑了机械零件的安全性；。为了使计算结果更符合实际情况，必要时可进

行模型试验或实物试验。

本课程在介绍各种零件设计时，其内容的安排顺序基本上是按照上述设计步骤

进行的。

1.3机械零件的失效形式及设计计算准则

机械零件丧失预定功能或预定功能指标降低到许用值以下的现象，称为机械

零件的失效。由于强度不够引起的破坏是最常见的零件失效形式，但并不是零件

失效的惟一形式。进行机械零件设计时必须根据零件的失效形式分析失效的原

因，提出防止或减轻失效的措施，根据不同的

失效形式提出不同的设计计算准则。

1.3.1失效形式

机械零件最常见的失效形式大致有以下几种。

1.断裂•

机械零件的断裂通常有以下两种情况：：

（1）零件在外载荷的作用下，某一危险截面上的应力超过零件的强度极限时将

发生断裂（如螺栓的折断）；

（2）零件在循环变应力的作用下，危险截面上的应力超过零件的疲劳强度而发

生疲劳断裂。

2.过量变形

当零件上的应力超过材料的屈服极限时，零件将发生塑性变形。当零件的弹

性变形量过大时也会使机器的工作不正常，如机床主轴的过量弹性变形会降低机

床的加工精度。

3.表面失效

表面失效主要有疲劳点蚀、磨损、压溃和腐蚀等形式。表面失效后通常会增

加零件的摩擦，使零件尺寸发生变化，最终造成零件的报废。

4.破坏正常工作条件引起的失效

有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工作打滑，使传动不能正常地工

作。否则就会引起失效，如带传动因过载发生

1.3.2设计计算准则

同一零件对于不同失效形式的承载能力也各不相同。根据不同的失效原因建

立起来的工作能力判定条件，称为设计计算准则，主要包括以下几种。

1.强度准则

强度是零件应满足的基本要求。强度是指零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性

变形及表面失效（磨粒磨损、腐蚀除外）的能力。强度可分为整体强度和表面强度

（接触与挤压强度）两种。

整体强度的判定准则为：零件在危险截面处的最大应力（。,了）不应超过允许

的限度(称为许用应力，用或［c］表示)，即

<7《［。］

或T《［c］

另一种表达形式为：危险截面处的实际安全系数5应大于或等于许用安全系

数［S),即

S>［S］

表面接触强度的判定准则为：在反复的接触应力作用下，零件在接触处的接

触应力6应该小于或等于许用接触应力值即

(TH《［(7H］

对于受挤压的表面，挤压应力不能过大，否则会发生表面塑性变形、表面压

溃等。挤压强度的判定准则为：挤压应力6应小于或等于许用挤压应力

即

6《［(7p］

2.刚度准则

刚度是指零件受载后抵抗弹性变形的能力，其设计计算准则为：零件在载荷

作用下产生的弹性变形量应小于或等于机器工作性能允许的极限值。各种变形量

计算公式可参考材料力学课程，本书不再赘述。

3.耐磨性准则

设计时应使零件的磨损量在预定限度内不超过允许量。由于磨损机理比较复

杂，通常采用条件性的计算准则，即零件的压强P不大于零件的许用压强［P］：

P《［P］

4.散热性准则

零件工作时如果温度过高将导致润滑剂失去作用，材料的强度极限下降，引

起热变形及附加热应力等，从而使零件不能正常工作。散热性准则为：根据热平

衡条件，工作温度t不应超过许用工作温度［t］,即

t《［t］

5,可靠性准则

可靠性用可靠度表示，对那些大量生产而又无法逐件试验或检测的产品，更

应计算其可靠度。零件的可靠度用零件在规定的使用条件下、在规定的时间内能

正常工作的概率来表示，即用在规定的寿命时间内能连续工作的件数占总件数的

百分比表示。如有NT个零件，在预期寿命内只有Ns个零件能连续正常工作，则

其系统的可靠度为

R=Ns/NT

1.4机械零件设计的标准化、系列化及通用化

有不少通用零件，例如螺纹连接件、滚动轴承等，由于应用范围广、用量大，

已而成为标准件。设计时只需根据设计手册或产品目录选定型号和尺寸，向专业

商店或工厂订购。止匕外，有很多零件虽使用范围极为广泛，但在具体设计时随着

工作条件的不同，在材料、尺寸、结构等方面的选择也各不相同，这种情况则可

对其某些基本参数规定标准的系列化数列，如齿轮的模数等。

按规定标准生产的零件称为标准件。标准化给机械制造带来的好处是：（1）由

专门化工厂大量生产标准件，能保证质量、节约捌•料、降低成本；（2）选用标

准件可以简化设计工作、缩短产品的生产周期；（3）选用参数标准化的零件，在

机械制造过程中可以减少刀具和量具的规格；（4）具有互换性，从而简化机器的

安装和维修。设计中选用标准件时，由于要受到标准的限制而使选用不够灵活，

若选用系列化产品则从一定程度上解决了这一问题。例如，对于同类型、同一内

径的滚动轴承，按照滚动体直径的不同使其形成各种外径、宽度的滚动轴承系列，

从而使轴承的选用更、灵活

通用化是指在不同规格的同类产品或不同类产品中采用同一结构和尺寸的零

部件，以减少零部件的种类，简化生产管理过程，降低成本和缩短生产周期。

由于标准化、系列化、通用化具有明显的优越性，所以在机械设计中应大力推

广“三化”，贯彻各种标准。

我国现行标准分为国家标准（CB）、行业标准和专业标准等，国际上则推行国际

标准化组织（ISO）的标准，我国也正在逐步向ISO标准靠近。

课堂小结（3分钟）教学备注

机械设计的基本要求和设计准则

课堂练习及作业布置（2分钟）

P81-11-2

后记:

第2章平面机构的结构分析

2.1机构的组成

一21矿平面机构的运动简囱

教学方法：

善乐尾二启姿氐薪率，茯

教具：

…分调本「三函只:向加「澳药

目的及要求：

……........

一5「餐骁宰面而面而昌薪梅囱

重点、难点：

平面机构运动简囱的绘制

教学过程：教学备注

2.1机构的组成

2.1.1运动副

两构件通过直接接触并能产生一定相对运动的联接。

图2.1运动副

构成运动副的要素：

1、两构件要直接接触；

2、失去某些相对运动的自由度，并至少保留一个以上相

对运动的自由度。

根据运动副各构件之间的相对运动是平面运动还是空间运动，可将运动副分成

平面运动副和空间运动副。所有构件都只能在相互平行的平面上运动的机构称为

平面机构。大多数的常用机构都是平面机构。

2.1.2自由度和运动副约束

构件可完成的独立运动，称为构件的自由度。

一个空间运动物体有六个自由度（三个方向的移动和绕

三根轴的转动），限制一个轴向移动和绕另两根轴的转动就形成平面运动。一个

作平面运动的构件有三个自由度。

两个构件通过运动副连接以后，相对运动受到限制。运动副对成副的两构件间的

相对运动所加的限制称为约束。引入1个约束条件将减少1个自由度，而约束的

多少及约束的特点取决于运动副的形式。

1.转动副：两构件只能作相对转动，又称作钱链。

自由度数1,只能转动；约束数2.失去了沿X、丫方向的移动。

2.移动副：两构件只能作相对移动。

自由度数1,只能沿一个方向X方向移动；约束数2,失去另一方向丫方向移动

和转动。

2.高副：两构件以点或线接触而构成的运动副。

自由度数2,保持切线方向的移动和转动（指1相对与2的转动）

约束数1,失去法线方向的移动。自由度数2,保持切线方

向的移动和转动（指1相对与2的转动）;

约束数1,失去法线方向的移动。

•空间运动副一一若两构件之间的相对运动均为空间

•运动，则称为空间运动副。

联副

—式--------------------

2.1.3运动链和机构

两个以上的构件以运动副连接而构成的系统称为运动链。未构成首末相连的封

闭环的运动链称为开链（图a）,否则称为闭链（图b）。在运动链中选取1个构件加

以固定（称为机架），

图a

o

o

oo

图b

机构一一当另一构件（或少数几个构件）按给定的规律独立运动时，其余构件

均随之作一定的运动。

原动件一一机构中输入运动的构件。

从动件一一其余的可动构件。

由此可见，机构是由原动件、从动件和机架三部分组成的。

3.2平面机构的运动简图

用规定的线条和符号表示构件和运动副，绘出能够表达各构件间相对运动关系

的简图称为机构运动简图。

（下图为大筛机构的运动简图）

运动简图的用途：

♦运动简图可简明表达传动原理；

♦可用于图解法求机构上某点轨迹、位移、速度、加速度;

♦可以使不同外形的机械归类用一种方法来研究。

3.2.1运动副及构件的表示方法

1.构件

构件均用形象、简洁的直线或小方块等来表示，画有

斜线的表示机架。

2.转动副

构件组成转动副时，如下图表示:

图垂直于回转轴线时，用图a）表示；表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转,

图面不垂直于回转轴线时用图b）表示；一个构件具有多个转动副时，则应在两

条交叉处涂黑，或在其内画上斜线，见图c）。

3.移动副

两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。

4.平面高副

两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓。对于

凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。

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2.2.2绘制机构运动简图的步骤

1.找出固定件（机架）、原动件（输入件）和从动件（输出件），认清机构运动传递路

线。（所谓的"找三件"）

2.弄清构件数目；构件间组成何种运动副（高副还是低副？移动副还是转动

副？）；以及运动副的数目。

3.测量出各运动副之间的运动特征尺寸。（如：两转动副之间的距离、移动副导

路中心线的位置）

4.按比例定出各运动副之间在图纸上的相互位置，并以简单线条，将各运动副

符号连起来，即可得到机构运动简图。

“新H睚际娥

注：如不严格地按比例绘制，只是用来表明机构的结构状况，这样的图叫机构示

意图。

常用机构运动简图符号

o

带o

传

上

■o动x

的

电X

机

o齿

o轮

链

齿o

条

传

传

动

外

圆

啮

锥O

合

齿

圆

轮

■O

圆

柱

凸

蜗

轮

杆

O传

动

蜗

轮

棘

^

^

机

简图O

运动

机的

破碎

鳄式

图示

绘制

图

运动简

心泵的

图示偏

绘制

课堂小结（3分钟）教学备注

平面机构的运动简图

课堂练习及作业布置（2分钟）

P32P33

后记:

课堂教学内容：

第万簟

一公一7平面机构的百亩度•

教学方法：

.......i'SSwS

教具:

目的及要求：

「了廨机构具宥确定运动条件…

2「掌握平面机构百由度的讦算……

…3:明够讦算机构百由度的狂登事顽

重点、难点：

一机构百由度的讦算方法

教学过程:教学备注

2.3平面机构的自由度

2.3.1机构具有确定运动的条件

运动链和机构都是由构件和运动副组成的系统，机构要实现预期的运动传递和

变换，必须使其运动具有可能性和确定性。如图所示，由3个构件通过3个转动

副连接而成的系统就没有运动的可能性。

又如图3.12所示的五杆系统，若取构件1作为原动件，当给定@1时，

构件2、3、4既可以处在实线位置，也可以处在虚线或其他位置，因此，其从动

件的运动是不确定的。如果给定构件1、4的位置参数01和。4,则其余

构件的位置就都被确定下来。再如图3.13所示的四杆机构，当给定构件1的位

置时，其他构件的位置也被相应确定。

2.3.2平面机构自由度的计算

为什么要计算机构自由度？

知道了机构自由度，我们就可以知道：要想让该机构有确定运动，需要多少原

动件。

计算思路：用机构所有活动构件的总自由度减去由于构件相互联结形成运动副

后失去的自由度数，即得机构的自由度。

设：活动构件数为n

一个构件作平面运动有三个自由度，则各活动构件自由度总和为：3n

两构件联接形成一个低副，有两个约束，失去了两个自由度。机构中所有低

副失去的自由度数为：2PL(PL-低副数)

两构件联接形成一个高副，有一个约束，失去了一个自由度。机构中所有高副

失去的自由度数为：PH(PH—高副数)

因此，机构自由度F的计算公式：

F=3n-2PL-PH(3-1)

用式(3.1)计算图3.11所示运动链的自由度，贝I］为F=3X2—2X3=0,因此该

运动链各构件间无相对运动。计算图3.12所示运动链的自由度，则F=3X4—2X

5=2,因此它需要两个原动件才具有确定的相对运动。按同样的方法计算出图3.13

所示机构的自由度F=l,因此它只需要一个主动件便具有确定的相对运动。•

2.3.3计算机构自由度的注意事项

应用式(3.1)计算机构的自由度时，必须注意以下几个问题。

1.复合钱链两个以上构件，在同一轴线处用转动副连接，就形成复合钱链。

1

如图3.14所示，构件1、2、3在同一处构成转动副，而从左视图（图3.14）可

见，该机构包含2个转动副。显然，如有m个构件汇集在一处，应有m—1个转

动副。

计算图示圆盘锯机构的自由度。

解：活动构件数n=7

低副数PL=6高副数PH=O

F=3n-2PL-PH

=3X7-2X6-0=9

计算结果肯定不对！

上例：在B、C、D、