1、機械的重要性機械的重要性機器的組成機器的組成通用零件與常見機構通用零件與常見機構機器的特征機器的特征機械設計基礎課程主要內容與要求機械設計基礎課程主要內容與要求 思考題思考題返回1、日常生活離不開機械、日常生活離不開機械-洗衣機、縫紉機、冰洗衣機、縫紉機、冰 箱、電梯、電腦等。箱、電梯、電腦等。2、現代生產中起重要作用、現代生產中起重要作用-汽車、生產自動線、汽車、生產自動線、 機床等機床等3、機械發展程度是一個國家工業水平的重要標志、機械發展程度是一個國家工業水平的重要標志4、工程技術人員必須掌握一定機械基礎知識、工程技術人員必須掌握一定機械基礎知識返回內燃機內燃機由齒輪、軸、凸輪、彈簧、連

2、桿、機架組成。由齒輪、軸、凸輪、彈簧、連桿、機架組成。內燃機內燃機由連桿機由連桿機構、齒輪機構、齒輪機構、凸輪機構、凸輪機構組成。構組成。打油機打油機由電機、由電機、帶傳動、減帶傳動、減速器（齒輪速器（齒輪機構）、曲機構）、曲柄搖桿機構柄搖桿機構等組成等組成原動機部分原動機部分傳動部分傳動部分執行機構執行機構控制部分控制部分傳動部分：傳動部分：有機械有機械的的、液壓的、氣動液壓的、氣動的和電氣的等的和電氣的等返回組成機器的不可組成機器的不可拆卸的基本單元，拆卸的基本單元，是制造單元是制造單元機構中的運動單機構中的運動單元，具有獨立運元，具有獨立運動特性動特性連桿機構、凸輪連桿機構、凸輪機構、齒

3、輪機構、機構、齒輪機構、間歇運動機構等間歇運動機構等在各類機械中都經常遇到的零在各類機械中都經常遇到的零件。齒輪、螺栓、軸承、軸等件。齒輪、螺栓、軸承、軸等零件零件機構機構構件構件機械傳動裝置機械傳動裝置常常用用機機構構專專用用零零件件通通用用零零件件返回返回返回機器-具有的特征為：（1）它是若干人為實體的組合；（2）各實體之間具有確定的相對運動；（3）能代替或減輕人的體力或腦力勞動，提高效率。機構-僅具有機器的前兩個特征。機械-通常是機器與機構的統稱。返回常用機構和通用零件的工作原理、結構特點、基本設計理論和計算方法。掌握常用機構的結構、運動特性，初步具有分析和設計簡單常用機構的能力。掌握通

4、用零件的工作原理、結構特點及維護基本知識，具有設計簡單傳動裝置的能力。具有運用標準、規范、手冊、圖冊等有關技術資料的能力。返回機構與機器具有的共同特征為：機構與機器具有的共同特征為：（1）它們都是若干實體的）它們都是若干實體的 ；（2）各實體之間具有）各實體之間具有 ； 而機器還具有：而機器還具有：（3）能代替人類完成有用）能代替人類完成有用 的特征。的特征。構件和零件不同：構件和零件不同：（1）零件是組成機構的）零件是組成機構的 單元；單元；（2）構件是組成機構的）構件是組成機構的 單元。構件可以是單元。構件可以是 一個零件，也可以是多個零件的剛性組合。一個零件，也可以是多個零件的剛性組合。

5、 返回返回返回返回構構件件與與運運動動副副返回構件構件機構中的運動單元機構中的運動單元構件自由度構件自由度構件可能出現的自由度。構件可能出現的自由度。物體在空間皆有六物體在空間皆有六個自由度個自由度。 平面運動構件只平面運動構件只有三個自由度。有三個自由度。YXZOXYZO約束約束對物體運動的限制對物體運動的限制返回運動副運動副(kinematics pairs)使兩個構件使兩個構件直接接直接接觸觸而又彼此而又彼此有一定相對運動有一定相對運動的聯接的聯接引入兩個約束，保留一個自由度。引入兩個約束，保留一個自由度。返回使兩構件通過使兩構件通過面面接觸形成的運動副。接觸形成的運動副。返回引入一個約

6、束，保留兩個自由度。引入一個約束，保留兩個自由度。使兩構件通過使兩構件通過點或線點或線接觸形成的運動副接觸形成的運動副返回螺旋副、螺旋副、球面副等球面副等1、平面、平面機構的自由度機構的自由度-機構中各構件相對于機構中各構件相對于機架的所能有的獨立運動的數目。機架的所能有的獨立運動的數目。F=3n-2PL-PHn機構中，可動件個數機構中，可動件個數PL低副個數低副個數PH高副個數高副個數返回返回（1）復合鉸）復合鉸-K個構件鉸接，含有（個構件鉸接，含有（K-1）個轉動副個轉動副返回返回是否有復合鉸鏈存在？機構有幾個自由度？是否有復合鉸鏈存在？機構有幾個自由度？F=35-27-0=15-14=1

7、F=35-27-0=15-14=1（2）局部自由度）局部自由度-預先排除預先排除返回返回（3）虛約束）虛約束-有些運動副帶入的約束是重復的，排除。有些運動副帶入的約束是重復的，排除。返回返回通過構件自由度的計算可知,構件成為機構的必要條件為F0構件自由度是機構中各構件相對機架所具有的獨立運動的個數.從動件是不能獨立運動的運動是由主動件提供的機構自由度F=主動件個數構件系統成為機構的充分必要條件構件系統成為機構的充分必要條件:(1)F0; (2)原動件個數原動件個數=自由度自由度返回1、運動副符號、運動副符號機構件圖機構件圖-用特定的構件和用特定的構件和運動副符號繪制的表示機構運動副符號繪制的表

8、示機構運動特性的簡圖運動特性的簡圖用于機構用于機構運動分析運動分析返回（1）選擇合理的）選擇合理的視圖平面視圖平面（2）確定機構中）確定機構中包含常見機構的類包含常見機構的類型型（3）確定運動副）確定運動副的種類的種類簡圖繪制步驟：簡圖繪制步驟：返回返回F=3n-2PL-PH=35-26-2=1返回簡易沖床簡易沖床返回卡車自動卸車機構卡車自動卸車機構手搖唧筒手搖唧筒返回返回原動件（主動件）原動件（主動件）-有驅動力或運動規律已知的構件。有驅動力或運動規律已知的構件。從動件從動件-除主動件外，隨主動件運動而運動的構件。除主動件外，隨主動件運動而運動的構件。機架（固定構件）機架（固定構件）-機構中

9、固定于定參考系的構件。機構中固定于定參考系的構件。兩構件通過兩構件通過 接觸形成的運動副稱為低副。低副又分接觸形成的運動副稱為低副。低副又分 和和 。 兩構件通過兩構件通過 或或 接觸形成的運動副稱為高副接觸形成的運動副稱為高副平面機構中每個高副引入平面機構中每個高副引入 約束，保留約束，保留 自由度；而每個低副自由度；而每個低副引入引入 約束，保留約束，保留 自由度。自由度。構件系統成為機構的必要充分條件為構件系統的自由度構件系統成為機構的必要充分條件為構件系統的自由度F ，且原動件件數且原動件件數 構件系統的自由度數。構件系統的自由度數。所有構件均在所有構件均在 運動的機構稱為平面機構。運

10、動的機構稱為平面機構。由運動副聯接組成的構件系統由運動副聯接組成的構件系統 （A，一定，一定，B，不一定，不一定，C，一定不）是機構。一定不）是機構。 返回計算圖示機構自由度，并指出局部自由度和計算圖示機構自由度，并指出局部自由度和虛約束虛約束返回返回返回平面連桿機構平面連桿機構(planar link)所有構件均作平行于所有構件均作平行于某一平面的運動，且構件之間只有低副連接。某一平面的運動，且構件之間只有低副連接。1、鉸鏈四桿機構的組成、鉸鏈四桿機構的組成1234機架機架固定不動構件固定不動構件連桿連桿不直接與機架相連的桿不直接與機架相連的桿連架桿連架桿與機架以運動副相連的桿與機架以運動副

11、相連的桿曲柄曲柄-能做整周轉動能做整周轉動搖桿搖桿-擺動一定角度擺動一定角度（曲柄搖桿、雙曲柄、雙搖桿）（曲柄搖桿、雙曲柄、雙搖桿）返回（1）曲柄搖桿機構）曲柄搖桿機構（crank-rocker)（2）雙搖桿機構）雙搖桿機構（double-crank)（3）雙曲柄機構）雙曲柄機構（double-rocker)返回1、一個轉動副轉化為移動副（自由度個數不變）、一個轉動副轉化為移動副（自由度個數不變）返回返回返回返回自由度個數仍然不變自由度個數仍然不變返回返回1234213413421234曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構曲柄移動導桿機構曲柄移動導桿機構返回鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構

12、含有一個移動副的含有一個移動副的四桿機構四桿機構含有兩個移動副的含有兩個移動副的四桿機構四桿機構曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構曲柄移動導桿機構曲柄移動導桿機構雙曲柄機構雙曲柄機構曲柄轉動導桿機構曲柄轉動導桿機構雙轉塊機構雙轉塊機構曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構曲柄擺動導桿曲柄擺動導桿曲柄搖塊機構曲柄搖塊機構雙滑塊機構雙滑塊機構雙搖桿機構雙搖桿機構定塊機構定塊機構擺動導桿滑塊機構擺動導桿滑塊機構返回（1）取不同構件為機架，）取不同構件為機架，曲柄搖桿機構、雙曲柄搖桿機構、雙曲柄、雙搖桿可以相互演化曲柄、雙搖桿可以相互演化雙曲柄雙曲柄曲柄搖桿曲柄搖桿雙搖桿雙搖桿返回(a)最短桿最短桿+

13、最長桿最長桿其他兩桿長度之和其他兩桿長度之和-格拉肖夫判別式格拉肖夫判別式以最短桿為機架時以最短桿為機架時-必為必為雙曲柄機構雙曲柄機構以最短桿的相鄰桿為機架時以最短桿的相鄰桿為機架時-必為必為曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構以最短桿的對面桿為機架時以最短桿的對面桿為機架時-必為必為雙搖桿機構雙搖桿機構(b)不滿足不滿足格拉肖夫判別式格拉肖夫判別式時，以任何桿為機架，皆為時，以任何桿為機架，皆為雙搖桿機構雙搖桿機構123412341234返回例：例：AB=30,BC=50,CD=40,AD=45,取不同桿為機架時，分別為取不同桿為機架時，分別為何種機構何種機構1234BCDA返回返回返回取不同構件為機

14、架取不同構件為機架曲曲柄柄滑滑塊塊曲柄曲柄轉動轉動（擺（擺動）動）導桿導桿曲曲柄柄搖搖塊塊定定塊塊機機構構返回返回2134返回曲柄搖塊曲柄搖塊定塊機構定塊機構返回曲柄曲柄移動移動導桿導桿機構機構雙雙滑滑塊塊機機構構擺動擺動導桿導桿滑塊滑塊機構機構雙轉塊機構雙轉塊機構返回返回擺動導桿滑塊機構擺動導桿滑塊機構雙轉塊機構雙轉塊機構返回1、急回特性、急回特性速度與效率速度與效率返回221121tCCtCC返往C點平均點平均速度：速度：118018000往返工作行程速度空回行程速度K返回極位夾角極位夾角：輸出輸出件位于兩極限位置件位于兩極限位置時，對應輸入件曲時，對應輸入件曲柄兩位置之間的夾柄兩位置之間

15、的夾角（銳角）。角（銳角）。連桿機構具有急回特性的條件連桿機構具有急回特性的條件：1)輸入件整周轉輸入件整周轉動，動，2）輸出件往返運動，）輸出件往返運動，3）極位夾角）極位夾角 0。返回返回機構壓力角機構壓力角：不計不計摩擦、慣性和重力時，摩擦、慣性和重力時，從動件上某點所受作從動件上某點所受作用力的方向與該點速用力的方向與該點速度方向之間所夾的銳度方向之間所夾的銳角。角。機構傳動角機構傳動角：壓力角的余角，壓力角的余角， =900- 。（度量方便，。（度量方便， 愈大愈好，一般愈大愈好，一般400，大功率大功率500 ）壓力角壓力角，愈小愈好愈小愈好返回返回死點：死點：=900位置。位置。

16、1）此時無論驅動力多大，不能驅動從動件，）此時無論驅動力多大，不能驅動從動件，應予以避免。應予以避免。返回返回返回返回1、給定連桿位置時，、給定連桿位置時，四桿機構的設計四桿機構的設計返回例：已知搖桿長度例：已知搖桿長度LCD，搖桿擺角搖桿擺角及行程速度及行程速度變化系數變化系數K，設計曲柄設計曲柄搖桿機構。搖桿機構。（1） LCD=1.5m，=300，K=1.5；（2） LCD=150mm，K=1。返回 連桿曲線是一條高次方的代數曲線，一連桿曲線是一條高次方的代數曲線，一般借助連桿曲線圖譜來設計四桿機構般借助連桿曲線圖譜來設計四桿機構返回返回返回返回格拉肖夫判別式是指：鉸鏈四桿機構中最短桿與

17、最常桿格拉肖夫判別式是指：鉸鏈四桿機構中最短桿與最常桿長度之和長度之和 其他兩桿長度之和。其他兩桿長度之和。機構的壓力角指：從動件上某點所受機構的壓力角指：從動件上某點所受 的方向與該點的方向與該點 的方向所夾銳角，設計機構時注意控制最大壓力角的方向所夾銳角，設計機構時注意控制最大壓力角max 許用壓力角。許用壓力角。 機構傳動角機構傳動角指：壓力角的指：壓力角的 ，值愈值愈 愈好，理想情愈好，理想情況況= 。 機構處于死點位置時，機構的壓力角機構處于死點位置時，機構的壓力角= 度。度。 在桿長不等的鉸鏈四桿機構中，若在桿長不等的鉸鏈四桿機構中，若L1=L2=L3L4，且且四邊長順序鉸接，則：

18、以四邊長順序鉸接，則：以L4為機架時，該機構是為機架時，該機構是 機構；以機構；以L3為機架時，該機構是為機架時，該機構是 機構；以機構；以L2為為機架時，該機構是機架時，該機構是 機構。機構。 曲柄搖桿機構中，曲柄為主動件。當從動件處于兩極曲柄搖桿機構中，曲柄為主動件。當從動件處于兩極限位置時，限位置時， （A，搖桿，搖桿，B，曲柄，曲柄，C，連桿）在連桿）在該兩位置時所夾的銳角為極位夾角。該兩位置時所夾的銳角為極位夾角。 曲柄搖桿機構中，當曲柄搖桿機構中，當 （A，曲柄，曲柄，B，搖桿）為搖桿）為主動件，在曲柄與主動件，在曲柄與 （A，機架，機架，B，連桿）共線時，連桿）共線時，機構處于死

19、點位置。此時機構的壓力角機構處于死點位置。此時機構的壓力角=900。返回四桿機構中，已知各桿長度，四桿機構中，已知各桿長度，LAB=40mm，LBC=90mm，LCD=60mm，LAD=80mm。試問：固定試問：固定 桿，為曲柄搖桿機構；固定桿，為曲柄搖桿機構；固定 桿，為雙曲柄機構；桿，為雙曲柄機構；固定固定 桿，為雙搖桿機構。桿，為雙搖桿機構。當行程速比系數當行程速比系數K= （A，1，B，=1，C，1）時，表明該機構具有急回特性。時，表明該機構具有急回特性。 什么是極位夾角？它與行程速度比系數什么是極位夾角？它與行程速度比系數K有什么關系？有什么關系？K=1表示什么意義？表示什么意義？

20、機構的什么位置叫死點？用什么方法使機構通過死點？機構的什么位置叫死點？用什么方法使機構通過死點？返回判別下列機構的類型判別下列機構的類型(構件構件1為原動件為原動件) 。返回畫出機構在圖示位置的壓力角及傳動角畫出機構在圖示位置的壓力角及傳動角(標出轉向的標出轉向的構件為主動件構件為主動件)，并判斷機構有無死點。，并判斷機構有無死點。返回返回返回1、按凸輪、按凸輪(cam)形形狀分類：盤形、圓狀分類：盤形、圓柱、移動凸輪柱、移動凸輪返回2、從動件的形狀：尖頂、從動件的形狀：尖頂(mushroom)、滾子滾子(rotation)、平底平底(flat)3、從動件運動、從動件運動：移動移動(trans

21、lating)、擺動擺動(oscillating)返回力封閉、力封閉、形封閉形封閉返回返回1、凸輪基圓、凸輪基圓r0以凸輪輪廓曲線的最小向徑以凸輪輪廓曲線的最小向徑r0為半徑所作的圓。為半徑所作的圓。2、升程、升程h從動件遠離凸輪從動件遠離凸輪 中心時，移動的距離。中心時，移動的距離。0推程運動角，推程運動角， S遠休止角。遠休止角。3、回程、回程h從動件移向凸輪從動件移向凸輪中心的行程。中心的行程。h回程運動角，回程運動角， S近休止角。近休止角。h返回從動件運動規律從動件運動規律從動件位移、速度、加速度隨時從動件位移、速度、加速度隨時間變化的規律，即間變化的規律，即s(t)、(t)、a(t

22、)。因為因為=t，通常通常用用s()、()、a()表示從動件運動規律。表示從動件運動規律。從動件位移曲從動件位移曲線線從動件位從動件位移移s與凸輪轉與凸輪轉角角之間的關之間的關系曲線系曲線s() 。返回設計對心移動尖頂從動件盤形凸輪輪廓：凸輪順時設計對心移動尖頂從動件盤形凸輪輪廓：凸輪順時針轉動，基圓半徑為針轉動，基圓半徑為r0，從動件運動符合圖示位移從動件運動符合圖示位移曲線規律。曲線規律。反轉法反轉法返回例例1：設計一對心移動尖頂從動件盤形凸輪，已知：設計一對心移動尖頂從動件盤形凸輪，已知：凸輪以等角速度順時針回轉，凸輪基園半徑凸輪以等角速度順時針回轉，凸輪基園半徑 r0 =40mm, 0

23、=1500, S =300, h =1200, S =600，從動件從動件運動規律如下圖所示，行程運動規律如下圖所示，行程h=20mm，試用圖解解試用圖解解法繪出凸輪的輪廓。法繪出凸輪的輪廓。返回例例2：圖示為一對心移動尖頂從動件單圓弧盤形凸輪：圖示為一對心移動尖頂從動件單圓弧盤形凸輪（偏心輪）機構，偏心輪幾何中心（偏心輪）機構，偏心輪幾何中心O距離凸輪轉動軸距離凸輪轉動軸心心O為為 loo=15mm，偏心輪半徑偏心輪半徑 R=30mm，凸輪以等凸輪以等角速角速順時針轉動，試作出從動件位移圖順時針轉動，試作出從動件位移圖s2-。 返回1、等速運動規律、等速運動規律s()= CS ()=Ca()

24、= 0特點特點：1）剛性沖擊）剛性沖擊從動件在某瞬時從動件在某瞬時速度突變，其加速度及慣性力在速度突變，其加速度及慣性力在理論上均趨于無窮大。理論上均趨于無窮大。2）只適用于低速輕載的凸）只適用于低速輕載的凸輪機構。輪機構。返回s()= CS 2()=C a()= Ca （常數）常數）特點特點：1）柔性沖擊）柔性沖擊從動件在從動件在某瞬時加速度發生有限值某瞬時加速度發生有限值的突變所引起的沖擊。的突變所引起的沖擊。2）適用于中、低速的凸）適用于中、低速的凸輪機構。輪機構。返回s()=h(1-cos/0)/2()=C sin/0a()= Cacos/0特點特點：1）僅在運動始末兩處有柔）僅在運動

25、始末兩處有柔性沖擊。性沖擊。2）適用于高速凸輪機構。）適用于高速凸輪機構。返回返回1、設計對心移動尖頂從動件盤形凸輪輪廓：設計一對、設計對心移動尖頂從動件盤形凸輪輪廓：設計一對心移動尖頂從動件盤形凸輪，已知：凸輪以等角速度心移動尖頂從動件盤形凸輪，已知：凸輪以等角速度順時針回轉，凸輪基園半徑順時針回轉，凸輪基園半徑 r0 =40mm, 0=1500, S =300, h =1200, S =600，從動件運動規律在推程作勻速運動，從動件運動規律在推程作勻速運動，在回程作等加速等減速運動，行程在回程作等加速等減速運動，行程h=20mm,試用圖解試用圖解解法繪出凸輪的輪廓。解法繪出凸輪的輪廓。返回

26、r0 =40mm,0=1500,S =300,h =1200,S =600，0shd ds返回理論輪廓基圓半徑理論輪廓基圓半徑r0=r0+ rT rT=10mm返回返回e=10mm返回返回1、滾子半徑的選擇、滾子半徑的選擇2、凸輪壓力角的選擇與檢驗、凸輪壓力角的選擇與檢驗自鎖自鎖- 增大到一定程度時，工作推力增大到一定程度時，工作推力F引引起的摩擦阻力大于有效分力起的摩擦阻力大于有效分力Ft時，無論時，無論F多多大，從動件都不能運動。大，從動件都不能運動。凸輪壓力角凸輪壓力角 凸輪處于某凸輪處于某一位置時，對從動件的法向一位置時，對從動件的法向推力推力F與從動件受力點的速與從動件受力點的速度方向所夾銳角。度方向所夾銳角。返回3、基圓半徑的確定、基圓半徑的確定max 推程：移動從動件：推程：移動從動件：=300擺動從動件：擺動從動件：=450回程：回程： =800（無自鎖問題）無自鎖問題）按凸輪形狀分類，凸輪機構分按凸輪形狀分類，凸輪機構分 、 、 。凸輪機構中，使凸輪