工程机械设计_吴永平_第一篇工程机械设计基础第二章虚
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工程机械设计-吴永平-第二篇工程机械底盘设计第六章万向节与传动轴
3 1 / cos1 3 1 / cos1
2 3 cos2 2 3 cos2
3．动力学分析
设主动轴作用于其上的力矩为M1，从动轴作用于其上的力矩为M2，
如果不计转动时的摩擦损失，则
M1ω1= M2ω2
对于图a的情况，由
2
1 cos
有
M2= M 1 cosα
附加弯矩M2′ M2′=M1 sinα 从动叉承受的附加弯矩。
当两个十字轴在同一平面时， 传动的等角速条件为：
（1）主动轴1与中间轴的夹角a1与从 动轴2与中间轴的夹角a2相等； （2）当主动轴、从动轴在同一平面 时，中间轴两端的万向节叉应该在 同一平面。
当主动轴、从动轴不在同一平面 时，第二条应为：中间轴上和主动 轴连接的万向节叉在中间轴和主动 轴组成的平面内时，中间轴上和从 动轴连接的万向节叉在中间轴和从 动轴组成的平面内。
➢ 欲使主动轴和从动轴角速 度相等，应保证双联叉的对 称线平分所连两轴的夹角。
优点：允许较大的轴间夹角， 工作可靠，制造方便；
缺点：外形尺寸大，结构复 杂，非完全等速。
球头与球座的中 心与十字轴中心的连 线中点重合。
二 三销式等角速万向节
双十字轴万向节的另一种形式，它将两个十字轴转化为两个三销轴 插在一起，取消了中间架。输入叉和输出叉变成了偏心轴叉。
四 球叉式等角速万向节
第三节 传动轴
根据机械振动原理，两端铰接、等截面空心圆轴的临界转速为
nK 10.25 108 •
D2 d2 L2
在外径D不变的条件下，内径d越大nK值越大，而且空心轴的重量轻， 所以传动轴一般采用空心钢管焊接而成。
大多数传动轴要进行动平衡试验。
传动轴转速 （r/min）
工程机械设计_吴永平_
✓3.在设计手段方面广泛应用CAD/CAM/CAE和虚拟现实技术，实现设计系 统及制造系统的集成化和自动化，大大提高了设计的精度、缩短了产品 的设计制造周期、降低了设计成本。
✓4.在设计目标方面努力实现产品的智能化，通过知识信息的获取、推 理和运用，使产品能够根据工作对象状况和环境条件的变化自动改变工 作参数，达到最佳工作效果，通过应用机器人技术使产品能够模仿人的 智能活动，进而设计出高度智能化的工业产品。
3
现代产品设计的特点
✓1.在设计思想方面以功能分析为核心，以市场需求为导向，运用系统 理论，逻辑思维和创造性思维方法，力求形成具有创新性的新原理和新 方案；注重产品功能的可靠实现、设计方案的技术经济性评价和社会综 合效益分析。
✓2.在设计方法方面综合运用模块化设计、虚拟设计、可靠性设计、优 化设计、工业设计以及机电液一体化等现代方法与技术，重视载荷的动 态性与随机性、系统参数的优化、过程仿真、外观造型的艺术性和人机 工程等原理的应用。
工程机械的分类设计特点与要求程凿岩与风动机械挖掘机械工程起重机械铲土运输机械5工程机械压实机械路面机械钢筋混凝土机械桩工机械类别机型挖掘机械挖掘机挖掘装载机掘进机械铲土运输机械推土机装载机平地机铲运机工程起重机械程起塔式轮式履带式升降机卷扬机塔式轮式履带式6机械升降机卷扬机压实机械压路机夯实机桩工机械打桩机压桩机钻孔机钢筋混凝土机械混凝土泵车搅拌运输车钢筋加工机械路面机械摊铺机搅拌设备路面养护设备凿岩与风动机械凿岩机破碎机回转冲击式气动工具1
7
SD7G高原型推土机
所用发动机为高原型，能够适应5000米高原地区作业，最低 温度零下 40°C能够正常启动；耐高压水箱可避免低气压引起的 开锅现象；较寒冷地区可安装暖风装置；驾驶室密封严密；玻璃 可防紫外线照射，并且有小氧气瓶可供用户选用。
✓4.在设计目标方面努力实现产品的智能化，通过知识信息的获取、推 理和运用，使产品能够根据工作对象状况和环境条件的变化自动改变工 作参数，达到最佳工作效果，通过应用机器人技术使产品能够模仿人的 智能活动，进而设计出高度智能化的工业产品。
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现代产品设计的特点
✓1.在设计思想方面以功能分析为核心，以市场需求为导向，运用系统 理论，逻辑思维和创造性思维方法，力求形成具有创新性的新原理和新 方案；注重产品功能的可靠实现、设计方案的技术经济性评价和社会综 合效益分析。
✓2.在设计方法方面综合运用模块化设计、虚拟设计、可靠性设计、优 化设计、工业设计以及机电液一体化等现代方法与技术，重视载荷的动 态性与随机性、系统参数的优化、过程仿真、外观造型的艺术性和人机 工程等原理的应用。
工程机械的分类设计特点与要求程凿岩与风动机械挖掘机械工程起重机械铲土运输机械5工程机械压实机械路面机械钢筋混凝土机械桩工机械类别机型挖掘机械挖掘机挖掘装载机掘进机械铲土运输机械推土机装载机平地机铲运机工程起重机械程起塔式轮式履带式升降机卷扬机塔式轮式履带式6机械升降机卷扬机压实机械压路机夯实机桩工机械打桩机压桩机钻孔机钢筋混凝土机械混凝土泵车搅拌运输车钢筋加工机械路面机械摊铺机搅拌设备路面养护设备凿岩与风动机械凿岩机破碎机回转冲击式气动工具1
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SD7G高原型推土机
所用发动机为高原型，能够适应5000米高原地区作业，最低 温度零下 40°C能够正常启动；耐高压水箱可避免低气压引起的 开锅现象；较寒冷地区可安装暖风装置；驾驶室密封严密；玻璃 可防紫外线照射，并且有小氧气瓶可供用户选用。
工业设计机械基础课后习题解答
2）当拉力F′与横杆垂直时，力臂最大，最省力。 此时 F′×3m ＝5kN×1m×sin60° ＝5kN×1m×0.866,
移项得 F′ ＝（5kN×1×0.866）／3 ＝1.44kN 。
图2-58 题2-4图
1
1
2-5 图2-59所示物体受平面内3个力偶的作用，设F1＝F1′＝200N， F2＝F2′＝600N，M＝－100N·m，求合力偶矩。
1）力F的方向铅垂向下时，能将材料提升的力值F是多大？ 2）力F沿什么方向作用最省力？为什么？此时能将材料提升的力值是多大？
解 1）当拉力F对铰链C之矩与重物G对铰链C之矩相等，可提升重物。 此时 MC（F）＝Mc（G），即 F×3m× sin60° ＝5kN×1m×sin60°,
移项得 F＝5kN／3＝1.67kN。
F1x＝10N×cos0°＝10N F1y＝10N×sin0°＝0
F2x＝6N×cos90°＝0 F2y＝6N×sin0°＝6N F3X＝-8N×cos45°＝-5.657N F3y ＝8N×sin45°＝5.657N F4x＝-12N× cos30°＝-10.392N F4y＝-12N× sin30°＝-6N 2）求各力投影的代数和
合力R与x轴所形成的锐角
arctan RY arctan 5.657 43.09
RX
6.047
由于Rx＜0，Ry＞0，根据合力指向的判定规则可知，合力R指向左上方。
2-3 图2-57中，若F1和F2的合力R对A点的力矩为MA（R）＝60N·m，F1＝10N，F2＝40N，杆AB 长2m，求力F2和杆AB间的夹角α。 解 根据力矩的定义，用式（2-5）计算
∵支座A、B的约束反力 FA＝FB，
设
工程机械设计_吴永平_第二篇工程机械底盘设计第九章轮式工程机械转向系
方便
方便 最大 简单 相关 差 一般
第二节
车轮转向时的受力分析
一、车轮转向时的受力分析
1.单个从动轮沿直线滚动时的受力分析
滚动阻力： P f Z f 滑动阻力： P f Z
车轮沿直线方向滚动的条件为：
P Pf
车轮不产生滑动的条件为：
Pf Z
2.单个从动轮转向时的受力分析
RF RB
RF RB
RF＝RB
偏转后轮式：工作装置前置的机器。有利于简化结构，提高作业性能。
全轮转向一般用于机身较长，常在狭窄场地工作提高作业时的整体稳定性
2. 铰接转向
优点：
可用非转向桥实现全桥驱动；
结构简单，转向灵活
缺点：
行驶稳定性差； 转向后不能自动回正； 转向过程可能产生循环功率； 前后车架间的传动布置困难。
轴距系数： 横拉杆 长度系数：
L kL B
a ka B
梯形臂 长度系数：
c kc B
主销距离为一个单位长度（kb＝1）的轮式机械，其 轴距为kL，求横拉杆长度ka、梯形臂长度kc。
B 1 cot cot L kL
'
理论偏转角β：由偏转角关系式计算得到。 实际偏转角β’：由转向梯形结构的平面几何关系得到。
2.塔布莱克推荐公式
M z G1
b2 a2 8
第三节
设计原则：
偏转车轮转向系设计
偏转车轮转向时，要保证所有车轮都作纯滚动，即应使转向 时所有车轮均绕一个共同的瞬时中心作弧形滚动。
转向半径： Rmin 车轮偏转角：
N B cot L
L sin max
cot
N L
工程机械设计_吴永平_第三篇工程机械整机设计第一章振动压路机
振动压实要达到理想的压实效果，主要取决于两个条件： 一个是振动加速度使材料的内摩擦力被消除或减小，土 颗粒处于运动状态，为有效压实创造条件。
另一个是压路机要有一定的静作用力和冲击压力波，以 对土壤产生足够的压应力和剪切应力。
振动压路机的压实能力与其滚轮的线载荷、振幅、频率及碾压速度有 关，但在其量值计算上有许多不确定的因素。 压路机的振动压实是一个复杂的随机过程。为了研究的需要，把被压 铺层的土视为与压路机下车(振动轮)和上车(车架)组成一个共同的有效 振动系统，从而建立一个振动压路机系统模型。
W<5t 全驱动W>5t 单驱动W>5t
0～6
0～4 0～6 0～6
0～12
0～8 0～13 0～22
4.压路机的设计参数
（1）压路机的主要尺寸 （2）压路机的振动参数
振动压路机的参振质量：串联双轮振动压路机的参振质量占整机重量的 35～42%，单轮振动压路机的参振质量占整机重量的32～40%。 双轮振动压路机（不含18t）的振动频率40～55HZ，名义振幅为0.43～ 0.8mm；单轮振动压路机(不含≤2t）的振动频率30～35 HZ，名义振幅为 1.2～1.8mm。 激振力可以这样估计：串联双轮振动压路机每吨工作重量的单轮激振力为 7～11kN，单轮振动压路机每吨工作重量的激振力为16～21kN。
风冷柴油机
冷却系统简单，使用维修方便；无冷却 水箱，抗振性能好；环境适应性好；气 缸热惯性小，机器进入正常运转状态快， 机械磨损和腐蚀性磨损慢；冷却系统与 柴油机一体化，方便压路机总体布置； 废气排放物少，有利于环境保护。
点
缺 点
制造技术复杂，价格相当于同功率水冷 柴油机的三倍以上
目前国内比较普遍的情况是，液压驱动的振动压路机使 用风冷柴油机，机械驱动的振动压路机使用水冷柴油机。
机械设计基础-第二章机械设计的基础理论
两物体接触区产生阻碍运动并消耗能量的现象，称 为摩擦。
摩擦不总是有害的？？
起源
机械咬合说 1699年，阿蒙顿等提出的，当两个凹凸
不平的表面接触，凹凸部分彼此咬合，在 发生相对运动时，相互咬合部分阻碍物体 运动，摩擦力即为咬合点切向阻力的总和。 表面越粗糙，摩擦力越大。
分子吸引说 1929年，在平衡态时，物体原子间的斥力和内聚力相平
强度不足导致的失效： 整体失效（断裂或大的塑性变形） 表面失效（表面损伤）
提高强度的措施：
➢ 采用高强度的材料； ➢ 确定零件足够的截面尺寸； ➢ 合理设计零件截面的形状； ➢ 采用热处理和化学处理方法，以提高材料的力学性能； ➢ 提高运动零件的制造精度，以降低工作时的动载荷； ➢ …….
刚度准则
)2
E1
E2
两圆柱体 两球体
腐蚀磨损：摩擦过程中，同时存在金属与周围介质发生化学或电化学 反应而产生的材料损伤
设计耐腐蚀磨损的摩擦副时，材料是关键。
四、润滑与润滑设计
润滑的作用：降低摩擦副的摩擦、减少磨损，以及冷却、密封、 防锈和减振等。
按润滑剂形态润滑分： 无润滑：采用有自润滑性的材料制作，不再加入任何润滑剂的摩擦副 固体润滑：在摩擦副间形成固体润滑膜,抑制摩擦表面相互粘结,使
式中：σ —计算最大应力 σlim —极限应力 S —计算安全系数
〔σ〕—许用应力 〔S〕—许用安全系数
注：对于切应力，只须将上述各公式中的 σ 换成 τ 即可。
疲劳强度
疲劳：机械零件在循环应力的作用下的失效形式
疲劳极限：应力比为r的应力循环作用N次后，材料不发 生疲劳的最大应力
疲劳寿命（N）:材料疲劳失效前所经历的应力循环次数N
倾点 是润滑油失去流动性时的温度，是润滑油工作温度 的极限值
摩擦不总是有害的？？
起源
机械咬合说 1699年，阿蒙顿等提出的，当两个凹凸
不平的表面接触，凹凸部分彼此咬合，在 发生相对运动时，相互咬合部分阻碍物体 运动，摩擦力即为咬合点切向阻力的总和。 表面越粗糙，摩擦力越大。
分子吸引说 1929年，在平衡态时，物体原子间的斥力和内聚力相平
强度不足导致的失效： 整体失效（断裂或大的塑性变形） 表面失效（表面损伤）
提高强度的措施：
➢ 采用高强度的材料； ➢ 确定零件足够的截面尺寸； ➢ 合理设计零件截面的形状； ➢ 采用热处理和化学处理方法，以提高材料的力学性能； ➢ 提高运动零件的制造精度，以降低工作时的动载荷； ➢ …….
刚度准则
)2
E1
E2
两圆柱体 两球体
腐蚀磨损：摩擦过程中，同时存在金属与周围介质发生化学或电化学 反应而产生的材料损伤
设计耐腐蚀磨损的摩擦副时，材料是关键。
四、润滑与润滑设计
润滑的作用：降低摩擦副的摩擦、减少磨损，以及冷却、密封、 防锈和减振等。
按润滑剂形态润滑分： 无润滑：采用有自润滑性的材料制作，不再加入任何润滑剂的摩擦副 固体润滑：在摩擦副间形成固体润滑膜,抑制摩擦表面相互粘结,使
式中：σ —计算最大应力 σlim —极限应力 S —计算安全系数
〔σ〕—许用应力 〔S〕—许用安全系数
注：对于切应力，只须将上述各公式中的 σ 换成 τ 即可。
疲劳强度
疲劳：机械零件在循环应力的作用下的失效形式
疲劳极限：应力比为r的应力循环作用N次后，材料不发 生疲劳的最大应力
疲劳寿命（N）:材料疲劳失效前所经历的应力循环次数N
倾点 是润滑油失去流动性时的温度，是润滑油工作温度 的极限值
机械设计第一章和第二章
机械设计的基本原理
1
静力学
静力学是研究物体在不受力的情况下保持平衡的学科。这是机械设计中最基本的 原理。
2
材料力学
材料力学涉及到材料行为和机械装置在工作期间所面临的压力、应力和变形等方 面，这是机械设计的关键原理。
3
运动学
运动学是物体在运动过程中位置、速度和加速度的研究。在机械设计中，理解并 应用运动学原理是非常重要的。
2 材料选择
3 安全性与人因工程学
材料选择对设计的可行性 和效率至关重要。工程师 需要考虑诸如强度、重量、 价格、可用性、抗磨损性 等因素。
设计安全性和人因工程学 (也称为人机交互)是机械 系统设计必不可少的部分。
第二章重点原理
受力计算
机械设计需要考虑所需的力量、 压力和变形等因素，才能确保 机械安全、可靠的工作。
第一章内容介绍
设计流程
了解整个设计流程是理解机械设计之前必须知道的事情。
机械系统分析
机械设计需要对机械系统的每一步进行分析和处理，以控制和减少安装，寿命和成本等方面 的问题。
设计软件
设计软件是机械设计的重要工具，旨在帮助工程师设计，测试和优化其机械装置。
第一章重点概念
1
机械结构
机械结构是指Leabharlann 个物理装置或组件的组成部分，这个部分可以是复杂的或简单的， 可以包括传感器、工具头、电机等。
机械设计第一章和第二章
机械设计是一门关于设计和制造机器的工程学科，是现代工业的关键部分。
机械设计的概述
机械设计的定义
机械设计是一种工程学科，旨在 开发，设计和制造机械装置
原型制造的重要性
原型制造是设计和实现想法的必 要步骤，可以检查设备的性能和 可靠性
机械设计基础-习题解答
《机械设计基础》习题解答机械工程学院目录第0章绪论-------------------------------------------------------------------1 第一章平面机构运动简图及其自由度----------------------------------2 第二章平面连杆机构---------------------------------------------------------4 第三章凸轮机构-------------------------------------------------------------6 第四章齿轮机构------------------------------------------------------- -----8 第五章轮系及其设计------------------------------------------------------19 第六章间歇运动机构------------------------------------------------------26 第七章机械的调速与平衡------------------------------------------------29 第八章带传动---------------------------------------------------------------34 第九章链传动---------------------------------------------------------------38 第十章联接------------------------------------------------------------------42 第十一章轴------------------------------------------------------------------46 第十二章滚动轴承---------------------------------------------------------50 第十三章滑动轴承-------------------------------------------- ------------ 56 第十四章联轴器和离合器------------------------------- 59 第十五章弹簧------------------------------------------62 第十六章机械传动系统的设计----------------------------65第0章绪论0-1机器的特征是什么？机器和机构有何区别？[解] 1）都是许多人为实物的组合；2）实物之间具有确定的相对运动；3）能完成有用的机械功能或转换机械能。