机械设计基础(第五版)讲义_1489505539.ppt
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机械设计基础第五版讲义
m
1
2
J ∆J
δ ∆δ
Amax
J 2
2 max
2 m in
J 2
max min
2
max min m
2m
Jm2
1) 当 Amax 与 m 一定时，J 与 为等边双曲线的关系。
过分追求机械运转速度的平稳性，将使飞轮过于笨重。
2) 当 J 与 m 一定时，最大盈亏功 Amax 与不均匀系数 成正比。
l’1
l
m1'
l1" l
m1
m1"
l1' l
m1
m3'
பைடு நூலகம்
l3" l
m3
m3"
l3' l
m3
m2'
l2" l
m2
m2"
l2' l
m2
8 回转件的平衡
m’3r3
T' F’2
m’1
m’3 r’b
F’1 m’b
F’3 F’b
m’2r2
l’1
F2 m2
r2 r1
m1 F1 l’3
l’2
l
T”
F”2
r”bm”b
1. 质量分布在同一回转面内
D
B
适用范围：轴向尺寸较小的盘形转子(D/B≥5)，如风 扇叶轮、飞轮、砂轮、齿轮、凸轮等。
特点：若重心不在回转轴线 上，则在静止状态下，无论 其重心初始在何位置，最终 都会落在轴线的铅垂线的下 方，这种不平衡现象在静止 状态下就能表现出来。 如自行车轮
ω ω
ω
8 回转件的平衡
F2
同一回转平面内，但质心在回转
机械设计基础第五版讲义
11.2 轮齿材料及热处理
特点及应用：
调质、正火处理后的硬度低，HBS ≤ 350，属软齿 面，工艺简单、用于一般传动。
➢ 当大小齿轮都是软齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强
度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高: 20~50HBS
表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属 硬齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于 结构紧凑的场合。
H
MPa
3.
开式齿轮传动：按弯曲强度设计。
其失效形式为磨损，点蚀形 成之前齿面已磨掉。
m
3
2KT1
d z12
YFaYSa
F
11.7 圆柱齿轮的设计准则和设计参数的选取
二、主要参数的选取
1. 齿数比 u u=z2/z1由传动比 i=n1/n2确定，一般 i≤7 以避免径向 尺寸过大。
2. 齿数 z 取z1≥17；z 重合度 传动平稳；当分度圆d一定， z m 轮齿弯曲强度不够；调整a值，通过调整z1、 z2值实现，此时u与 i的误差不超过±3%~5%。
11.2 轮齿材料及热处理
一、齿轮材料
1. 钢
中(碳、合金)钢整体、表面淬火+低温回火
1) 锻钢 低(碳、合金)钢渗碳、淬火、回火(20Cr)
氮化钢(如30CrMoAlA)调质、渗氮
氰化钢碳、氮共渗
2) 铸钢 ZG270-500(ZG35)、ZG310-570(ZG45)、
ZG40Cr
2. 铸铁 常用HT250、HT350、QT500-7、QT600-3
解：（1）选择材料及确定许用应力
小齿轮用40MnB调质，齿面硬度 241~286HBS，
Hlim1 730MPa FE 600MPa (由表11-1)
机械设计基础第五版
03
机动示意图－不按比例绘制的简图 现摘录了部分GB4460－84机构示意图如下表。
04
作为运动分析和动力分析的依据。
1－2 平面机构运动简图
常用机构运动简图符号
圆锥齿轮传动
齿轮齿条传动
在机架上的电机
带传动
外啮合圆柱齿轮传动
圆柱蜗杆蜗轮传动
链传动
凸轮传动
机构运动简图应满足的条件： 1.构件数目与实际相同
内燃机连杆
套筒
连杆体
螺栓
垫圈
螺母
轴瓦
连杆盖
零件 －独立的制造单元
2.运动副
a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动
运动副元素－直接接触的部分（点、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
定义：运动副－－两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。
三个条件，缺一不可
运动副的分类： 1)按引入的约束数分有：
解：n=
01
4，
02
PH=0
03
E
04
C
05
虚约束 －对机构的运动实际不起作用的约束。 计算自由度时应去掉虚约束。
∵ FE＝AB ＝CD ，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧，。 增加的约束不起作用，应去掉构件4。
F=3n － 2PL － PH =3×4 －2×6 =0
A
F
重新计算：n=3, PL=4, PH=0
2
3
②计算五杆铰链机构的自由度
解：活动构件数n=
4
低副数PL=
5
F=3n － 2PL － PH =3×4 － 2×5 =2
高副数PH=
0
1
2
3
机械设计基础 杨可帧第五版 课件 第一章 平面机构的自由度和速度分析
Pl N 1
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第三十八页，共59页。
例题(lìtí)分析
例1-4 计算(jìsuàn)图示机构的自 由度。
n 7、pl 10、ph 0
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第三十九页，共59页。
4.2 局部(júbù)自由 度
2
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第二页，共59页。
§1-1 运动(yùndòng)副及其分类
运动副：使两构件直接(zhíjiē)接触并能产生一 定相对
动的联接。
两构件 三要素 直接接触：点、线、面
有相对运动
运动副元素：构件(gòujiàn)
上直接参与接触而构成运动
副的表面。
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第二十九页，共59页。
1. 平面(píngmiàn)机构的自由度：机构所具有的独立运动参 数的个数。 2. 平面(píngmiàn)机构的自由度计算公 式
每引入一个低副带来2个约束； 每引入一个高副带来1个约束；
设某机构共有(ɡònɡ yǒu)n个活动构件、PL个低 副、PH个高副，则该机构的自由度应为
某些(mǒu xiē)不影响机构运动的自 由度。
n 2、pL 2、pH 1
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第四十页，共59页。
4.3 虚约束(yuēshù)
在机构运动中，有些(yǒuxiē)约 束对机构自由度的影响是重复的。
平面机构(jīgòu)中的虚约束 常出现要下列场合：
机械设计基础-(第五版)讲义9
变应力下，零件的损坏形式：疲劳断裂。疲劳断裂特征如下：
1）疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低B，甚 至比屈服极限S还低。
2）疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂；
3）疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。
9.2 机械零件的强度
1、疲劳曲线
由图可知：应力越小，试件能经受的循环次数就越多。试 验表明，当 N>N0以后，曲线趋于水平，可认为在无限次循 环时试件将不会断裂。
铜合金、铝合金铸件
0.85 1.7
8~10
9.5 机械制造常用材料及其选择
3、铜合金 青铜 — 含锡青铜、不含锡青铜
种类： 黄铜 — 铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍
轴承合金（巴氏合金） 特点：良好的塑性和液态流动性；
良好的减摩性和抗腐蚀性。
零件毛坯获取方法：辗压、铸造。 应用：应用范围广泛。
二、非金属材料
9.5 机械制造常用材料及其选择
特 点：与铸铁相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。 可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。
零件毛坯获取方法：锻造、冲压、焊接、铸造等。
应 用：应用范围极其广泛。 我国资源丰富
选用原则：优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢
价格便宜且供应充分
表9-2 常用材料的相对价格
9.1 机械零件设计概论
五、机械零件的计算准则
强度准则(整体强度和表面强度)； 刚度准防则止；失效的判定条件（计算准则） ： 耐磨性准则；散热计性算准量则<许；用可量靠性准则
六、机械零件的设计步骤
① 拟订零件的计算简图； ② 确定作用在零件上的载荷； ③ 选择合适材料； ④ 判断零件失效形式，选用计算准则，确定零件尺寸 ⑤ 绘制零件工作图，标注技术条件。
机械设计基础(第五版)讲义03[30P][870KB]
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lOC = e
lCP = ds/d φ - e
S0= r2min - e2
ω
lCP = (S+S0 ) tan α
ds/d φ - e tanα = S + r2min - e2 rmin ↑ → α↓
D rmin α O e C
n
ds/d φ
若发现设计结果α〉[α]，可增大 rmin
3-3 凸轮机构的压力角
摩擦轮 4 4
皮带轮 皮带轮
录音机卷带机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
2
3
1 送料机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构组成： 凸轮、从动件、机架。 凸轮机构的优点:
只需设计适当的凸轮轮廓
结构简单、紧凑，设计方便
凸轮机构的缺点:
高副机构，易磨损
3-1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构的分类
按照凸轮的形状：
盘形凸轮
圆柱凸轮 移动凸轮
按照从动件的型式：
尖顶从动件 平底从动件 滚子从动件
3-2 从动件的常用运动规律
一、凸轮机构设计的基本任务
1) 2) 3) 4) 根据工作要求选定凸轮机构的形式； 从动件运动规律； s 合理确定结构尺寸； h 设计轮廓曲线。
B’ A
02
二、基本概念与名称
• 基圆 • 升程 • 远休止角 • 推程运动角 • 近休止角 • 回程运动角
s vdt C0 C1t
v C1 dv a 0 dt
刚性冲击：
由于加速度发生无穷大突 度而引起的冲击称为刚性 冲击。
3-2 从动件的常用运动规律
2. 简谐运动
h s 1 cos 2 h v sin 2
机械设计基础第五版平面连杆机构ppt课件
(1)低副中存在间隙，精度低
(2)不容易实现精确复杂的运动规律
2、分类:
平面连杆机构 空间连杆机构
平面连杆机构常以构件数命名：
四杆机构、 多杆机构
本章重点内容是介绍四杆机构。
装配过程
动画
动画
2.1平面连杆机构的基本类型及其应用
一、铰链四杆机构 ❖ 结构特点：四个运动副均为转动副 ❖ 组成：机架、连杆、连架杆
e
2、导杆机构
(1)、演化过程 曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导
杆机构。
(2)、类型
转动导杆机构 L1<L2 L1 ：机架长度
摆动导杆机构 L1>L2
L2 ：曲柄长度
➢应用实例
简易刨床
牛头刨床机构
3、摇块机构与定块机构
曲柄滑块机构
B
BB 11 11
B B
1112
2B B
2
B 1A 11
l1≤ l2 l1≤ l3 l1≤ l4 AB为最短杆
存在一个曲柄的条件： 1.最长杆与最短杆的长度之和≤其他两杆长度之和--
称为杆长条件。 2.曲柄为最短杆。 此时，铰链A为整转副。 若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是整转副。
可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动 副都是整转副。
则由△ＣB１D可得：三角形任意两边之和大于第三边
l1+ l4 ≤ l2 + l3
则由△ＣB２D可得： l2≤(l4 – l1)+ l3 → l1+ l2 ≤ l3 + l4
最长杆与最短杆的 长度之和≤其他两 杆长度之和
l3≤(l4 – l1)+ l2 → l1+ l3 ≤ l2 + l4
(2)不容易实现精确复杂的运动规律
2、分类:
平面连杆机构 空间连杆机构
平面连杆机构常以构件数命名：
四杆机构、 多杆机构
本章重点内容是介绍四杆机构。
装配过程
动画
动画
2.1平面连杆机构的基本类型及其应用
一、铰链四杆机构 ❖ 结构特点：四个运动副均为转动副 ❖ 组成：机架、连杆、连架杆
e
2、导杆机构
(1)、演化过程 曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导
杆机构。
(2)、类型
转动导杆机构 L1<L2 L1 ：机架长度
摆动导杆机构 L1>L2
L2 ：曲柄长度
➢应用实例
简易刨床
牛头刨床机构
3、摇块机构与定块机构
曲柄滑块机构
B
BB 11 11
B B
1112
2B B
2
B 1A 11
l1≤ l2 l1≤ l3 l1≤ l4 AB为最短杆
存在一个曲柄的条件： 1.最长杆与最短杆的长度之和≤其他两杆长度之和--
称为杆长条件。 2.曲柄为最短杆。 此时，铰链A为整转副。 若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是整转副。
可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动 副都是整转副。
则由△ＣB１D可得：三角形任意两边之和大于第三边
l1+ l4 ≤ l2 + l3
则由△ＣB２D可得： l2≤(l4 – l1)+ l3 → l1+ l2 ≤ l3 + l4
最长杆与最短杆的 长度之和≤其他两 杆长度之和
l3≤(l4 – l1)+ l2 → l1+ l3 ≤ l2 + l4
机械设计基础(第五版)讲义
机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的，在载荷重复作用 下，首先在表层内约20µm处产生初始疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展(润 滑油被挤迸裂纹中将产生高压，使裂纹加快扩展，终于使表层金属呈 小片状剥落下来，而在零件表面形成一些小坑。
油
初始疲劳裂纹 金属剥落出现小坑 裂纹的扩展与断裂
9.3 机械零件的接触强度
[σ ] =σ lim 9.2 机械零件的强度
一、应力的种类
静应力: 静应力: σ = 常数 变应力: 变应力: σ 随时间变化 变应力的循环特性: 变应力的循环特性:
静应力是变应力的特例
平均应力: 平均应力: 应 力 幅:
σm =
σ max + σ min
σa =
σ
σ max − σ min
2
而[σ H ] =
σ H lim
SH
9.4 机械零件的耐磨性
运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象。 磨 损 — 运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象。 磨损会逐渐改变零件尺寸和摩擦表面形状。 磨损会逐渐改变零件尺寸和摩擦表面形状。 零件抗磨损的能力。 耐磨性 — 零件抗磨损的能力。 振动↑、冲击 、噪音 振动 、冲击↑、噪音↑ 间隙↑、精度↓、 效率↓、 间隙 磨损↑ 磨损 →间隙 、 精度 、 效率 、 据统计，约有80%的损坏零件是因磨损而报废的。 的损坏零件是因磨损而报废的。 据统计，约有 的损坏零件是因磨损而报废的 磨损的主要类型 ： 1) 磨粒磨损
σ-1N
N
σ-1
N0 N
表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限 对称循环应力下的弯曲疲劳极限。 用σ-1表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限。
有近似公式： 当N<N0 时，有近似公式： 对应于N 的弯曲疲劳极限： 对应于 的弯曲疲劳极限：
油
初始疲劳裂纹 金属剥落出现小坑 裂纹的扩展与断裂
9.3 机械零件的接触强度
[σ ] =σ lim 9.2 机械零件的强度
一、应力的种类
静应力: 静应力: σ = 常数 变应力: 变应力: σ 随时间变化 变应力的循环特性: 变应力的循环特性:
静应力是变应力的特例
平均应力: 平均应力: 应 力 幅:
σm =
σ max + σ min
σa =
σ
σ max − σ min
2
而[σ H ] =
σ H lim
SH
9.4 机械零件的耐磨性
运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象。 磨 损 — 运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象。 磨损会逐渐改变零件尺寸和摩擦表面形状。 磨损会逐渐改变零件尺寸和摩擦表面形状。 零件抗磨损的能力。 耐磨性 — 零件抗磨损的能力。 振动↑、冲击 、噪音 振动 、冲击↑、噪音↑ 间隙↑、精度↓、 效率↓、 间隙 磨损↑ 磨损 →间隙 、 精度 、 效率 、 据统计，约有80%的损坏零件是因磨损而报废的。 的损坏零件是因磨损而报废的。 据统计，约有 的损坏零件是因磨损而报废的 磨损的主要类型 ： 1) 磨粒磨损
σ-1N
N
σ-1
N0 N
表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限 对称循环应力下的弯曲疲劳极限。 用σ-1表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限。
有近似公式： 当N<N0 时，有近似公式： 对应于N 的弯曲疲劳极限： 对应于 的弯曲疲劳极限：