机械设计第一章
陈立德第五版-机械设计基础 第1章机械设计概述
一、设计机械零件的基本要求
工作可靠并且成本低廉;
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，对载荷而言称为承载能力。
设计机械零件要注意以下几点：
（1）合理选择材料，降低材料费用；
（2）保证良好的工艺性，减少制造费用；
（3）尽量采用标准化、通用化设计，简化设计过程从而降低成本。
产品规划 设计任务书 原理方案设计 原理方案图 结构方案设计 总体布局设计 总装配图 施工设计 试制、实验、批 量生产、销售
由设计人员构思出多种可行方案进行分析比较，从中优选出一种方案。
设计结果以工程图及计算书的形式表达出来。
经过加工、安装及调试制造出样机，对样机进行试运行或在生产现场试用。
机械设计的内容与过程
市场调查 可行性研究 …… 功能分析 原理方案设计 …… 主参数匹配设计 主结构构形设计 …… 人机工程设计 外观设计 …… 产品部件设计 产品零件设计 …… 技术文档 样机试制 性能试验 定型批产 ……
使用功能要求 经济性要求 可靠性要求 劳动保护要求－操作方便、工作安全 造型美观、减少污染 其它专用要求
二、机械设计的基本要求
机械设计的基本要求
一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。它是一个创造性的工作过程，同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作。
§1.1 机械设计的基本要求 §1.2 机械设计的内容与过程 §1.3 机械零件的失效形式及设计计算准则 §1.4 机械零件的接触强度 §1.5 机械零件的标准化 §1.6 现代机械设计理论概述
第1章 机械设计概述
1.1 机械设计的基本要求
机械设计包括以下两种设计:
机械设计基础第1章
K个构件具有K-1个转动副.
• 2.局部自由度
与输出构件运动无关的自由度称 为局部自由度。
• 3.虚约束
• 对机构运动不起限制作用的重复约 束称为虚约束。
•
虚约束虽然对运动不起作用，
但有增加构件刚性、使构件受力均
衡等作用。
•
例题４ 例题５
局部自由度
2
2
2
2
1
1 1
Hale Waihona Puke 11(a) 1
2
2
1
2
2
运动副表示
2
1 (b) 1
2 1
2
a)
b) 构件表示
c)
2 构件分类: 1） 固定构件（机架）：用来支承运动构件的构件。 相对地面不动。 2）原动件（主动件）：运动规律已知的活动构件。如： 原动机，又称输入构件。 3）从动件：机构中随着原动件的运动而运动的其余活 动构件。其中输出预期运动规律的从动件称输出构件。
第1章 平面机构的自由度和速度分析
本章要解决问题 构件组合具有确定相对运动的条件是什么？ 怎样绘制机构运动简图。 何谓速度瞬心？速度瞬心有哪些用途？
基本要求 自由度、运动副、瞬心、复铰、局部自由度、虚约束； 能正确计算平面机构的自由度； 能绘制简单机械的机构运动简图；能正确判定瞬心。
重点 机构自由度的计算，机构运动简图绘制。 所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机
• 瞬心数目 一个机构若有Ｎ个构件，则瞬心总数为
•
k=Ｎ(Ｎ-１)/２
瞬心位置 两构件相互接触 分为４种情况
• 三心定理 作平面运动的三构件的三瞬心必位于同一
机械设计基础第一章课后答案
1-1机构、机器和机械有何区别？机器由各种机构组合而成，机器和机构统称为机械。
1-2 现代机械系统由哪些子系统组成，各子系统具有什么功能？答：组成子系统及其功能如下：（1）驱动系统其功能是向机械提供运动和动力。
（2）传动系统其功能是将驱动系统的动力变换并传递给执行机构系统。
（3）执行系统其功能是利用机械能来改变左右对象的性质、状态、形状或位置，或对作业对象进行检测、度量等，按预定规律运动，进行生产或达到其他预定要求。
（4）控制和信息处理系统其功能是控制驱动系统、传动系统、执行系统各部分协调有序地工作，并准确可靠地完成整个机械系统功能。
1-3构件与零件的区别？构件既可以由单一的零件组成，也可以由几个零件组成。
1-4什么是专用零件？什么是通用零件？请举例专用零件：仅在某一类型的机器中使用的零件，如内燃机的曲轴、活塞，水轮机中的叶片等。
通用零件：在各类机器中广泛应用的零件，如齿轮、螺钉、螺母、轴、弹簧等。
1-5机械设计的一般程序（1）提出设计任务，拟定设计计划（2）确定机械传动方案（3）技术设计（4）技术文件编制1-6在机械设计中，常用的材料有哪些钢、铸铁、非铁金属材料、非金属材料及复合材料等。
1-7在机械设计中，选用材料的依据是什么（1）满足使用性能要求（3）加工工艺性能的要求（4）综合经济效益的要求1-8机械零部件标准化的意义（1）质量好，成本低（2）互换性好（3）采用标准化的零件可节省设计时间，使设计者能将主要精力用在关键零件的设计上（4）交流方便1-10本课程的主要任务本课程的主要任务涉及机械系统中常用机构和通用零部件设计的基本概念、基本理论、基本方法和设计计算，以及与此相关的标准、规范、手册、图标等技术资料的运用。
1-11机械零部件常见的失效形式有哪些零件断裂，过大的塑性变形，零件表面被磨损或腐蚀，零件表面出现胶合或点蚀等。
1-12在机械设计中，主要的计算准则（1）强度准则（2）刚度准则（3）耐磨性（4）震动稳定性1-13机械设计应满足的基本要求是什么（1）满足功能、运动和动力性能的要求（2）工作安全可靠的要求（3）市场需求和经济性的要求（4）机械零件工艺性和标准化的要求。
机械设计基础第1章 绪论
1.1.2 机械中的构件、零件和部件 1. 构件 机构是由构件组成的，构件在机构中具有独立的运动特性， 在机械中形成一个运动整体。如图1-2（a）所示的内燃机是由 活塞、连杆、曲轴和汽缸等构件构成的一个典型的曲柄滑块机 构，其中，原动件活塞作直线往复运动，通过连杆带动曲轴作 连续转动。
2. 机械零件 机械零件 机械都是由机械零件组成的。 机械都是由机械零件组成的 。 机械零件是指机械中每一个 单独加工的单元体，例如图1-1所示的曲轴 所示的曲轴。 单独加工的单元体，例如图 所示的曲轴。构件可以是单一的 机械零件，也可以是若干机械零件的刚性组合。例如图1-2(b)所 机械零件，也可以是若干机械零件的刚性组合。例如图 所 示的连杆，它是由连杆体、连杆盖、 示的连杆 ， 它是由连杆体 、 连杆盖 、 螺栓和螺母等零件组合而 成的。这些零件之间没有相对运动，是一个运动整体， 成的 。 这些零件之间没有相对运动 ， 是一个运动整体 ， 故属一 个构件。因此，构件是运动的单元，零件是制造单元。 个构件。因此，构件是运动的单元，零件是制造单元。 随着机械的功能和类型的日益增多， 随着机械的功能和类型的日益增多 ， 作为组成机械的最基 本单元的零件更是多种多样。 本单元的零件更是多种多样。 通常将机械零件分为通用机械零 件和专用机械零件两大类。 件和专用机械零件两大类。
1.3 机械零件的材料选择
1.3.1 使用要求 按强度条件设计的零件，当其尺寸和重量都受限制时，应 选用强度较高的材料； 按刚度条件设计的零件，应选用弹性模 量较大的材料；若零件表面接触应力较高(如齿轮)，应选用可 以进行表面强化处理的材料(如调质钢、渗碳钢)。此外，对容 易磨损的零件(如蜗轮)，应选用耐磨性好的材料；对滑动摩擦 下工作的零件(如滑动轴承)，应选用减摩性好的材料；对高温 下工作的零件，应选用耐热材料；对腐蚀性介质中工作的零件， 应选用耐腐蚀材料。
《机械设计基础》课件——第一章 绪论
1.1.1 引言
人类在长期的生产和生活实践中创造和发展了机械，其目的是为
了减轻或替代人的劳动，提高生产率。
东汉张衡将杆机构巧妙地使用在人类第一台地震仪上，根据地动 仪内部机构的推测图（参见图1-2），它的原理是某一方向发生地震 时，使都柱（龙机）向该方向倾斜，带动杆件机构，迫使这个方位的 龙口大张，吐出小铜丸，掉进蟾蜍的嘴里，这样就能自动预报地震发 生的方向。
先以图1-3所示的单缸内燃机为例进行分析。
内燃机是由机架（缸体）1、曲轴2、连杆3、活塞4、进气阀5 、排气阀6、推杆7、凸轮8、齿轮9和10等组成。活塞、连杆、曲轴 和缸体组成主体部分，燃气推动活塞作往复移动，经连杆转变为曲轴 的连续转动；凸轮、进排气阀推杆和缸体组成进排气的控制部分，凸 轮转动，推动气阀按时启闭，分别控制进气和排气；曲轴上的齿轮和 凸轮轴上的齿轮与缸体组成传动部分，曲轴转动，通过齿轮将运动传 给凸轮轴。上述三部分共同将热能转换为曲轴的机械能。
设计零件时应满足的基本要求是从设计机器的要求中提出来的，
一般概括为以下两点：
（1）使用要求
（2）经济性要求
1.4.2 机械零件设计的一般方法
第一章 绪论
第一章 绪论
【引 子】
机械设计是根据机械的使用要求对其工作原理、结构、运动方式 ，零件的材料、几何形状等进行构思、分析和计算并将其转化为具体 的描述以作为制造依据的工作过程。机械设计是机械工程的重要组成 部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。
1.1 本课程的研究对象
它是机械中的装配单元，如减速器、离合器等。
3．构件 从机械实现预期运动和功能角度看，机构中形成相对运动的各个
运动单元称为构件。构件可以是由单一的零件，也可以是由若干零件 组成的运动单元。如图1-5所示的内燃机连杆是由连杆体1、轴套2、 连杆头3、螺栓4、定位销5、轴瓦6等组成，其一端与活塞相连，另 一端与曲轴相配合。
第一章精密机械设计的基础知识
变应力：疲劳点蚀——齿轮、滚动轴承的常见失效形式。
多数出现疲劳点蚀（局部应力大于许用强度）——在循环应力作用下接触表面产生疲劳裂纹，裂纹扩展导致表面小块 金属脱落。点蚀又分：扩张性点蚀（产生于硬度大的材料）；局限性点蚀（产生于软载荷小的材料），疲劳点蚀使零件表 面失去正确形状、降低工作精度、产生噪声和振动、降低零件使用寿命。
在表面接触应力作用下的零件强度称 为接触强度
计算依据：弹性力学的赫兹公式
1）表面接触强度（应力）
(1)两圆柱体接触
2021/9/23
Hmax Hmax
F
1 b
2a 2
F
20
H
F
1Eµ 112
1µ22 E2
δH ——最大接触应力； Fμ——接触线单位长度上的应力，=Ｆ／b； ρ——两圆柱体在接触处的综合曲率半径。
B）对变应力情况下的强度：零件失效形式主要为疲劳断裂 （先形成初始裂纹---扩展直到断裂），它不仅与应力的大 小有关，还与应力循环次数有关。因此提出疲劳极限用 δrN的概念 特别是 当r=一定时，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时
2021/9/2的3 最大应力称为表示。N—δrN关系图为应力疲劳曲线15
应力-应变图
2021/9/23
14
2）将零件在载荷作用下的实际安全系数sδ、sτ与许用安全 系数 [sδ]、[sτ]比较，其强度条件为
sδ=δlim/δ< [sδ]、sτ=τlim/τ< [sτ]
1）
A）对静应力情况下的强度：可以使用以上两种判断方法。 对塑性材料制成的零件取材料的屈服极限δs、τs作为零 件的极限应力；对脆性材料制成的零件取材料的强度极 限sb、τb作为零件的极限应力。
机械设计期末知识点总结
第一章绪论1.通用零件、专用零件有哪些？P4通用零件：传动零件——带、链、齿轮、蜗轮蜗杆等；连接零件——平键、花键、销、螺母、螺栓、螺钉等；轴系零件——滚动轴承、联轴器、离合器等。
专用零件：汽轮机的叶片、内燃机的活塞、纺织机械中的纺锭、织梭等。
第二章机械设计总论1.机器的组成。
P5机器的组成：原动机部分、传动机部分、执行部分、测控系统、辅助系统。
2.机械零件的主要失效形式有哪些？P13①整体断裂；②过大的残余变形；③零件的表面破坏；④破坏正常工作条件引起的失效。
3.机械零件的设计准则有哪些？P16①强度准则；②刚度准则；③寿命准则；④振动稳定性准则；⑤可靠性准则。
第三章机械零件的强度1.交变应力参数有哪些？应力比r的定义是什么？r = -1、r =0、r=1分别叫什么？P27最大应力σmax、最小应力σmin、平均应力σm=σmax+σmin2、应力幅度σa=σmax−σmin2、应力比（循环特性系数）r=σminσmax。
最小应力与最大应力之比称为应力比（循环特性系数）。
r = -1：对称循环应力、r =0：脉动循环应力、r =1：静应力。
第五章螺纹连接和螺旋传动1.连接螺纹有哪些？各有哪些特点？P71①普通螺纹。
牙型为等边三角形，牙型角α=60°，内、外螺纹旋合后留有径向间隙。
同一公称直径螺纹按螺距大小可分为粗牙螺纹和细牙螺纹。
②55°非密封管螺纹。
牙型为等腰三角形，牙型角α=55°。
管螺纹为英制细牙螺纹。
可在密封面间添加密封物来保证密封性。
③55°密封管螺纹。
牙型为等腰三角形，牙型角α=55°。
螺纹旋合后，利用本身的变形就可以保证连接的紧密型。
④米制锥螺纹。
牙型角α=60°，螺纹牙顶为平顶。
2.传动螺纹有哪些？各有哪些特点？P72①矩形螺纹。
牙型为正方形，牙型角α=0°。
传动效率比其他螺纹高。
②梯形螺纹。
牙型为等腰梯形，牙型角α=30°。
机械设计基础-第一章受力分析
力的合成与分解
力的合成和分解是将一个力分解为多个互相垂直的力的过程，或者将多个力 合成为一个力的过程。这个概念在受力分析中非常重要，让我们能够更好地 理解力的作用。
刚体的平衡
当一个物体内部的所有粒子受到的合力和合力矩都为零时，物体处于平衡状 态。我们将学习如何应用平衡条件，分析刚体受力的平衡情况。
力矩的概念与计算
力矩是衡量力在刚体上产生转动效应的物理量。了解力矩的概念和计算方法， 可帮助我们更好地理解刚体受力状况，并应用于实际的设计问题中。
应用实例与练习题解析
通过一些实际的应用实例和练习题，我们将学习如何应用受力分析的知识来 解决实际问题。这将帮助我们将理论知识与实践相结合，增强我们的设计能 力。
机械设计基础-第一章受 力分析
受力分析是机械设计中的关键步骤，帮助我们理解物体受到的力和力的作用 方式。本章将介绍受力分析的基本概念和方法。
静力学与动力学
静力学关注物体处于静止状态时的受力分析，动力学则研究物体在运动中受到的力的影响。了解这两个 概念有助于我们全面理解受力分析的原理和应用。
Байду номын сангаас
平衡条件与受力分析方法
机械设计基础课件 第1章 物体的受力分析与平衡
1.1.3 物体的受力分析与受力图
（3）取整体为研究对象 由于铰链C处所受的力FC、 FC 为作用与反作用关系，这些力成对地出 现在整个系统内，称为系统内力。内力 对系统的作用相互抵消，因此可以除去 ，并不影响整个系统平衡，故内力在整 个系统的受力图上不必画出，也不能画 出。在受力图上只需画出系统以外的物 体对系统的作用力，这种力称为外力。
作用于圆柱销上有重力G，杆AB和AC的反力FAB和FAB; 因杆AB和AC均为二力杆，指向 暂假设如图示。圆柱销受力如图所示，显然这是一个平面汇交的平衡力系。
（2）列平衡方程
Fx 0 : FAB FAC cos60 0 F 0 : F sin 60 G 0 y AC
y
G E
FRx Fx1 Fx 2 Fx 3 Fx
FRy Fy1 Fy 2 Fy 3 Fy
Fry
Fy2 D Fy3 Fy1 F3 A F2
C
FR
α FR1
F1 B
合力投影定理:
合力在某轴上的投影，等于各 分力在同一轴上投影的代数和。
FR = F + F = tan Fy Fx
1.力在坐标轴上的投影 2.力的合成、合力投影定理
FR1 F1 F2 FR FR1 F3 F1 F2 F3 FRx ab gb ab ( ge be )
ab be ge
ab ac ad
o x
d Fx3 a c Fx2 Fx1 g b e
2.力系 是指作用在物体上的一组力的集合
5
1.1 基本概念和物体的受力分析
3.静力学公理
公理1：力的平行四边形法则 作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，合力的 大小和方向由这两力为边构成的平行四边形的对角线来表示。
《机械设计基础》目录
《机械设计基础》目录第一章绪论11 机械设计的基本概念12 机械设计的发展历程13 机械设计的重要性及应用领域第二章机械设计的基本原则和方法21 机械设计的基本原则211 功能满足原则212 可靠性原则213 经济性原则214 安全性原则22 机械设计的方法221 传统设计方法222 现代设计方法223 创新设计方法第三章机械零件的强度31 材料的力学性能311 拉伸试验与应力应变曲线312 硬度313 冲击韧性314 疲劳强度32 机械零件的疲劳强度计算321 疲劳曲线和疲劳极限322 影响机械零件疲劳强度的因素323 稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算324 不稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算第四章摩擦、磨损及润滑41 摩擦的种类及特性411 干摩擦412 边界摩擦413 流体摩擦414 混合摩擦42 磨损的类型及机理421 粘着磨损422 磨粒磨损423 疲劳磨损424 腐蚀磨损43 润滑的作用及润滑剂的选择431 润滑的作用432 润滑剂的种类433 润滑剂的选择第五章螺纹连接51 螺纹的类型和特点511 螺纹的分类512 普通螺纹的主要参数52 螺纹连接的类型和标准连接件521 螺纹连接的类型522 标准连接件53 螺纹连接的预紧和防松531 预紧的目的和方法532 防松的原理和方法54 螺纹连接的强度计算541 松螺栓连接的强度计算542 紧螺栓连接的强度计算第六章键、花键和销连接61 键连接611 平键连接612 半圆键连接613 楔键连接614 切向键连接62 花键连接621 花键连接的类型和特点622 花键连接的强度计算63 销连接631 销的类型和用途632 销连接的强度计算第七章带传动71 带传动的类型和工作原理711 平带传动712 V 带传动713 同步带传动72 V 带和带轮721 V 带的结构和标准722 带轮的结构和材料73 带传动的工作情况分析731 带传动中的力分析732 带的应力分析733 带传动的弹性滑动和打滑74 带传动的设计计算741 设计准则和原始数据742 设计计算的内容和步骤第八章链传动81 链传动的类型和特点811 滚子链传动812 齿形链传动82 链条和链轮821 链条的结构和标准822 链轮的结构和材料83 链传动的运动特性和受力分析831 链传动的运动不均匀性832 链传动的受力分析84 链传动的设计计算841 设计准则和原始数据842 设计计算的内容和步骤第九章齿轮传动91 齿轮传动的类型和特点911 圆柱齿轮传动912 锥齿轮传动913 蜗杆蜗轮传动92 齿轮的失效形式和设计准则921 轮齿的失效形式922 设计准则93 齿轮的材料和热处理931 齿轮常用材料932 齿轮的热处理94 直齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算941 受力分析942 强度计算95 斜齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算951 受力分析952 强度计算96 锥齿轮传动的受力分析和强度计算961 受力分析962 强度计算97 蜗杆蜗轮传动的受力分析和强度计算971 受力分析972 强度计算第十章蜗杆传动101 蜗杆传动的类型和特点102 蜗杆和蜗轮的结构103 蜗杆传动的失效形式和设计准则104 蜗杆传动的材料和热处理105 蜗杆传动的受力分析和强度计算106 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算第十一章轴111 轴的分类和材料1111 轴的分类1112 轴的材料112 轴的结构设计1121 轴上零件的定位和固定1122 轴的结构工艺性113 轴的强度计算1131 按扭转强度计算1132 按弯扭合成强度计算1133 轴的疲劳强度校核第十二章滑动轴承121 滑动轴承的类型和结构1211 整体式滑动轴承1212 剖分式滑动轴承1213 调心式滑动轴承122 滑动轴承的材料1221 金属材料1222 非金属材料123 滑动轴承的润滑1231 润滑剂的选择1232 润滑方式124 非液体摩擦滑动轴承的设计计算第十三章滚动轴承131 滚动轴承的类型和特点1311 滚动轴承的分类1312 滚动轴承的特点132 滚动轴承的代号1321 基本代号1322 前置代号和后置代号133 滚动轴承的选择1331 类型选择1332 尺寸选择134 滚动轴承的组合设计1341 轴承的固定1342 轴承的配合1343 轴承的装拆1344 滚动轴承的润滑和密封第十四章联轴器和离合器141 联轴器1411 联轴器的类型和特点1412 联轴器的选择142 离合器1421 离合器的类型和特点1422 离合器的选择第十五章弹簧151 弹簧的类型和特点152 弹簧的材料和制造153 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算第十六章机械系统设计161 机械系统设计的任务和过程162 机械系统总体方案设计163 机械系统的执行系统设计164 机械系统的传动系统设计165 机械系统的支承系统设计第十七章机械设计中的创新思维171 创新思维的概念和特点172 创新思维在机械设计中的应用173 培养创新思维的方法和途径第十八章机械设计实例分析181 简单机械装置的设计实例182 复杂机械系统的设计实例183 设计实例中的经验教训和改进方向。
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进气阀3
活塞2 顶杆8 连杆5 曲轴6
排气阀 4 气缸体 1
齿轮 10
凸轮7
第三节
机构自由度分析
一、平面机构的自由度 机构的自由度： 机构中各构件相对于机架所 具有的独立运动的数目。 机构自由度计算公式:
F=3n-2PL-PH
例：图2－7 图2－9
1 2
图2-8
1
2
第三节 机构自由度分析（2）
第三节 机构自由度分析（3）
例：图2－11
例：图
三、计算机构自由度时应注意的事项
1. 复合铰链: 两个以上的构件同时在一处以 转动副相联接, 就构成了复合铰链。若m
个构件以复合铰链相联接时, 其构成的转
动副数应等于(m-1)个。 图
例2－2： 图2-12
第三节 机构自由度分析（4）
2. 局部自由度: 某些构件所产生的局部运动并 不影响其他构件的运动, 这种局部运动的自 由度称为局部自由度。在计算机构自由度时, 应将机构中的局部自由度除去不计。 图2-13 3. 虚约束: 对机构运动实际上不起约束作用的 约束称为虚约束。 （1）两构件间组成多个运动副 转动副：图 移动副：图 高副：图
习题2-5(a)、 (d) 习题2-7 习题2-10
思考题：一、填空题
1、所有构件均在 运动的机构称为平面机构。 2、两个构件 接触，并且具有 动的联接，称为 运动副。 3、两个构件通过面接触而组成的运动副为 副。 4、两构件以 （①点②线③面）相接触而组成的运动副为 高副，它引入了 （④1⑤2⑥3）个约束，还保留了 （⑦1⑧2⑨3）个自由度。 5、由运动副联接组成的构件系统 （①一定②不一定③一定 不）是机构。 6、绘制机构运动简图的长度比例尺为 。 7、一个构件，它的实际长度 l 0 . 8 m ，在机构运动简图中，图示长度 AB=40mm，试问其长度比例尺 。 8、在比例尺 0 . 005 m / mm 的机构运动简图中，量得构件长度AB=20mm， 试问该构件的实际长度 = 。 9、机构具有确定运动的条件是主动构件数 （①多于②等于 ③少于）机构的自由度数。 10、一个作独立平面运动的构件具有 个自由度。
n
构件数 只能为2、4、6、…等
第四节 机构结构分析及机构分类（4）
（1）n 2, PL 3 Ⅱ级杆组：由两个构件和三个低副组成的杆组。 图 （2） n 4, PL 6 Ⅲ级杆组：由四个构件，六个低副组成的基本 杆组，且 都含有一个具有三个低副的构件。 图 3、机构的组成原理：任何机构都可以看做是 由若干个基本杆组依次联接于原动件和机架 而构成的。例
约束：对构件独立运动所加的限制称为约束。
第一节
机构的组成（5）
三、运动链
运动链：两个以上构件以运动副联接而成 的系统。 闭式运动链：首尾封闭。 图 开式运动链：首尾不封闭。 平面运动链：相对运动为平面运动。 图 空间运动链：相对运动为空间运动。 图
第一节 机构的组成（6）
四、机构 机构：具有确定相对运动的运动链。 固定机架，给定原动件，运动确定。 机架：固定不动的构件。特征 原动件：按给定的运动规律独立运动的 构件。 特征符号 从动件：其余的活动构件。
二、机构具有确定运动的条件 （1）F≤0时，机构蜕化成刚性桁架，构件间 不可能产生相对运动。 图 （2） F>0时，原动件数大于机构自由度， 机构遭到破坏；原动件数小于机构自由度， 机构运动不确定，只有当原动件数等于机 构自由度时机构才具有确定的运动。 机构具有确定运动的条件： F>0且原动件数等于机构的自由度。 例：判断是不是机构 图
机械原理
主讲：袁健
盐城工学院机械工程学院
第一章 绪论
第一节 一、机器
日常机器：动力机器（能量的转换或传递）、 工作机器（用来完成机械功，如：加工机器、 运输机器） 信息机器（完成信息的转换或传递）。 例：内燃机 图1-1。
本课程研究的对象
研究对象：机械（机器和机构的总称）
第一节
本课程研究的对象（2）
第一节
本课程研究的对象（3）
二 、 机构
机构：能实现预期的机械运动的各个构件 的基本组合体。 或：1）人为的构件的组合体； 2)各构件间有确定的相对运动。 例： 连杆机构 齿轮机构
第二节 机械原理课程的内容
1） 机构的组成及其自由度的计算 即研究机构的组成原理、机构运动的可能性及确定性条件； 2） 机构的运动分析 即研究在给定原动件运动的条件下，机构各点的轨迹、位移、 速度和加速度等运动特性； 3）机构的力分析和机器动力学分析 即研究机构各运动副中力的计算方法 4）常用机构的分析与设计 常用机构：齿轮机构、凸轮机构和连杆机构。将用大量篇 幅讨论该三大常用机构的特点、设计理论和设计方法。
第三节
一、地位
本课程的地位和学习方法
1. 本课程是机械类各专业的一门技术基础课程。 2. 机械原理在发展国民经济方面有重要的意义。
二、学习方法
注意分析、比较、综合，加强实践锻炼，理
论联系实际。
第二章 机构的结构分析
第一节 机构的组成
一、构件 零件
构件是运动的单元，是由一个或几个零件组装 而成的。 图2-1 零件是制造单元。 二、运动副 1. 运动副定义: 两个构件直接接触形成的可动联 接称为运动副。 图2－2汽车洗衣机连杆机构运动副类型
齿轮机构
连杆
开闭式运动链
空间运动链
平面机构
空间机构
压力机
齿轮1′和偏心轮1固连在一起 齿轮6′和槽凸轮5固连在一起
四杆机构
一个原动件的四杆机构
二个原动件的四杆机构
五杆机构一个原动件
五杆二个原动件
小型压力机
刚性桁架
摇筛机构
凸轮机构
n=4,PL=5,PH=1
拆杆组
机构的组成
机构的分解
五杆机构
大筛机构
地图比例尺：地图上的线段长度与实地相应 线段长度之比，它表示地图图形的缩小程度, 又称 缩尺。如1∶10万,即图上1厘米长度相 当于实地1000米。
第二节 机构运动简图（2）
二、机构运动简图绘制 1.分析机械的结构和动作原理，确定构件的 数目。 2.分析构件间的相对运动，确定运动副的数 目和类型。 3.选定视图投影面及比例尺μL=实际尺寸/图 上尺寸(m/mm)，顺序确定转动副和移动副 导路的位置，根据原动件的位置及各杆长 等绘出各构件，得到机构运动简图。 例1：小型压力机 图2－5 例2
AB
二、简答题
1、构件与零件有何不同？ 2、常用的平面运动副有哪几种？各有几个约束？ 3、从运动的观点来说，构成机构的基本要素是什么？ 4、试述机构与运动链的关系？ 5、机器的特征有哪些？ 6、在计算机构的自由度时，应注意哪些事项? 7、“高副低代”应满足的条件是什么？ 8、何谓基本杆组？它有什么特征？ 9、机构具有确定运动的条件是什么? 当机构的原动件数少于 或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况? 10、何谓运动副元素? 按运动副元素可将运动副分为哪几类?
n=11，PL=17
计算机构的自由度
n=7,PL=10,PH=0
圆弧接触高副低代
任意曲线接触高副低代
直线与曲线接触高副低代
两构件形成多个转动副
两构件形成多个移动副
高副
两构件形成多个高副
计算自由度
点与曲线接触高副低代
结构分析
Ⅲ级杆组
Ⅱ级杆组
计算自由度，高副低代
计算自由度
平面机构 空间机构
第二节 机构运动简图
一、机构运动简图
机构运动简图：用简单的线条和规定的符号来 代表构件和运动副，并按一定比例表示各运动 副的相对位置。这种能够表达机构运动特性的 简单图形称为机构运动简图。 机构示意图：只表明组成状况和结构特征。 运动副、构件的表示：表2－2 常见机构表示：表2－3 注意焊接构件符号
第四节 机构结构分析及机构分类（2）
3、替代方法：
①用一个虚拟构件分别在高副两元素接触点 处的曲率中心与构成该高副的两构件以转动 副相联 图1 图2 ②若高副两元素之一为直线，则因其曲率中 心在无穷远处，则其中的一个转动副变为移 动副； 图 ③如果高副之一为一点，则因其曲率半径为 零，其中一个转动副就在此点处。图
“联接”——用于可拆联接，如螺纹联接、 键联接等；
“连接”——用于不可拆连接，如电路连 接、点连接等。
第一节
机构的组成（2）
2. 运动副元素: 两构件上参加接触而构成 运动副的点、线、面部分称为运动副元素。
3. 运动副分类：
按接触形式分：
（1）低副：面接触的运动副（螺旋副）。 图 （2）高副：点或线接触的运动副。 图
第三节
机构自由度分析（5）
（2）两点之间的距离始终保持不变（两个构件） 图 （3）两构件上的联接点的轨迹是互相重合 图 （4）对机构运动不起作用的对称部分 图 例2－3：图 例 思考题：图
第四节
机构结构分析及机构分类
一、平面机构的高副低代 目的：便于对机构进行分析。 1、高副低代：采用低副来代替高副的方 法。 2、高副低代的条件： ①代替前后机构的自由度完全相同； ②代替前后机构的瞬时运动状况（位移、 速度、加速度）完全相同。 方法：一个构件＋两个低副＝一个高副
n=2,PL=2,PH=1
n=3,PL=3,PH=1
油泵
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绘制图示偏心泵的运动简图
作者：潘存云教授
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偏心泵
复合铰链
多个运动副
注意：两个构件
两点距离不变
如果构件3变成两个构件，任何？
对称部分