机械设计基础第章
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》课件 第1章 平面机构的自由度和速度分析
13
§1-2 平面机构运动简图
机构示意图 —— 不按比例绘制
三、机构运动简图的作用
是机构分析和设计的工具
四、机构中构件的分类
分为三类：
1）固定构件（机架）：用来支承活动构件的构件。在研究机构
中活动构件的运动时，常以固定构件作为参考坐标系；
2）原动件（主动件）：运动规律已知（外界输入）的构件；
61
3. 直动从动件凸轮机构
求构件2的速度？
62
课后作业：
5、7、9、11、13、15
63
1
1
1
2）移动副
17
§1-2 平面机构运动简图
3）高副：应画出接触处的曲线轮廓
18
§1-2 平面机构运动简图
六、机构运动简图中构件的表示方法
轴、杆
机架
永久连接
固定连接，如轴和齿轮
19
§1-2 平面机构运动简图
参与组成两转动副的构件
一个转动副+一个移动副的构件
参与组成三个转动副的构件
20
§1-2 平面机构运动简图
4
3
2
2
1
4
32
§1-3 平面机构的自由度★
平面机构自由度：
所有活动构件相对于机架所能具有的独立运动数目之和。
作用：
讨论机构具有确定运动的条件。
C
C
D
B
A
B
D
A
E
F
33
§1-3 平面机构的自由度★
一、平面机构自由度计算公式
1. 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度
34
2. 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度
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(第六版)第一章 平面机构的自由度和速度分析
A
O
X
§1-3 平面机构的自由度
二、平面机构自由度计算公式
1. 运动副对构件自由度的影响 （1）一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。 （2）引入一个转动副约束了构件两个自由度，引入一个
移动副也约束了构件的两个自由度。 （3）引入一个高副约束了构件的一个自由度。
2. 平面机构自由度计算公式
例如：齿轮机构、凸轮机构
1个
1个或几个
若干
机构的组成： 机构＝机架＋原动件＋从动件
§1-2 平面机构运动简图及其画法
忽略构件具体的结构和形状，用简单的线条和符号来 表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置。 这种说明机构各构件间相对运动关系的简化图形，称 为机构运动简图。机构运动简图不仅能充分表示出机 构的传动原理，而且还能表示出机构上各有关点的运 动特性（S，v，a）。 不同运动副的表示形式见教材P8的图1-6，图1-7。
机构自由度计算举例
例4:如图所示, 已知HG=IJ,且相互平行；GL=JK，且相互平行。 计算此机构的自由度 (若存在局部自由度、复合铰链、虚 约束请标出）。
虚约束 I
8 J
9
K 11
复合铰链
H
局部自由度
7
G
6
B
10
C
1
2
A
L
E 3D
4
F
解: n = 8 ; PL = 11; PH = 1
5
F = 3n − 2PL − PH
度沿切线方向，其瞬心应位于过接触点的公法线上，具体 位置还要根据其他条件才能确定；
6.利用三心定理求瞬心。
vA1A2
1
2
B2(B1)
A1(A2)
《机械设计基础》复习重点、要点总结
第1章 机械设计概论
复习重点
1.机械零件常见的失效形式
2.机械设计中，主要的设计准则
习题
1-1机械零件常见的失效形式有哪些？
1—2在机械设计中，主要的设计准则有哪些？
1-3在机械设计中，选用材料的依据是什么？
第2章 润滑与密封概述
复习重点
1。摩擦的四种状态
2。常用润滑剂的性能
习题
2—1摩擦可分哪几类？各有何特点?
松边拉力=F3+F2（F2--—离心拉力F2=qv2；F3-—-张紧力或悬垂拉力）
紧边拉力=F3+F2+F1（F1--—有效工作拉力，F1=1000P/V KW)
注意与带的区别：⑴初拉力F3没有再变大或变小，∵链板之间可以相对转动，∴不像带有伸长收缩的明显改变.
⑵没有弯曲应力σb∵链包在链轮上,链板可以自由转动,∴不受弯曲应力.
销轴与外链板、套筒与内链板为过盈配合。
另外：内、外链板之间留有一定间隙,以便润滑油渗入到铰链的摩擦面间.
内、外链板均制成“∞”型。（从减轻重量和等强度两方面考虑）
链的排数：一般不超过4排.
连结数通常取偶数(∵接头方便,无过渡链节)
②链条的参数与标记：参数已标准化，分A、B系列。表11—1给出了A系列的一些参数。
3、标准渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算
4。齿轮传动的失效形式
5.齿轮传动中的受力分析（齿轮的转向及轮齿旋向分析）
11.1齿轮机构的类型
齿轮机构的类型很多，按两齿轮轴线间的相互位置、齿向和啮合情况不同，齿轮机构可分为以下几种基本类型，如表11—1所示。
表11-1齿轮机构的类型
齿轮机构
平行轴传动
外啮合齿轮
机械设计基础第一章
机械设计基础 —— 平面连杆机构
2-1 平面机构的运动简图和自由度
一、构件 二、运动副 三、机构 四、平面机构的运动简图 五、平面机构的自由度
精品课件
机械设计基础 —— 平面连杆机构
一、构件
构件：独立影响机构功能并能独立运 动的单元体 （实物、刚体、运动的整体）
机架、原动构件、从动构件 零件：单独加工的制造单元体
(运动副)
精品课件
与动力 源组合
机器
机械设计基础 —— 平面连杆机构
二、运动副
❖ 运动副: 两构件直接接触而形成的可动联接 ❖ 运动副元素：构成运动副时直接接触的点、线、面部分 ❖ 接触形式: 点、线、面
精品课件
y
o
x
机械设计基础 —— 平面连杆机构
运动副分类
❖ 按接触形式分类 ❖ 按相对运动分类
闭链
开链
精品课件
原动件 1
2 从动件 3
机构
机架 4
机械设计基础 —— 平面连杆机构
四、平面机构的运动简图
1 概述 2 构件的表示方法 3 运动副的表示方法 4 运动简图的绘制方法 5 例题
精品课件
机械设计基础 —— 平面连杆机构
1 概述
❖ 机构各部分的运动，取决于： 原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸( 确定各运动副相对位置的尺寸)
❖ 机构运动简图: （表示机构运动特征的一种工程用图）
用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置 与原机械具有完全相同的运动特性 ❖ 比较： 机构示意图：没严格按照比例绘制的机构运动简图 ❖ 用途：分析现有机械，构思设计新机械
精品课件
机械设计基础 —— 平面连杆机构
机械设计基础第三版课后习题答案
机械设计基础第三版课后习题答案
《机械设计基础第三版课后习题答案》
机械设计是机械工程的基础，是机械工程师必须掌握的重要知识之一。
而《机
械设计基础第三版》是一本经典的教材，其中的课后习题更是对学生们进行知
识巩固和实践能力培养的重要手段。
下面我们就来看一下这本教材的课后习题
答案。
第一章：机械设计基础
1.1 什么是机械设计？
答案：机械设计是指按照一定的要求和条件，通过对机械结构、零部件和工艺
过程的设计，使得机械产品能够满足使用要求，并具有良好的经济性和可靠性。
1.2 机械设计的基本原则有哪些？
答案：机械设计的基本原则包括：合理性、经济性、可靠性、安全性和先进性。
第二章：材料力学基础
2.1 什么是材料的弹性模量？
答案：材料的弹性模量是材料在弹性阶段的应力和应变之比，通常用E表示。
2.2 什么是材料的屈服强度？
答案：材料的屈服强度是材料在拉伸试验中，开始出现塑性变形的应力值。
第三章：零件的连接
3.1 什么是螺纹连接？
答案：螺纹连接是利用螺纹副的螺旋运动和摩擦力，将两个零件连接在一起的
一种连接方式。
3.2 螺纹连接的优点有哪些？
答案：螺纹连接的优点包括：拆卸方便、连接牢固、适用范围广等。
通过学习这些课后习题答案，我们不仅可以巩固所学的知识，还可以加深对机械设计的理解和掌握。
希望大家能够认真对待每一道习题，不断提高自己的机械设计能力。