机械设计基础-期中考试习题课.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,期中考试时间：,下周一（,25,号）,下午,13:30-15:30,期中考试地点：,图书馆,考试需要带上圆规、尺子和计算器；,以及学生证,机械设计基础,习题课,&,复习课,1.,了解机械的发展历史；,1.,掌握机器、机构和机械的基本概念；,2.,掌握构件和零部件的基本概念；,3.,了解课程的研究对象、内容及特点,绪论,机械设计基础，是一门研究一般机械中,常用机构,和,通用零件,的工作原理、结构特点、基本的设计,理论,和计算方法的,技术基础课,。在现代工程设计中，占有极其重要的地位。,机器的共有特征：,人造的实物（构件）组合体；,各个运动实物之间具有,确定的相对运动,；,代替或减轻人类劳动,完成有用功,或,实现能量,的转换,2.,机器的组成：,原动部分,是工作机动力的来源，最常见的是电动,机和内燃机。,工作部分,完成预定的动作，位于传动路线的终点。,传动部分,联接原动机和工作部分的中间部分。,控制部分,保证机器的启动、停止和正常协调动作。,原动机,传动,工作,控制,机构的共有特征：,人为的实物组合体；,各部分有确定的相对运动；,用来传递力或实现运动的转换。,机构,具有确定相对运动的多件实物的组合体，仅用来传递或转换运动和力。如,连杆机构,、,凸轮机构,、,齿轮机构,等。,二、机构,只具有机器的前两个特征而不具有机器第三个特征的装置称为“,机构,”,由机器与机构的共有特征可知：,机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不同），故统称为,机械,。,机器与机构的关系：,三、机械,机械是机器和机构的总称。,机器,是能够完成机械功或转化机械能的机构或机构的组合，任意复杂的机器都是由若干复杂的机构按一定的规律组合而成的。,零件,是机械最基本的组成单元。,四、零件,专用零件：,只在某些机械中出现。如：,飞机的螺旋桨、涡轮机的叶片,等。,零件是制造的单元。,机器和机构都是由零件组成的。,零件的分类：,通用零件,和,专用零件,。,通用零件：,各种机器中都经常遇到的零件。如：,联接件、传动件、转动件,和其他件,等。,联接件：,螺纹、键、销等。,传动件：,带、链、齿轮、蜗杆等。,转动件：,滑动轴承、滚动轴承、轴等。,其它件：,弹簧、密封件、润滑件等。,构件是运动的单元，,是由零件组成的刚性组合体。各零件间无相对运动，形成一个运动的整体。,五、构件,构件,固定,：,活动,原动件：,驱动力作用的构件,从动件：,由其它构件驱动,相对固定坐标系静止的构件,构件的分类：活动构件和固定构件。,1.,运动副及其分类；,2.,平面机构运动简图；,3.,平面机构的自由度,4.,速度瞬心及其在机构运动分析上的应用,第一章 平面机构的自由度和速度分析,机构运动简图：,指根据机构的运动尺寸,按一定的比例尺定出各运动副的位置,并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。,机构的示意图：,指为了表明机构结构状况,不要求严格地按比例而绘制的简图。,机构的运动：,与,原动件运动规律,、,运动副类型,、,机构运动尺寸,有关,而与机构的结构尺寸和形状以及运动副的具体构造无关，因此可以不计或略去那些与机构运动无关的 因素。,三副构件,两副构件,一般构件的表示方法,机构运动简图中构件的表示方法,:,机构运动简图中平面运动副符号的表示,:,机构运动简图,应满足的,条件：,1.,构件数目与实际相同,2.,运动副的性质、数目与实际相符,3.,运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构,成比例。,绘制机构运动简图的步骤与方法,1,、分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、原动部分、传动部分和执行部分，以确定构件和运动副的数目。,2,、循着运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目,;,还应确定与机构运动特性相关的运动要素：运动副间的相对位置。如转动副中心的位置和移动副导路的方位；高副的廓线形状，包括其曲率中心和曲率半径等。,3,、恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面。,4,、选择适当的比例尺,用规定的简单线条和各种运动副符号,将机构运动简图画出来。,1-1,唧筒机构,定块机构,1,2,3,4,A,B,O,第1,章 平面机构的自由度和速度分析,1-2,回转柱塞泵,1,2,3,4,转动导杆机构,O,1,O,2,A,1,2,3,4,转动导杆机构,A,C,B,1-3,缝纫机下针机构,1-4,偏心轮机构,2,3,4,1,摇块机构,A,B,C,1-4,偏心轮机构,B,2,1,3,4,A,C,定义,：机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参 数,(,即机构的位置得以确定必须给定的独立的广义坐标的数目,),称为,机构的自由度,，其数目用,F,表示。,原动件,能独立运动的构件。,由于一个原动件只能提供一个独立参数，,所以机构具有确定运动的条件为：,自由度原动件数,活动构件数,n,因此，平面机构的自由度计算公式：要求：,记住上述公式，并能熟练应用。,构件总自由度,低副约束数,高副约束数,3,n,2,P,L,1,P,h,推广到一般平面机构：,F=,3,n,(,2P,L,+P,h,),机构的自由度,F,=,所有活动构件的自由度数,所有运动副的约束数,1.,复合铰链,两个以上的构件在同一处以转动,副相联。,计算：,m,个构件,有,m,1,转动副。,两个低副,2.,局部自由度,F=,3,n,2,P,L,P,H,F,P,=3,3,2,3,1,1,=1,本例中局部自由度,F,P,=1,或计算时去掉滚子和铰链：,F=,3,2,2,2,1,=1,定义：构件局部运动所产生的自由度。,出现在加装滚子的场合，计算时应去掉F,p,。,滚子的作用：滑动摩擦,滚动摩擦。,1,2,3,1,2,3,解：,n,=,4,，,P,L,=,6,，,F=,3,n,2,P,L,P,H,=3,4,2,6,=0,P,H,=,0,3.,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。,由于,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,。,已知：,AB,CD,EF,，计算图示平行四边形,机构的自由度。,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,出现虚约束的场合：,1.,两构件联接前后，联接点的轨迹重合，,2.,两构件构成多个移动副，且导路平行。,如,平行四边形机构火车轮,椭圆仪,等。,4.,运动时，两构件上的两点距离始终不变。,3.,两构件构成多个转动副，且同轴。,5.,对运动不起作用的对称部分。如,多个行星轮,。,E,F,6.,两构件构成高副，两处接触，且法线重合。,如,等宽凸轮,W,注意：,法线不重合时，变成实际约束！,A,A,n,1,n,1,n,2,n,2,n,1,n,1,n,2,n,2,A,A,不考虑局部自由度，即把滚子,7,与构件,6,作为一个整体，则有,6,个活动构件，,7,个转动副，,1,个移动副，,1,个高副。,则其自由度为：,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,7,1,高,1-6,1-7,把滚子和与之形成转动副的构件焊接成整体，则活动构件数为，,10,个转动副，,1,个移动副，和,1,个高副。,局部自由度,1-8,复合铰链,加药泵加药机构,1-11,自由度为：,局部自由度,复合铰链,虚约束,1,2,A,2,(A,1,),B,2,(B,1,),1,4,速度瞬心及其在机构速度分析中的应用,一、,速度瞬心及其求法,绝对瞬心,重合点绝对速度为零。,P,21,相对瞬心,重合点绝对速度不为零。,V,A2A1,V,B2B1,V,p2,=V,p1,0,V,p2,=V,p1,=0,作平面运动的两个构件上,瞬时相对速度等于零或者绝对速度相等,的一对,重合点（等速重合点）,，该点称速度瞬心。,1),速度瞬心的定义,特点：,该点涉及两个构件。,绝对速度相同，相对速度为零。,相对回转中心。,2,）瞬心数目,每两个构件就有一个瞬心,根据排列组合有,P,12,P,23,P,13,构件数,4 5 6 8,瞬心数,6 10 15 28,1 2 3,若机构中有,n,个构件，则,N,n,(,n,-1)/2,1,2,1,2,3,）机构瞬心位置的确定,1.,直接观察法,适用于求通过运动副直接相联的两构件瞬心位置。,P,12,P,12,2.,三心定律,定义：,三个彼此作平面运动的构件共有,三个瞬心,，且它们,位于同一条直线上,。此法特别适用于两构件不直接相联的场合。,转动副连接的两个构件,移动副连接的,两个构件,高副连接的两个构件（纯滚动）,高副连接的两个构,件,(,存在滚动和滑动,),1-14,：求出题,1-14,图导杆机构的全部瞬心和构件,1,、,3,的角速度比。,P,14,P,34,P,12,P,24,P,13,P,13,是构件,1,、,3,的瞬心，即两者的同速点。,1-15,：求出题,1-15,图正切机构的全部瞬心。设 ，求构件,3,的速度 。,P,14,P,23,P,24,P,13,P,13,是构件,1,、,3,的瞬心，即为两者该瞬时的同速点。,1-16,：题,1-16,图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮,2,与构件,1,、,4,保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮,1,与轮,2,的角速度比 。,P,13,、,P,14,P,34,P,24,P,23,P,12,P,24,、,P,14,分别为构件,2,与构件,1,相对于机架的绝对瞬心。,瞬心为,P,12,为构件,1,、,2,在该瞬时的同速点。,1-17,：题,1-17,图所示曲柄滑块机构，已知：，求机构全部瞬心、滑块速度 和连杆角速度 。,4,p,14,p,12,p,23,P,13,P,24,在三角形,ABC,中：,4,p,14,p,12,p,23,P,13,P,24,由瞬心,P,13,可求得：,P,14,、,P,24,分别是构件,1,和构件,2,对机架,4,的绝对瞬心，而瞬心,P,12,是构件,1,、,2,在该瞬时的同速点。,根据前面的计算，还可以通过哪个瞬心点求？,1.,平面四杆机构的基本类型及其应用；,2.,平面四杆机构的基本特性；,3.,平面四杆机构的设计,第二章 平面连杆机构,重要知识点,：整转副条件、急回特性条件、压力角和传动角以及死点位置,2),组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆,。,周转副存在的条件：,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,(Grashof,条件,),。,2),最短杆为连架杆或机架,。,铰链四杆机构有曲柄的条件：,1),各杆长度应满足杆长条件,铰链四杆机构类型的判别（是否存在曲柄）,:,当最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆长度之和,:,最短杆为连架杆,-,曲柄摇杆机构,最短杆为机架双曲柄机构,最短杆为连杆,-,双摇杆机构,当最短杆与最长杆的长度之和大于其它两杆长度之和,双摇杆机构,第,2,章 平面连杆机构,2-1,试根据图中注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄摇杆机构，还是双摇杆机构。,题,1,图,题,3,图,2-3,画出图中各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。,F,F,F,F,压力角（,）：,从动件驱动力,F,与力作用点绝对速度之间所夹锐角。,设计：潘存云,E,一、按给定的行程速比系数,K,设计四杆机构,1),曲柄摇杆机构,计算,180(,K,-1)/(,K,+1);,已知：,CD,杆长，摆角,及,K,，,设计此机构。步骤如下：,任取一点,D,，作等腰三角形,腰长为,CD,，夹角为,;,作,C,2,P,C,1,C,2,，作,C,1,P,使,作,P,C,1,C,2,的外接圆，则,A,点必在此圆上。,选定,A,，设曲柄为,l,1,，连杆为,l,2,，则,:,以,A,为圆心，,A,C,2,为半径作弧交于,E,得：,l,1,=EC,1,/2,l,2,=A,C,1,EC,1,/2,A,C,2,=,l,2,-,l,1,l,1,=(,A,C,1,A,C,2,)/2,C,2,C,1,P=90,交于,P;,90,-,P,A,C,1,=,l,1,+,l,2,C,1,C,2,D,A,设计：潘存云,设计：潘存云,A,D,m,n,=,D,2),摆动导杆机构,分析：,由于,与,导杆摆角,相等，设计此,机构时，仅需要确定曲柄,a,。,计算,180,(,K,-1)/(,K,+1);,任选,D,作,mDn,，,取,A,点，使得,AD=d,则,:,a=dsin(,/2),。,=,A,d,作角分线,;,已知：机架长度,d,，,K,，,设计此机构。,设计：潘存云,E,2,2a,e,3),曲柄滑块机构,H,已知,K,，滑块行程,H,，偏距,e,，设计此机构。,计算,:,180,(,K,-1)/(,K,+1);,作,C,1,C,2,H,作射线,C,1,O,使,C,2,C,1,O=90,以,O,为圆心，,C,1,O,为半径作圆。,以,A,为圆心，,A,C,1,为半径作弧交于,E,得：,作射线,C,2,O,使,C,1,C,2,O=90,。,作偏距线,e,，交圆弧于,A,，即为所求。,C,1,C,2,90,-,o,90,-,l,1,=EC,2,/2,l,2,=A,C,2,EC,2,/2,A,1.,凸轮机构的应用和类型；,2.,从动件的运动规律；,3.,凸轮机构的压力角；,4.,图解法设计凸轮机构。,第三章 凸轮机构,第,3,章 凸轮机构,3-4,增大,不变,不变,减小,减小,A,0,O,S,h,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,B,0,B,1,B,2,B,3,B,4,B,5,B,6,B,7,B,8,B,9,B,10,B,11,11,K,0,K,1,K,2,K,3,K,4,K,5,K,6,K,7,K,8,K,9,K,10,K,11,A,10,A,9,A,7,A,6,A,5,A,4,A,3,A,2,A,1,A,8,A,11,5.,滚子偏置移动从动件盘形凸轮廓线的绘制,已知：从动件位移曲线、基圆半径、偏距,e,（右侧），,滚子半径,r,k,，,凸轮逆时针转动。,绘制尖端从动件凸轮廓线。,步骤：,1,）将滚子中心,B,看作尖端从动件的尖端，按前述方法绘出尖端从动件凸轮廓线。即凸轮的理论廓线。,2,）以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径,r,k,为半径作一系列的圆，该圆族的内包络线即为凸轮的实际轮廓曲线。,“,+,”,用于导路和瞬心位于中心两侧；,“,-,”,用于导路和瞬心位于中心同侧；,由凸轮的回转中心作推杆的垂线，得垂足点，若凸轮在垂足点的速度沿推杆的推程方向，则凸轮机构为正偏置；反之为负偏置。正偏置时，用“,-,”,；负偏置时，用,“,+,”,。,1.,齿轮机构的特点和类型；,2.,齿廓实现定角速比传动的条件；,3.,渐开线齿廓；,4.,齿轮各部分名称及渐开线标准齿轮的基本尺寸,5.,渐开线标准齿轮的啮合,6.,渐开线齿轮的啮合原理,7.,根切、最少齿数及变位齿轮,8.,平行轴斜齿轮机构,第四章 齿轮机构,名 称,符号,计算公式,分度圆直径,d,d,=,mz,基圆直径,d,b,d,b,=,d,cos,齿顶高,h,a,齿根高,h,f,齿高,h,齿顶圆直径,d,a,齿根圆直径,d,f,齿 距,p,p,=,m,齿 厚,s,s,=,m/2,齿槽宽,e,e,=,m/2,基圆齿距（法向齿距）,p,b,p,b,=,p,cos,标准直齿外齿轮的几何尺寸计算,:,