机械设计基础教学市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx
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1、绪绪 论论01 01 引引 言言机器:机器:产生:是人类为了提升劳动生产率而创造出来主要工具。产生:是人类为了提升劳动生产率而创造出来主要工具。标志:使用机器进行生产水平是衡量一个国家技术水平和当代标志:使用机器进行生产水平是衡量一个国家技术水平和当代化程度主要标志之一。化程度主要标志之一。发展:大量新机器也从传统纯机械系统,演变成机电一体化机发展:大量新机器也从传统纯机械系统,演变成机电一体化机械设备。机器设计、制造进入了智能化新阶段。机器设计制造周械设备。机器设计、制造进入了智能化新阶段。机器设计制造周期越来越短,对机器性能、质量要求也越来越高,个性化要求越期越来越短,对机器性能、质量要求
2、也越来越高,个性化要求越来越多,机械产品向着高速、精密、重载、智能等方面发展。来越多,机械产品向着高速、精密、重载、智能等方面发展。学习目标:机学习目标:机械种类繁多,性能、用途各异,不过他们有共同械种类繁多,性能、用途各异,不过他们有共同特征,我们从它特征出发,剖析其结构,研究其组成原理,以到特征,我们从它特征出发,剖析其结构,研究其组成原理,以到达掌握、利用目标。达掌握、利用目标。第1页机械设计基础第2页02 02 机器组成及其特征机器组成及其特征一一、举例说明、举例说明单缸内燃机单缸内燃机 颚式破碎机颚式破碎机 第3页二二、基本概念、基本概念1 1、机器特征:、机器特征:(1 1)都是人
3、为实物组合;)都是人为实物组合;(2 2)组成机器各实物之间含有确定相对运动;)组成机器各实物之间含有确定相对运动;(3 3)能实现能量转换或完成有用机械功。)能实现能量转换或完成有用机械功。2 2、机构:、机构:(1 1)都是人为实物组合;)都是人为实物组合;(2 2)组成机器各实物之间含有确定相对运动;)组成机器各实物之间含有确定相对运动;注意:机构与机器联络与区分注意:机构与机器联络与区分3 3、机械:机器与机构总称、机械:机器与机构总称3 3、构件:机器或机构中最小运动单元、构件:机器或机构中最小运动单元4 4、零件:机器或机构中最小制造单元、零件:机器或机构中最小制造单元注意:构件与
4、零件联络与区分注意:构件与零件联络与区分第4页第5页关系:关系:零件零件 构件构件 机构机构 机器机器组成组成组成组成组成组成机械机械6 6机器其它内容:机器其它内容:(1 1)、)、原动机原动机传动部分传动部分执行部分执行部分辅助系统辅助系统控制系统控制系统(2 2)、机器是执行机械传动装置,用来变换或传递能量、物料、)、机器是执行机械传动装置,用来变换或传递能量、物料、信息,以代替或减轻人体力和脑力劳动信息,以代替或减轻人体力和脑力劳动(3 3)、按用途分:动力机器,加工机器,运输机器)、按用途分:动力机器,加工机器,运输机器 (4 4)、自动机,自动线)、自动机,自动线第6页(5 5)、
5、机构类型:惯用机构,液压机构,气压机构等)、机构类型:惯用机构,液压机构,气压机构等(6 6)、零件类型:通用零件,专用零件)、零件类型:通用零件,专用零件(7 7)、部件:协同工作且完成共同任务零件组合)、部件:协同工作且完成共同任务零件组合 通用部件:轴承,联轴器等通用部件:轴承,联轴器等 专用部件:汽车转向器专用部件:汽车转向器 第7页03 03 机械设计基本要求及普通程序机械设计基本要求及普通程序一一、机械设计基本要求机械设计基本要求1 1、预定功效要求、预定功效要求:设计基本出发点设计基本出发点功效要求:设计机器功用和性能指标(运动性能,动力性能,技术功效要求:设计机器功用和性能指标
6、(运动性能,动力性能,技术指标,外形结构要求)指标,外形结构要求)必需正确选择机器工作原理、机构类型和机械传动方案必需正确选择机器工作原理、机构类型和机械传动方案2 2、安全可靠与强度、寿命要求、安全可靠与强度、寿命要求:机器正常工作必要条件机器正常工作必要条件3 3、经济性要求、经济性要求:成本低,效率高,维护方便等成本低,效率高,维护方便等综合性能指标:与设计,制造,使用都相关综合性能指标:与设计,制造,使用都相关良好工艺,合理选材,尽可能三化(零件标准化,部件通用化,产良好工艺,合理选材,尽可能三化(零件标准化,部件通用化,产品系列化)品系列化)4 4、操作使用要求、操作使用要求:操作简
7、单,劳动强度低,环境保护操作简单,劳动强度低,环境保护5 5、其它特殊要求(汽车安全性要求)。、其它特殊要求(汽车安全性要求)。第8页二二、机械设计普通程序机械设计普通程序1 1、提出和制订产品设计任务书、提出和制订产品设计任务书需求需求-确定功效指标确定功效指标-分析可能性分析可能性制订设计任务书(产品用途,制订设计任务书(产品用途,技术经济指标,使用条件,设计负担着,设计周期)技术经济指标,使用条件,设计负担着,设计周期)2 2、总体方案设计、总体方案设计设计任务书设计任务书调查研究调查研究工作原理工作原理总体设计方案总体设计方案论证可行性论证可行性绘制机构简图绘制机构简图3 3、技术设计
8、、技术设计总体方案总体方案确定结构尺寸(结构设计,工作能力计算)确定结构尺寸(结构设计,工作能力计算)-画图画图零件设计步骤:零件设计步骤:确定类型结构确定类型结构受力分析受力分析失效分析失效分析选材选材尺寸设计尺寸设计结构设计结构设计绘图绘图4 4、样机试制与判定、样机试制与判定5 5、产品正式投产、产品正式投产第9页04 04 机械设计基础课程内容、性质和任务机械设计基础课程内容、性质和任务一、课程内容一、课程内容惯用机构和通用零部件工作原理,运动特点、结构特点、基本设惯用机构和通用零部件工作原理,运动特点、结构特点、基本设计理论和计算方法。计理论和计算方法。二、课程性质二、课程性质性质:
9、技术基础课性质:技术基础课作用:承上启下作用:承上启下特点:科学性,综合性,实践性特点:科学性,综合性,实践性三、课程任务三、课程任务1.1.了解惯用机构结构,运动特征,初步含有分析和设计惯用机构了解惯用机构结构,运动特征,初步含有分析和设计惯用机构能力。能力。2.2.掌握通用零件工作原理、结构特点、设计计算和维护等知识。并掌握通用零件工作原理、结构特点、设计计算和维护等知识。并初步含有设计简单机械传动装置能力。初步含有设计简单机械传动装置能力。3.3.含有利用标准,规范,手册,查阅相关技术资料能力。含有利用标准,规范,手册,查阅相关技术资料能力。4.4.取得本学科试验技能初步训练。取得本学科
10、试验技能初步训练。5.5.经过本课程学习为后续专业课程打好基础。经过本课程学习为后续专业课程打好基础。第10页第一章 平面机构运动简图及自由度4.机构自由度计算3.机构运动简图画法2.机构含有确定相对运动条件1.平面机构组成平面机构:各构件在同一平面或相互平行平面内运动空间机构:各构件不完全在同一平面或相互平行平面 内运动第11页1-1 平面机构组成 一、机构组成与分类1、概念:机构是含有确定相对运动构件组合 构件:机构中(最小)运动单元 一个或若干个零件刚性联接而成 第12页2、机架:固定不动构件 原动件:输入运动规律构件 从动件:其它活动构件3、平面机构:各构件相对运动平面相互平行 空间机
11、构:蜗杆传动 曲柄滑块机构第13页二、自由度二、自由度 一个作平面运动自由构件有三个独立运动可能性。构件所含有这种独立运动数目称为构件自由度。所以一个作平面运动自由构件有三个自由度。但当这些构件之间以一定方式联接起来成为构件系统时,各个构件不再是自由构件。两相互接触构件间只能作一定相对运动,自由度降低。这种对构件独立运动所施加限制称为约束。第14页三、运动副及其分类概念:使两构件直接接触并能产生一定相对运动可动联接类型:(一)低副 两构件经过面接触而组成运动副称为低副。依据两构件间相对运动形式,低副又可分为转动副和移动副。1.转动副(或铰链)两构件只能在一个平面内作相对转动限制两个自由度:(两
12、个移动)保留一个自由度(转动)第15页2.移动副 两构件只能沿某一方向作相对移动运动副称为移动副。限制两个自由度:(一个移动,一个转动)保留一个自由度(移动)第16页(二)高副 两构件经过点或线接触组成运动副称为高副。限制一个自由度:(一个移动)保留两个自由度(一个移动,一个转动)第17页1-2 平面机构运动简图 1 1、机构运动简图:、机构运动简图:简明表示机构各构件之间相对运动关系图形 (按百分比,用特定符号和线条)和运动相关:运动副类型、数目、相对位置、构件数目 和运动无关:构件外形、截面尺寸、组成构件零件数目、运动副详细结构2 2、机构示意图:、机构示意图:只需表明机构运动传递情况和结
13、构特征,无须按严格百分比所画图形第18页2 2、惯用机构和运动副表示方法:、惯用机构和运动副表示方法:第19页1、运动副符号转动副:移动副:齿轮副:第20页凸轮副:2、构件(杆):第21页3、绘机构运动简图步骤 1)分析机构,观察相对运动,数清全部构件数目;2)确定全部运动副类型和数目;3)选择合理位置(即能充分反应机构特征);4)确定百分比尺;5)用要求符号和线条绘制成简图。(从原动件开始画))第22页例 试绘制内燃机机构运动简图第23页第24页1-3 1-3 平面机构自由度平面机构自由度 一一、平面机构自由度计算平面机构自由度计算 机构自由度:机构中活动构件相对于机架所含有独立机构自由度:
14、机构中活动构件相对于机架所含有独立 运动运动数目。(与构件数目,运动副类型和数目相关)数目。(与构件数目,运动副类型和数目相关)n n个活动构件:自由度为个活动构件:自由度为3n3n。P PL个低副:个低副:限制限制 2P 2PL L个自由度个自由度 P PH H个高副:个高副:限制限制 P PH H 个自由度个自由度 所以,该机构相对于固定构件自由度数应为活动构件所以,该机构相对于固定构件自由度数应为活动构件自由度数与引入运动副降低自由度数之差,该差值称为机自由度数与引入运动副降低自由度数之差,该差值称为机构自由度,并以构自由度,并以F F表示,表示,F=3n-2PF=3n-2PL L-P-
15、PH H第25页F=3n-2PL-PH=3*7-2*8-4=1第26页F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=1第27页F=3n-2PL-PHF=3n-2PL-PH=3*5-2*6-0=3*5-2*6-0=3=3(错)(错)F=3n-2PL-PHF=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=3*5-2*7-0=1=11.1.复合铰链:两个以上个构件在同一条轴线上形成转动副复合铰链:两个以上个构件在同一条轴线上形成转动副由由K K个构件组成复合铰链包含转动副数目应为(个构件组成复合铰链包含转动副数目应为(K-1K-1)个)个 二二 注意事项注意事项 第28页3 3、虚约束、虚约束 重复而不起独
16、立限制作用约束称为虚约束虚约束。计算机构自由度时,虚约束应除去不计。(1)、两构件组成多个导路平行移动副,F=3n-2PL-PH=3*3-2*5-0=-1(错)(2)、两构件组成多个轴线相互重合转动副(见书上1-10(b)图)F=3n-2PL-PH=3*3-2*4-0=1(正确)第29页机车车轮联动机构机车车轮联动机构第30页(3)、机构中存在对传递运动不起独立作用对称部分 为虚约束F=3n-2PL-PH=3*3-2*3-2=1(行星轮系、固定3)F=3n-2PL-PH=3*4-2*4-2=2(差动轮系)第31页4、轨迹重合:在机构中,若被联接到机构上构件,在联接点处运动轨迹与机构上该点运动轨
17、迹重合时,该联接引入约束是虚约束,F=3n-2PL-PH=3*4-2*6-0=0F=3n-2PL-PH=3*3-2*4-0=1虚约束作用:对机构运动无关,但能够改进机构受力情况,增强机构工作稳定性 第32页F=3n-2PL-PH=3*3-2*3-1=2(错)F=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=1(正确)多出自由度是滚子2绕其中心转动带来局部自由度,它并不影响整个机构运动,在计算机构自由度时,应该除掉。2、局部自由度 在机构中,一些构件含有不影响其它构件运动自由度第33页F=3n-2PL-PH=3*7-2*9-1=2(注意凸轮)第34页F=3n-2PL-PH=3*3-2*4-0=1(其中
18、一个滑块为虚约束)(注意不是复合铰链)第35页图示为一简易冲床设计图。试分析设计方案是否合理。如不合理,图示为一简易冲床设计图。试分析设计方案是否合理。如不合理,则绘出修改后机构运动简图。则绘出修改后机构运动简图。第36页三三、平面机构含有确定相对运动条件平面机构含有确定相对运动条件F0,构件间无相对运动,不成为机构。F0,原动件数=F,运动确定原动件数F,机构破坏机构要能运动,它自由度必须大于零。机构自由度表明机构含有独立运动数。因为每一个原动件只可从外界接收一个独立运动规律(如内燃机活塞含有一个独立移动)所以,当机构自由度为1时,只需有一个原动件;当机构自由度为2时,则需有两个原动件。故机
19、构含有确定运动条件是:原动件数目应等于机构自由度数目。第37页试计算图示挖土机自由度,并说明为何要配置三个油缸。试计算图示挖土机自由度,并说明为何要配置三个油缸。F=3n-2PL-PH=3*3-2*3-0=3第38页油泵F=3n-2PL-PH=3*3-2*4-0=1第39页四四、计算平面机构自由度实用意义计算平面机构自由度实用意义1 1 判定机构运动设计方案是否合理判定机构运动设计方案是否合理2 2 修改设计方案修改设计方案(1 1)F=0:F=0:增加一构件带进一平面低副增加一构件带进一平面低副(2 2)F F原动件数目:增加一构件带进两平面低副原动件数目:增加一构件带进两平面低副 增加原动
20、件数目增加原动件数目3 3 判定机构运动简图是否正确判定机构运动简图是否正确第40页 连杆传动是利用惯用低副传动机构进行传动,连杆传动能方便实现转动、摆动、移动等运动形式转换。其中以由四个构件组成四杆机构应用最广泛,而且是组成多杆机构基础。所以本章着重讨论四杆机构基本类型、性质及惯用设计方法。2-1 概述一、概念1连杆机构:构件全部用低副联接而成平面机构(低副机构)2平面连杆机构3铰链四杆机构第二章 平面连杆机构第41页1、特点优点:(1)面接触低副,压强小,便于润滑,磨损轻,寿命长,传递动力大(2)低副易于加工,可取得较高精度,成本低(3)杆可较长,可用作实现远距离操纵控制(4)可利用连杆实
21、现较复杂运动规律和运动轨迹缺点:(1)构件数目比较多或制造精度较低时,机构运动累计误差较大,会影响运动准确性。(2)轻易引发冲击或振动。二、平面连杆机构特点和应用第42页2、应用:第43页机车车轮联动机构机车车轮联动机构第44页2-2 铰链四杆机构类型与应用基本型式及其演化据有没有移动副存在:铰链四杆机构,滑块四杆机构第45页一、铰链四杆机构基本型式第46页(一)、曲柄摇杆机构 特点:两连架杆一个是曲柄(整周转);一个是摇杆(摆动)第47页应用:雷达 缝纫机第48页第49页(二)、双曲柄机构 特点:两连架杆都是曲柄(整周转)主动曲柄匀速转,从动曲柄变速转 第50页正平行双曲柄机构:对边平行且相
22、等 特点:主、从动曲柄匀速且相等运动不确定现象:第51页第52页反平行双曲柄机构:对边平行但不相等 第53页(三)、双摇杆机构 特点:两连架杆都是摇杆(摆动)第54页第55页第56页第57页第58页二、铰链四杆机构演化演化方法:转动副 移动副(滑块四杆机构);选取不一样构件作为机架(一)、转动副转化成移动副1、铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副第59页类型对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构曲柄存在条件:对心曲柄滑块机构:L1L2 行程S=2L1偏置曲柄滑块机构:L1+eL2第60页2、铰链四杆机构中两个转动副转化为移动副因为此机构当主动件1等速回转时,从动到导杆3位移为y=Labsin,故又
23、称正弦机构正弦机构 第61页双滑块机构第62页(二)、取不一样构件为机架第63页1、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。第64页(2)、类型转动导杆机构 摆动导杆机构L1L2L1L2:机架长度:曲柄长度第65页(2)、应用牛头刨床机构简易刨床第66页2、摇块机构(1)、演化过程曲柄滑块机构中,当将连杆改为机架时,就演化成摇块机构。第67页(2)、应用泵第68页3、定块机构(1)、演化过程曲柄滑块机构中,当将滑块改为机架时,就演化成定块机构。第69页(2)、应用移动导杆机构移动导杆机构 第70页4、双滑块机构第71页偏心轮(扩大运动副)在曲柄滑块机构(曲
24、柄摇杆机构)中,若曲柄很短,可将转动副B尺寸扩大到超出曲柄长度,则曲柄AB就演化成几何中心B不与转动中心A重合圆盘,该圆盘称为偏心轮,含有偏心轮机构称为偏心轮机构。第72页第73页偏心轮机构结构简单,偏心轮轴颈强度和刚度大,且易于安装整体式连杆,广泛用于曲柄长度要求较短、冲击较大机械中。颚式破碎机 第74页第75页其它滑块四杆机构 双滑块机构双曲柄移动导杆机构双转块机构第76页一、铰链四杆机构存在曲柄条件类型判别关键在于:机构中有没有曲柄,有几个曲柄有没有曲柄在于:机构中各构件相对位置及最短杆所处位置机构存在曲柄条件2-3 平面四杆机构基本特征及设计第77页结论:1 1、铰链四杆机构存在曲柄条
25、件是:铰链四杆机构存在曲柄条件是:(1)、连架杆和机架中必有一杆是最短杆;(2)、最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。2 2、取不一样构件为机架,铰链四杆机构名称深入区分为:、取不一样构件为机架,铰链四杆机构名称深入区分为:(1)当铰链四杆机构最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时,定义三种名称I、以最短杆相邻杆作机架时得到曲柄摇杆机构II、以最短杆作机架时得到双曲柄机构III、以最短杆对边杆作机架成为双摇杆机构(2)当最短杆与最长杆长度之和大于其它两杆长度之和时,不论以何杆作机架,均为双摇杆机构。第78页第79页二、平面四杆机构基本特征第80页(一)、急回特征和行程
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