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机械设计原理与方法

发布人: 澳门永利集团888贵宾厅网址 来源: 澳门永利集团888贵宾厅官网 发布时间: 2020-08-28 21:16

  机械设计原理与方法 第一章 绪论 绪论中将介绍三个问题 一.学什么 ? 二.为什么要学 ? 三.怎样学 ? 学什么 内容,要求,术语,区别 1.本课程的主要内容 机械设计原理与方法课程,是将传统的 机械原理和机械设计 以及公差配 合与技术测量三门课程的主要内容有机结合的一 门课程。 ? 本课程的研究对象是机械。而机械则是机器与机构的总称。(在 后面的3.术语中再详细说明) ? 本课程的研究内容大体为以下三部分: 1.机械的组成原理及机械运动学与动力学,机械系统方案设计理论与 方法; 2.机械零部件的参数设计及结构设计的基本原理与方法; 3.机械精度设计的基本原理与方法。 ? 2.本课程的基本要求 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 了解平面机构的组成原理 能对简单机构进行运动分析及力分析 能按几种常见已知条件设计平面四杆机构 了解盘形凸轮轮廓曲线的设计方法 掌握几种常用传动基本参数和结构设计方法 了解轮系设计方法 了解几种其他常用机构 掌握飞动惯量之简易计算法 了解刚性转子静动平衡原理 掌握简单机械运动方案设计的步骤与方法 能按国家标准在简单机械装置的装配图和零件图上标 注尺寸公差和形位公差 3.术语 ? ? ? ? ? 机器------机器是执行机械运动的装置,它用来 变换或传递能量、物料与信息。 动力机器--------------有电动机、内燃机 工作机器--------------有机床和汽车等 信息机器--------------有打字机等 机构------是实现预期的机械运动的实物 组合体 例如,内燃机由连杆机构、凸轮机构、齿轮机 构组成 4.机构与机器的特征有何不同? ? 机器有三个特征 ? 机构具有机器的前两个特征 ? 机器的三个特征是: (1)它们都是一种人为的实物(机件)的 组合体。 (2)组成它们的各部分之间都具有确定的 相对运动。 (3)能够完成有用的机械功或转换机械能。 为什么要学 本课程是本专业的一门必修的重要 专业基础课 本课程是学习许多后续课程和从事 机械设备设计的基础 怎样学 ? ? ? ? ? ? ? 本课程需要综合应用数学、机械制图、工程材料、机械制造基础、 工程力学等先修课程的知识,偏重于应用。 不强调系统地理论分析及公式推导。 着重基本概念的理解和基本设计方法的掌握,着重理解公式建立 的前提及意义和应用。认真及时完成每一次作业。 理论联系实际,充分重视结构设计,多观察现有实物或图样,上 好实验课。 注重运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料。要早为课程 设计作准备。 注重创新意识的形成。 打好基础,积极自学,注意发展,结合实际 第二章 平面机构的结构分析 2.平面机构的结构分析 2.1 机构结构分析的内容及目的 ? 判断所设计的机构能否运动 ? ? 判断机构在什么条件下才具有确定的相 对运动(不能任意) 对机构的结构进行分类 2.2机构的组成 ? ? ? ? ? ? 2.2.1 构件 构件是运动的单元 零件是制造的单元 构件可能是一个零件,也可能是几个零件刚性 组合在一起而形成 实例1 曲轴 单一整体 实例2 连杆 刚性组合 (各 零件间 无相对运 动)有连杆体、连杆盖、螺栓、螺母等几个零 件 曲轴(单一),连杆(组合) 运动副 ? ? ? ? ? ? ? 2.2.2 运动副及其分类 运动副定义:两构件直接接触组成能相对运动 的联接称为运动副 实例:轴承,轮齿啮合(见图2-3,2-4) 运动副元素:构成运动副的点、线、面 高副与低副: 点或线接触---------高副 面接触 ------------- 低副 低副, 高副 平面机构和空间机构 ? ? ? ? 平面机构与空间机构: 平面机构------所有构件都在同一平面或 相互平行的平面内运动的机构 空间机构------构件之间相对运动为空间 运动的机构 本课程主要研究平面机构及其运动副 运动副 ? ? ? ? ? ? 低副又分为转动副和移动副 转动副(回转副)------相对运动为转动 实例:固定铰链(图2-3),活动铰链(图2-5) 移动副------相对运动为直线) 平面高副实例:(图2-4齿轮轮齿构成 的)(图2-7凸轮和推杆构成的) 转动(回转)副,移动副,高副 2.2.3 运动链 ? ? ? ? ? ? 若干构件通过运动副联接起来所构成的系统-------称为运动链 运动链分为闭式和开式 闭式运动链------每个构件至少包含两个运动 副元素(图2-9c,2-9d) 开式运动链------运动链中有的构件只包含一 个运动副元素(图2-9a,2-9b) 生产中通常应用闭式链 少数机械也有采用开式链的,如机械手和机器 人 2.2.4 机构 ? ? ? ? ? 将运动链中的一个构件加以固定------成为机 架------则这种运动链便可能成为机构 注意:不能运动或无规则乱动的这种运动链并 不能成为机构 研究机构运动,一般可以机架为参照系 原动件------驱动机构运动的外力所作用的那 个构件 从动件------其余的构件 2.3 机构运动简图 ? ? ? ? 2.3.1 机构运动简图的用途 使分析或设计机械的问题简化 不考虑与运动无关的因素:构件外形和断 面尺寸,组成构件的零件数目,运动副的具 体构造 只考虑与运动有关的因素:构件数,运动副 的类型和数目,运动副的相对 2.3.2 机构运动简图的画法 ? ? 机构运动简图------是用简单的线条和符 号来代表构件和运动副,并按一定的长度 比例尺表示各运动副的相对,这种用 来说明机构各构件间相对运动关系的简 单图形称之为机构运动简图 要正确画出机构运动简图,首先要知道代 表构件和运动副的符号(GB446084) 1.运动副和构件的符号 ? ? ? ? ? ? 表2-1为常用机构运动简图符号 见课本P18-19表2-2 见机械设计课程设计手册P7-8表1-15 两构件组成转动副,其表示法如图2-10 两构件组成移动副,其表示法如 图211a,b,c 两构件组成高副,在图中应画出两构件接触处 的曲线.运动副和构件的符号 ? ? 二副构件 见图2-12 三副构件 见图2-13,其中左图表示一 个构件上的三个转动副中心位于一条直 线.画机构运动简图的步骤 ? ? 注意! 先分析,后画图 (1)分析 ①构件数,固定件,活动件(原动件,从动件) ②每两构件之相对运动 (2)画图 注意五点 ①选视图 一般可选平行于机构运动平面的平面 (有时也酌情选择) ②确定机构的一个瞬时 各构件应不重叠,使 图面清晰 ③比例尺:μl=实际尺寸(mm)/图示尺寸(mm) ④几何作图 ⑤原动件用箭头标出运动 分析内燃机之连杆机构的运动 构件数:4,固定件:机架,原动件:活塞,从动 件:连杆和曲轴,(活动件数:3) 每两个构件之间的相对运动: 活塞~机架 移动 活塞~连杆 转动 曲轴~连杆 转动 曲轴~机架 转动 选符号 内燃机中的连杆机构运动简图 机构模型的简图 请看课本下册P733-743 22-5 机构具有确定运动的条件 22-6 平面机构的组成原理及 结构分析 2.4 平面机构度的计算 ? 2.4.1平面机构度计算公式 1.度与约束 构件所具有的运动数目(或确定构件的 参变量的数目) 一个作平面运动的构件有3个度(见图2-15) 约束是指对运动所加的 当两个构件组成运动副后,受到约束,度减少 低副引入2个约束 高副引入1个约束 平面构件有三个度 2.平面机构度计算公式 设某平面机构共有N个构件,活动构件数 n=N-1, ? 这些构件度总和为3n ? 当用PL个低副和PH个高副联接,总约束数 为(2PL+PH) ? 机构的度 F=3n-2PL-PH (2-1) (2-1)式即平面机构度计算公式,要牢 记 ? 3.机构具有确定运动的条件 ? ? ? 因为机构度还说明机构作确定运动 所需给定的运动参数的数目,而一个 原动件给定一个参数 例如电动机转子给定一个参数α 所以,机构具有确定运动的条件是: 机构的原动件的数目=机构的度数 实例(图2-16)(图2-14b) ? ? ? 原动件数目小于机构度数,运动不 确定 原动件数目大于机构度数,不能运 动 原动件数目等于机构度数,运动是 确定的 三个实例 2.4.2 ? 先找后算 注意三个问题 1.复合铰链 ? 2.局部度 ? 3.虚约束 1.复合铰链 ? ? ? 三个或更多个(m个)构件组成二个或(m1)个共轴线的转动副称作复合铰链 不要少算 图2-17 复合铰链 2.局部度 ? ? ? ? 是与运动无关的度 或者说,是机构中不影响其输入与输出运 动关系的个别构件的运动度 典型实例:凸轮机构从动杆与滚子应看成 固连在一起作为一个构件来考虑 图2-18,不能多算 局部度 3.虚约束(难点) ? ? ? ? 虚约束,所起的作用是重复的 虚约束常出现于下列情况(图2-20) (1)两构件构成多个转动副,其轴线互 相重合时,只有一个转动副起约束作用, 其余都是虚约束 (2)两构件构成多个移动副,其导互 相平行时,只有一个移动副起约束作用, 其余都是虚约束 (1),(2)两种虚约束 3.虚约束(难点) ? ? ? (3)机构中对运动不起作用的对称部分 (例如轮系)(图2-21) (4)被联接构件上点的轨迹和机构上联接 点的轨迹重合(例如火车车轮用联动的平 行四边形机构)(图2-19) 注意!虚约束要求构件有较高的制造精 度和安装精度,否则虚约束就会成为线×6=0) 例题F=3×7-2×9-1=2 2.5 机构的组成原理及平面 机构的结构分类 ? ? ? ? ? ? ? ? 2.5.1 机构的组成原理 F(机构)=F(原动件)+F(从动件) 一个原动件具有一个度 机构度数=原动件数目 ∴F=1(1/个)×F(个)+0 因此,从动件系统的度为零 从动件系统还可分解为若干个不可再分的度为零 的运动链(杆组) 机构由机架﹑原动件﹑杆组所组成(见图2-23) 2.5.2平面机构的结构分类 ? ? ? ? ? 设杆组由n个构件和PL个平面低副组成 于是,F=3n-2PL=0, 或者,PL=(3/2)n n=2,PL=3的杆组称为Ⅱ级组(图2-24) n=4,PL=6的杆组中常见为Ⅲ级组(都有 一个包含三个低副的构件)(见图2-25) Ⅱ级杆组 拆杆组 Ⅲ级杆组 2.6 平面机构的高副低代 ? ? ? ? ? 高副低代必须满足的条件: (1)代替前后机构的度完全相同 (2)代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速 度完全相同 平面高副,可用一杆两低副代一高副 (详见图2-26,2-27,2-28,2-29) 一杆两低副代一高副

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