1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)林大鈞主講林大鈞主講機(jī)械工程是一個(gè)歷史悠久、發(fā)展較為成熟的學(xué)科。機(jī)械工程是一個(gè)歷史悠久、發(fā)展較為成熟的學(xué)科。未來機(jī)械工程科學(xué)發(fā)展的總趨勢(shì)是：交叉化、綜合化；數(shù)未來機(jī)械工程科學(xué)發(fā)展的總趨勢(shì)是：交叉化、綜合化；數(shù)字化、智能化；微型化、精密化；高效率、清潔化；柔性、字化、智能化；微型化、精密化；高效率、清潔化；柔性、集成化等。集成化等。機(jī)械學(xué)科的前沿研究、發(fā)展會(huì)涉及到許多學(xué)科的內(nèi)容。然機(jī)械學(xué)科的前沿研究、發(fā)展會(huì)涉及到許多學(xué)科的內(nèi)容。然而可以肯定地說，所有發(fā)展都一定離不開而可以肯定地說，所有發(fā)展都一定離不開“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”它研究機(jī)器、機(jī)械的組成原理；常用機(jī)構(gòu)及其特點(diǎn)

2、；它研究機(jī)器、機(jī)械的組成原理；常用機(jī)構(gòu)及其特點(diǎn)；機(jī)械中常用的零件以及機(jī)械設(shè)計(jì)的一般理論。因此，機(jī)械中常用的零件以及機(jī)械設(shè)計(jì)的一般理論。因此，“機(jī)械機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是機(jī)械工程的基石之一。是機(jī)械工程的基石之一。機(jī)器機(jī)器人類制造出來的、各組成部分具有確定相人類制造出來的、各組成部分具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的、可完成人們期望的預(yù)定職能（變換或?qū)\(yùn)動(dòng)的、可完成人們期望的預(yù)定職能（變換或傳遞能量、物料、信息）的實(shí)物組合。內(nèi)燃機(jī)、傳遞能量、物料、信息）的實(shí)物組合。內(nèi)燃機(jī)、牛頭刨床、自行車等就是常見的機(jī)器。牛頭刨床、自行車等就是常見的機(jī)器。構(gòu)件構(gòu)件組成機(jī)器的運(yùn)動(dòng)單元（包括運(yùn)動(dòng)速度為零組成機(jī)器的運(yùn)動(dòng)單元（包括運(yùn)動(dòng)

3、速度為零的單元），亦稱為的單元），亦稱為“桿桿”。內(nèi)燃機(jī)中，活塞、連。內(nèi)燃機(jī)中，活塞、連桿、曲軸、凸輪、挺桿、氣缸體等都是構(gòu)件。桿、曲軸、凸輪、挺桿、氣缸體等都是構(gòu)件。機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)某種特定運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件組合。例如內(nèi)燃實(shí)現(xiàn)某種特定運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件組合。例如內(nèi)燃機(jī)中的活塞、連桿、曲軸和氣缸體組成曲柄滑塊機(jī)中的活塞、連桿、曲軸和氣缸體組成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；凸輪、頂桿和氣缸體組成凸輪機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)；凸輪、頂桿和氣缸體組成凸輪機(jī)構(gòu)。0.1 機(jī)器的組成及其特征機(jī)器的組成及其特征機(jī)械機(jī)械從研究運(yùn)動(dòng)和受力來看，機(jī)器與機(jī)構(gòu)并無區(qū)別。從研究運(yùn)動(dòng)和受力來看，機(jī)器與機(jī)構(gòu)并無區(qū)別。因此，習(xí)慣上用因此，習(xí)慣上用“機(jī)械機(jī)械”一詞作為機(jī)器和機(jī)

4、構(gòu)的總稱。一詞作為機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。即：機(jī)械即：機(jī)械 = = 機(jī)器機(jī)器 + + 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)零件零件機(jī)器中不可分拆的基本制造單元。分為：機(jī)器中不可分拆的基本制造單元。分為：專用零專用零件件（僅出現(xiàn)在某些類機(jī)器中的零件，如曲軸、連桿、汽（僅出現(xiàn)在某些類機(jī)器中的零件，如曲軸、連桿、汽輪機(jī)葉片等）；輪機(jī)葉片等）；通用零件通用零件（各類機(jī)器中廣泛應(yīng)用的零件，（各類機(jī)器中廣泛應(yīng)用的零件，如齒輪、螺栓、軸承等）。如齒輪、螺栓、軸承等）。設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)為滿足某一特定要求而進(jìn)行研究、分析、構(gòu)思、為滿足某一特定要求而進(jìn)行研究、分析、構(gòu)思、計(jì)算、繪圖、實(shí)驗(yàn)、決策的創(chuàng)造過程。機(jī)械設(shè)計(jì)是指規(guī)計(jì)算、繪圖、實(shí)驗(yàn)、決策的創(chuàng)造過程。機(jī)

5、械設(shè)計(jì)是指規(guī)劃和設(shè)計(jì)預(yù)期功能的新機(jī)械或改進(jìn)原有機(jī)械的性能。劃和設(shè)計(jì)預(yù)期功能的新機(jī)械或改進(jìn)原有機(jī)械的性能。機(jī)器例機(jī)器例內(nèi)燃機(jī)的作用是將汽油、柴油的化學(xué)能內(nèi)燃機(jī)的作用是將汽油、柴油的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)機(jī)械能。其工作原理如下：轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)機(jī)械能。其工作原理如下：活塞上下往復(fù)移動(dòng)，曲軸及相應(yīng)的活塞上下往復(fù)移動(dòng)，曲軸及相應(yīng)的齒輪、飛輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，與大齒輪相連的齒輪、飛輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，與大齒輪相連的凸輪推動(dòng)挺桿有規(guī)律地上下運(yùn)動(dòng)。齒輪凸輪推動(dòng)挺桿有規(guī)律地上下運(yùn)動(dòng)。齒輪傳動(dòng)的齒數(shù)比為傳動(dòng)的齒數(shù)比為 ，以保證曲軸每，以保證曲軸每轉(zhuǎn)兩周進(jìn)、排氣門各啟閉一次。四個(gè)沖轉(zhuǎn)兩周進(jìn)、排氣門各啟閉一次。四個(gè)沖程依次為：進(jìn)氣程依次為：進(jìn)

6、氣(曲軸及與之固連的飛曲軸及與之固連的飛輪靠慣性轉(zhuǎn)動(dòng)，通過曲軸、連桿帶動(dòng)活輪靠慣性轉(zhuǎn)動(dòng)，通過曲軸、連桿帶動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門塞向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門打開以輸入新鮮的油霧和空氣打開以輸入新鮮的油霧和空氣)；壓縮；壓縮(進(jìn)、排氣門關(guān)閉，在飛輪的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)作進(jìn)、排氣門關(guān)閉，在飛輪的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)作用下，用下，活塞向上運(yùn)動(dòng)縮小空間活塞向上運(yùn)動(dòng)縮小空間使油、氣混合物壓縮升使油、氣混合物壓縮升溫溫) )；膨脹；膨脹( (進(jìn)、排氣門進(jìn)、排氣門關(guān)閉，燃?xì)馊紵蛎浲脐P(guān)閉，燃?xì)馊紵蛎浲苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，通過動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，通過連桿帶動(dòng)曲軸及相應(yīng)的連桿帶動(dòng)曲軸及相應(yīng)的齒輪、飛輪、凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪、飛

7、輪、凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)) )；排氣；排氣( (進(jìn)氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞在飛排氣門打開，活塞在飛輪帶動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)縮小輪帶動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)縮小空間以排除廢氣空間以排除廢氣) )。牛頭刨床。其工作原理如下：牛頭刨床。其工作原理如下：電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)、齒輪電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)、齒輪變速箱、曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑變速箱、曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑枕以合適的速度枕以合適的速度(與不同硬度的與不同硬度的被切材料相適應(yīng)被切材料相適應(yīng))往復(fù)移動(dòng)，從往復(fù)移動(dòng)，從而使與滑枕相連的刨刀單向切而使與滑枕相連的刨刀單向切削金屬。因刨刀寬度有限，當(dāng)削金屬。因刨刀寬度有限，當(dāng)滑枕往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次時(shí)，與進(jìn)給滑枕往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次時(shí)，與進(jìn)給手輪相連的棘

8、輪手輪相連的棘輪-螺旋機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)(圖中圖中未畫出未畫出)帶動(dòng)工作臺(tái)及其固定在帶動(dòng)工作臺(tái)及其固定在上面的被加工工件沿垂直于紙上面的被加工工件沿垂直于紙面的方向移動(dòng)一段距離，將新面的方向移動(dòng)一段距離，將新的待切除材料置于刨刀之前，的待切除材料置于刨刀之前，滑枕多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后就加工出滑枕多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后就加工出了較大的平面。了較大的平面。機(jī)器例機(jī)器例2 2自行車的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具自行車的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有如下功能，即：在人踩有如下功能，即：在人踩腳踏板時(shí)，通過鏈盤、鏈腳踏板時(shí)，通過鏈盤、鏈條、后飛輪驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)條、后飛輪驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使自行車前進(jìn)；當(dāng)在平，使自行車前進(jìn)；當(dāng)在平道上自行車的速度較大或道上自行車的速

9、度較大或下坡時(shí)，后輪應(yīng)與后鏈盤下坡時(shí)，后輪應(yīng)與后鏈盤脫離聯(lián)接，這樣，自行車脫離聯(lián)接，這樣，自行車向前滑行時(shí)腳踏板就可不向前滑行時(shí)腳踏板就可不動(dòng)，從而使人得到短時(shí)的動(dòng)，從而使人得到短時(shí)的休息。請(qǐng)想想：飛輪機(jī)構(gòu)休息。請(qǐng)想想：飛輪機(jī)構(gòu)應(yīng)該什么樣的呢？應(yīng)該什么樣的呢？機(jī)器例機(jī)器例3 3補(bǔ)充說明補(bǔ)充說明1. 機(jī)器可由單個(gè)或機(jī)器可由單個(gè)或由多個(gè)由多個(gè)機(jī)構(gòu)組成；機(jī)構(gòu)組成；構(gòu)件可以是一個(gè)零件，也可由多構(gòu)件可以是一個(gè)零件，也可由多個(gè)零件構(gòu)成個(gè)零件構(gòu)成。2. 通常，可將機(jī)器的構(gòu)成分為動(dòng)力、傳動(dòng)、控制與反饋、執(zhí)行四個(gè)基通常，可將機(jī)器的構(gòu)成分為動(dòng)力、傳動(dòng)、控制與反饋、執(zhí)行四個(gè)基本組成部分。機(jī)構(gòu)與機(jī)器的區(qū)別在于：機(jī)構(gòu)只

10、是一個(gè)構(gòu)件組合，而機(jī)器除本組成部分。機(jī)構(gòu)與機(jī)器的區(qū)別在于：機(jī)構(gòu)只是一個(gè)構(gòu)件組合，而機(jī)器除構(gòu)件組合之外還包含其他裝置；機(jī)構(gòu)只用于傳遞運(yùn)動(dòng)和力，機(jī)器除傳遞運(yùn)構(gòu)件組合之外還包含其他裝置；機(jī)構(gòu)只用于傳遞運(yùn)動(dòng)和力，機(jī)器除傳遞運(yùn)動(dòng)和力之外，還應(yīng)當(dāng)具有人機(jī)對(duì)話、變換或傳遞能量、物料、信息的功能動(dòng)和力之外，還應(yīng)當(dāng)具有人機(jī)對(duì)話、變換或傳遞能量、物料、信息的功能。3. 根據(jù)機(jī)器的作用不同，習(xí)慣上也將機(jī)器分為：根據(jù)機(jī)器的作用不同，習(xí)慣上也將機(jī)器分為：原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換其他形式能量為機(jī)械能的機(jī)器。轉(zhuǎn)換其他形式能量為機(jī)械能的機(jī)器。工作機(jī)工作機(jī)利用機(jī)械能去變換或傳遞能量、物料、信息的機(jī)器稱為工利用機(jī)械能去變換或傳遞能量、物

11、料、信息的機(jī)器稱為工作機(jī)。作機(jī)。 現(xiàn)實(shí)中的機(jī)械多種多樣，因而相應(yīng)的具體設(shè)計(jì)要求可能有所不同，但現(xiàn)實(shí)中的機(jī)械多種多樣，因而相應(yīng)的具體設(shè)計(jì)要求可能有所不同，但共共同的基本要求都是適用、可靠、經(jīng)濟(jì)、美觀同的基本要求都是適用、可靠、經(jīng)濟(jì)、美觀。適用適用滿足預(yù)期的功能要求，技術(shù)性能良好，便于操作和維護(hù)。還包滿足預(yù)期的功能要求，技術(shù)性能良好，便于操作和維護(hù)。還包含有良好的操作性和維護(hù)性要求。含有良好的操作性和維護(hù)性要求。 可靠可靠要有良好的性能穩(wěn)定性和安全防護(hù)裝置。要有良好的性能穩(wěn)定性和安全防護(hù)裝置。經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)機(jī)器的研制費(fèi)用、使用費(fèi)用盡可能低，生產(chǎn)效率盡可能高，使機(jī)器的研制費(fèi)用、使用費(fèi)用盡可能低，生產(chǎn)效率盡

12、可能高，使用壽命盡可能長。用壽命盡可能長。 美觀美觀造型優(yōu)美、色調(diào)宜人。造型優(yōu)美、色調(diào)宜人。上述的字要求說起來容易，做起來困難，它涉及到設(shè)計(jì)工作的方方面面上述的字要求說起來容易，做起來困難，它涉及到設(shè)計(jì)工作的方方面面。因此，要成為一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員，必須在學(xué)好本課程的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)更。因此，要成為一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員，必須在學(xué)好本課程的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)更多的有關(guān)課程。多的有關(guān)課程。0.2 課程的性質(zhì)、研究對(duì)象、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法課程的性質(zhì)、研究對(duì)象、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法v本課程的任務(wù)：本課程的任務(wù)：(1)(1)能熟練地運(yùn)用力系平衡條件求解簡單力系的平衡問題；能熟練地運(yùn)用力系平衡條件求解簡單力系的平衡問題；(2)(2

13、)掌握零部件的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算方法；掌握零部件的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算方法；(3)(3)熟悉常用機(jī)構(gòu)、常用機(jī)械傳動(dòng)及通用零部件的工作原理、特熟悉常用機(jī)構(gòu)、常用機(jī)械傳動(dòng)及通用零部件的工作原理、特點(diǎn)、應(yīng)用、結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)，掌握常用機(jī)構(gòu)、常用機(jī)械傳動(dòng)和通用點(diǎn)、應(yīng)用、結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)，掌握常用機(jī)構(gòu)、常用機(jī)械傳動(dòng)和通用零部件的選用和基本設(shè)計(jì)方法，具備正確分析、使用和維護(hù)機(jī)零部件的選用和基本設(shè)計(jì)方法，具備正確分析、使用和維護(hù)機(jī)械的能力，初步具有設(shè)計(jì)簡單機(jī)械傳動(dòng)裝置的能力；械的能力，初步具有設(shè)計(jì)簡單機(jī)械傳動(dòng)裝置的能力；(4)(4)具有與本課程有關(guān)的解題、運(yùn)算、繪圖能力和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、手具有與本課程有關(guān)的解題、運(yùn)算、繪圖能力

14、和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、圖冊(cè)等有關(guān)技術(shù)資料的能力。冊(cè)、圖冊(cè)等有關(guān)技術(shù)資料的能力。v本課程的學(xué)習(xí)方法：本課程的學(xué)習(xí)方法：(1)(1)抓好基本學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)；抓好基本學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)；(2)(2)學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用知識(shí)；學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用知識(shí)；(3)(3)學(xué)會(huì)知識(shí)技能的實(shí)際應(yīng)用；學(xué)會(huì)知識(shí)技能的實(shí)際應(yīng)用；(4)(4)學(xué)會(huì)總結(jié)歸納；學(xué)會(huì)總結(jié)歸納；(5)(5)學(xué)會(huì)創(chuàng)新。學(xué)會(huì)創(chuàng)新。本講要點(diǎn)：本講要點(diǎn)：應(yīng)掌握內(nèi)容：應(yīng)掌握內(nèi)容：Ft = Fn cos Fr = Fn sin （1 1）固定鉸鏈支座）固定鉸鏈支座YAXA（2 2）活動(dòng)鉸鏈支座）活動(dòng)鉸鏈支座RA圓柱鉸鏈約束實(shí)例圓柱鉸鏈約束實(shí)例F=F1+F2 碾子的受力圖為碾子的受力圖為: :D

15、FFFCFFFFAxCFAyFFAyFF306030603060機(jī)械設(shè)計(jì)基機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)礎(chǔ)林大鈞林大鈞主講主講三力平衡匯交定理三力平衡匯交定理 作用于剛體上三個(gè)相互平衡的力，若其中兩個(gè)力的作用于剛體上三個(gè)相互平衡的力，若其中兩個(gè)力的作用線匯交于一點(diǎn)，則此三力必在同一平面內(nèi)，且第三作用線匯交于一點(diǎn)，則此三力必在同一平面內(nèi)，且第三個(gè)力的作用線通過匯交點(diǎn)。個(gè)力的作用線通過匯交點(diǎn)。求作用在螺釘求作用在螺釘A上上的力的力P和和Q的合力的合力三角形法三角形法BPQQpRcos2222155cos4026040222RNR73.97利用余弦定理利用余弦定理再利用余弦定再利用余弦定理理RBQAsinsin04.

16、15A解解出出04.35解析法解析法平行四邊形平行四邊形法法 結(jié)論：結(jié)論： 平面匯交力系的合成結(jié)果是一個(gè)平面匯交力系的合成結(jié)果是一個(gè)合力，大小和方向由力系中各力的矢合力，大小和方向由力系中各力的矢量和確定。量和確定。力在軸上的力在軸上的投影投影X=abX=Fcos 正負(fù)號(hào)規(guī)定：正負(fù)號(hào)規(guī)定： 從從a到到b的指向和的指向和x軸的正軸的正向一向一 致，則取正號(hào)；反之，則致，則取正號(hào)；反之，則取負(fù)號(hào)取負(fù)號(hào) xyyxFFFFF tan22合力投影定理合力投影定理 yyyyyxxxxxFFFFFFFFFFn21Rn21RFR= F1+ F2+ Fn = F60453045NFFFRyRxR3.171223

17、43.83.1293.112tanRxRyFF4100 yxFF不計(jì)。不計(jì)。45G 030cos30sin,0030sin30cos,0FGFFFFFFBCyABBCxkNFkNFBCAB5.7445.5解析法的符號(hào)法則：當(dāng)由解析法的符號(hào)法則：當(dāng)由平衡方程求得某一未知力的值平衡方程求得某一未知力的值為負(fù)時(shí)，表示原先假定的該力為負(fù)時(shí)，表示原先假定的該力指向和實(shí)際指向相反。指向和實(shí)際指向相反。 4545OxFAFCAC3ACACACAC32cos3sin045sinsin,0045coscos,0FFFFFFFCAyCAxAC解析法解析法桿桿AB所受的力。所受的力。0sin,00cos,0CyCB

18、yCBCxxFFFFFFkNFFFkNhFlFFFCBCyCx5.12sin25.112cot2sin2cos兩根光滑的鋼管兩根光滑的鋼管,每根鋼管每根鋼管的質(zhì)量為的質(zhì)量為300kg，用叉車，用叉車支撐，試求每根鋼管所受支撐，試求每根鋼管所受的力。的力。平面匯交力系平面匯交力系由由B管管,根據(jù)平衡條根據(jù)平衡條件得件得Rcos30-Psin30=0Rsin30+Pcos30-2943=0解得解得 P=2548N R=1471N平面匯交力系平面匯交力系由由A管管,根據(jù)平衡條件得根據(jù)平衡條件得Tcos30-Fsin30-Rcos30=0Tsin30+Fcos30-Rsin30-2943=0解得解得

19、F=2550N T=4415N 力力F的的作 用 點(diǎn) 沿作 用 點(diǎn) 沿其 作 用 線其 作 用 線移 動(dòng) ， 不移 動(dòng) ， 不改 變 這 力改 變 這 力對(duì)對(duì) O 點(diǎn) 的點(diǎn) 的矩。矩。mN 2 .28 cos2nnno dFhFFM）（b)FtFrFxFy MA（F）=MA（Fx）+ MA（Fy） MA（Fx）= -Fx CA = -Fx (OA - OC) = -Fcos (R - rcos ) MA（Fy） =Fy rsin =Frsin sin =Frsin2 MA（F）= -Fcos (R - rcos ) + Frsin2 =F ( r - Rcos ) FxFyCM（F，F(xiàn)）= M = Fd M = 2OABF投影之和投影之和為零為零v 力與力偶是力系的兩個(gè)基力與力偶是力系的兩個(gè)基本元素。本元素。M=M1+ M2 + + Mn = M F1F1F2F2M=FRd=(F1 F2 )d M =0 0M。454545454545BFFd力的力的平平移定移定理理作用在剛體上的力，可以向剛體上的另一作用在剛體