機械原理1緒論工程課件

機機機機 械械械械 原原原原 理理理理機械原理機械原理課程是研究課程是研究機械基礎理論機械基礎理論的一門科學。的一門科學。第第1章章緒緒論論第第1章章 緒緒 論論11 機械原理課程研究的對象機械原理課程研究的對象13 機械原理課程的地位及學習本機械原理課程的地位及學習本 課程的目的課程的目的14 機械原理課程的學習方法機械原理課程的學習方法12 機械原理課程研究的內容機械原理課程研究的內容15 機械原理學科發(fā)展現(xiàn)狀簡介機械原理學科發(fā)展現(xiàn)狀簡介 11 機械原理課程研究的對象機械原理課程研究的對象本課程研究對象為：本課程研究對象為：機械機械人人類類通通過過長長期期生生產(chǎn)產(chǎn)實實踐踐創(chuàng)創(chuàng)造造了了機機械械，用用來來減減輕輕或或替替代代人類勞動，并使其不斷發(fā)展形成當今多種多樣的類型。人類勞動，并使其不斷發(fā)展形成當今多種多樣的類型。任何機械都經(jīng)歷了：任何機械都經(jīng)歷了：簡單簡單復雜的發(fā)展過程。復雜的發(fā)展過程。斜面斜面包包括括：龍龍門門吊吊、鶴鶴式式吊吊、汽汽車車吊吊、卷卷揚揚機機、叉叉車車、電電梯等梯等杠桿杠桿 起重轱轆起重轱轆滑輪組滑輪組 現(xiàn)代起重機現(xiàn)代起重機起重機的發(fā)展歷程：起重機的發(fā)展歷程：機械機械機器機器機構機構典型機器的分析：典型機器的分析：1.內燃機內燃機內燃機內燃機組成：組成：65438712910汽缸體汽缸體1、活塞活塞2、進氣閥進氣閥3、排氣閥排氣閥4、連桿連桿5、曲軸曲軸6、凸輪凸輪7、頂桿頂桿8、齒輪齒輪9、10工作原理：工作原理：1.進氣閥開啟，活塞下行，混合氣體進氣閥開啟，活塞下行，混合氣體 進入汽缸；進入汽缸；2.進進氣氣閥閥關關閉閉，活活塞塞上上行行，混混合合氣氣體體被被壓壓縮縮，在頂部點火燃燒；在頂部點火燃燒；3.高壓燃燒氣體膨脹推動活塞下行，兩氣閥關閉；高壓燃燒氣體膨脹推動活塞下行，兩氣閥關閉；4.活塞上行，排氣閥開啟，廢氣體被排出汽缸。活塞上行，排氣閥開啟，廢氣體被排出汽缸。循環(huán)運動的結果，使曲軸輸出連續(xù)的旋轉運動考慮：機器是如何組成的？考慮：機器是如何組成的？它有哪些特征？它有哪些特征？設計：潘存云進氣進氣壓縮壓縮爆炸爆炸排氣排氣內燃機的工作過程：內燃機的工作過程：活活塞塞的的往往復復運運動動通通過過連連桿桿轉轉變變?yōu)闉榍S的連續(xù)轉動，該組合體稱為：軸的連續(xù)轉動，該組合體稱為：內燃機各部分的作用：內燃機各部分的作用：曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構凸輪和頂桿用來啟閉進氣閥和排氣閥；稱為：凸輪和頂桿用來啟閉進氣閥和排氣閥；稱為：凸輪機構凸輪機構兩個齒輪用來保證進、排氣閥與活塞之間形成協(xié)調動作兩個齒輪用來保證進、排氣閥與活塞之間形成協(xié)調動作，稱為：，稱為：齒輪機構齒輪機構各部分各部分協(xié)調動作協(xié)調動作的結果：的結果：化學能化學能 機械能機械能2.焊接機器人焊接機器人2.工件自動裝卸裝置工件自動裝卸裝置 3.機器人去飛邊、毛刺機器人去飛邊、毛刺由上述實例可知，雖然各種機器的構造、用途和性由上述實例可知，雖然各種機器的構造、用途和性能各不相同，但都具有以下幾個共同特征：能各不相同，但都具有以下幾個共同特征：組成：人造的實物組合體；組成：人造的實物組合體；運動確定性：各部分有運動確定性：各部分有確定的相對運動確定的相對運動；功能關系：代替或減輕人類勞動功能關系：代替或減輕人類勞動完成有用功完成有用功或或實現(xiàn)能量的轉換實現(xiàn)能量的轉換 機器的作用 凡同時具備上述凡同時具備上述3個特征的實物組合體就稱為個特征的實物組合體就稱為機器。機器。機器按其用途可分為兩類：凡將其他形式的能量轉換為機械能的機器稱為原動機；凡利用機械能來完成有用功的機器稱為工作機。在日常生活和工程實踐中隨處都可見到各種各樣的機器，例如：在日常生活和工程實踐中隨處都可見到各種各樣的機器，例如：汽車汽車飛機飛機艦船艦船挖掘機挖掘機機床機床(牛頭刨床牛頭刨床)計算機計算機典型機構的分析：典型機構的分析：下面是一些工程實例中常用到的機構：下面是一些工程實例中常用到的機構：機構的共有特征：機構的共有特征：人造的實物組合體；人造的實物組合體；各部分有確定的相對運動；各部分有確定的相對運動；用來傳遞力或實現(xiàn)運動的轉換。用來傳遞力或實現(xiàn)運動的轉換。機構的分類：機構的分類：通用機構通用機構和和專用機構專用機構。通用機構通用機構-用途廣泛，用途廣泛，如齒輪機構如齒輪機構、連桿機構連桿機構等。等。專用機構專用機構-只能用于特定場合，如鐘表的只能用于特定場合，如鐘表的擒縱機構擒縱機構。機器與機構的關系：機器與機構的關系：任意復雜的機器都是由若干組機構按一定規(guī)律組任意復雜的機器都是由若干組機構按一定規(guī)律組合而成的。合而成的。實際機器的種類有成千上萬種，但機構的種類確有限。類似關系：化合物與化學元素 由機器與機構的共有特征可知：由機器與機構的共有特征可知：機機器器與與機機構構在在結結構構和和運運動動方方面面并并無無區(qū)區(qū)別別（僅僅作作用用不不同同），故統(tǒng)稱為，故統(tǒng)稱為機械機械。機械機械機器機器機構機構一般而言，機械是機器和機構的總稱一般而言，機械是機器和機構的總稱機械的組成：機械的組成：原動部分原動部分是工作機動力的來源，最常見的是電動機是工作機動力的來源，最常見的是電動機 和內燃機。和內燃機。工作部分工作部分完成預定的動作，位于傳動路線的終點。完成預定的動作，位于傳動路線的終點。傳動部分傳動部分聯(lián)接原動機和工作部分的中間部分。聯(lián)接原動機和工作部分的中間部分?？刂撇糠挚刂撇糠直ＷC機器的啟動、停止和正常協(xié)調動作。保證機器的啟動、停止和正常協(xié)調動作。原動機原動機 傳動傳動 工作機工作機控制控制 控制器控制器(控制控制)電動機電動機(原動原動)帶帶(傳動傳動)減速器減速器(傳動傳動)波輪波輪(工作工作)分析自動洗衣機的組成：分析自動洗衣機的組成：（1）機構的結構分析 1）研究機構是怎樣組成的，其組成對運動的影響，以及機構具有確定運動的條件。2）研究機構的組成原理及機構的結構分類。3）如何繪制機構運動簡圖的問題。（2）機構的運動分析 介紹對機構進行運動分析（包含位移、速度及加速度分析）的基本原理及方法。（3）機器動力學 分析機器在運轉過程中其各構件的受力情況，以及這些力的作功情況；研究機器在外力作用下的運動。12 機械原理課程研究的內容機械原理課程研究的內容（5）機械傳動系統(tǒng)運動方案的設計 研究在進行具體機械設計時機構的選型、組合、變異及機械傳動系統(tǒng)運動方案的設計等問題。（4）常用機構的分析與設計 研究常用機構（如連桿機構、凸輪機構、齒輪機構等）的類型、工作原理及運動特性分析和機構設計的基本原理及方法。機械原理課程研究的內容機械原理課程研究的內容第一章 緒論第二章 機構的結構分析第三章 平面機構的運動分析第四章 平面機構的力分析第五章 機械的效率和自鎖第六章 機械的平衡第七章 機械的運轉及其速度波動的調節(jié)第八章 平面連桿機構及其設計第九章 凸輪機構及其設計第十章 齒輪機構及其設計第十一章 齒輪系及其設計第十二章 其他常用機構第十三章 工業(yè)機器人機構及其設計目錄第十四章 機械系統(tǒng)運動方案設計 機械原理機械原理基礎課基礎課技術基礎課技術基礎課專業(yè)課專業(yè)課機械原理課程的地位：機械原理課程的地位：13 機械原理課程的地位及學習本課程的目的機械原理課程的地位及學習本課程的目的 機械原理課程是研究機械基礎理論的一門科學，是機械類各專業(yè)的一門主干技術基礎課程，在創(chuàng)新設計機械所需的知識結構中也占有核心地位。本課程的任務是使學生掌握機構學和機器動力學的基本理論、基本知識和基本技能，學會各種常用基本機構的分析和綜合方法，并具有按照機械的使用要求進行機械傳動系統(tǒng)方案設計的初步能力。在培養(yǎng)高級機械工程技術人才的全局中，本課程不僅為學生學習相關技術基礎和專業(yè)課程起到承前起后的作用，而且為今后從事機械設計和研究工作起到增強適應能力和開發(fā)創(chuàng)新能力的作用。本課程要用到物理、數(shù)學、力學、機械制圖和工程材料及機械制造基礎等先修課程的知識，尤其是理論力學的知識。所以本課程的學習不同于理論課程的學習，也不同于專業(yè)課，而具有一定的理論系統(tǒng)性及邏輯性和較強的工程實踐性的特點。因此，在學習本課程時應注意掌握基本的概念、原理及機構的分析與綜合的方法。學習機械原理課程的主要目的：學習機械原理課程的主要目的：一、認識機械一、認識機械,了解機械了解機械 本課程對機械的組成原理、工作原理、運動分析以及設計本課程對機械的組成原理、工作原理、運動分析以及設計理論與方法都作了基本介紹，這對于在以后實習、專業(yè)課學理論與方法都作了基本介紹，這對于在以后實習、專業(yè)課學習以及工作中認識機械、了解機械和進一步學習與掌握機械習以及工作中認識機械、了解機械和進一步學習與掌握機械都大有好處。例如：蒸汽機車的驅動機構實質上就是平行曲都大有好處。例如：蒸汽機車的驅動機構實質上就是平行曲柄機構與曲柄滑塊機構的應用。柄機構與曲柄滑塊機構的應用。學習機械原理課程的主要目的：學習機械原理課程的主要目的：一、認識機械一、認識機械,了解機械了解機械二、掌握方法二、掌握方法,分析機構分析機構 各種機械的形態(tài)和用途各不相同，但它們都有一個共同各種機械的形態(tài)和用途各不相同，但它們都有一個共同的特點：作機械運動。因而，運動幾何學中的相對運動、相的特點：作機械運動。因而，運動幾何學中的相對運動、相互包絡等基本概念和方法，在各種機構的分析和設計中都得互包絡等基本概念和方法，在各種機構的分析和設計中都得到廣泛應用。例如，用齒條刀具加工齒輪時，齒輪的齒形就到廣泛應用。例如，用齒條刀具加工齒輪時，齒輪的齒形就是由刀具與輪坯間相互包絡形成的。是由刀具與輪坯間相互包絡形成的。齒齒輪輪范范成成法法加加工工原原理理學習機械原理課程的主要目的：學習機械原理課程的主要目的：一、認識機械一、認識機械,了解機械了解機械二、掌握方法二、掌握方法,分析機構分析機構三、開闊思路三、開闊思路,設計與創(chuàng)新機械設計與創(chuàng)新機械本課程講授的機構分析與設計的基本理論與方法，不僅用于本課程講授的機構分析與設計的基本理論與方法，不僅用于課程所學的機構設計，還為以后的機械設計打下基礎。課程的課程所學的機構設計，還為以后的機械設計打下基礎。課程的目的是提供基本方法，開闊思路，便于學習者運用它。根據(jù)實目的是提供基本方法，開闊思路，便于學習者運用它。根據(jù)實際要求分析比較各種機構的優(yōu)缺點，合理地選擇機構，構思并際要求分析比較各種機構的優(yōu)缺點，合理地選擇機構，構思并設計基本機構和機械系統(tǒng)。例如，以下幾種機構可以實現(xiàn)直線設計基本機構和機械系統(tǒng)。例如，以下幾種機構可以實現(xiàn)直線運動，什么情況下用哪種機構更好些，這要由設計者進行創(chuàng)造運動，什么情況下用哪種機構更好些，這要由設計者進行創(chuàng)造性運用。性運用。學習機械原理課程的主要目的：學習機械原理課程的主要目的：一、認識機械一、認識機械,了解機械了解機械二、掌握方法二、掌握方法,分析機構分析機構三、開闊思路三、開闊思路,設計與創(chuàng)新機械設計與創(chuàng)新機械四、更新觀念四、更新觀念,發(fā)展機械學發(fā)展機械學 當今機械學學科的發(fā)展已離不開計算機的計算技術，在學當今機械學學科的發(fā)展已離不開計算機的計算技術，在學習過程中，要充分利用計算機快速計算、存貯和比較的功能去習過程中，要充分利用計算機快速計算、存貯和比較的功能去解決較為復雜的機構設計問題，要把對機械的研究與其他學科解決較為復雜的機構設計問題，要把對機械的研究與其他學科的技術（電、液、氣、計算機、控制等）充分地結合起來，去的技術（電、液、氣、計算機、控制等）充分地結合起來，去推動機械學科的發(fā)展。例如利用六自由度空間平臺機構可以實推動機械學科的發(fā)展。例如利用六自由度空間平臺機構可以實現(xiàn)任意位置和姿態(tài)的特點，把它開發(fā)成一種新型的數(shù)控機床現(xiàn)任意位置和姿態(tài)的特點，把它開發(fā)成一種新型的數(shù)控機床-并聯(lián)機床，用以加工空間復雜曲面，推動了機械學學科和工業(yè)并聯(lián)機床，用以加工空間復雜曲面，推動了機械學學科和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。生產(chǎn)的發(fā)展。本課程的目的和任務是使學生通過本課程本課程的目的和任務是使學生通過本課程的學習，掌握機構學和機器動力學的基本的學習，掌握機構學和機器動力學的基本理論、基本知識和基本技能，并初步具有理論、基本知識和基本技能，并初步具有擬定機械運動方案、分析和設計機構的能擬定機械運動方案、分析和設計機構的能力。力。學習方法：學習方法：1.1.學習知識的同時，注重能力的培養(yǎng)；學習知識的同時，注重能力的培養(yǎng)；2.重視邏輯思維的同時，加強形象思維能力的培養(yǎng)；重視邏輯思維的同時，加強形象思維能力的培養(yǎng)；14 機械原理課程的學習方法機械原理課程的學習方法 實際工程問題都是涉及多方面的因素的問題，其求解可采用多種方法，其解一般也不是唯一的。這就要求設計者具有分析、判斷、決策的能力，要養(yǎng)成綜合分析、全面考慮問題的習慣和科學嚴謹、一絲不茍的工作作風。14 機械原理課程的學習方法機械原理課程的學習方法3.注意將所學知識用于實際，做到舉一反三。注意將所學知識用于實際，做到舉一反三。本課程并不是研究某種具體的機械，而是著重研究一般機械的共性問題，即機構的結構分析和綜合的基本理論和基本的方法。這些基本理論和方法是緊密為工程服務的。因此，在本課程的學習過程中，一方面要注意這些理論和方法在理論上建立和推演的嚴密性和邏輯性，另一方面更要注意這些理論和方法如何在工程實際中的應用。此外還應隨時留意日常生活和生產(chǎn)中遇到的各種機械，以豐富自己的感性認識；并用所學到的理論和方法認識分析這些機械，以加深理解，使理論和實踐相互促進。認真對待教學的每一個環(huán)節(jié)認真對待教學的每一個環(huán)節(jié) 本課程全部教學工作的完成，需要自學、聽課、習題課、實驗課、課后作業(yè)、答疑和考試，以及課程設計等教學環(huán)節(jié)。要學好這門課，必須對每個教學環(huán)節(jié)予以充分重視。現(xiàn)代機械發(fā)展的方向及要求現(xiàn)代機械發(fā)展的方向及要求現(xiàn)代機械工業(yè)日益向高速、重載、高精度、高現(xiàn)代機械工業(yè)日益向高速、重載、高精度、高效率、低噪聲等方向發(fā)展。對機械提出的要求效率、低噪聲等方向發(fā)展。對機械提出的要求也越來越苛刻。如有的需用于也越來越苛刻。如有的需用于宇宙探測宇宙探測,有的要有的要在在深海作業(yè)深海作業(yè)；有的小到能；有的小到能沿人體血管爬行沿人體血管爬行,有的有的又是又是龐然大物龐然大物；有的；有的速度數(shù)倍于聲速速度數(shù)倍于聲速,有的又要有的又要作作亞微米級甚至納米級的微位移亞微米級甚至納米級的微位移,如此等等。如此等等。15 機械原理學科發(fā)展現(xiàn)狀簡介機械原理學科發(fā)展現(xiàn)狀簡介 宇宙探測太空機器人太空機器人:在人在人類類建造大型的宇建造大型的宇宙空宙空間間站的工作中站的工作中,機器人是不可缺機器人是不可缺少的。它少的。它們們由航天由航天飛飛機送往與太空機送往與太空站相同的站相同的軌軌道上，宇航道上，宇航員員可以在太可以在太空站工作臺上操空站工作臺上操縱這縱這些太空機器人。些太空機器人?？茖W家把機器人送往太空科學家把機器人送往太空,讓讓它它們們清清掃掃太空垃圾太空垃圾,建造太空站以及修理人建造太空站以及修理人造造衛(wèi)衛(wèi)星。星。日本研制的修理人造日本研制的修理人造衛(wèi)衛(wèi)星星的高性能太空機器人，它適于在失的高性能太空機器人，它適于在失重的條件下工作。重的條件下工作。星球探索機器人星球探索機器人:美國研制的新型美國研制的新型星球探索機器人星球探索機器人“亥伯亥伯龍龍”號，號，這這種種機器人最特機器人最特別別的功能，就是可以在的功能，就是可以在發(fā)發(fā)生故障和陷入困境的生故障和陷入困境的時時候，智能候，智能化地自化地自動動追蹤太陽從而追蹤太陽從而繼續(xù)獲繼續(xù)獲得能得能量。量。深海作業(yè)同太空探索同太空探索類類似，神秘的海底世界一直是人似，神秘的海底世界一直是人類類探索的目探索的目標標。海洋探索要求。海洋探索要求在在6000米以下的大洋底部作米以下的大洋底部作業(yè)業(yè)，但面，但面臨臨著巨大的困著巨大的困難難：每下潛：每下潛100米就增加米就增加10個大氣個大氣壓壓，且海底能，且海底能見見度極低，度極低，環(huán)環(huán)境非常境非常惡惡劣，人體和普通劣，人體和普通設備設備都很都很難難在在這這種條件下完成沉船打種條件下完成沉船打撈撈、光、光纜鋪設纜鋪設、資資源勘探等工作。于是，科學家把海源勘探等工作。于是，科學家把海洋探索的重任托付在水下機器人身上。洋探索的重任托付在水下機器人身上。如如圖圖所示所示為為美國研制的水下機美國研制的水下機器人器人自自動動深海潛水器。它能深海潛水器。它能在在6000米水下潛出、潛入并自行米水下潛出、潛入并自行決定目的地與決定目的地與測測量量時間時間和收集數(shù)和收集數(shù)據(jù)、據(jù)、樣樣本并本并進進行拍照。行拍照。沿人體血管爬行的機器人礦山機械磁懸浮列車亞微米級甚至納米級的微位移電機機械原理學科的發(fā)展的現(xiàn)狀機械原理學科的發(fā)展的現(xiàn)狀在新機構研發(fā)方面：在新機構研發(fā)方面：為適應生產(chǎn)發(fā)展的需要為適應生產(chǎn)發(fā)展的需要,當前當前在在自控機構自控機構、機器人機構、機器人機構、仿生機構仿生機構、柔性機構柔性機構和和機、電、光、聲、液、氣、熱的綜合機構等的研制機、電、光、聲、液、氣、熱的綜合機構等的研制上有很大進展。上有很大進展。在連桿機構方面：在連桿機構方面：重視了對空間連桿機構、多桿多重視了對空間連桿機構、多桿多自由度空間機構、特殊串聯(lián)及多環(huán)并聯(lián)機構、連桿自由度空間機構、特殊串聯(lián)及多環(huán)并聯(lián)機構、連桿機構的彈性動力學和連桿機構的動力平衡的研究。機構的彈性動力學和連桿機構的動力平衡的研究。在齒輪機構方面：在齒輪機構方面：發(fā)展了齒輪嚙合原理發(fā)展了齒輪嚙合原理,提出了許提出了許多性能優(yōu)異的新型齒廓曲線和新型傳動多性能優(yōu)異的新型齒廓曲線和新型傳動,加速了對加速了對高速齒輪、精密齒輪、微形齒輪的研制。高速齒輪、精密齒輪、微形齒輪的研制。機械原理學科的發(fā)展的現(xiàn)狀機械原理學科的發(fā)展的現(xiàn)狀在新機構研發(fā)方面：在新機構研發(fā)方面：為適應生產(chǎn)發(fā)展的需要為適應生產(chǎn)發(fā)展的需要,當前在當前在自自控機構控機構、機器人機構、機器人機構、仿生機構仿生機構、柔性機構柔性機構和機、電、和機、電、光、聲、液、氣、熱的綜合機構等的研制上有很大進光、聲、液、氣、熱的綜合機構等的研制上有很大進展。展。在凸輪機構方面：在凸輪機構方面：十分重視對高速凸輪機構的研究。十分重視對高速凸輪機構的研究。為了獲得動力性能好的凸輪機構為了獲得動力性能好的凸輪機構,在凸輪機構推桿運動在凸輪機構推桿運動規(guī)律的開發(fā)、選擇和組合上作了很多工作。規(guī)律的開發(fā)、選擇和組合上作了很多工作。在組合機構方面：在組合機構方面：為了適應現(xiàn)代機械高速度、快節(jié)拍、為了適應現(xiàn)代機械高速度、快節(jié)拍、優(yōu)性能的需要優(yōu)性能的需要,還發(fā)展了高速高定位精度的分度機構還發(fā)展了高速高定位精度的分度機構,具有優(yōu)良綜合性能的組合機構具有優(yōu)良綜合性能的組合機構,以及各種機構的變異和以及各種機構的變異和組合等等。組合等等。在機械的分析與綜合方面：在機械的分析與綜合方面：廣泛地應用了計算機廣泛地應用了計算機,發(fā)展發(fā)展并推廣了計算機輔助設計、優(yōu)化設計、考慮誤差的概并推廣了計算機輔助設計、優(yōu)化設計、考慮誤差的概率設計。率設計?？偪傊?作作為為機機械械原原理理學學科科,其其研研究究領領域域十十分分廣廣闊闊,內內涵涵非非常常豐豐富富。在在機機械械原原理理的的各各個個領領域域,每每年年都都有有大大量量的的內內容容新新穎穎的的文文獻獻資資料料涌涌現(xiàn)現(xiàn)。但但是是,作作為為一一門門技技術術基基礎礎課課程程,根根據(jù)據(jù)教教學學要要求求,我我們們將將只只研研究究有有關關機機械械的的一一些些最最基基本本的的原原理理及及最最常常用用的的機機構構分分析析和和綜綜合合的的方方法法。這這些些內內容容也也都都是是進進一一步步研研究究機機械械原原理理課題所必須的知識基礎。課題所必須的知識基礎。