機械基礎緒論.

1、中南大學專用 作者： 潘存云教授 機械基礎機械基礎制作單位：鄭州華信學院制作單位：鄭州華信學院-機電工機電工 程學院程學院 制制 作作 人：張占領人：張占領電電 話：話南大學專用 作者： 潘存云教授 人類從使用簡單工具到今天能夠設計復人類從使用簡單工具到今天能夠設計復雜的現(xiàn)代機械，經(jīng)歷了漫長的過程。隨著生雜的現(xiàn)代機械，經(jīng)歷了漫長的過程。隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，品種繁多的機械進入了社會產(chǎn)的不斷發(fā)展，品種繁多的機械進入了社會的各個領域，承擔著大量人力所不能或不便的各個領域，承擔著大量人力所不能或不便進行的工作，大大改善了勞動條件，提高了進行的工作，大大改善了勞動條件，提高了生

2、產(chǎn)率。生產(chǎn)率。引引 言言中南大學專用 作者： 潘存云教授 新中國成立后，我國科學技術有了巨大的發(fā)展，萬噸水壓機、萬噸遠洋貨輪的制造；人造衛(wèi)星的太空遨游以及大型精密的高新技術設備的生產(chǎn)等等，都標志著我國的機械工業(yè)正在朝著世界先進水平邁進，有的已處于領先地位。11 本課程研究的對象和內(nèi)容本課程研究的對象和內(nèi)容12 本課程在教學中的地位本課程在教學中的地位13 課程的性質(zhì)和學習方法課程的性質(zhì)和學習方法14 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)狀簡介第一章第一章 緒緒 論論顧名思義，本課程研究對象為：顧名思義，本課程研究對象為：機械機械機械機械機器機器斜面斜面任何機械都經(jīng)歷了：任何機械都經(jīng)歷了：

3、簡單簡單復雜的發(fā)展過程。復雜的發(fā)展過程。機械機械人造的用來減輕或替代人類勞動的多件實物的人造的用來減輕或替代人類勞動的多件實物的組合體。組合體。 機構機構 （包括：龍門吊、鶴式吊、汽車吊、（包括：龍門吊、鶴式吊、汽車吊、卷揚機、叉車、電梯電腦控制）。卷揚機、叉車、電梯電腦控制）。杠桿杠桿 起重轱轆起重轱轆滑輪組滑輪組 手動手動(電動)葫蘆葫蘆現(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：11 本課程研究的對象和內(nèi)容本課程研究的對象和內(nèi)容原理原理機械的組成原理、工作原理、分析和設計原理機械的組成原理、工作原理、分析和設計原理(方法方法)等。等。中南大學專用 作者： 潘存云教授 中南大學

4、專用 作者： 潘存云教授 中南大學專用 作者： 潘存云教授 中南大學專用 作者： 潘存云教授 中南大學專用 作者： 潘存云教授 機器機器根據(jù)某種具體使用要求而設計的多件實物的組合根據(jù)某種具體使用要求而設計的多件實物的組合 體。體。機構機構能夠用來傳遞運動和力或改變運動形式的多件能夠用來傳遞運動和力或改變運動形式的多件 實物的組合體。如：實物的組合體。如：連桿機構連桿機構、凸輪機構凸輪機構、 齒輪機構齒輪機構等。等。種類有限如如: : 縫紉機、洗衣機、各類機床、運輸車輛、農(nóng)用縫紉機、洗衣機、各類機床、運輸車輛、農(nóng)用機器、起重機機器、起重機等。等。 機器的種類繁多，結構、性能和用途等各不相同，但機

5、器的種類繁多，結構、性能和用途等各不相同，但具有具有相同的基本特征。相同的基本特征。潘存云教授研制典型機器的分析：典型機器的分析：1.內(nèi)燃機內(nèi)燃機內(nèi)燃機內(nèi)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.活塞下行，進氣閥開啟，混合氣體活塞下行，進氣閥開啟，混合氣體 進入汽缸；進入汽缸；2.活塞上行，氣閥關閉，混合氣體被壓縮，活塞上行，氣閥關閉，混合氣體被壓縮， 在頂部點在頂部點 火燃燒；火燃燒；3.高壓燃燒氣體推動活塞下行，兩氣閥關閉；高壓燃燒氣體推動活塞下行

6、，兩氣閥關閉；4.活塞上行，排氣閥開啟，廢氣體被排出汽缸?；钊闲校艢忾y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)的旋轉運動潘存云教授研制設計：潘存云進氣進氣壓縮壓縮爆炸爆炸排氣排氣內(nèi)燃機的工作過程：內(nèi)燃機的工作過程：活塞的往復運動通過連桿轉變?yōu)榍钊耐鶑瓦\動通過連桿轉變?yōu)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(nèi)燃機各部分的作用：內(nèi)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(diào)動兩個齒輪用來保證進、排氣閥與活塞之間形成協(xié)調(diào)動

7、作，稱為：作，稱為：齒輪機構齒輪機構各部分各部分協(xié)調(diào)動作協(xié)調(diào)動作的結果：的結果： 化學能化學能 機械能機械能潘存云教授研制電動機電動機2.工件自動載送裝置工件自動載送裝置含帶傳動機構、蝸桿含帶傳動機構、蝸桿傳動、凸輪機構、連傳動、凸輪機構、連桿機構等。桿機構等。動爪動爪定爪定爪裝配夾具裝配夾具工件載送器工件載送器滑桿滑桿檔塊檔塊凸輪機構凸輪機構蝸桿傳動蝸桿傳動帶傳動帶傳動連桿機構連桿機構工件工件滑桿左移時，夾持器滑桿左移時，夾持器將工件夾住。將工件夾住。滑桿帶著工件右移時，滑桿帶著工件右移時，夾持器動爪受擋塊的夾持器動爪受擋塊的壓迫將工件松開，工壓迫將工件松開，工件落入載送器被傳送件落入載送器

8、被傳送到下一道工序。到下一道工序。強調(diào)代替人類完成有用工作機器的共有特征：機器的共有特征： 人造的實物組合體；人造的實物組合體；各部分有各部分有確定的相對運動確定的相對運動；代替或減輕人類勞動代替或減輕人類勞動完成有用功完成有用功或或?qū)崿F(xiàn)能量實現(xiàn)能量 的轉換的轉換 機器的作用 機器的分類：機器的分類： 原動機原動機實現(xiàn)能量轉換（如內(nèi)燃機、蒸汽機、電動機實現(xiàn)能量轉換（如內(nèi)燃機、蒸汽機、電動機）種類有限工作機工作機完成有用功（如機床等）完成有用功（如機床等） 種類繁多工作機的組成：工作機的組成：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(nèi)燃機。和內(nèi)

9、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。 控制部分控制部分保證機器的啟動、停止和正常協(xié)調(diào)動作。保證機器的啟動、停止和正常協(xié)調(diào)動作。 其關系如下機械機械機器機器機構機構原動機原動機 傳動傳動 工作工作 控制控制 原動機原動機工作機工作機潘存云教授研制控制器控制器(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：潘存云教授研制同理，通過對典型機構進行分析可知： 機構的共有特

10、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?qū)崿F(xiàn)運動的轉換。用來傳遞力或?qū)崿F(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，如用途廣泛，如齒輪機構齒輪機構、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。機械機械機器機器機構機構原動機原動機工作機工作機通用機構通用機構專用機構專用機構本課程研究重點：本課程研究重點：通用機構通用機構機器與機構的關系：機器與機構的關系：由兩個實例推廣到一般任意復雜的機器都是

11、由若干組機構按一定規(guī)律組合而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。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：機器與機構在結構和運動方面并無區(qū)別（僅作用不機器與機構在結構和運動方面并無區(qū)別（僅作用不同）同） ，故統(tǒng)稱為，故統(tǒng)稱為機械機械。人造的組合體、有確定的相對運動中南大學專用 作者： 潘存云教授 只能實現(xiàn)運動和力的傳遞與變換的裝置稱為只能實現(xiàn)運動和力的傳遞與變換的裝置稱為機構。機構。一部機器可能包含多種類型的機構，也可能只一部機器可能包含多種類型的機構，也可能只包含一種機構。包含一種

12、機構。帶傳動機構帶傳動機構鏈傳動機構鏈傳動機構凸輪機構凸輪機構齒輪機構齒輪機構連桿機構連桿機構中南大學專用 作者： 潘存云教授 3 3、機器和機構的區(qū)別：、機器和機構的區(qū)別： 機器能作有用功，而機構不能。 機構不具備機器的第三個特征（代替或減輕人類的勞動）機構僅能實現(xiàn)預期的機械運動。 機器是由幾個機構組成的系統(tǒng)，最簡單的機器只有一個機構。中南大學專用 作者： 潘存云教授 從運動的觀點，構件為機械的最小運動單元體連桿連桿組成機器的各個相對運動的單元稱為 構件，構件是運動的基本單元。中南大學專用 作者： 潘存云教授 構件由零件組成；從機器制造的角度，它是一部構件由零件組成；從機器制造的角度，它是一

13、部機器的最小制造單元；拆卸后不可再拆的最小單元。機器的最小制造單元；拆卸后不可再拆的最小單元。中南大學專用 作者： 潘存云教授 為完成為完成同一使命同一使命而協(xié)同工作的許多而協(xié)同工作的許多零件的組合零件的組合。如：滾動軸承、聯(lián)軸器等。如：滾動軸承、聯(lián)軸器等。中南大學專用 作者： 潘存云教授 按機械設計時的要求，將零件和部件連接成機械產(chǎn)品的過程。中南大學專用 作者： 潘存云教授 專用零部件專用零部件：只在一定類型機器中使用的零件，如曲軸。：只在一定類型機器中使用的零件，如曲軸。通用零部件通用零部件：各種機器中普遍使用的零部件，如齒輪、螺栓。：各種機器中普遍使用的零部件，如齒輪、螺栓。標準件：制定

14、了國家標準，并由專門工廠生產(chǎn)的零部件。標準件：制定了國家標準，并由專門工廠生產(chǎn)的零部件。 如：滾動軸承、螺栓等。如：滾動軸承、螺栓等。中南大學專用 作者： 潘存云教授 機器的組成：機器的組成： 機器種類繁多，形狀各異，但就其功能而言，機器是機器種類繁多，形狀各異，但就其功能而言，機器是由五個部分組成。由五個部分組成。中南大學專用 作者： 潘存云教授 轎車組成：轎車組成：12 本課程的研究內(nèi)容本課程的研究內(nèi)容1. 機構結構分析機構結構分析 基本知識基本知識研究機構運動的可能性研究機構運動的可能性; 能否運動機構運動的確定性；機構運動的確定性；下一個位置和運動方向是否唯一 機構的組成原理和結構分類

15、。機構的組成原理和結構分類。 2. 機構的運動學機構的運動學 機構上某些特殊點的位置、速度、加速度的求法機構上某些特殊點的位置、速度、加速度的求法 和機構的運動規(guī)律；和機構的運動規(guī)律；機構運動簡圖的繪制方法；機構運動簡圖的繪制方法；用簡單圖形表示復雜機構設計新機構的方法。設計新機構的方法。按一定幾何條件和運動條件 3. 機器動力學機器動力學分析機構的受力情況及力做功的情況；分析機構的受力情況及力做功的情況；分析機器在已知外力作用下的運動；分析機器在已知外力作用下的運動；機器的調(diào)速和平衡方法。機器的調(diào)速和平衡方法。不考慮引起機構運動的力的作用，僅從幾何的觀點來研究按解決問題的性質(zhì)，研究內(nèi)容又可分

16、為兩大類：按解決問題的性質(zhì)，研究內(nèi)容又可分為兩大類： 機構分析機構分析對已有機構的研究。包括結構、運動對已有機構的研究。包括結構、運動 和力分析。和力分析。 機構綜合機構綜合設計新的機構。包括型綜合、尺度綜設計新的機構。包括型綜合、尺度綜 合、運動和動力綜合。合、運動和動力綜合。稱綜合而非設計的理由：稱綜合而非設計的理由： 僅限于根據(jù)運動和動力要求，確定機構各部分與僅限于根據(jù)運動和動力要求，確定機構各部分與運運 動相關的尺寸；動相關的尺寸；本課程要解決的問題本課程要解決的問題 屬于機械設計課程的范疇屬于機械設計課程的范疇 機械設計機械設計方案設計方案設計 結構設計結構設計 在解決機構的設計問題

17、時，不涉及各個具體零件的強度計算，具體形狀和結構、不涉及各個具體零件的強度計算，具體形狀和結構、 材料選擇等因素；材料選擇等因素；設計結果是機構運動簡圖，而非工程化的設計圖。設計結果是機構運動簡圖，而非工程化的設計圖。 課程性質(zhì)：課程性質(zhì)： 技術基礎課技術基礎課 作用作用： 承前啟后承前啟后 先修課程：先修課程：高等數(shù)學、普通物理、工程制圖、理論力學高等數(shù)學、普通物理、工程制圖、理論力學同時，通過本課程的學習，可為今后學習諸如同時，通過本課程的學習，可為今后學習諸如機械機械設計、機床夾具設計、機床、機械制造工藝學設計、機床夾具設計、機床、機械制造工藝學等專等專業(yè)課程打下基礎，業(yè)課程打下基礎，

18、作為一名工程技術人員，同學們在今后的工作崗位上將會接觸各種各樣的通用或?qū)Ｓ脵C械，因此必須掌握機械方面的基礎知識。13 課程的性質(zhì)和學習方法課程的性質(zhì)和學習方法課程的特點：課程的特點：1）實踐性強）實踐性強2）綜合性強）綜合性強本課程是一門技術基礎課，其研究對象是在生產(chǎn)實際中廣泛應用的機械，所要解決的問題大多數(shù)是工程中的實際問題（與理論力學的不同點），因此要求學生加強基本技能的訓練，如簡圖測繪、齒輪參數(shù)測量等。要培養(yǎng)工程素養(yǎng)，作圖應嚴格按要求進行。要重視實驗課。 3）獨立性強）獨立性強本課程學習要綜合運用已學過的知識，約有1/3的內(nèi)容與理論力學有關。有些內(nèi)容可以說是理論力學的延續(xù)與擴展（用理論力

19、學的原理分析具體的機械）。因此，一定要復習號理論力學中的有關內(nèi)容，如運動學、摩擦學等。各章內(nèi)容彼此獨立，前后聯(lián)系不甚密切。因此，要經(jīng)常復習前面已學過的內(nèi)容，以免出現(xiàn)猴子扮苞米的現(xiàn)象。4) 四多：四多：內(nèi)容多、概念多、符號多、公式多。內(nèi)容多、概念多、符號多、公式多。 不要求死記硬背，關鍵在于理解，重點在于應用。會用自然能記住。如何學習本課程？如何學習本課程？ 著重搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握機構著重搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握機構 分析與綜合的基本方法。分析與綜合的基本方法。 注意把一般原理和方法與具體運用密切聯(lián)系起來。注意把一般原理和方法與具體運用密切聯(lián)系起來。 并用所學知識觀察日

20、常生活與生產(chǎn)遇到的各種機械。并用所學知識觀察日常生活與生產(chǎn)遇到的各種機械。本課程研究機械的途徑：本課程研究機械的途徑： 研究機械所具有的一般共性問題。如機構的組成研究機械所具有的一般共性問題。如機構的組成原理、機構運動學、機器動力學。原理、機構運動學、機器動力學。 研究各種常用機構的運動和動力性能，以及它們研究各種常用機構的運動和動力性能，以及它們的設計的設計 方法。方法。注意培養(yǎng)運用所學基本理論與方法去分析和解決注意培養(yǎng)運用所學基本理論與方法去分析和解決工工 程實際問題的能力程實際問題的能力。注意培養(yǎng)綜合分析、全面考慮問題的能力。解決同注意培養(yǎng)綜合分析、全面考慮問題的能力。解決同 一實際問題

21、，往往有多種方法和結果，要通過分析、一實際問題，往往有多種方法和結果，要通過分析、 對比、判斷和決策，做到優(yōu)中選優(yōu)。對比、判斷和決策，做到優(yōu)中選優(yōu)。注意培養(yǎng)科學嚴謹、一絲不茍的工作作風。在今后注意培養(yǎng)科學嚴謹、一絲不茍的工作作風。在今后 的工作中要與各種武器裝備打交道，稍有不慎，即的工作中要與各種武器裝備打交道，稍有不慎，即 可能造成損失?？赡茉斐蓳p失。 當今世界正經(jīng)歷著一場新的技術革命。新概念、新理論、新方法、新工藝不斷涌現(xiàn)。同樣，機械學科也發(fā)展迅猛，發(fā)展方向：發(fā)展方向：高速、重載、高精度、高效率、低噪聲高速、重載、高精度、高效率、低噪聲 5倍音速的飛機、幾十萬噸的輪船、米級打擊精度、細胞克

22、隆操作、磁懸浮列車、低噪聲潛艇14 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)狀簡介應用領域擴大：應用領域擴大：上天、入地、下海、甚至鉆入人體內(nèi)。上天、入地、下海、甚至鉆入人體內(nèi)。 太空探險、水平鉆探、深海采礦、打撈作業(yè)、血管清理本學科的研究課題與日俱增本學科的研究課題與日俱增:與其它學科的交叉滲透作用增強：與其它學科的交叉滲透作用增強：與電子工程、計算與電子工程、計算機科學、控制工程、材料科學、生物醫(yī)學相互滲透，機科學、控制工程、材料科學、生物醫(yī)學相互滲透，誕生了若干新學科。如機械電子學、仿生機械學、機誕生了若干新學科。如機械電子學、仿生機械學、機器人機械學、機械器人機械學、機械CAD。新機

23、構不斷涌現(xiàn)新機構不斷涌現(xiàn)-如自控機構、機器人機構、仿生如自控機構、機器人機構、仿生機構、柔性及彈性機構、機電氣液綜合機構等。機構、柔性及彈性機構、機電氣液綜合機構等。注重機械的動力性能注重機械的動力性能-在機械分析與綜合時，由只在機械分析與綜合時，由只考慮運動性能過渡到同時考慮其動力性能?？紤]運動性能過渡到同時考慮其動力性能。考慮到機械的動態(tài)特性考慮到機械的動態(tài)特性: 機械在運動過程中，構件的振動和彈性變形、機械在運動過程中，構件的振動和彈性變形、運動副的間隙和構件運動副的間隙和構件 尺度誤差，對運動及動力性能尺度誤差，對運動及動力性能的影響。的影響。連桿機構連桿機構: 重視了空間連桿機構、多桿多自由度機構、連桿重視了空間連桿機構、多桿多自由度機構、連桿機構彈性動力學和動力平衡研究。機構彈性動力學和動力平衡研究。齒輪機構齒輪機構: 發(fā)展了齒輪嚙合原理、提出了許多性能優(yōu)異的新發(fā)展了齒輪嚙合原理、提出了許多性能優(yōu)異的新型齒廓曲線和新型傳動、加速了對高速齒輪、精密齒型齒廓曲線和新型