機(jī)械的基本原理和機(jī)械設(shè)計(jì)

1、 機(jī)械的基本原理和機(jī)械設(shè)計(jì) 課程內(nèi)容 導(dǎo)論 （第1篇 ） 機(jī)械原理部分 （第2篇第4篇 ） 機(jī)械設(shè)計(jì)部分 （第5篇第6篇 ） 課程設(shè)計(jì)部分 （第7篇 ）第一篇 導(dǎo) 論第一章 機(jī)械的組成、分類與發(fā)展第二章 機(jī)械的設(shè)計(jì)與相關(guān)課程簡(jiǎn)介整個(gè)課程的總緒論第一章機(jī)械的組成、分類與發(fā)展 內(nèi)容提要 認(rèn)識(shí)機(jī)器 機(jī)器的分類和組成 機(jī)械發(fā)展歷程概述 第一節(jié) 認(rèn)識(shí)機(jī)器 通過(guò)上周的實(shí)踐，我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)了幾種典型的機(jī)器：內(nèi)燃機(jī) 牛頭刨床 汽 車電池自動(dòng)分揀機(jī) 通用工業(yè)機(jī)器人第二節(jié) 機(jī)器的分類和組成 機(jī)器和它的分類機(jī)器的組成機(jī)器中的幾個(gè)基本概念返回什么是機(jī)器呢？機(jī)器和它的分類 機(jī)器： 是人為實(shí)物的組合體， 具有確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)

2、， 可以用來(lái)轉(zhuǎn)換能量、 完成有用功 或處理信息， 以代替或減輕人的勞動(dòng)。根據(jù)用途的不同，機(jī)器可分為動(dòng)力機(jī)器加工機(jī)器運(yùn)輸機(jī)器信息機(jī)器動(dòng)力機(jī)器其用途是轉(zhuǎn)換機(jī)械能。其他形式的能量機(jī)械能原動(dòng)機(jī)如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)換能機(jī)機(jī)械能其他形式的能量返回如空氣壓縮機(jī)加工機(jī)器尺寸形狀性質(zhì)狀態(tài)用來(lái)改變被加工對(duì)象的如:加工機(jī)床軋鋼機(jī)紡織機(jī)包裝機(jī)等。返回運(yùn)輸機(jī)器用來(lái)搬運(yùn)物品和人。如汽車、飛機(jī)、起重機(jī)、運(yùn)輸機(jī)。返回信息機(jī)器其功能是處理信息。例如復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、繪圖機(jī)等。信息機(jī)器雖然也作機(jī)械運(yùn)動(dòng)，但其目的是處理信息，而不是完成有用的機(jī)械功，因而其所需的功率甚小。動(dòng)力機(jī)器加工機(jī)器運(yùn)輸機(jī)器信息機(jī)器轉(zhuǎn)換機(jī)械能完成機(jī)械功作功很小

3、現(xiàn)代機(jī)器的出現(xiàn)使機(jī)器按功能的分類變得模糊：機(jī)器人：進(jìn)行焊接和裝配，是加工機(jī)器；用來(lái)搬運(yùn)物品，也是運(yùn)輸機(jī)械；而且是按照一定的信息來(lái)搬運(yùn)；也是信息機(jī)械。電池分揀機(jī)：實(shí)現(xiàn)了電池的搬運(yùn)，但它是根據(jù)電池的質(zhì)量信息來(lái)進(jìn)行分揀后的搬運(yùn)。返回 機(jī)構(gòu) 在認(rèn)知機(jī)器的實(shí)踐中，我們已經(jīng)初步認(rèn)識(shí)了幾種機(jī)構(gòu)： 機(jī)器中的幾個(gè)基本概念什么是機(jī)構(gòu)呢？ 連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、 棘輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)連桿機(jī)構(gòu)活塞的往復(fù)移動(dòng)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)牛頭刨床圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)滑枕的往復(fù)移動(dòng)連桿機(jī)構(gòu) 內(nèi)燃機(jī)何牛頭刨床中的連桿機(jī)構(gòu)的共同點(diǎn)： 構(gòu)件間都形成可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或相對(duì)移動(dòng)的活動(dòng)連接。 都是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式的變換。 它們都屬于連桿機(jī)構(gòu)。 凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)

4、構(gòu)和棘輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換與連桿機(jī)構(gòu)不同，構(gòu)件之間的連接形式也不同，構(gòu)件的形狀也不同。因此，可給出機(jī)構(gòu)的如下定義：機(jī)構(gòu)：人為實(shí)物的組合體，具有確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，可以用來(lái)傳遞和轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)。機(jī)器：人為實(shí)物的組合體，具有確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，可以用來(lái)轉(zhuǎn)換能量、 完成有用功 或處理信息，以代替或減輕人的勞動(dòng)。機(jī)器是由機(jī)構(gòu)組成的。簡(jiǎn)單的機(jī)器，可能只含有一個(gè)機(jī)構(gòu), 但一般都含有多個(gè)機(jī)構(gòu)。機(jī)械: 機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。機(jī)器 機(jī)構(gòu)機(jī)器中的單個(gè)機(jī)構(gòu)不具有轉(zhuǎn)換能量或完成有用功的功能。在各種機(jī)械中廣泛使用的一些機(jī)構(gòu)稱為常用機(jī)構(gòu)。如： 連桿機(jī)構(gòu)、 凸輪機(jī)構(gòu)、 齒輪機(jī)構(gòu)、 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。常用機(jī)構(gòu)我們已經(jīng)多次使用了“構(gòu)件”這個(gè)術(shù)語(yǔ)?；?/p>

5、塞、連桿、曲軸、滑枕等都是構(gòu)件。構(gòu)件是組成機(jī)構(gòu)的有確定運(yùn)動(dòng)的單元。構(gòu)件構(gòu)件是運(yùn)動(dòng)的單元，而零件是制造的單元。構(gòu)件零件各種機(jī)械中廣泛使用的零件稱為通用零件。如螺栓、軸、齒輪、彈簧等。只在某一類機(jī)械中使用的零件稱為專用零件。如內(nèi)燃機(jī)中的活塞、曲軸等。通用零件中主要包括三大類零件：傳動(dòng)零件 （齒輪、帶、鏈等）聯(lián)接零件 （螺栓、鍵等）軸系零件 （軸、軸承等）此外: 彈簧等零件。通用零件與專用零件返回 機(jī)器的組成傳統(tǒng)機(jī)器都包含如下三個(gè)部分：驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置執(zhí)行裝置常稱為原動(dòng)機(jī)，是機(jī)器的動(dòng)力來(lái)源。常用：電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、液壓缸和氣動(dòng)缸，以各種電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用最為普遍。處于整個(gè)傳動(dòng)路線的終端，按照工藝要求完成確定

6、的運(yùn)動(dòng)，是直接完成機(jī)器功能的部分。執(zhí)行裝置隨機(jī)器的用途不同而不同，它屬于各種專業(yè)機(jī)械課程研究的內(nèi)容。恩格斯如牛頭刨床、空氣壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置執(zhí)行裝置將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行裝置，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換。運(yùn)動(dòng)速度的轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換 運(yùn)動(dòng)速度的轉(zhuǎn)換傳動(dòng)裝置解決原動(dòng)機(jī)速度和執(zhí)行裝置速度不匹配的問(wèn)題。一般的普通交流電動(dòng)機(jī)速度是固定的。一般機(jī)器執(zhí)行部分速度低于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,需要減速。（也有相反的情況，需要增速）。許多機(jī)器還需要執(zhí)行裝置有多種不同的速度。鼠籠式交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速（r/min） 600750 10001500 3000帶、鏈傳動(dòng)各種齒輪傳動(dòng)減速器例如自行車鏈傳動(dòng)例如汽車

7、、機(jī)床的變速器運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換機(jī)器執(zhí)行部分可能有各種運(yùn)動(dòng)形式：一般的原動(dòng)機(jī)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變速回轉(zhuǎn)往復(fù)擺動(dòng)往復(fù)移動(dòng)間歇運(yùn)動(dòng)特定軌跡轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式的各種機(jī)構(gòu) 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu) 隨著20世紀(jì)后半葉以來(lái)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是控制理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)在工業(yè)上的應(yīng)用，機(jī)器的組成更復(fù)雜了。驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置執(zhí)行裝置控制裝置檢測(cè)伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角檢測(cè)執(zhí)行裝置的運(yùn)動(dòng)輸出由程序給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律前饋控制反饋控制傳感器傳感器控制裝置的作用是控制機(jī)器各部分的運(yùn)動(dòng)。測(cè)量運(yùn)動(dòng)構(gòu)件真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況，并將測(cè)量結(jié)果隨時(shí)反饋給控制系統(tǒng)發(fā)出指令調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置執(zhí)行裝置控制裝置驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)

8、裝置執(zhí)行裝置傳統(tǒng)機(jī)器現(xiàn)代機(jī)器普通車床牛頭刨床空氣壓縮機(jī)起重機(jī)掘土機(jī)皮帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)器人數(shù)控機(jī)床心臟軀干，臂手腦眼返回第三節(jié)機(jī)械的發(fā)展歷程概述機(jī)械的發(fā)展歷程機(jī)械設(shè)計(jì)及理論的發(fā)展歷程古 代 近 代 現(xiàn) 代簡(jiǎn)單機(jī)械：杠桿、車輪、滑輪、斜面、螺旋等。公元前3000年，在修建金字塔的過(guò)程中，就使用了滾木來(lái)搬運(yùn)巨石。阿基米德用螺旋將水提升至高處，那就是今天的螺旋式輸送機(jī)的始祖。遠(yuǎn)古時(shí)代公元一世紀(jì) 東漢“水排”用水力鼓風(fēng)煉鐵，其中應(yīng)用了齒輪和連桿機(jī)構(gòu)古代中國(guó) 晉 代 “連 磨”用一頭牛驅(qū)動(dòng)八臺(tái)磨盤，其中應(yīng)用了齒輪系。中世紀(jì) 歐洲 用腳踏板驅(qū)動(dòng)的加工木棒的車床中世紀(jì) 歐洲 利用曲軸的研磨機(jī)13世紀(jì)以后，機(jī)械鐘表在

9、歐洲發(fā)展起來(lái)。連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等在古代機(jī)械中即已經(jīng)有所應(yīng)用。在達(dá)芬奇時(shí)代，現(xiàn)在最常用的一些機(jī)構(gòu)型式即已基本知曉。近 代： 18世紀(jì)中葉 20世紀(jì)中葉 動(dòng)力的變革材料的變革加工手段的變革生產(chǎn)模式的變革機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)的變革機(jī)械理論和設(shè)計(jì)方法的建立近代 動(dòng)力的變革1765年，瓦特（Watt）發(fā)明了蒸汽機(jī)。揭開了第一次工業(yè)革命的序幕。蒸汽機(jī)給人類帶來(lái)了強(qiáng)大的動(dòng)力，各種由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)業(yè)機(jī)械 紡織機(jī)、車床等，如雨后春筍般出現(xiàn)。古代機(jī)械的動(dòng)力：人力、畜力和水力。動(dòng)力制約了機(jī)械的發(fā)展。首先是動(dòng)力的變革推動(dòng)了機(jī)械的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。蒸汽機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)小型化，所以在當(dāng)時(shí)的工廠里采用集中驅(qū)動(dòng)的方式。蒸汽機(jī)時(shí)代

10、的紡織工廠蒸汽機(jī)皮帶天軸皮帶生產(chǎn)機(jī)械 2皮帶生產(chǎn)機(jī)械 1皮帶生產(chǎn)機(jī)械 319世紀(jì)，第二次工業(yè)革命電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)發(fā)明為汽車、飛機(jī)的出現(xiàn)提供了可能性。電力代替了蒸汽。集中驅(qū)動(dòng)被拋棄了，每臺(tái)機(jī)器都安裝了獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)。 與此同時(shí)，戴姆勒也發(fā)明出了他的第一輛四輪汽車。 1886年，本茨發(fā)明的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的三輪車被授予專利。萊特兄弟190319世紀(jì)中葉，發(fā)明了煉鋼法，從那時(shí)一直到現(xiàn)在，鋼鐵始終是制造機(jī)械最主要的材料。18世紀(jì)末，現(xiàn)代車床的雛形在英國(guó)問(wèn)世;19世紀(jì)中葉, 通用機(jī)床的各種類型已大體齊備；19世紀(jì)末，自動(dòng)機(jī)床、大型機(jī)床出現(xiàn)。近代 材料的變革近代 加工手段的變革近代 生產(chǎn)模式的變化社會(huì)需求日益

11、增長(zhǎng)。 20世紀(jì)初葉，機(jī)械制造進(jìn)入了大批量生產(chǎn)模式的時(shí)代。標(biāo)志：美國(guó)福特汽車的生產(chǎn)進(jìn)行大批量生產(chǎn)的要求。近代 機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)的變革 提高生產(chǎn)率的需要。 基于動(dòng)力的變革，大幅度提高機(jī)器的速度成為可能。 機(jī)器速度的提高是幾百年來(lái)未曾停遏的發(fā)展趨勢(shì)。高速化自動(dòng)化精密化提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要。基于加工水平的提高，提高機(jī)器的精度成為可能。近代機(jī)械的發(fā)展趨向要求不斷完善已有的機(jī)構(gòu)，并發(fā)明出新的機(jī)構(gòu)例如：18世紀(jì)，歐拉（Euler）首次提出采用漸開線作為齒輪的齒廓，從而使高速、大功率的機(jī)械傳動(dòng)成為可能。 20世紀(jì)各種大傳動(dòng)比、結(jié)構(gòu)緊湊的新型傳動(dòng)，高速的步進(jìn)機(jī)構(gòu)，精密的滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)， 機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新一直到今天也沒有停止。

12、 機(jī)器的發(fā)展，呼喚著機(jī)械的理論和設(shè)計(jì)方法。牛頓經(jīng)典力學(xué)的建立則為此準(zhǔn)備了理論基礎(chǔ)。近代 機(jī)械理論和設(shè)計(jì)方法的建立材料學(xué)強(qiáng)度理論運(yùn)動(dòng)學(xué)靜力學(xué)動(dòng)力學(xué)牛頓經(jīng)典力學(xué)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器靜力學(xué)機(jī)器要運(yùn)動(dòng)、要傳遞力，因此，最先發(fā)展起來(lái)的是：材料學(xué)強(qiáng)度理論運(yùn)動(dòng)學(xué)靜力學(xué)動(dòng)力學(xué)牛頓經(jīng)典力學(xué)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器靜力學(xué)機(jī)器動(dòng)力學(xué)隨著機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度的不斷提高，機(jī)器的振動(dòng)、速度波動(dòng)等問(wèn)題引起了人們的重視，機(jī)械動(dòng)力學(xué)發(fā)展起來(lái)。材料學(xué)強(qiáng)度理論運(yùn)動(dòng)學(xué)靜力學(xué)動(dòng)力學(xué)牛頓經(jīng)典力學(xué)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器靜力學(xué)機(jī)器動(dòng)力學(xué)機(jī)械零件設(shè)計(jì)到20世紀(jì)上半葉，機(jī)械設(shè)計(jì)的方法已基本形成。但是，這些方法都基于圖解和手工計(jì)算?，F(xiàn) 代： 20世紀(jì)中葉 計(jì)算機(jī)的發(fā)明 科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上劃時(shí)代的大事?，F(xiàn)代機(jī)器的出現(xiàn)計(jì)算機(jī)使機(jī)械設(shè)計(jì)方法面目一新現(xiàn) 代： 機(jī)器人的出現(xiàn) 隨著計(jì)算機(jī)和伺服電機(jī)的出現(xiàn)，機(jī)器人作為現(xiàn)代機(jī)器的代表走上了歷史舞臺(tái)。 工業(yè)機(jī)器人 特種機(jī)器人 工業(yè)機(jī)器人：在工業(yè)生產(chǎn)中越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。用于搬運(yùn)、裝配、焊接、噴漆、鑿巖等工作。清洗飛機(jī)的機(jī)器人隧道鑿巖的機(jī)器人第一汽車制造廠的汽車裝配生產(chǎn)線幾 種工業(yè)機(jī)器