華科機械原理課件緒論

機械原理

TheoryofMachinesandMechanisms

教材：楊家軍主編《機械原理》華中科技大學(xué)出版社課程安排：三個教學(xué)環(huán)節(jié)講課:50學(xué)時實驗:6學(xué)時聯(lián)系：62405120/87540870（h）黃老師（女）課程設(shè)計:2周作業(yè):先修課程：高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、金屬工藝學(xué)、計算機基礎(chǔ)、工程力學(xué)機械原理課程的性質(zhì)與任務(wù)是介紹機械設(shè)計基本知識、基本理論、基本方法的重要技術(shù)基礎(chǔ)課。機械原理的教學(xué)內(nèi)容主要內(nèi)容：機械設(shè)計的一般原則與程序常用機構(gòu)（連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、間歇機構(gòu)等其他常用機構(gòu)）的工作原理運動特性及設(shè)計方法機構(gòu)系統(tǒng)運動方案設(shè)計本課程的基本學(xué)習(xí)方法著重基本概念的理解和基本設(shè)計方法的掌握，不強調(diào)系統(tǒng)的理論分析；著重理解公式建立的前提、意義和應(yīng)用，不強調(diào)對理論公式的具體推導(dǎo)；注意密切聯(lián)系生產(chǎn)實際，努力培養(yǎng)解決工程實際問題的能力?！?.1

機械設(shè)計概述

0.1.1

設(shè)計的本質(zhì)設(shè)計是復(fù)雜的思維過程，設(shè)計過程蘊涵著創(chuàng)新和發(fā)明的源泉。設(shè)計就是盡可能少地消耗以材料、能源、勞動力、資金等形態(tài)存在的資源，創(chuàng)造出滿足預(yù)先設(shè)想功能要求的物質(zhì)實體，設(shè)計是人類進行的一種有目的、有意識、有計劃的創(chuàng)造活動?，F(xiàn)代設(shè)計強調(diào)創(chuàng)造能力開發(fā)和充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性；重視原理方案的設(shè)計、開發(fā)和創(chuàng)新產(chǎn)品?，F(xiàn)代設(shè)計已不再把時間花費在煩瑣的計算推導(dǎo)及平面圖紙的設(shè)計上，現(xiàn)代設(shè)計在設(shè)計過程中，綜合考慮、分析市場需求、設(shè)計、生產(chǎn)、管理、使用、銷售能各方面的因素；綜合運用優(yōu)化系統(tǒng)工程、可靠性理論、價值工程、技術(shù)等學(xué)科的知識，探索多種解決設(shè)計問題的科學(xué)途徑。在這樣一個迅猛發(fā)展的時代

,人們的要求越來越高,也就對設(shè)計工作者提出了更高的水準(zhǔn)。設(shè)計向什么方向發(fā)展,設(shè)計如何解決現(xiàn)代人的需求,已經(jīng)成為重要的研究課題。機械原理課程在機械產(chǎn)品設(shè)計中的作用?CAB創(chuàng)新設(shè)計是指充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力，利用人類已有的相關(guān)科學(xué)技術(shù)成果（含理論、方法、技術(shù)原理等）進行創(chuàng)新構(gòu)思設(shè)計出，具有新穎性、創(chuàng)造性及實用性的機構(gòu)或機械產(chǎn)品的一種實踐活動。①創(chuàng)新設(shè)計是涉及到多種學(xué)科,包括設(shè)計學(xué)、創(chuàng)造學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、社會學(xué)、心理學(xué)等的復(fù)合性工作,其結(jié)果的評價也是多指標(biāo)、多角度的；②創(chuàng)新設(shè)計中相當(dāng)一部分工作是非數(shù)據(jù)性、非計算性的,而是要依靠對各學(xué)科知識的綜合理解與交融,對已有經(jīng)驗的歸納與分析,運用創(chuàng)造性的思維方法與創(chuàng)造學(xué)的基本原理開展工作；③創(chuàng)新設(shè)計不只是因為問題而設(shè)計,更重要的是提出問題,解決問題；④創(chuàng)新設(shè)計是多種層次的,不在乎規(guī)模的大小,也不在乎理論的深淺,注重的是新穎性、獨創(chuàng)性；⑤創(chuàng)新設(shè)計必須具有實用性，其最終目的在于應(yīng)用。學(xué)起于思，思緣于疑，如生活中會出現(xiàn)飲水機在倒水時手推開關(guān)會把一次性水杯壓扁；臺燈寫字時手會遮住光線留下影子；用墨水瓶吸墨水時會把筆弄臟；電梯按鈕不適合不同身高的人，且只有視覺提示，沒有考慮盲人等特殊人群等問題，將這些問題解決就是創(chuàng)新設(shè)計。

歸納起來創(chuàng)新設(shè)計具有如下特點

:設(shè)計進程本身是一個不斷反饋循環(huán)的過程,設(shè)計者在每一步都可能獲得新的信息,從而反饋到前面的步驟。因此,一個出色的設(shè)計者往往要經(jīng)歷多次反復(fù)才能真正達(dá)到其最優(yōu)效果。機械原理課程在機械產(chǎn)品設(shè)計中的作用---概念設(shè)計（方案創(chuàng)新）0.1.2設(shè)計的原則1、創(chuàng)新原則創(chuàng)新概念:創(chuàng)新就是通過引入新概念、新思想、新方法、新技術(shù)等．或?qū)σ延挟a(chǎn)品的革新來創(chuàng)造具有相當(dāng)社會價值的事物或形式?！景咐治觥肯匆聶C的發(fā)展與創(chuàng)新單缸單洗洗衣機雙缸半自動洗衣機全自動滾筒洗衣機

雖有乎千金之玉卮，至貴而無當(dāng)，漏不可盛水……——韓非子2、實用原則木桶

塑料水桶3、經(jīng)濟原則4、美觀原則武器槍5、道德原則道德是觀念，產(chǎn)品設(shè)計時必須考慮它與人、社會、環(huán)境的關(guān)系，要尊重他人知識產(chǎn)權(quán)、技術(shù)的成果。發(fā)明的產(chǎn)品不能傷害別人的身體，不能污染環(huán)境，如：帶高壓電的防盜網(wǎng)激光致盲防盜鎖恐怖玩具就不滿足道德原則，也是法律不允許的。6、技術(shù)規(guī)范原則技術(shù)規(guī)范是有關(guān)開發(fā)產(chǎn)生技術(shù)的知識、領(lǐng)域、方法和規(guī)定的總和。技術(shù)規(guī)范有強制性的，也有推薦性的；技術(shù)規(guī)范是隨科學(xué)技術(shù)發(fā)展而發(fā)展的。機械產(chǎn)品設(shè)計中要求系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，以便滿足零部件之間方便互換的要求，如螺栓、螺母、墊片與港口運貨的集裝箱、標(biāo)準(zhǔn)齒輪等，都滿足技術(shù)規(guī)范原則。而各種手機電池、充電器沒有采用統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，給用戶使用中帶來許多麻煩。螺栓技術(shù)設(shè)計的可持續(xù)性發(fā)展原則是指產(chǎn)品的設(shè)計既滿足當(dāng)代發(fā)展的需求，又考慮未來發(fā)展的需求，不以犧牲后人的利益和長遠(yuǎn)的利益為代價來滿足當(dāng)代人的需求，產(chǎn)品的設(shè)計要考慮到人類長遠(yuǎn)的發(fā)展，資源與能源的合理利用，生態(tài)的平衡等可持續(xù)發(fā)展的因素。白色污染7、可持續(xù)發(fā)展原則太陽能汽車8、安全原則安全是人類對產(chǎn)品最基本的需求，產(chǎn)品設(shè)計必須考慮安全問題。機械安全基本要求是有足夠的抗破壞能力、良好的可靠性和對環(huán)境的適應(yīng)性，可靠有效的安全防護，履行安全人機學(xué)的要求，通過選用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計結(jié)構(gòu)盡可能避免或減少危險，采用本質(zhì)安全技術(shù)，避免銳邊、尖角和凸出部分，防止超載應(yīng)力，避免交變應(yīng)力，進行回轉(zhuǎn)件的平衡，采用機械化和自動化技術(shù)，減少操作者涉入危險區(qū)的時間，并設(shè)置安全裝置。9、科學(xué)性原則設(shè)計應(yīng)當(dāng)符合自然規(guī)律（科學(xué)性原則），否則產(chǎn)品就沒有其生存空間。如靈巧機械手、航天飛機的發(fā)明符合科學(xué)性原則。電動機、發(fā)電機設(shè)計遵循了電磁感應(yīng)的科學(xué)原理，永動機構(gòu)想則違背能量守恒定律和轉(zhuǎn)化原理，不符合科學(xué)性原則。靈巧機械手航天飛機0.1.3

設(shè)計與創(chuàng)新開展機械創(chuàng)新設(shè)計研究不僅具有重要的理論學(xué)術(shù)價值，而且具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益。機械創(chuàng)新設(shè)計的深入研究將為人類發(fā)明創(chuàng)造新機器、新機械提供有效的理論和方法。機械創(chuàng)新設(shè)計研究涉及人的思維過程、創(chuàng)造機理、創(chuàng)造過程等研究內(nèi)容，因此，機械創(chuàng)新設(shè)計的研究能加速機械專家智能化，在加速機械設(shè)計水平向自動化、智能化、最優(yōu)化、集成化實現(xiàn)過程中作出貢獻。創(chuàng)新設(shè)計的機械產(chǎn)品，在功能原理方案選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計等都蘊含著創(chuàng)造性，含有較高的關(guān)鍵技術(shù)附加值因此新產(chǎn)品不僅具有優(yōu)越的使用性能，而且具有較完美的造型性能，新產(chǎn)品包括科學(xué)技術(shù)原理與藝術(shù)性的完美結(jié)合、人機系統(tǒng)的良好協(xié)調(diào)性以及良好的經(jīng)濟性等。這樣無疑提高了新產(chǎn)品在同類產(chǎn)品中的競爭力特別是當(dāng)新產(chǎn)品形成產(chǎn)業(yè)化的時候，可以創(chuàng)造出較高的經(jīng)濟效益及社會效益。機械創(chuàng)新設(shè)計的實踐還培養(yǎng)了設(shè)計人員的創(chuàng)造性思維，增強了其創(chuàng)新能力，提高了設(shè)計人員進行創(chuàng)新設(shè)計的自覺性及技術(shù)上的可操作性，使機械創(chuàng)新設(shè)計成為一種常用的設(shè)計工具或手段，創(chuàng)新設(shè)計促進了新產(chǎn)品的繁榮與更新，并為社會創(chuàng)造了財富。。新產(chǎn)品是指在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、性能、材質(zhì)、技術(shù)特征等某一方面或幾個方面有顯著改進、提高或個性化的產(chǎn)品凡是能給用戶帶來某種新的滿足、新的利益的產(chǎn)品，都可稱為新產(chǎn)品。從新產(chǎn)品的創(chuàng)新程度分類有全新產(chǎn)品、換代產(chǎn)品、改進產(chǎn)品。創(chuàng)新程度高的產(chǎn)品在開發(fā)過程中需要投資的時間、人力和資金數(shù)量大，收益大、市場風(fēng)險大。創(chuàng)新程度低的產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險小、投資少，但容易被競爭對手模仿，難以獲得超額利潤。新產(chǎn)品開發(fā)主要是尋求創(chuàng)意，創(chuàng)意是指開發(fā)新產(chǎn)品的構(gòu)思、設(shè)想。用戶是尋求新產(chǎn)品創(chuàng)意的一個最好來源，用戶的愿望和要求是開發(fā)新產(chǎn)品的起點和歸宿，他們的創(chuàng)意往往最有生命力，在此基礎(chǔ)上開發(fā)的新產(chǎn)品成功率最高?？蒲袡C構(gòu)和大學(xué)的新發(fā)明、新技術(shù)，是生產(chǎn)新產(chǎn)品構(gòu)思的重要來源。企業(yè)向競爭對手的新產(chǎn)品中了解新的設(shè)想方案，從報刊信息媒體中也可以尋找到許多中重要的情報和創(chuàng)意靈感。多功能病床的發(fā)明就是根據(jù)病人的愿望和要求開發(fā)的新產(chǎn)品?！?.2

機械系統(tǒng)

機械系統(tǒng)

動力系統(tǒng)傳動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)蒸汽機內(nèi)燃機水輪機燃?xì)鈾C電動機液動機氣動機液體動力傳遞機械傳遞電力或磁力傳遞摩擦傳動嚙合傳動推動傳動液壓傳動液力傳動氣動傳動電力拖動電磁離合或制動傳動按預(yù)定運動軌跡運動的機構(gòu)往復(fù)運動機構(gòu)回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)間歇運動機構(gòu)冷卻,潤滑,計數(shù),照明等裝置操縱控制裝置機械系統(tǒng)的組成JVX絲杠軸承電機聯(lián)軸節(jié)工作臺銑刀導(dǎo)軌工件伺服驅(qū)動計算機

動力源光柵尺數(shù)控機床由動力系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五個要素組成。機電一體化系統(tǒng)§0.3

機械的組成

機械(machinery)

機器machine機構(gòu)mechanism機構(gòu)：人為的實物組合體；各實物組合體之間具有確定的相對運動。機器：人為的實物組合體；各實物組合體之間具有確定的相對運動；它們或者做機械功或者進行能量轉(zhuǎn)換。機械：機構(gòu)與機器的統(tǒng)稱。物料：是指被加工的對象、被搬運的重物。機器(machine)執(zhí)行機械運動的裝置，它用來變換和傳遞能量、物料與信息機器種類動力機器工作機器信息機器是能量變換的裝置，即可將某種形式的能量變換成機械能，或者把機械能變換成其他形式的能量。例如：內(nèi)燃機、壓氣機、渦輪機、電動機和發(fā)電機等。是完成有用的機械功或者是搬運物品。例如：軋鋼機、織布機、縫紉機、汽車、飛機和金屬切削加工機床等。是用來獲得和變換信息。例如：機械式積分儀、計帳機、打字機和繪圖儀。機器與其它裝置的主要區(qū)別是：機器一定要作機械運動，并通過運動來實現(xiàn)能量、物料和信息的變換槽輪機構(gòu)（待完成）用來傳遞運動和力或改變運動形式的構(gòu)件系統(tǒng)機構(gòu)(mechanism)機構(gòu)和機器的區(qū)別機構(gòu)只是一個構(gòu)件系統(tǒng)，而機器除構(gòu)件系統(tǒng)外，還包含電氣、液壓等其它系統(tǒng)機構(gòu)只用來傳遞運動和力，而機器除傳遞運動和力外，還具有變換或傳遞能量、物料和信息的功能例：內(nèi)燃機連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)機器是由機構(gòu)組成的機構(gòu)的組成要素是構(gòu)件和運動副構(gòu)件和零件構(gòu)件

機器中的獨立運動單元零件

機器中的制造單元構(gòu)件實例——連桿由若干零件組成的構(gòu)件連桿體螺栓螺母連桿蓋連桿體螺栓螺母連桿蓋構(gòu)件分成以下幾種機架（固定構(gòu)件）活動構(gòu)件主動件從動件其中，運動規(guī)律已知的活動構(gòu)件稱為原動件，輸出運動或動力的從動件稱為輸出件。構(gòu)件的種類0.3.2運動副及其分類構(gòu)件自由度：構(gòu)件所具有的獨立運動數(shù)目。一個作平面運動的自由構(gòu)件具有3個自由度。運動副：機構(gòu)中兩構(gòu)件直接接觸的可動聯(lián)接。運動副元素：兩構(gòu)件上參加接觸而構(gòu)成運動副的部分，如點、線、面。約束：兩構(gòu)件用運動副聯(lián)接后，彼此的相對運動受到某些限制。運動副的分類據(jù)運動副的接觸形式，可分為兩類:低副: