華科機(jī)械原理緒論

華科機(jī)械原理緒論第1頁/共49頁教材：楊家軍主編《機(jī)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(jī)基礎(chǔ)、工程力學(xué)第2頁/共49頁機(jī)械原理課程的性質(zhì)與任務(wù)是介紹機(jī)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。第3頁/共49頁機(jī)械原理的教學(xué)內(nèi)容主要內(nèi)容：機(jī)械設(shè)計的一般原則與程序常用機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、間歇機(jī)構(gòu)等其他常用機(jī)構(gòu)）的工作原理運(yùn)動特性及設(shè)計方法機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計第4頁/共49頁本課程的基本學(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(qiáng)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(qiáng)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。第5頁/共49頁§0.1機(jī)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(yùn)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(jìn)行的一種有目的、有意識、有計劃的創(chuàng)造活動。第6頁/共49頁現(xiàn)代設(shè)計強(qiáng)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(fèi)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(yùn)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(jī)械原理課程在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中的作用?第7頁/共49頁CAB第8頁/共49頁第9頁/共49頁創(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(jìn)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(jī)構(gòu)或機(jī)械產(chǎn)品的一種實踐活動。第10頁/共49頁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(jì)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(yùn)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(jī)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

:第11頁/共49頁設(shè)計進(jìn)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(jī)械原理課程在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中的作用---概念設(shè)計（方案創(chuàng)新）第12頁/共49頁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。第13頁/共49頁【案例分析】洗衣機(jī)的發(fā)展與創(chuàng)新單缸單洗洗衣機(jī)雙缸半自動洗衣機(jī)全自動滾筒洗衣機(jī)第14頁/共49頁第15頁/共49頁

雖有乎千金之玉卮，至貴而無當(dāng)，漏不可盛水……

——韓非子2、實用原則第16頁/共49頁第17頁/共49頁木桶

塑料水桶3、經(jīng)濟(jì)原則第18頁/共49頁4、美觀原則第19頁/共49頁武器槍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。第20頁/共49頁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(qiáng)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(jī)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(yùn)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(jī)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。螺栓第21頁/共49頁技術(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)展原則太陽能汽車第22頁/共49頁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(jī)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(hù)，履行安全人機(jī)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(jìn)行回轉(zhuǎn)件的平衡，采用機(jī)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。第23頁/共49頁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(jī)械手、航天飛機(jī)的發(fā)明符合科學(xué)性原則。電動機(jī)、發(fā)電機(jī)設(shè)計遵循了電磁感應(yīng)的科學(xué)原理，永動機(jī)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。第24頁/共49頁靈巧機(jī)械手航天飛機(jī)第25頁/共49頁0.1.3設(shè)計與創(chuàng)新開展機(jī)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(jì)效益和社會效益。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的深入研究將為人類發(fā)明創(chuàng)造新機(jī)器、新機(jī)械提供有效的理論和方法。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計研究涉及人的思維過程、創(chuàng)造機(jī)理、創(chuàng)造過程等研究內(nèi)容，因此，機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的研究能加速機(jī)械專家智能化，在加速機(jī)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(xiàn)。第26頁/共49頁創(chuàng)新設(shè)計的機(jī)械產(chǎn)品，在功能原理方案選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計等都蘊(yùn)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(jī)系統(tǒng)的良好協(xié)調(diào)性以及良好的經(jīng)濟(jì)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(jì)效益及社會效益。機(jī)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(qiáng)了其創(chuàng)新能力，提高了設(shè)計人員進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計的自覺性及技術(shù)上的可操作性，使機(jī)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(jìn)了新產(chǎn)品的繁榮與更新，并為社會創(chuàng)造了財富。。第27頁/共49頁新產(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(jìn)、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(jìn)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。第28頁/共49頁新產(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。科研機(jī)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。第29頁/共49頁§0.2機(jī)械系統(tǒng)

第30頁/共49頁機(jī)械系統(tǒng)

動力系統(tǒng)傳動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)蒸汽機(jī)內(nèi)燃機(jī)水輪機(jī)燃?xì)鈾C(jī)電動機(jī)液動機(jī)氣動機(jī)液體動力傳遞機(jī)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(yùn)動軌跡運(yùn)動的機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)冷卻,潤滑,計數(shù),照明等裝置操縱控制裝置機(jī)械系統(tǒng)的組成第31頁/共49頁JVX絲杠軸承電機(jī)聯(lián)軸節(jié)工作臺銑刀導(dǎo)軌工件伺服驅(qū)動計算機(jī)

動力源光柵尺數(shù)控機(jī)床由動力系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五個要素組成。機(jī)電一體化系統(tǒng)第32頁/共49頁§0.3

機(jī)械的組成

機(jī)械(machinery)

機(jī)器machine機(jī)構(gòu)mechanism機(jī)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(yùn)動。機(jī)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(yùn)動；它們或者做機(jī)械功或者進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。機(jī)械：機(jī)構(gòu)與機(jī)器的統(tǒng)稱。第33頁/共49頁第34頁/共49頁物料：是指被加工的對象、被搬運(yùn)的重物。機(jī)器(machine)執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動的裝置，它用來變換和傳遞能量、物料與信息第35頁/共49頁機(jī)器種類動力機(jī)器工作機(jī)器信息機(jī)器是能量變換的裝置，即可將某種形式的能量變換成機(jī)械能，或者把機(jī)械能變換成其他形式的能量。例如：內(nèi)燃機(jī)、壓氣機(jī)、渦輪機(jī)、電動機(jī)和發(fā)電機(jī)等。是完成有用的機(jī)械功或者是搬運(yùn)物品。例如：軋鋼機(jī)、織布機(jī)、縫紉機(jī)、汽車、飛機(jī)和金屬切削加工機(jī)床等。是用來獲得和變換信息。例如：機(jī)械式積分儀、計帳機(jī)、打字機(jī)和繪圖儀。機(jī)器與其它裝置的主要區(qū)別是：機(jī)器一定要作機(jī)械運(yùn)動，并通過運(yùn)動來實現(xiàn)能量、物料和信息的變換第36頁/共49頁槽輪機(jī)構(gòu)（待完成）用來傳遞運(yùn)動和力或改變運(yùn)動形式的構(gòu)件系統(tǒng)機(jī)構(gòu)(mechanism)第37頁/共49頁機(jī)構(gòu)和機(jī)器的區(qū)別機(jī)構(gòu)只是一個構(gòu)件系統(tǒng)，而機(jī)器除構(gòu)件系統(tǒng)外，還包含電氣、液壓等其它系統(tǒng)機(jī)構(gòu)只用來傳遞運(yùn)動和力，而機(jī)器除傳遞運(yùn)動和力外，還具有變換或傳遞能量、物料和信息的功能第38頁/共49頁例：內(nèi)燃機(jī)連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)機(jī)器是由機(jī)構(gòu)組成的第39頁/共49頁機(jī)構(gòu)的組成要素是構(gòu)件和運(yùn)動副第40頁/共49頁構(gòu)件和零件構(gòu)件機(jī)器中的獨立運(yùn)動單元零件

機(jī)器中的制造單元第41頁/共49頁構(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第42頁/共49頁構(gòu)件分成以下幾種機(jī)架（固定構(gòu)件）活動構(gòu)件主動件從動件其中，運(yùn)動規(guī)律已知的活動構(gòu)件稱為原動件，輸出運(yùn)動或動力的從動件稱為輸出件。構(gòu)件的種類第43頁/共49頁0.3.2運(yùn)動副及其分類構(gòu)件自由度：構(gòu)件所具有的獨立運(yùn)動數(shù)目。一個作平面運(yùn)動的自由構(gòu)件具有3個自由度。第44頁/共49頁運(yùn)動副：機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件直接接觸的可動聯(lián)接。運(yùn)動副元素：兩構(gòu)件上參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動副的部分，如點、線、面。約束：兩構(gòu)件用運(yùn)動副聯(lián)接后，彼此的相對運(yùn)動受到某些限制。第45頁/共49頁運(yùn)動副的分類據(jù)運(yùn)動副的接觸形式，可分為兩類:低副:面接觸的運(yùn)動副移動副轉(zhuǎn)動副高副:點或線接觸的運(yùn)