機械原理ch01緒論

機械原理ch01緒論第1頁/共76頁§1-1本課程研究的對象§1-2機器的組成§1-3機械設計的基本要求§1-4機械設計的基本過程§1-5本課程的內(nèi)容及要求§1-6機械的發(fā)展歷程概述第1章緒論第2頁/共76頁§1-1本課程研究的對象機械是機器和機構(gòu)的總稱什么是機器呢？內(nèi)燃機第3頁/共76頁牛頭刨床第4頁/共76頁工業(yè)機器人第5頁/共76頁可以用來轉(zhuǎn)換能量、完成有用功或處理信息，以代替或減輕人的勞動。機器的特征：是人為實物的組合體，是執(zhí)行機械運動的裝置，第6頁/共76頁什么是機構(gòu)？第7頁/共76頁曲柄滑塊機構(gòu)齒輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)預期的機械運動的各構(gòu)件（包括機架）的基本組合體稱為機構(gòu)第8頁/共76頁連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)間歇運動機構(gòu)帶傳動和鏈傳動機構(gòu)螺旋機構(gòu)組合機構(gòu)常用的機構(gòu)連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)第9頁/共76頁帶傳動機構(gòu)間歇運動機構(gòu)螺旋機構(gòu)電影機構(gòu)組合機構(gòu)鏈傳動機構(gòu)第10頁/共76頁構(gòu)件與零件構(gòu)件是運動的單元，而零件是制造的單元。構(gòu)件零件構(gòu)件是機器或機構(gòu)中獨立的運動單元第11頁/共76頁通用零件中主要包括三大類零件：通用零件與專用零件各種機械中廣泛使用的零件稱為通用零件。如螺栓、軸、齒輪、彈簧等。只在某一類機械中使用的零件稱為專用零件。如內(nèi)燃機中的活塞、曲軸等。此外:彈簧等零件。傳動零件（齒輪、帶、鏈等）聯(lián)接零件（螺栓、鍵等）軸系零件（軸、軸承等）第12頁/共76頁簡單的機器，可能只含有一個機構(gòu),但一般都含有多個機構(gòu)。機械:機器和機構(gòu)的總稱。機器是由機構(gòu)組成的。機構(gòu)是由構(gòu)件組成的，每個機構(gòu)至少包含2個構(gòu)件。構(gòu)件是由零件組成的，每個構(gòu)件至少包含1個零件。第13頁/共76頁§1-2機器的組成驅(qū)動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置潤滑、顯示、照明等輔助系統(tǒng)操控系統(tǒng)常稱為原動機，是機器的動力來源。常用：電動機、內(nèi)燃機、液壓缸和氣動缸，以各種電動機的應用最為普遍。處于整個傳動路線的終端，按照工藝要求完成確定的運動，是直接完成機器功能的部分。執(zhí)行裝置隨機器的用途不同而不同，它屬于各種專業(yè)機械課程研究的內(nèi)容。第14頁/共76頁運動速度的轉(zhuǎn)換運動形式的轉(zhuǎn)換驅(qū)動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置潤滑、顯示、照明等輔助系統(tǒng)操控系統(tǒng)將原動機的運動和動力傳遞給執(zhí)行裝置，并實現(xiàn)運動速度和運動形式的轉(zhuǎn)換。第15頁/共76頁第16頁/共76頁§1-3機械設計的基本要求

功能性要求可靠性要求經(jīng)濟性要求社會性要求第17頁/共76頁1．功能性要求例：牛頭刨床機械的功能可表達為一個或幾個功能指標。主要功能指標：被加工工件的尺寸范圍；滑枕應具有若干種不同的往復運動速度，以滿足不同切削工藝的要求；工作臺沿橫向應能實現(xiàn)若干種不同的進給量；應能供給并傳遞足夠的功率，以克服切削力；應能保證一定的加工精度。

機械產(chǎn)品必須完成規(guī)定的功能。第18頁/共76頁機械功能指標的確定：由用戶提出，由設計者與用戶協(xié)商確定機械的功能指標是機械設計最基本的出發(fā)點。第19頁/共76頁2．可靠性要求磨損曲軸折斷潘存云教授研制齒輪損壞機械要傳遞力和力矩機械零件的內(nèi)部和表面產(chǎn)生應力和變形有可能導致零件的失效第20頁/共76頁

機械應能以一定的概率保證在規(guī)定的使用壽命期限內(nèi)，零件不發(fā)生各種型式的失效。

為此要進行強度、剛度和壽命的計算，這些計算在整個設計工作量中占了很大的比例。第21頁/共76頁3．經(jīng)濟性要求制造成本使用成本簡化結(jié)構(gòu)選用適當?shù)牟牧洗_定合理的加工精度標準化、系列化和通用化降低機械的能量損失考慮到維修的方便性和經(jīng)濟性成本

設計階段的工作如何，就基本上決定了一個產(chǎn)品成本的高低。

第22頁/共76頁4．社會性要求所設計的產(chǎn)品不應對人、環(huán)境和社會造成消極影響。操作者的安全性和舒適性機械的造型和色彩美觀、大方、宜人符合國家在環(huán)境保護方面的法規(guī)數(shù)控加工中心機械是否滿足社會性要求，完全取決于設計。第23頁/共76頁對機械設計的四項基本要求功能性要求經(jīng)濟性要求可靠性要求社會性要求第24頁/共76頁機械設計的完整過程投產(chǎn)以后計劃階段方案設計階段試制試驗階段技術(shù)設計階段§1-4

機械設計的過程第25頁/共76頁認識需求（市場需求，用戶委托，主管部門下達）可行性研究（重大問題應召開論證會）界定目標，編制設計任務書投產(chǎn)以后計劃階段方案設計階段試制試驗階段技術(shù)設計階段計劃階段第26頁/共76頁

提出機械的工作原理（通過調(diào)查研究和必要的分析，還可能需要進行原理性試驗）提出幾種機械系統(tǒng)運動方案（進行必要的運動學設計，一般是初步的、粗略的）確定出最佳總體方案（經(jīng)過分析、對比和評價，作出決策）投產(chǎn)以后計劃階段方案設計階段試制試驗階段技術(shù)設計階段方案設計階段

求解問題、分析和優(yōu)選、評價和決策第27頁/共76頁

運動學分析與設計工作能力分析與設計動力學分析與設計結(jié)構(gòu)設計裝配圖和零件圖的繪制投產(chǎn)以后計劃階段方案設計階段試制試驗階段技術(shù)設計階段技術(shù)設計階段第28頁/共76頁

通過試制和試驗，發(fā)現(xiàn)問題，加以改進，修改某一部分設計結(jié)果。投產(chǎn)以后計劃階段方案設計階段試制試驗階段技術(shù)設計階段投產(chǎn)以后計劃階段方案設計階段試制試驗階段技術(shù)設計階段試制試驗階段第29頁/共76頁

收集用戶反饋意見，研究使用中發(fā)現(xiàn)的問題，進行改進。收集市場變化的情況，為可能提出新的設計計劃準備資料。投產(chǎn)以后計劃階段方案設計階段試制試驗階段技術(shù)設計階段投產(chǎn)以后計劃階段方案設計階段試制試驗階段技術(shù)設計階段投產(chǎn)以后第30頁/共76頁§1-5本課程研究的內(nèi)容各種機構(gòu)共同的基本問題幾種常用機構(gòu)所特有的問題連桿機構(gòu)特性和運動設計（第6章，4學時）凸輪機構(gòu)（第7章，4學時）齒輪機構(gòu)（第8章，12學時）輪系（第9章，4學時）其他幾種常用機構(gòu)（第10章，自學）（第2章，4學時）機構(gòu)的組成原理機械運動簡圖的表示方法機構(gòu)的自由度計算平面機構(gòu)的運動分析（第3章，4學時）空間機構(gòu)的機構(gòu)和空間連桿機構(gòu)的運動分析（第4章，自學）機構(gòu)中的摩擦、效率和自鎖（第5章，4學時）第31頁/共76頁機械動力學問題機器的運轉(zhuǎn)及速度波動調(diào)節(jié)（第11章，3學時）機械的平衡（第12章，3學時）機械系統(tǒng)運動方案設計（第13章，自學）機械運動簡圖的型綜合機械運動簡圖的尺度綜合工作過程和工藝動作確定執(zhí)行動作選擇或創(chuàng)造機構(gòu)型式組合成機構(gòu)系統(tǒng)第32頁/共76頁手工線跡與家用縫紉機線跡擺梭勾線擴環(huán)，完成底、面線交織第33頁/共76頁第34頁/共76頁機械動力學問題機器的運轉(zhuǎn)及速度波動調(diào)節(jié)（第11章，3學時）機械的平衡（第12章，3學時）機械系統(tǒng)運動方案設計（第13章，自學）機械運動簡圖的型綜合機械運動簡圖的尺度綜合工作過程和工藝動作確定執(zhí)行動作選擇或創(chuàng)造機構(gòu)型式組合成機構(gòu)系統(tǒng)執(zhí)行構(gòu)件運動規(guī)律動作相互配合要求構(gòu)件運動尺寸設計各機構(gòu)間協(xié)調(diào)設計第35頁/共76頁參考書鄭文緯吳克堅，機械原理，第7版，高教，1997孫桓陳作模，機械原理，第6版，高教，2001吳克堅于曉紅等，機械設計，高教，2003鄒慧君等，機械原理，高教，2006鄭文緯吳克堅，機械原理，第7版，高教，1997孫桓陳作模，機械原理，第6版，高教，2001吳克堅于曉紅等，機械設計，高教，2003鄒慧君等，機械原理，高教，2006黃靖遠高志陳祝林，機械設計學，第3版，機械工業(yè)大衛(wèi)G烏爾曼，機械設計過程，第3版，機械工業(yè)鄒慧君，郭為忠，機械原理學習指導與習題選解，高教，2007第36頁/共76頁學習方法以及對大家的期望熟悉和掌握各種典型機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動特點，深入理解滿足實際生產(chǎn)需要的機構(gòu)分析和設計方法。熟悉和掌握機械運動簡圖的畫法，習慣用運動簡圖來認識機構(gòu)和機器，想象其運動情況。深入理解課程中的基本概念和基本研究方法。注重對內(nèi)容的理解前后聯(lián)系、融會貫通機械原理課程個部分內(nèi)容的融會貫通及時復習、按時、獨立完成作業(yè)與先修課程和后續(xù)課程的融會貫通第37頁/共76頁學習方法以及對大家的期望學會學習學會做事學會做人第38頁/共76頁本課程的特點

本課程是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，其最顯著的特點是基礎(chǔ)理論與工程實際的結(jié)合。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(chǔ)等先修課程的知識，尤其是理論力學課程的知識。但并不是這些課程的簡單重復，而是要引導學生如何運用所學的知識解決工程實際中所遇到的問題。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、邏輯性及較強的工程實踐性特點。因此，在學習本課程時應注意掌握基本概念、原理及機構(gòu)分析與綜合方法。第39頁/共76頁注重理論聯(lián)系實際

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(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和綜合的基本理論和基本方法。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。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。第40頁/共76頁初步建立工程意識

本課程要用到很多與工程有關(guān)的名詞、符號、公式、標準及參數(shù)和對機械研究的一些常用的簡化方法，如倒置、反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)化、當量、等效、代換等等。在機構(gòu)分析與綜合中，除解析法外還介紹實驗法以及試湊等一些工程中實用的方法。因此在學習時，對名詞應正確理解其含義，對公式應著重于應用，而對方法則著重掌握其基本原理。另外，實際工程工程問題都是涉及多方面因素的問題，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。第41頁/共76頁機械的發(fā)展歷程機械設計及理論的發(fā)展歷程古代近代現(xiàn)代§1-6

機械的發(fā)展歷程概述第42頁/共76頁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的始祖。遠古時代簡單機械：杠桿、車輪、滑輪、斜面、螺旋等。公元前3000年，在修建金字塔的過程中，就使用了滾木來搬運巨石。第43頁/共76頁用水力鼓風煉鐵，其中應用了齒輪和連桿機構(gòu)古代中國水排·東漢第44頁/共76頁用一頭牛驅(qū)動八臺磨盤，其中應用了齒輪系。連磨·晉代第45頁/共76頁用腳踏板驅(qū)動的加工木棒的車床中世紀歐洲第46頁/共76頁利用曲軸的研磨機中世紀歐洲第47頁/共76頁13世紀以后，機械鐘表在歐洲發(fā)展起來。

連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等在古代機械中即已經(jīng)有所應用。在達?芬奇時代，現(xiàn)在最常用的一些機構(gòu)型式即已基本知曉。第48頁/共76頁近代：18世紀中葉－20世紀中葉動力的變革材料的變革加工手段的變革生產(chǎn)模式的變革機構(gòu)與傳動的變革機械理論和設計方法的建立第49頁/共76頁近代—

動力的變革蒸汽機給人類帶來了強大的動力，各種由動力驅(qū)動的產(chǎn)業(yè)機械—紡織機、車床等，如雨后春筍般出現(xiàn)。首先是動力的變革推動了機械的飛速發(fā)展和廣泛應用。1765年，瓦特（Watt）改良了蒸汽機。揭開了第一次工業(yè)革命的序幕。古代機械的動力：人力、畜力和水力。動力制約了機械的發(fā)展。第50頁/共76頁

蒸汽機無法實現(xiàn)小型化，所以在當時的工廠里采用集中驅(qū)動的方式。蒸汽機時代的紡織工廠蒸汽機皮帶天軸皮帶生產(chǎn)機械2皮帶生產(chǎn)機械1皮帶生產(chǎn)機械3……第51頁/共76頁19世紀，第二次工業(yè)革命電動機和內(nèi)燃機發(fā)明為汽車、飛機的出現(xiàn)提供了可能性。電力代替了蒸汽。集中驅(qū)動被拋棄了，每臺機器都安裝了獨立的電動機。第52頁/共76頁

與此同時，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)動機為動力的三輪車被授予專利。第53頁/共76頁萊特兄弟1903第54頁/共76頁19世紀中葉，發(fā)明了煉鋼法，從那時一直到現(xiàn)在，鋼鐵始終是制造機械最主要的材料。18世紀末，現(xiàn)代車床的雛形在英國問世;19世紀中葉,通用機床的各種類型已大體齊備；19世紀末，自動機床、大型機床出現(xiàn)。近代—

材料的變革近代—

加工手段的變革近代—

生產(chǎn)模式的變化社會需求日益增長。20世紀初葉，機械制造進入了大批量生產(chǎn)模式的時代。第55頁/共76頁進行大批量生產(chǎn)的要求。近代—

機構(gòu)與傳動的變革

提高生產(chǎn)率的需要?；趧恿Φ淖兏?，大幅度提高機器的速度成為可能。機器速度的提高是幾百年來未曾停遏的發(fā)展趨勢。高速化自動化精密化提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要?；诩庸に降奶岣?，提高機器的精度成為可能。近代機械的發(fā)展趨向要求不斷完善已有的機構(gòu)，并發(fā)明出新的機構(gòu)第56頁/共76頁例如：18世紀，歐拉（Euler）首次提出采用漸開線作為齒輪的齒廓，從而使高速、大功率的機械傳動成為可能。20世紀各種大傳動比、結(jié)構(gòu)緊湊的新型傳動，高速的步進機構(gòu)，精密的滾動螺旋傳動，

………

機構(gòu)的創(chuàng)新一直到今天也沒有停止。第57頁/共76頁機器的發(fā)展，呼喚著機械的理論和設計方法。牛頓經(jīng)典力學的建立則為此準備了理論基礎(chǔ)。近代—

機械理論和設計方法的建立第58頁/共76頁材料學強度理論運動學靜力學動力學牛頓經(jīng)典力學機構(gòu)結(jié)構(gòu)學機構(gòu)運動學機器靜力學機器要運動、要傳遞力，因此，最先發(fā)展起來的是：第59頁/共76頁材料學強度理論運動學靜力學動力學牛頓經(jīng)典力學機構(gòu)結(jié)構(gòu)學機構(gòu)運動學機器靜力學隨著機器運轉(zhuǎn)速度的不斷提高，機器的振動、速度波動等問題引起了人們的重視，機械動力學發(fā)展起來。機器動力學第60頁/共76頁材料學強度理論運動學靜力學動力學牛頓經(jīng)典力學機構(gòu)結(jié)構(gòu)學機構(gòu)運動學機器靜力學機器動力學機械零件設計到20世紀上半葉，機械設計的方法已基本形成。工程圖學但是，這些方法都基于圖解和手工計算。第61頁/共76頁現(xiàn)代：20世紀中葉－

計算機的發(fā)明

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科學技術(shù)發(fā)展史上劃時代的大事?，F(xiàn)代機器的出現(xiàn)計算機使機械設計方法面目一新第62頁/共76頁現(xiàn)代：機器人的出現(xiàn)

隨著計算機和伺服電機的出現(xiàn)，機器人作為現(xiàn)代機器的代表走上了歷史舞臺。