第一章 機(jī)械的組成、分類與發(fā)展3.ppt

1、機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì) Theory and Design of Mechanisms and Machines,國(guó)家級(jí)十五規(guī)劃教材機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì),機(jī)械工業(yè)出版社出版 第一版 2004年,天津大學(xué)機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)教研室集體編寫 主 編：張 策 副主編：陳樹昌 孟彩芳,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

2、,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： 是人為實(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)。,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。,原動(dòng)機(jī),如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī),換能機(jī),返回,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

3、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,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

4、,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),牛頭刨床,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)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)

5、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),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)。 活塞、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。,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:

6、 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：,恩格斯,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。,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、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：,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。,前饋控制,反饋控制,傳感器,控制裝置的作用

7、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),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 ,返回,第三節(jié)機(jī)械的發(fā)展歷程概述,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。,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),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

8、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。,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,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)

9、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)代的紡織工廠,19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,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,1903,19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)。,社會(huì)需求日益增長(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。,提高生產(chǎn)率的需要。 基于動(dòng)力的

10、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)。,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(méi)有停止。,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)。,機(jī)器要運(yùn)動(dòng)、要傳遞力，因此，最先發(fā)展起來(lái)的是：,隨著機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度的

11、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)。,但是，這些方法都基于圖解和手工計(jì)算。,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。,現(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,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,第一汽車制造廠的汽車裝配生產(chǎn)線,幾 種 工業(yè)機(jī)器人,特種機(jī)器人：在潛水、管道修理、外科手術(shù)、生物工程、軍事、星際探索等領(lǐng)域應(yīng)用，承擔(dān)著許多由人的直接操作無(wú)法完成的工作。,水下掃雷機(jī)器人,爬壁機(jī)器人,幾種 特種機(jī)器人,軍用昆蟲機(jī)器人,爬纜索機(jī)器人,數(shù)控車床,數(shù)控加工中心,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和伺服電機(jī)被引入到傳統(tǒng)機(jī)器中來(lái)，使其組成、面貌和功能發(fā)生了革命性的變化。,現(xiàn)代機(jī)器向主動(dòng)控制、信息化和智能化方向發(fā)展， 從這個(gè)意義上講，正如有的學(xué)者所說(shuō)：,“今后的機(jī)器都將是機(jī)