第一章 機械的組成、分類與發(fā)展3.ppt

1、機械原理與機械設(shè)計 Theory and Design of Mechanisms and Machines,國家級十五規(guī)劃教材機械原理與機械設(shè)計,機械工業(yè)出版社出版 第一版 2004年,天津大學(xué)機械原理與機械設(shè)計教研室集體編寫 主 編：張 策 副主編：陳樹昌 孟彩芳,課程內(nèi)容 導(dǎo)論 （第1篇 ） 機械原理部分 （第2篇第4篇 ） 機械設(shè)計部分 （第5篇第6篇 ） 課程設(shè)計部分 （第7篇 ）,第一篇 導(dǎo) 論,第一章 機械的組成、分類與發(fā)展 第二章 機械的設(shè)計與相關(guān)課程簡介,整個課程的總緒論,第一章 機械的組成、分類與發(fā)展,內(nèi)容提要,認識機器 機器的分類和組成 機械發(fā)展歷程概述,第一節(jié) 認識機器

2、,通過上周的實踐，我們已經(jīng)認識了幾種典型的機器： 內(nèi)燃機 牛頭刨床 汽 車 電池自動分揀機 通用工業(yè)機器人,第二節(jié) 機器的分類和組成,機器和它的分類,機器的組成,機器中的幾個基本概念,返回,什么是機器呢？,機器： 是人為實物的組合體， 具有確定的機械運動， 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。,根據(jù)用途的不同，機器可分為,動力機器 加工機器 運輸機器 信息機器,動力機器 其用途是轉(zhuǎn)換機械能。,原動機,如蒸汽機、內(nèi)燃機、電動機,換能機,返回,加工機器,尺寸 形狀 性質(zhì) 狀態(tài),用來改變被 加工對象的,如: 加工機床 軋鋼機 紡織機 包裝機等。,返回,運輸機器 用來搬

3、運物品和人。 如汽車、飛機、起重機、運輸機。,返回,信息機器 其功能是處理信息。 例如復(fù)印機、打印機、繪圖機等。 信息機器雖然也作機械運動，但其目的是處理信息，而不是完成有用的機械功，因而其所需的功率甚小。,動力機器 加工機器 運輸機器 信息機器,轉(zhuǎn)換機械能 完成機械功 作功很小,現(xiàn)代機器的出現(xiàn)使機器按功能的分類變得模糊： 機器人： 進行焊接和裝配，是加工機器； 用來搬運物品，也是運輸機械； 而且是按照一定的信息來搬運；也是信息機械。 電池分揀機： 實現(xiàn)了電池的搬運，但它是根據(jù)電池的質(zhì)量信息來進行分揀后的搬運。,返回,機構(gòu) 在認知機器的實踐中，我們已經(jīng)初步認識了幾種機構(gòu)：,機器中的幾個基本概念

4、,什么是機構(gòu)呢？,連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、 棘輪機構(gòu)、螺旋機構(gòu)、齒輪機構(gòu),內(nèi)燃機,牛頭刨床,內(nèi)燃機何牛頭刨床中的連桿機構(gòu)的共同點： 構(gòu)件間都形成可相對轉(zhuǎn)動或相對移動的活動連接。 都是實現(xiàn)運動形式的變換。 它們都屬于連桿機構(gòu)。,凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和棘輪機構(gòu)實現(xiàn)的運動轉(zhuǎn)換與連桿機構(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，可給出機構(gòu)的如下定義： 機構(gòu)： 人為實物的組合體， 具有確定的機械運動， 可以用來傳遞和轉(zhuǎn)換運動。,機器： 人為實物的組合體， 具有確定的機械運動， 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。,機器是由機構(gòu)組成的。 簡單的機器，可能只含有一個

5、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 機構(gòu),在各種機械中廣泛使用的一些機構(gòu)稱為常用機構(gòu)。 如： 連桿機構(gòu)、 凸輪機構(gòu)、 齒輪機構(gòu)、 間歇運動機構(gòu)。,常用機構(gòu),我們已經(jīng)多次使用了“構(gòu)件”這個術(shù)語。 活塞、連桿、曲軸、滑枕等都是構(gòu)件。 構(gòu)件是組成機構(gòu)的有確定運動的單元。,構(gòu)件,構(gòu)件是運動的單元，而零件是制造的單元。,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。 通用零件中主要包括三大類零件： 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） 此外:

6、 彈簧等零件。,通用零件與專用零件,返回,機器的組成,傳統(tǒng)機器都包含如下三個部分：,恩格斯,運動速度的轉(zhuǎn)換,傳動裝置解決原動機速度和執(zhí)行裝置速度不匹配的問題。 一般的普通交流電動機速度是固定的。 一般機器執(zhí)行部分速度低于原動機的轉(zhuǎn)速, 需要減速。 （也有相反的情況，需要增速）。 許多機器還需要執(zhí)行裝置有多種不同的速度。,帶、鏈傳動 各種齒輪傳動 減速器,例如自行車鏈傳動,例如汽車、機床的變速器,運動形式的轉(zhuǎn)換,機器執(zhí)行部分可能 有各種運動形式：,隨著20世紀后半葉以來現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是控制理論的發(fā)展和計算機在工業(yè)上的應(yīng)用，機器的組成更復(fù)雜了。,前饋控制,反饋控制,傳感器,控制裝置的作用

7、是控制機器各部分的運動。,測量運動構(gòu)件真實運動情況，并將測量結(jié)果隨時反饋給控制系統(tǒng),發(fā)出指令調(diào)節(jié)伺服電機的運動,傳統(tǒng)機器,現(xiàn)代機器,普通車床 牛頭刨床 空氣壓縮機 起重機 掘土機 皮帶運輸機 ,機器人 數(shù)控機床 ,返回,第三節(jié)機械的發(fā)展歷程概述,古 代 近 代 現(xiàn) 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。 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。,公元一世紀 東漢 “水排” 用水力鼓風(fēng)煉鐵，其中應(yīng)用 了齒輪和連桿機構(gòu),晉 代 “連 磨” 用一頭牛驅(qū)動八臺磨盤， 其中應(yīng)用了齒輪系。,中世紀 歐洲 用腳踏

8、板驅(qū)動的 加工木棒的車床,中世紀 歐洲 利用曲軸的研磨機,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(yīng)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。,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(shè)計方法的建立,1765年，瓦特（Watt）發(fā)明了蒸汽機。 揭開了第一次工業(yè)革命的序幕。 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)。,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。 首先是動力的變革推動了機械的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。,蒸汽機無法實現(xiàn)

9、小型化，所以在當(dāng)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,19世紀，第二次工業(yè)革命 電動機和內(nèi)燃機發(fā)明,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。,萊特兄弟,1903,19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)。,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。標(biāo)志：美國福特汽車的生產(chǎn),進行大批量生產(chǎn)的要求。,提高生產(chǎn)率的需要。 基于動力的

10、變革，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。,提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要。 基于加工水平的提高，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),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。,機器的發(fā)展，呼喚著機械的理論和設(shè)計方法。 牛頓經(jīng)典力學(xué)的建立則為此準(zhǔn)備了理論基礎(chǔ)。,機器要運動、要傳遞力，因此，最先發(fā)展起來的是：,隨著機器運轉(zhuǎn)速度的

11、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(xué)發(fā)展起來。,但是，這些方法都基于圖解和手工計算。,計算機的發(fā)明 科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上劃時代的大事。,現(xiàn)代機器的出現(xiàn) 計算機使機械設(shè)計方法面目一新,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。 工業(yè)機器人 特種機器人,工業(yè)機器人：在工業(yè)生產(chǎn)中越來越廣泛地應(yīng)用。用于搬運、裝配、焊接、噴漆、鑿巖等工作。,清洗飛機的機器人,第一汽車制造廠的汽車裝配生產(chǎn)線,幾 種 工業(yè)機器人,特種機器人：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法完成的工作。,水下掃雷機器人,爬壁機器人,幾種 特種機器人,軍用昆蟲機器人,爬纜索機器人,數(shù)控車床,數(shù)控加工中心,計算機控制系統(tǒng)和伺服電機被引入到傳統(tǒng)機器中來，使其組成、面貌和功能發(fā)生了革命性的變化。,現(xiàn)代機器向主動控制、信息化和智能化方向發(fā)展， 從這個意義上講，正如有的學(xué)者所說：,“今后的機器都將是機