第一章-机械原理绪论课件

第一章第一章 绪绪 论论11 本课程的研究对象本课程的研究对象 12 本课程的研究内容本课程的研究内容13 课程的性质和学习方法课程的性质和学习方法14 机械原理学科发展现状简介机械原理学科发展现状简介作者：国防科大教授潘存云、王 玲第一章 绪 论11 本课程的研究对象 111 本课程的研究对象本课程的研究对象 顾名思义，本课程研究对象为：顾名思义，本课程研究对象为：机械机械原理原理机械的组成原理、工作原理、分析和设计原理（方法）等。机械的组成原理、工作原理、分析和设计原理（方法）等。机械机械机器机器机器机器根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体。根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体。斜面斜面任何机械都经历了：简单任何机械都经历了：简单复杂的发展过程。复杂的发展过程。以起重机为例，它经历了：以起重机为例，它经历了：机械机械人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的组合体。人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的组合体。机构机构机构机构能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件实物的能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件实物的 组合体。如：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。组合体。如：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。种类有限如如缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。（包包括括：龙门吊吊、鹤式式吊吊、汽汽车吊吊、卷卷扬机机、叉叉车、电梯梯电脑控控制制）。一般而言，机械是机器和机构的总称杠杆杠杆起重起重轱辘 滑滑轮组手手动(电动)葫芦葫芦现代起重机代起重机作者：国防科大教授潘存云、王 玲11 本课程的研究对象 顾名思义，本课程研究对象为：典型机器的分析：典型机器的分析：1.内燃机内燃机活活塞塞的的往往复复运运动动通通过过连连杆杆变变位位曲曲轴轴的的连连续续转动，转动，凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，间形成协调动作，各部分协调动作的结果，就将燃料中化各部分协调动作的结果，就将燃料中化学能转化为曲轴旋转的机械能。学能转化为曲轴旋转的机械能。该组合体称为：该组合体称为：曲柄滑块机构曲柄滑块机构称为：称为：凸轮机构凸轮机构称为：称为：齿轮机构齿轮机构内燃机内燃机机机器器的的种种类类繁繁多多，结结构构、性性能能和和用用途途等等各各不相同，但不相同，但具有相同的基本特征。具有相同的基本特征。作者：国防科大教授潘存云、王 玲典型机器的分析：1.内燃机活塞的往复运动通过连杆变位曲轴的连电动机电动机2.工件自动载送装置工件自动载送装置含带传动机构、蜗杆传动、含带传动机构、蜗杆传动、凸轮机构、连杆机构等。凸轮机构、连杆机构等。动爪动爪定爪定爪装配夹具装配夹具工件载送器工件载送器滑杆滑杆档块档块凸轮机构凸轮机构蜗杆传动蜗杆传动带传动带传动连杆机构连杆机构工件工件滑滑杆杆左左移移时时，夹夹持持器器将将工工件夹住。件夹住。滑滑杆杆带带着着工工件件右右移移时时，夹夹持持器器动动爪爪受受挡挡块块的的压压迫迫将将工工件件松松开开，工工件件落落入入载载送送器被传送到下一道工序。器被传送到下一道工序。强调代替人类完成有用工作机器的共有特征：机器的共有特征：人造的实物组合体；人造的实物组合体；各部分有各部分有确定的相对运动确定的相对运动；代替或减轻人类劳动代替或减轻人类劳动完成有用完成有用 功功或或实现能量的转换实现能量的转换 机器的作用 作者：国防科大教授潘存云、王 玲电动机2.工件自动载送装置含带传动机构、蜗杆传动、动爪定爪装机器的分类：机器的分类：原动机原动机实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）种类有限工作机工作机完成有用功（如机床等）完成有用功（如机床等）种类繁多工作机的组成：工作机的组成：原动部分原动部分是工作机动力的来源，最常见的是电动机和内然机。是工作机动力的来源，最常见的是电动机和内然机。工作部分工作部分完成预定的动作，位于传动路线的终点。完成预定的动作，位于传动路线的终点。传动部分传动部分联接原动机和工作部分的中间部分。联接原动机和工作部分的中间部分。控制部分控制部分保证机器的启动、停止和正常协调动作。保证机器的启动、停止和正常协调动作。其关系如下机械机械机器机器机构机构原动机原动机 传动传动 工作工作 控制控制 原动机原动机工作机工作机作者：国防科大教授潘存云、王 玲机器的分类：原动机实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机皮带（传动）皮带（传动）电机（原动）电机（原动）定时器（控制）定时器（控制）叶轮（工作）叶轮（工作）试分析洗衣机的各组成部分试分析洗衣机的各组成部分同理，通过对典型机构进行分析可知：同理，通过对典型机构进行分析可知：机构的共有特征：机构的共有特征：人造的实物组合体；人造的实物组合体；各部分有确定的相对运动；各部分有确定的相对运动；用来传递力或实现运动的转换。用来传递力或实现运动的转换。机构的分类：机构的分类：通用机构通用机构和和专用机构专用机构。通用机构通用机构-用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。专用机构专用机构-只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。作者：国防科大教授潘存云、王 玲皮带（传动）电机（原动）定时器（控制）叶轮（工作）试分析洗机器与机构的关系：机器与机构的关系：由两个实例推广到一般任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而成的。任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而成的。实际机器的种类有成千上万种，但机构的种类确有限。它们之间的关系类同化合物与化学元素 机械机械机器机器机构机构原动机原动机工作机工作机由由机机器器与与机机构构的的共共有有特特征征可可知知：机机器器与与机机构构在在结结构构和和运运动动方方面并无区别（仅作用不同）面并无区别（仅作用不同），故统称为，故统称为机械机械。通用机构通用机构专用机构专用机构本课程研究重点：通用机构本课程研究重点：通用机构作者：国防科大教授潘存云、王 玲机器与机构的关系：由两个实例推广到一般任意复杂的机器都是由若12 本课程的研究内容本课程的研究内容1.机构结构分析机构结构分析 基本知识基本知识a)研究机构运动的研究机构运动的可能性可能性;能否运动b)机构运动的机构运动的确定性确定性；下一个位置和运动方向是否唯一 d)机构的组成原理和结构分类。机构的组成原理和结构分类。2.机构的运动学机构的运动学 a)机构上某些特殊点的机构上某些特殊点的位置、速度、加速度位置、速度、加速度的求法和机的求法和机 构的运动规律；构的运动规律；不考虑引起机构运动的力的作用，仅从几何的观点来研究c)机构运动简图的绘制方法；机构运动简图的绘制方法；用简单图形表示复杂机构 b)设计新机构的方法。设计新机构的方法。按一定几何条件和运动条件 3.机器动力学机器动力学 a)分析机构的受力情况及力做功的情况；分析机构的受力情况及力做功的情况；b)分析机器在已知外力作用下的运动；分析机器在已知外力作用下的运动；c)机器的调速和平衡方法。机器的调速和平衡方法。作者：国防科大教授潘存云、王 玲12 本课程的研究内容1.机构结构分析 基本知识按解决问题的性质，本课程研究内容又可分为两大类：按解决问题的性质，本课程研究内容又可分为两大类：1)机构分析对已有机构的研究。包括结构、运动和力分析。机构分析对已有机构的研究。包括结构、运动和力分析。2)机构综合设计新的机构。包括型综合、尺度综合、运动机构综合设计新的机构。包括型综合、尺度综合、运动 和动力综合。和动力综合。称综合而非设计的理由：称综合而非设计的理由：在解决机构的设计问题时，仅限于根据在解决机构的设计问题时，仅限于根据运动运动和和动力动力要求，要求，确定机构各部分确定机构各部分与运动相关的尺寸与运动相关的尺寸，不涉及各个具体零件的，不涉及各个具体零件的强度计算强度计算，具体，具体形状形状和和结构结构、材料材料选择等因素，得出的结果选择等因素，得出的结果是是机构运动简图机构运动简图，而非工程化的，而非工程化的结构设计图结构设计图。机械设计机械设计方案设计方案设计 结构设计结构设计 本课程要解决的问题本课程要解决的问题 属于机械设计课程的范畴属于机械设计课程的范畴 作者：国防科大教授潘存云、王 玲按解决问题的性质，本课程研究内容又可分为两大类：1)机构分课程性质技术基础课课程性质技术基础课 作用承前启后作用承前启后 先修课程包括：先修课程包括：高等数学高等数学、普通物理普通物理、工程制图工程制图、理论力学理论力学，通过本课程的学习，可为今后学习机械设计、机床夹具设计、通过本课程的学习，可为今后学习机械设计、机床夹具设计、机床、机械制造工艺学等专业课程打下基础，机床、机械制造工艺学等专业课程打下基础，课程特点：课程特点：1）实践性强。）实践性强。13 课程的性质和学习方法课程的性质和学习方法2）综合性强。）综合性强。本课程学习要综合运用已学过的知识，约有1/3的内容与理论力学有关。有些内容可以说是理论力学的延续与扩展（用理论力学的原理分析具体的机械）。因此，一定要复习号理论力学中的有关内容，如运动学、摩擦学等。本课程是一门技术基础课，其研究对象是在生产实际中广泛应用的机械，所要解决的问题大多数是工程中的实际问题（与理论力学的不同点），因此要求学生加强基本技能的训练，如简图测绘、齿轮参数测量等。要培养工程素养，作图应严格按要求进行。要重视实验课。3）独独立立性性强强。各章内容彼此独立，前后联系不甚密切。因此，要经常复习前面已学过的内容，以免出现猴子扮苞米的现象。作者：国防科大教授潘存云、王 玲课程性质技术基础课 作用承前启后 先修课程包括：高等数4)本课程有四多本课程有四多：内容多、概念多、符号多、公式多。内容多、概念多、符号多、公式多。不要求死记硬背，关键在于理解，重点在于应用。会用自然能记住。如何学习本课程？如何学习本课程？1）着重搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握机构分析与综着重搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握机构分析与综 合的基本方法。合的基本方法。2）注意把一般原理和方法与具体运用密切联系起来。并用所注意把一般原理和方法与具体运用密切联系起来。并用所 学知识观察日常生活与生产遇到的各种机械。学知识观察日常生活与生产遇到的各种机械。本课程研究机械的途径：本课程研究机械的途径：1)研究机械所具有的一般共性问题。如机构的组成原理、研究机械所具有的一般共性问题。如机构的组成原理、机构运动学、机器动力学。机构运动学、机器动力学。2)研究各种常用机构的运动和动力性能，以及它们的设计研究各种常用机构的运动和动力性能，以及它们的设计 方法。方法。3）注意培养运用所学基本理论与方法去分析和解决工程实际注意培养运用所学基本理论与方法去分析和解决工程实际 问题的能力。问题的能力。作者：国防科大教授潘存云、王 玲4)本课程有四多：内容多、概念多、符号多、公式多。如4)注意培养综合分析、全面考虑问题的能力。解决同一实际注意培养综合分析、全面考虑问题的能力。解决同一实际 问题，往往有多种方法和结果，要通过分析、对比、判断问题，往往有多种方法和结果，要通过分析、对比、判断 和决策，做到优中选优。和决策，做到优中选优。5)注意培养科学严谨、一丝不苟的工作作风。在今后的工作注意培养科学严谨、一丝不苟的工作作风。在今后的工作 中要与各种武器装备打交道，稍有不慎，即可能造成损失。中要与各种武器装备打交道，稍有不慎，即可能造成损失。作者：国防科大教授潘存云、王 玲4)注意培养综合分析、全面考虑问题的能力。解决同一实际5)当今世界正经历着一场新的技术革命。新概念、新理论、当今世界正经历着一场新的技术革命。新概念、新理论、新方法、新工艺不断涌现。同样，机械学科也发展迅猛，新方法、新工艺不断涌现。同样，机械学科也发展迅猛，发展方向：发展方向：高速、重载、高精度、高效率、低噪声高速、重载、高精度、高效率、低噪声 5倍音速的飞机、几十万吨的轮船、米级打击精度、细胞克隆操作、磁悬浮列车、低噪声潜艇14 机械原理学科发展现状简介机械原理学科发展现状简介应用领域不断扩大：应用领域不断扩大：上天、入地、下海、甚至钻入人体内。上天、入地、下海、甚至钻入人体内。太空探险、水平钻探、深海采矿、打捞作业、血管清理本学科的研究课题与日俱增本学科的研究课题与日俱增机械学科与其他学科的交叉渗透作用增强：机械学科与其他学科的交叉渗透作用增强：与电子工程、计算与电子工程、计算机科学、控制工程、材料科学、生物医学相互渗透，诞生了若机科学、控制工程、材料科学、生物医学相互渗透，诞生了若干新学科。如机械电子学、仿生机械学、机器人机械学、机械干新学科。如机械电子学、仿生机械学、机器人机械学、机械CAD。新机构不断涌现新机构不断涌现-如自控机构、机器人机构、仿生机构、柔如自控机构、机器人机构、仿生机构、柔性及弹性机构、机电气液综合机构等。性及弹性机构、机电气液综合机构等。注重机械的动力性能注重机械的动力性能-在机械分析与综合时，由只考虑运在机械分析与综合时，由只考虑运动性能过渡到同时考虑其动力性能。动性能过渡到同时考虑其动力性能。作者：国防科大教授潘存云、王 玲 当今世界正经历着一场新的技术革命。新概念、新理论、新考虑到机械的动态特性考虑到机械的动态特性-机械在运动过程中，构件的振机械在运动过程中，构件的振动和弹性变形、运动副的间隙和构件动和弹性变形、运动副的间隙和构件 尺度误差，对运动及动尺度误差，对运动及动力性能的影响。力性能的影响。连杆机构连杆机构-重视了空间连杆机构、多杆多自由度机构、连重视了空间连杆机构、多杆多自由度机构、连杆机构弹性动力学和动力平衡研究。杆机构弹性动力学和动力平衡研究。齿轮机构齿轮机构-发展了齿轮啮合原理、提出了许多性能优异的发展了齿轮啮合原理、提出了许多性能优异的新型齿廓曲线和新型传动、加速了对高速齿轮、精密齿轮、微新型齿廓曲线和新型传动、加速了对高速齿轮、精密齿轮、微型齿轮的研究。型齿轮的研究。凸轮机构凸轮机构-十分重视对高速凸轮机构的研究。十分重视对高速凸轮机构的研究。另外，为了适应现代机械高速度、高节拍、高性能的需要，另外，为了适应现代机械高速度、高节拍、高性能的需要，研制了高速高定位精度的研制了高速高定位精度的分度机构分度机构、具有优良性能的、具有优良性能的组合机构组合机构，以及各种机构的变异与组合等以及各种机构的变异与组合等。在对机械的分析与综合中，计算机的作用日益重要，发展并推在对机械的分析与综合中，计算机的作用日益重要，发展并推广了广了计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD)、优化设计优化设计、考虑误差的、考虑误差的概率设计。概率设计。新的设计手段日新月异新的设计手段日新月异作者：国防科大教授潘存云、王 玲考虑到机械的动态特性-机械在运动过程中，构件的振动在机械原理的各个领域，每年都有大量内容新颖的文献资料出现。在机械原理的各个领域，每年都有大量内容新颖的文献资料出现。作为技术基础课程，只介绍一些作为技术基础课程，只介绍一些最基本的原理和方法。最基本的原理和方法。为了实现我国的国防现代化，必然要有大量的机械化、自动化的武器装备于部队，这些武器从何来？恐怕大多数只能靠我国自力更生解决，这是一项十分艰巨的任务，设计、制造、使用、维护现代化的武器装备，需要大批的机械方面专业人才。在座的各位都是未来的工程师和部队的主要技术骨干，掌握好本课程的有关知识，将为你们未来的工作打下一个良好的基础。最后希望我们共同努力，把这门课程教好学好。3）仔细观察实物和模型，欢迎到实验室参观，并动手组装各种仔细观察实物和模型，欢迎到实验室参观，并动手组装各种 机构。机构。课程安排：课程安排：共共60学时，其中讲授学时，其中讲授54学时，实验学时，实验6学时。学时。要求：要求：1）作作业业必必须须按按时时完完成成（2个个本本轮轮换换），绘绘图图准准确确，字字迹迹工工整整，作业量未达到规定者不能参加考试。作业量未达到规定者不能参加考试。2）上课认真听讲，及时消化，不主张占用较多的课外时间。上课认真听讲，及时消化，不主张占用较多的课外时间。（腾出时间考四级）参考书：参考书：Mechanism and Dynamics of Machinery 作者：作者：Hamiton HMabie作者：国防科大教授潘存云、王 玲在机械原理的各个领域，每年都有大量内容新颖的文献资料出现。作