机械原理——第1章_绪论.ppt

讲课人：王湘江,机械原理多媒体教程,机械原理,绪 论 机构的结构分析 平面连杆机构分析与设计 凸轮机构及其设计 齿轮机构及其设计 齿轮系及其设计 间歇运动机构及其设计 其他常用机构,组合机构 开式链机构及工业机器人 平面机构的力分析 机械的效率与自锁 机械的平衡 机械的运转与调速 机械系统的方案设计,11 本课程研究的对象 12 本课程研究的内容 13 课程地位、性质和学习要点 14 机械科学史年鉴及学科发展趋势,第1章 绪 论,本课程研究对象为机械（machine）,原理机械的组成原理、工作原理、分析 和设计原理（方法）等。,人脑智力的延伸,传统机械 人之体力的延伸,11 本课程研究的对象,原始的起重工具是：斜面,机械的进化历程：简单 复杂,斜面省力实验,斜面省力应用实例,起重机的进化历程：,斜面省力之应用实例,斜面省力应用实例,三）机械的进化历程,起重机的进化历程：,斜面,杠杆,三）机械的进化历程,起重机的进化历程：,轱辘是杠杆的变形,斜面,杠杆,起重轱辘,滑轮组,起重机的进化历程：,起重轱辘,手动(电动)葫芦,起重机的进化历程：,平衡吊,简易起重机,起重机的进化历程：,简易起重机 （悬臂吊）,现代起重机,（包括：龙门吊、鹤式吊、 汽车吊、卷扬机、叉车、电梯电脑控制）。,起重机的进化历程：,简易起重机,剪差式升降机,现代化的电梯,世界上最高、运行速度最快、载客量最大的张家界旅游观光电梯 高335米、3米/秒，单台载客量47人，每小时载客人数达3000人。,起重机的进化历程：,机器,根据某种具体使用要求而设计的多件 实物的组合体。,能够用来传递运动和力或改变运动形 式的多件实物组合体。种类有限,机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但具有相同的基本特征。,“机械”这个名词，我们一般认为它是“机构”和“机器”的总称，（ Machinery ）。,机构的共有特征：通过对典型机构进行分析可知：,人造的实物组合体；,各部分有确定的相对运动；,用来传递力或实现运动的转换。,非常用机构用于特定场合，如棘轮机构、 槽轮机构等。,机器,根据某种具体使用要求而设计的多件 实物的组合体。,能够用来传递运动和力或改变运动形 式的多件实物组合体。种类有限,机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但具有相同的基本特征。,机器的共有特征：通过分析上述两种不同类型的机器，不难得出机器具有以下特征,人造的实物组合体；,各部分有确定的相对运动；,代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量的转换。,机器的分类：,原动机实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）种类有限,工作机完成有用功（如机床等）。 种类繁多,机器的组成：,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。,工作部分完成预定的动作，位于传动路线的终点。,传动部分联接原动机和工作部分的中间部分。,控制部分保证机器的启动、停止和正常协调动作。 其关系如下,动力,传动,工作,控制,控制器(控制),电动机(原动),带(传动),减速器(传动),波轮(工作),分析自动洗衣机的组成：,典型机器的分析：,实例一：内燃机,内燃机,组成：,汽缸体1、,活塞2、,进气阀3、,排气阀4、,连杆5、,曲轴6、,凸轮7、,顶杆8、,齿轮9、10,工作原理：,1.活塞下行，进气阀开启，混合气体 进入汽缸；,2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩， 在顶部点 火燃烧；,3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；,4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。,循环运动的结果，使曲轴输出连续的旋转运动,发动机虚拟装配 工作原理仿真,内燃机的动作时序：,活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的连续转动，该组合体称为：,内燃机各部分的作用：,曲柄滑块机构,凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：,凸轮机构,两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，称为：,齿轮机构,各部分协调动作的结果：,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。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,一、机构的结构分析,a) 研究机构运动的可能性; 能否运动,b) 机构运动的确定性；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。,二、机构的运动分析,a) 确定机构上某些特殊点的位置；,c) 机构运动简图的绘制方法；用简单图形表示复杂机构,b) 确定机构上某些特殊点的速度;,c) 确定机构上某些特殊点的加速度;,d) 确定机构的运动规律；不考虑引起机构运动的力的作用，仅从几何的观点来研究,12 本课程的研究内容,三、机构的运动设计,b) 完成预定的动作位置;,c) 实现预定的运动轨迹；,四、机构组合成复杂机械系统的方法研究,a) 拟定机械的工作原理 ；,d) 实现预定的运动特性。,a) 设计新机构的方法。按一定几何条件和运动条件,b) 进行运动分解并建立运动循环图 ；,c) 机构类型综合以及机构的组合方式 ；,d) 选择合适的原动机 ；,e) 拟定运动传递路线 ；,f)机械系统运动方案评价方法 。,b)惯性力和惯性力矩进行平衡的方法 ;,c)机械在外力作用下的运动规律；,d)机械运转速度波动的调节与飞轮设计 。,a)惯性力的产生原因、分布规律、计算方法,五、机器动力学分析与设计,、机械原理课程的地位,作用：承前启后。,13 课程地位、学习目的与要点,二、学习目的,1）便于认知世界上现有丰富多样的机械产品，为机械设计工作积累经验。,2）重点解决机械的共性问题，为后续学习专业机械课程奠定理论基础。,3）培养创新思维，激发机械创新设计灵感。,4）为现有机械产品的合理使用和革新改造打基础。,三、学习要点,1）兴趣好奇为首 要有对自然界的事物充满好奇的心理。没有兴趣做不好任何事情， 名人名言： 孔子：“知之者，不如好知者；好知者，不如乐知者”,布鲁纳:“学习的最好刺激，乃是对所学材料的兴趣”,爱因斯坦：“兴趣是最好的老师”。,黑格尔： “要是没有热情，世界上任何伟大事业都不会成功。”,2）自信而不自负，增强学好本课程的信心 世上无难事，只要肯攀登； 成功人士的体会：在走向成功的路上，可以缺乏任何东西，但就是不能缺少“自信”。 发明大王爱迪生名言：“自信是成功的第一秘诀”。,三句至理名言： 发明不仅是发明家的本事，人人都具有发明创新的潜能。 发明来源于生产生活实际，处处存在着发明创造的机遇。 发明不受时间与年龄限制，漫漫人生皆可完成发明创造。,3）深入了解本课程特点，掌握科学的学习方法 课程特点：,（1）实践性强。,（2）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。,（3）独立性强。各章内容彼此独立，前后联系不甚密切。因此，要经常复习已学过的内容，以免出现猴子扮苞米的现象。,（4）本课程有四多： 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。,要点： a)搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握基本方法。,b)学以致用，掌握一般性原理和方法的具体运用。,c)复习先修知识，特别是理论力学的相关知识。,d)培养综合分析、全面考虑问题的能力。,e)注意培养科学严谨、一丝不苟的工作作风。,4）参与实验和完成作业，加深理论知识的理解,5）充分利用网络教学资源，拓展个人知识面,6）参加学科竞赛，全面培养机械创新设计综合素质,机械创新设计大赛 目的： (1)培养大学生的创新设计能力; (2)综合设计能力与团队协作精神； (3)加强学生动手能力的培养和工程实践的训练; (4)提高学生针对实际需求进行机械创新思维、设计和制作等实际工作能力。,参赛要点 激发兴趣，积极参与； 明确方向、瞄准目标； 制定方案，集思广益； 强化技能，动手实践； 善于总结、形成理论。,创新型人才的座右铭： 人类社会的需求永无止境，需要我们勇于探索、不断创新。 世上万物不可能尽善尽美，需要我们不断完善、推陈出新。 历史发展永远都不会停止，需要跟上时代步伐、与时俱进。,身为技术人员的责任心，驱使我们勤奋工作、永不停歇的动力 怀有浓厚兴趣的好奇心，吸引我们不断探索、勇于创新的源泉 具备不断进取的好胜心，鞭策我们精益求精、尽善尽美的关键,全国一等奖作品简介,行星轮式登月车,全国一等奖作品简介,“神舟”航天员多姿态训练模拟器,全国二等奖作品简介,迎刃而解,一、机械科学史年鉴（附录1，自学）,二、机械学科发展趋势,14 机械科学史年鉴及学科发展趋势,二、机械学科发展趋势,1）学科交叉融合明显，形成了多个交叉边缘新兴学科,2）各种新概念、新理论、新工具不断涌现，促进了机 构学各专业领域的快速发展。,3）新的机械设计手段日新月异。,4）机械产品工作原理呈现多样化趋势。,5）机械产品发展方向: 高速、重载、精密、微型化,美国研制的37B超音速实验飞机 飞行速度2小时即能绕地球一圈 长沙-北京 只需要3分45秒,5）机械产品发展方向: 高速、重载、精密、微型化,500公里时速高速列车中国,5）机械产品发展方向: 高速、重载、精密、微型化,零高度飞行器磁悬浮列车 运行速度高达550 km/h。,5）机械产品发展方向: 高速、重载、精密、微型化,世界上最大的游轮长360米，宽65米，高72米，2800间客房，近6000个床位，5个标准游泳池，4个大型超市，15个餐厅和酒吧，是一座名副其实的海上移动城市。,5）机械产品发展方向: 高速、重载、精密、微型化,世界上最大的游轮长360米，宽65米，高72米，2800间客房，近6000个床位，5个标准游泳池，4个大型超市，15个餐厅和酒吧，是一座名副其实的海上移动城市。,5）机械产品发展方向: 高速、重载、精密、微型化,世界上最大的游轮长360米，宽65米，高72米，2800间客房，近6000个床位，5个标准游泳池，4个大型超市，15个餐厅和酒吧，是一座名副其实的海上移动城市。,5）机械产品发展方向: 高速、重载、精密、微型化,超精密加工尺寸和位置精度：0.010.3 m 形状和轮廓精度：0.0020.005 m 表面粗糙度：Ra0.0001m；,磁流变抛光机床 离子束抛光机床,5）机械产品发展方向: 高速、重载、精密、微型化,微操作机器人能对细胞进行注射、染色体切割等操作,5）机械产品发展方向: 高速、重载、精密、微型化,微型机器人,微型飞行器,6）各种新机构和新型传动装置不断涌现,球齿轮机构,6）各种新机构和新型传动装置不断涌现,动态组合螺旋,7）仿生机械学发展迅速,美国波士顿动力公司研制的仿生机器狗代表了目前步行机器人研究的最高水平,神奇的大狗机器人,7）仿生机械学发展迅速,7）仿生机械学发展迅速,神奇的大鸟Smartbird,7）仿生机械学发展迅速,仿生壁虎,7）仿生机械学发展迅速,蛇形机器人,7）仿生机械学发展迅速,仿生鱼,8）应用领域不断扩大，并向极端应用环境渗透,多种星际探测器,8）应用领域不断扩大，并向极端应用环境渗透,神舟七号载人飞船,8）应用领域不断扩大，并向极端应用环境渗透,空中客车A380的最大载客量为840人，是目前全球载客量最大的飞机。,波音787梦幻客机是目前世界上航程最远的客机。,8）应用领域不断扩大，并向极端应用环境渗透,定向钻井新技术，可不用移动井架就能实现远距离水平钻探。,8）应用领域不断扩大，并向极端应用环境渗透,海洋石油钻探平台,8）应用领域不断扩大，并向极端应用环境渗透,医疗机器人正辅助心脏病手术。,结 束 语 机械产品无处不在，机械学科范围深广，以上仅仅是对机械学科宏观发展趋势的若干方面作一简单介绍。随着以微处理器普及应用为标志的第三次信息工业革命时期的到来，机械学科进入了一日千里，飞速发展的快车道。