机械原理现状发展史论文.docx

机械原理发展史 24101900315 蔡晨辉 合机构等。它的研究内容是机构结构的组成原理 和运动确定性，以及机构的运动分析和综合。机 构学在研究机构的运动时仅从几何的观点出发， （一）机械原理简介 机械原理，研究机械中机构的结构和运动， 以及机器的结构、受力、质量和运动的学科。人 们一般把机构和机器合称为机械。机构是由两个 以上的构件通过活动联接以实现规定运动的组合 体。机器是由一个或一个以上的机构组成，用来 作有用的功或完成机械能与其他形式的能量之间 的转换。这一学科的主要组成部分为机构学和机 械动力学。 不同的机器往往由有限的几种常用机构组 成，如内燃机、压缩机和冲床等的主体机构都是 曲柄滑块机构。这些机构的运动不同于一般力学 上的运动，它只与其几何约束有关，而与其受力、 构件质量和时间无关。1875 年 ，德国的 F.勒洛 把上述共性问题从一般力学中独立出来，编著了 理论运动学一书，创立了机构学的基础。书 中提出的许多概念、观点和研究方法至今仍在沿 用。 1841 年， 英国的 R.威利斯发表 机构学原理 。 19 世纪中叶以来，机械动力学也逐步形成。进入 20 世纪，出现了把机构学和机械动力学合在一起 研究的机械原理。 1934 年， 中国的刘仙洲所著 机 械原理一书出版。1969 年，在波兰成立了国际 机构和机器原理协会，简称 IFTOMM。 机构学的研究对象是机器中的各种常用机构，如 连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、螺旋机构和间 歇运动机构（如棘轮机构、槽轮机构等）以及组 而不考虑力对运动的影响。 1.机器与机构 1. 机器是人为实物的组合体,具有确定的机械 运动,它可以用来转换能量、 完成有用功或处理信 息,以代替和减轻人的劳动。 机构是人为实物的组 合体,具有确定的机械运动,它可以用来传递和转 换运动。 机器与机构二者的联系是:1)机器和机构 都是人为实物的组合体,都具有确定的机械运 动;2)机器是由机构组成的,简单的机器可能只有 一个机构,但一般会有多个机构。 如空气压缩机只 含有一个连杆机构,而内燃机则含有连杆机构、 凸 轮机构、齿轮机构等。机器与机构二者的区别是: 单个机构不具有转换能量或完成有用功的功能, 而只能传递与改变运动和动力;而机器可以完成 有用功、能量转换或处理信息。机械则是机器和 机构的总称。 2.构件与零件 2. 构件是组成机构并具有确定运动的单元,零 件是指不可再拆分的最小制造单元。一个构件可 以是由一个零件组成,也可以是由若干个不同的 零件装配组成,但这些零件间没有相对运动,它们 作为一个整体来运动。构件与零件的区别在于构 件是运动的单元,零件是加工制造的单元。 由于机 构各构件之间的相对运动与组成构件的零件形状 和数量、构件的外形及其截面的形状和尺寸等因 素无关;因此,在机械原理课程中机构的分析与综 合及机械系统运动方案设计都是以构件为最小单 元进行研究的,并用简单的线条和规定的符号来 表示构件。 搞清楚这些,学生们在以后学习机构运 动简图绘制内容时就不会迷惑不解了。 3.运动链与机构 3. 特别要强调的是运动链的概念以及它与机构 的关系。运动链是由若干个构件通过运动副连接 组成的构件系统。如果运动链中每个构件至少包 含两个运动副元素则各构件形成首末封闭的系统 称为闭式链;否则称为开式链。在运动链中,若将 某一构件固定作为机架,并给定另外一个或少数 几个构件的运动规律,则运动链中其余构件的运 动便随之确定,这种运动链便成为机构。 凡是机构 都具有确定的运动。这一点在目前的多数机械原 理教材中都没能阐述清楚机械动力学的研究对象 是机器或机器的组合。研究内容是确定机器在已 知力作用下的真实运动规律及其调节、摩擦力和 机械效率、惯性力的平衡等问题。按机械原理的 传统研究方式， 一般不考虑构件接触面间的间隙、 构件的弹性或温差变形以及制造和装配等所引起 的误差。这对低速运转的机械一般是可行的。但 随着机械向高速、高精度方向发展，还必须研究 由上述因素引起的运动变化。因而从 40 年代开 始，又提出了机构精确度问题。由于航天技术以 及机械手和工业机器人的飞速发展，机构精确度 问题已越来越引起人们的重视，并已成为机械原 理的不可缺少的一个组成部分。 轮、斜面、螺旋等原始单机械。埃及在修建金字 塔的过程中就使用了滚木来搬运巨石。阿基米德 用螺旋将水提升至高处,那就是今天的螺旋式输 送机的始祖。 有着悠久文明史的中华民族,在机械 方面有许多发明创造,在一些专用机械的设计和 应用上都有自己的特色。如指南车、水排、地动 仪等,均有独到之处。 指南车是我国古代的文化瑰 宝之一,是古代科技成果的杰出代表。 指南车巧妙 利用了齿轮传动机构,不管车子向何方行驶,放于 车子上的木人的手臂始终指向南方。这一发明充 分体现了古人伟大的智慧,是中国人民的骄傲。 原 始机械仅用人力、 畜力和水力来驱动,其功能是减 轻人的体力劳动,是动力制约了机械的发展。 2.传统机械 18 世纪瓦特发明了蒸汽机,揭开了工业革命 的序幕。 蒸汽机给人类带来了强大的动力,各种动 力驱动的机械如纺织机、车床等如雨后春笋般出 现。19 世纪内燃机和电动机的发明是又一次技术 革命。在绝大多数场合,电力代替了蒸汽,在机床 和纺织机上都安装了独立的电机。而内燃机的发 明则为汽车、飞机的出现提供了可能。与原始机 械相比,传统机械具有了自己的“心脏”动力 驱动,其功能不只是减轻人的体力劳动,而且可以 替代人的体力劳动。 3.现代机械 在 20 世纪后半叶计算机的发明是科学发展 史上划时代的大事。 随着计算机的问世,机器人作 为现代机械的典型代表被越来越广泛地应用于工 业生产中,承担着许多人们无法完成的工作。 电子 技术以及计算机技术与机械的结合使得机械变得 （二）机械各个阶段 1.原始机械 在远古时期,人类就创造并使用了杠杆、滑 越来越自动化,越来越智能化,机器甚至可以在无 人操作下正常的运行。 现代机械正向着主动控制、 信息化和智能化的方向发展,必将大大改善人类 的生产和生活。 与传统机械相比,现代机械具有了 自己的“大脑”控制系统,其功能不只是替代 人的体力劳动,而且可以 替代人的脑力劳动。 1 生产的发展促进了机械原理学科的发展。而 学科的发展又反过来为生产的发展提供了有利条 件，促进了生产的发展。随着科学技术的发展， 为了更好地满足生产实际的需要和机械自动化的 要求,就需要不断创新一些新型机构,因而以机构 创新为主要内容的机构学得到了迅速发展。例如 多杆多自由度的平面连杆机构、空间机构、各种 组合机构（包括各种含有挠性构件的组合机构） 、 机、电、液一体化的机构都在研究之中，有些已 得到应用。同时机器人、机械手等仿生机械得到 较快的发展,包括高温、高压、有毒、有放射性等 特殊条件下工作的机器人和机械手。例如宇宙飞 船上用于收回卫星的机械臂；在核电站安装设备 的机器人；在深海海底作业的机器人等。此外, 微技术的发展,还创造了一些微型机械。 如可在人 的腹腔内进行外科手术的手术刀,甚至可在人的 血管中爬行的微型机器人等都已经使用。 为了对这些新型机械的分析及设计,机械原 理学科近年来也发展了许多新的理论和方法,并 引入了一些不同的数学及力学工具,特别是计算 机的推广应用,为机械原理学科的发展提供了极 有利的条件。计算机辅助分析、计算机辅助设计、 优化设计（包括多目标优化设计）都得到迅速发 展,并且渐趋成熟。 由于机械向高速度、高精度、高负荷、高效 率等方向发展，也给机械原理学科提出了一些新 的课题，开辟了一些新的研究领域。例如，对于 高速重载机械来说，不仅要研究其运动性能，还 要研究其动力性能，有时还要考虑构件的弹性形 变、质量分布、连接间隙及机械中摩擦等对机械 工作的影响，考虑机械的振动冲击和平衡问题。 （三）未来的展望 近年来机械原理学科的发展是非常迅猛的。 不论在基本原理方面，还是在研究方法方面，都 有较大的进展。在机构的类型方面也有一些新的 创造，有些已突破传统机构学的范畴，而进入所 谓“广义机构学的”领域，创造了具有气、液、 光、电等环节的机构。当前尚有由三本基本机构 组成的组合机构，和包括挠性构件的组合机构。 对空间组合机构的研究也已进行了不少工作。此 外，对于一些具有特殊运动及动力性能的组合机 构也有所研究。随着机械向高速、重载方向的发 展，机械动力学的研究发展很快。由于电子计算 机的普遍应用，机构的计算机辅助分析和计算机 辅助设计得到较快发展。从机械原理学科的发展 可以看出，生产发展的需要是学科发展的主要动 力。而学科的发展又反过来促进了生产