机 械 原 理1绪论

机械原理,主讲：汪诤E-mail：wangz答疑地点：科技楼1411,课堂要求及成绩评定,2.本课程教学参考书及辅助学习系统,主教材,学习指南,解题指南,作业集,1.本课程教学安排,课程教学总学时数64学时理论教学58学时实验教学6学时,第01章绪论（1h）,第02章机构的结构分析（5h+2h）,第03章平面机构的运动分析（4h+2h）,第04章平面机构的力分析（4h）,第05章机械的效率和自锁（2h）,第06章机械的平衡（2h）,第07章机械的运转及其速度波动的调节（4h）,第08章平面连杆机构及其设计（10h+2h）,第09章凸轮机构及其设计（6h）,第10章齿轮机构及其设计（14h）,第11章齿轮系及其设计（4h）,第12章其他常用机构（1h）,第14章机械系统的方案设计（1h）,目录及课时安排,第一章绪论,1-1本课程研究的对象及内容,1-2学习本课程的目的,1-3如何进行本课程的学习,返回,1-1本课程研究的对象及内容,机械原理是机构和机器理论的简称，又称为机构学。机构学是在原来的机械力学基础上发展成为的一门独立的学科，通过对机械的结构学、运动学和动力学的研究形成了机构学独立的体系和独特的研究内容。,1-1本课程研究的对象及内容,1研究对象,本课程研究的对象是机械，研究的内容是有关机械的基本理论问题；具体讲机械原理是一门研究机械的运动学和动力学分析与设计基本理论问题的课程。机械(machinery)是机器(machine)与机构(mechanism)的总称。,机械,实例：,工件自动装卸装置,六自由度工业机器人,2研究内容,机构是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。,机器是指一种执行机械运动装置，可用来变换和传递能量、物料和信息。,有关机械的基本理论,内燃机,是机构和机器的总称。,1-2学习本课程的目的,1-3如何进行本课程的学习,课程性质、任务及作用,机械未来发展,掌握本课程的特点,注重理论联系实际,逐步建立工程观点,认真对待每个教学环节,是指一种执行机械运动装置，可用来变换和传递能量、物料和信息。,如常见的机构有带传动机构、链传动机构、齿轮机构、凸轮机构、螺旋机构等等。,（1）机构,机构和机器的概念,是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。,这些机构一般被认为是由刚性件组成的。而现代机构中除了刚性件以外，还可能有弹性件和电、磁、液、气、声、光等元件。,故这类机构称为广义机构；而由刚性件组成的机构就称为狭义机构。,机构,（2）机器,机器,例如：,电动机、内燃机用来变换能量；,人类在长期的生产和生活实践中创造和发展了机械，其目的是为了减轻或替代人的劳动，提高劳动生产率。在我国，机械的创造、发展及使用有着悠久的历史（例如捣米这样的简单机构）。三千年前出现了简单的纺织机。两千年前，已将绳轮、凸轮、连杆机构等用于生产中。汉代以后的指南车及记里鼓车中利用了齿轮和轮系传动。东汉时已发明了用水排以鼓风炼铁，这对古代冶铁业的发展起了重要作用。东汉张衡将杆机构巧妙地使用在人类第一台地震仪上。,古代机器,捣米机,地动仪,水排,古代机械,1.机器,机器：人类为了满足生产和生活上的需要创造出来的、目的是为了减轻劳动、提高生产率。,从原始人制造第一把石刀开始，就开始了“制造工艺过程”。材料的发展、冶钢炼铁的发明、金属工具的出现，使得工具与加工对象之间的相互作用强度剧增，人手直接作为执行装置已难于使金属工具充分发挥作用，难于承受如此强度的作用，因而产生了机构、机器。,运输车,计算机,洗衣机,牛头刨床,挖掘机,飞机,机器是根据某种使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，可以用来变换和传递能量、物料和信息。,机器是代替人们体力和部分脑力劳动的工具，既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能大大提高生产率和改善劳动条件。,机器是一种人为实物组合的具有确定机械运动的装置，它用来完成有用功、转换能量或处理信息，以代替或减轻人类的劳动。,机器的特点,机器的分类（按作用）,动力机器：将任何一种能量变换成机械能。如蒸气机、内燃机、电动机。工作机器：完成有用的机械功或搬运物品。如汽车、机床、飞机、起重机、挖掘机。信息机器：完成信息的传递和变换。如复印机、传真机、打印机等。,单缸四冲程内燃机,组成：气缸体，活塞，连杆，曲轴，齿轮，凸轮，进、排气阀，推杆，弹簧等。能量转换：热能转换成机械能,牛头刨床机构模型,插齿机构模型,机器的特征,机器是一种人为的实物组合；是执行确定机械运动的装置；能代替或减轻人的劳动，完成有效的机械功，进行能量、物料和信息的传递，或能量的变换。,（3）机器的结构,传统的机器由如下三个部分组成：,现代机器一般由如下四个部分组成：,机器和机构的概念(2/3),而现代先进的机器则由以下五个部分组成：,1）原动机,为机器运转提供动力，常用的原动机有电动机、内燃发动机、液压机、气动机等。电动机可以把电能转化成机械能；内燃机可把燃料燃烧的化学能转换成机械能。,原动机经历了如下发展过程：,风力发电机,蒸汽机,轿车上用的内燃机,手扶拖拉机上用的内燃机,12缸V型柴油机,16缸V型柴油机,水平布置的电动机,竖直布置的电动机,2）传动机构,用来连接原动机机构和执行机构，将原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。传动部分大多数采用机械传动机构，有时也采用液压或电力传动机构。如：常用的各种减速和变速装置均可作为传动机构。,3）执行机构,它是一部机器中最接近作业工作端的机构，它通过执行构件与被作业件相接触，以完成作业任务。如：起重机和挖掘机中的起重吊运和挖掘机构。,4）控制和辅助系统,用来处理机器各组成部分之间，以及与外部其它机器之间的工作协调关系，它通常由各种计算机和控制器组成。,2、机构,机器中的机械运动大多是通过各种“机构”实现的。一部机器通常包含一个或若干个机构，机构是机器的重要组成部分。机构是一切机器的共性组成部分。,机构是一个具有确定机械运动的构件系统，用来传递运动和动力的可动的装置，是人为的实物的组合，但不具备机器的第三个特征。,机构-由两个以上的构件相互直接接触，具有一定形状的可动联接结构和一定运动传递与转换特征，各构件间具有确定的相对运动规律的系统称为机构。,连杆机构凸轮机构齿轮机构间歇运动机构带传动和链传动机构螺旋机构组合机构,连杆机构,凸轮机构,齿轮机构,间歇运动机构,螺旋机构,组合机构,内燃机中的曲柄滑块机构,内燃机中的齿轮机构,内燃机和中的凸轮机构,有关机械的基本理论,（1）机构的结构分析,1）研究机构是怎样组成的，其组成对运动的影响，以及机构具有确定运动的条件。,2）研究机构的组成原理及机构的结构分类。,3）如何绘制机构运动简图的问题。,（2）机构的运动分析,介绍对机构进行运动分析（包含位移、速度及加速度分析）的基本原理及方法。,（3）机器动力学,1）分析机器在运转过程中其各构件的受力情况，以及这些力的作功情况。,（5）机械传动系统运动方案的设计,研究在进行具体机械设计时机构的选型、组合、变异及机械传动系统运动方案的设计等问题。,（4）常用机构的分析与设计,研究常用机构（如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）的类型、工作原理及运动特性分析和机构设计的基本原理及方法。,有关机械的基本理论(2/2),实例：,微小机器人内窥镜系统,智能机器人,机械未来发展的两个方向：,（1）微机械（2）智能机械,本课程的地位、任务及作用,机械原理课程是研究机械基础理论的一门科学，是机械类各专业的一门主干技术基础课程，在创新设计机械所需的知识结构中也占有核心地位。,（1）地位,（2）任务,本课程的任务是使学生掌握机构学和机器动力学的基本理论、基本知识和基本技能，学会各种常用基本机构的分析和综合方法，并具有按照机械的使用要求进行机械传动系统方案设计的初步能力。,（3）作用,在培养高级机械工程技术人才的全局中，本课程不仅为学生学习相关技术基础和专业课程起到承前起后的作用，而且为今后从事机械设计和研究工作起到增强适应能力和开发创新能力的作用。,掌握本课程的特点,本课程要用到理论力学等先修课程的知识。,但并不是这些课程的简单重复和堆砌，而是要学生运用所学的知识解决工程实际中所遇到的问题。,所以本课程的学习不同于理论课程的学习，也不同于专业课，而具有一定的理论系统性及逻辑性和较强的工程实践性的特点。,在学习本课程时应注意:掌握基本的概念、原理及机构的分析与综合的方法。,注重理论联系实际,本课程是着重研究一般机械的共性问题，即机构的结构分析和综合的基本理论及方法。这些理论和方法是紧密为工程服务的。,在学习过程中要注意这些理论和方法：1）在理论上建立和推演的严密性和逻辑性；2）如何在工程实际中的应用；3）随时留意日常生活和生产中遇到的各种机械，以丰富自己的感性认识，并用它们认识分析这些机械，以加深理解。,初步建立工程观点,本课程要用到很多与工程有关的名词、符合、公式、标准及参数和一些简化方法，如倒置、反转、转化、当量、等效、代换等等。,在机构分析与综合中，除解析法外还介绍图解法、实验法以及试凑法等一些工程中实用的方法。,在学习时应注意：对名词应正确理解其含义，对公式应着重于应用，而对方法则着重掌握其基本原理和作法。,实际工程问题都是涉及多方面的因素的问题，其求解可采用多种方法，其解一般也不是唯一的