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文档简介

1、 机机 械械 原原 理理 第一章第一章 绪论绪论 黑龙江大学机电学院黑龙江大学机电学院 主要内容主要内容 1.1 机械原理课程的研究对象与内容机械原理课程的研究对象与内容 1.2 机械总体方案设计的内容机械总体方案设计的内容 及机械原理课程的定位与任务及机械原理课程的定位与任务 1.3 机械原理课程的学习方法与基本要求机械原理课程的学习方法与基本要求 学什么?学什么? 为什么为什么 学?学? 怎样学?怎样学? P & 1-1 机械原理课程的研究对象与内容机械原理课程的研究对象与内容 什么是机械原理?什么是机械原理? 机械原理机械原理The Theory of Machines and Mech

2、anisms 机器机器 机构机构 P 机器和机构运动学和动力学分析与设计机器和机构运动学和动力学分析与设计 基本理论基本理论 什么是机械?什么是机械? 机械机械( (Machinery) )机器与机构的总称。机器与机构的总称。 机机 械械 机机 器器 (Machine) 机机 构构 (Mechanism) 什么是机器呢?什么是机器呢?什么是机构呢?什么是机构呢? 机器之例机器之例1 普通车床普通车床 机器之例机器之例2 数控铣床,数控铣床, 这是一种这是一种机机 器器,主要用,主要用 来加工平面来加工平面 和曲面。和曲面。 主轴主轴 安装安装 铣刀铣刀 工作台工作台 机器之例机器之例3 单缸四

3、冲程内燃机单缸四冲程内燃机 6 5 4 3 8 7 1 2 9 10 内燃机内燃机 3进气阀、进气阀、 1气缸体、气缸体、2活塞活塞、 9小齿轮、小齿轮、 6曲轴、曲轴、5连杆、连杆、 4排气阀、排气阀、 8气门挺杆、气门挺杆、 10大齿轮、大齿轮、 7凸轮、凸轮、 主要构成主要构成 机器人构成例机器人构成例 人工智能人工智能与人的交互界面与人的交互界面 画像识别画像识别 音声识别,合成音声识别,合成 其他其他 网络技术网络技术 自律控制自律控制 远程操作远程操作 驱动机构驱动机构 包括关节包括关节 传感器传感器 位置确定位置确定 姿势传感器姿势传感器 移动控制移动控制 画像传感器画像传感器

4、音声传感器音声传感器 力传感器力传感器 设计技术设计技术 材料技术材料技术 加工技术加工技术 系统技术系统技术 能耗技术能耗技术 机器之例机器之例4 机器之例机器之例5 索杰纳火星车索杰纳火星车 它是美国国家航空航天它是美国国家航空航天 局于格林威治时间局于格林威治时间1997 年年7月月4日日17时时07分发射分发射 的火星探路者号宇宙飞的火星探路者号宇宙飞 船成功地在火星表面着船成功地在火星表面着 陆,该飞船携带了索杰陆,该飞船携带了索杰 纳火星车,这也是一种纳火星车,这也是一种 机器。机器。 “神舟五号神舟五号”发射时的情景。发射时的情景。发射塔发射塔 、运载火箭运载火箭都是庞大的都是庞

5、大的机器机器。 机器之例机器之例6 什么是机器什么是机器(Machine)? School of Mechatronics, Heilongjiang University Prof. Song 机器机器(Machine)是具有确定机械运动的装置,用是具有确定机械运动的装置,用 来转换或传递来转换或传递能量能量(Energy)、物料物料(Materials) 或或信息信息(Information)。 6 5 4 3 8 7 1 2 9 10 内燃机内燃机 转换能量转换能量改变物料状态改变物料状态 处理信息处理信息 人为的实物组合体。人为的实物组合体。 各实体之间具有确定的相对运各实体之间具有确

6、定的相对运 动。动。 能够完成能量、物料、信息的能够完成能量、物料、信息的 传递与转换。传递与转换。 机器的特征机器的特征(Characteristics) 凸轮机构凸轮机构 齿轮机构齿轮机构连杆机构连杆机构 一部机器可能包含多一部机器可能包含多 种类型的机构,也可种类型的机构,也可 能只包含一种机构。能只包含一种机构。 机构的概念,功能及特征机构的概念,功能及特征 机构机构两个以上的构件通过可动联接形成的构件两个以上的构件通过可动联接形成的构件 系统,各构件之间具有确定的相对运动。系统,各构件之间具有确定的相对运动。 功能功能 可按预期的规律实现运动和力的传递与转换。可按预期的规律实现运动和

7、力的传递与转换。 能将一个或几个构件的给定运动,转变成其他能将一个或几个构件的给定运动,转变成其他 构件所需的确定运动。构件所需的确定运动。 机构的特征机构的特征 特征特征 人为的实物组合体。人为的实物组合体。 各实体之间具有确定的相对运动。各实体之间具有确定的相对运动。 从结构和运动的观点来看,机构和机器没从结构和运动的观点来看,机构和机器没 有区别。有区别。 连续转动连续转动 往复直线移动往复直线移动 连续转动连续转动 双向摆动双向摆动 连续转动连续转动 带停歇往复直线移动带停歇往复直线移动 连续转动连续转动 连续转动连续转动 机构举例机构举例不同形式的运动传递与转换不同形式的运动传递与转

8、换 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 齿轮传动机构齿轮传动机构 凸轮间歇机构凸轮间歇机构 机构是所有机器的共性功能组成部分。凡需要实机构是所有机器的共性功能组成部分。凡需要实 现某种运动传递与转换的地方,都可采用对应的现某种运动传递与转换的地方,都可采用对应的 某种机构。某种机构。 同一种机构,改变构件的尺寸、形状等参数,就同一种机构,改变构件的尺寸、形状等参数,就 可以获得运动形式相同,但运动范围、运动方向可以获得运动形式相同,但运动范围、运动方向 以及速度、加速度等运动参数不同的输出运动。以及速度、加速度等运动参数不同的输出运动。 通过一些典型机构的不同组合以及改变机构的

9、几通过一些典型机构的不同组合以及改变机构的几 何参数,可以实现各种各样的运动及动力要求,何参数,可以实现各种各样的运动及动力要求, 完成各种工作过程,创造出千差万别、各种功能完成各种工作过程,创造出千差万别、各种功能 的机器。的机器。 机构小结机构小结 机构的分析机构的分析 -机构的结构分析机构的结构分析 研究机构的组成原理,即机构组成的一般规律。研究机构的组成原理,即机构组成的一般规律。 研究机构运动的可能性与确定性的条件。研究机构运动的可能性与确定性的条件。 -机构的运动分析机构的运动分析 研究在给定原动件运动的条件下,机构各点的轨迹、研究在给定原动件运动的条件下,机构各点的轨迹、 位移、

10、速度、加速度等运动特性。位移、速度、加速度等运动特性。 机械原理的主要研究内容机械原理的主要研究内容 -机构的力分析机构的力分析 研究机构的各构件和运动副中力的计算、摩擦及研究机构的各构件和运动副中力的计算、摩擦及 效率问题。效率问题。 常用机构的设计问题常用机构的设计问题 主要研究:连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、主要研究:连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、 间歇运动机构等的设计理论和设计方法。间歇运动机构等的设计理论和设计方法。 机械系统运动方案设计机械系统运动方案设计 机械动力学问题机械动力学问题 主要研究:如何根据机器的功能来确定运主要研究:如何根据机器的功能来确定运 动方案。动方案。 主要

11、研究:机械系统的真实运动规律、机械的主要研究:机械系统的真实运动规律、机械的 调速和机构的平衡。调速和机构的平衡。 机械设计的一般过程:机械设计的一般过程: 需求需求 分析分析 机械方案机械方案 设设 计计 机械方案机械方案 运动分析运动分析 机械方案机械方案 动力分析动力分析 机机 械械 造型设计造型设计 机械工作机械工作 能力设计能力设计 确确 定定 工艺方案工艺方案 确确 定定 工艺参数工艺参数 机械结构机械结构 设设 计计 & 1-2 机械总体方案设计的内容机械总体方案设计的内容 及机械原理课程的定位与任务及机械原理课程的定位与任务 1. 机械总体机械总体方案设计方案设计( (Conc

12、ept design) ) 主要包括三方面内容:主要包括三方面内容: 功能原理方案设计功能原理方案设计( (Function and working principle scheme design) ) 机械系统运动方案设计机械系统运动方案设计( (Kinematic precept design) ) 方案的评价与优选方案的评价与优选( (Evaluation and optimal selection) ) 2. 机械系统运动方案设计机械系统运动方案设计( (Movement scheme design) ) 运动简图运动简图 ( (Kinematic sketch) )设计设计 -机构及

13、机械系统的机构及机械系统的选型与综合选型与综合 ( (Type selection and synthesis) ) 输入运动形式与数量输入运动形式与数量输出运动形式与数量输出运动形式与数量动作要求动作要求 运动传递与转换的类型与数量运动传递与转换的类型与数量 机械系统机械系统 机构的协调配合机构的协调配合 选择或创新满足要求的选择或创新满足要求的 机构类型和结构型式机构类型和结构型式 - - - 机 械 系 统机 械 系 统 运 动 学 及 动 力 学 综 合 及 分 析运 动 学 及 动 力 学 综 合 及 分 析 ( (Synthesis and analysis of kinemati

14、cs and dynamics) ) 重要过程。重要过程。 运动传递与转换的运动传递与转换的 具体参数及规律具体参数及规律 动力学初步设计动力学初步设计运动学尺度设计运动学尺度设计 若干设计方案若干设计方案 方案评价与优选方案评价与优选 运动及动力性能分析运动及动力性能分析 最佳设计方案最佳设计方案 机械系统运动机械系统运动 方案设计方案设计 创造性构思创造性构思 ( (Creative design) ) 创新设计创新设计 ( (Innovative design) ) 机械原理课程的核心机械原理课程的核心 机械运动方案设计机械运动方案设计 机械原理课程的定位机械原理课程的定位 学习解决机械

15、系统中的执行机构及其系统运学习解决机械系统中的执行机构及其系统运 动方案设计的基本理论与方法,重点是执行机动方案设计的基本理论与方法,重点是执行机 构及其系统的运动方案设计。构及其系统的运动方案设计。 课程任务课程任务 为机械系统的运动方案设计奠定坚实的理论、为机械系统的运动方案设计奠定坚实的理论、 方法与技能的基础。方法与技能的基础。 & 1-3 机械原理课程的学习方法与基本要求机械原理课程的学习方法与基本要求 课程特点课程特点 研究所有机械的共性研究所有机械的共性( (结构学、运动学、动力结构学、运动学、动力 学学) )原理及其分析设计方法。原理及其分析设计方法。 学习环节学习环节 听课、

16、自学、复习、答疑、习题课、实验听课、自学、复习、答疑、习题课、实验 课、课外作业、课程设计等。课、课外作业、课程设计等。 注意事项注意事项 -要有系统和全局的观点。要有系统和全局的观点。 -注意掌握建立机构及机械系统的运动学、注意掌握建立机构及机械系统的运动学、 动力学模型的思路与方法。动力学模型的思路与方法。 -注意联系工程实际和结合机械的实际结构注意联系工程实际和结合机械的实际结构 去认识与掌握机构的结构简图与运动简去认识与掌握机构的结构简图与运动简 图。图。 -注意掌握本课程中常用的一些基本概念和注意掌握本课程中常用的一些基本概念和 基本研究方法。基本研究方法。 基本要求基本要求 - 认

17、识和了解机器及其基本功能结构认识和了解机器及其基本功能结构机构;机构; 了解机构的基本功能和结构特征;对机构、了解机构的基本功能和结构特征;对机构、 可动联接、构件、零件等有明确的概念和具可动联接、构件、零件等有明确的概念和具 体的认识。体的认识。 -了解本课程的研究对象、主要内容以及在机了解本课程的研究对象、主要内容以及在机 械设计和人才培养中的地位和作用;了解学械设计和人才培养中的地位和作用;了解学 习本课程的要求和方法。习本课程的要求和方法。 机械原理的发展机械原理的发展 - 机械学科与电磁学、光学、计算机科学、信息学、生物学、机械学科与电磁学、光学、计算机科学、信息学、生物学、 管理科学等学科领域相互渗透融合。管理科学等学科领域相互渗透融合。 - 研究领域向自动、智能化、微型精巧化方向发展。研究领域向自动、智能化、微型精巧化方向发展。 - 研究对象向空间机构、开链机构、多自由度机构发展。研究对象向空间机构、开链机构、多自由度机构发展。 - 机构的工作介质向多种工作介质机构的工作介质向多种工作介质( (包括弹性构件,柔性构包括弹性构件,柔性构 件,气、液介质,电、磁场、光、量子场等件,气、液介质,电、磁场、光、量子场等) )方向发展。方向发展。 - 分析与设计方法向动力分析、动态设计方向发展。分析与设计方法向动力分析、动态设计方向发展。

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