机械原理绪论--温亚莲

1、 机机 械械 原原 理理 西南交通大学西南交通大学 温亚莲温亚莲 2010年年9月月 绪论绪论 & 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 机械是机器与机构的总称。机械是机器与机构的总称。 机机 械械 机机 器器 机机 构构 研究对象：研究对象： 什么是机器呢？什么是机器呢？ 什么是机构呢？什么是机构呢？ v机器、机构 机器机器 1.人为的各种实物的组合。 2.组成机器的各种实物间具有确定的相对运动。 3.可代替或减轻人的劳动，完成有用的机械功 或转换机械能 机构机构 由若干个构件组成，且各构件之间有确定的 相对运动。实现传递机械运动和动力或改变机械运 动形式的构件组合体

2、。它是用来传递运动和动力的 可动装置。它只符合机器的前两个特征。 内燃机a冰激凌灌装b 活塞活塞2 进气阀进气阀3 凸轮凸轮7 顶杆顶杆8 齿轮齿轮9 气缸体气缸体1 排气阀排气阀4 工作过程工作过程： 活塞下行，进气阀打开，燃气被活塞下行，进气阀打开，燃气被 吸入汽缸吸入汽缸 活塞上行，进气阀关闭，压缩燃气活塞上行，进气阀关闭，压缩燃气 点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞 下行，经连杆带动曲轴输出转动下行，经连杆带动曲轴输出转动 活塞上行，排气阀打开，排出废气活塞上行，排气阀打开，排出废气 连杆连杆5 曲轴曲轴6 缸体缸体 活塞活塞 连杆连杆 曲轴曲轴 曲柄曲柄 连杆连

3、杆 机构机构 齿轮系齿轮系 凸轮凸轮 机构机构 一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含一种机构。一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含一种机构。 凸轮机构凸轮机构齿轮机构齿轮机构连杆机构连杆机构 名词术语解释名词术语解释: 1.构件构件(Link) 独立的独立的运动运动单元单元 内燃机内燃机 机构的组成机构的组成 内燃机内燃机 连杆连杆 套筒套筒 连杆体连杆体螺栓螺栓 垫圈垫圈 螺母螺母 轴瓦轴瓦 连杆盖连杆盖 零件零件(part、element) 独立的独立的制造制造单元单元 二二 零件和构件零件和构件 零件是组成机器的最小制造单元，分 为专用零件、通用零件。 构件是机器的运动单

4、元，一般由若干 个零件刚性联接而成，也可以是单一 的零件。若从运动的角度来讲，可以 认为机器是由若干个构件组装而成的 例如：齿轮、传动链、传动带、蜗杆、 蜗轮、轴、联轴器、离合器、制动器、 滚动轴承、滑动轴承、螺栓、键、花 键、销；铆、焊、胶结构件；弹簧、 机架、箱体等。 在机械原理课程中要研究以下内容：在机械原理课程中要研究以下内容： 1、机构的分析、机构的分析 （1）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。 （2）机构的运动分析）机构的运动分

5、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、速度、加速度等运动特性。位移、速度、加速度等运动特性。 “机械原理机械原理”是一门从力学原理的角度研究机械的组成是一门从力学原理的角度研究机械的组成 、分析与设计基本理论的课程，是一门技术基础课。、分析与设计基本理论的课程，是一门技术基础课。 2、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、间歇运主要研究：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。动机构等的设计理论和设计方法。 3、机械系统运动方案设计、机械系统运动方案设计 4、

6、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动方案。主要研究：如何根据机器的功能来确定运动方案。 主要研究：机械系统的真实运动规律、机械的调速和主要研究：机械系统的真实运动规律、机械的调速和 机构的平衡。机构的平衡。 （3）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、摩擦及效率研究机构的各构件和运动副中力的计算、摩擦及效率 问题。问题。 研究内容：研究内容： 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

7、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 一台典型的现代化机器是由四个部分组成的，即一台典型的现代化机器是由四个部分组成的，即 原动机、传动机构、执行机构和控制系统原动机、传动机构、执行机构和控制系统。 机机 器器 原原 动动 机机（机器的动力来源） 传动机构传动机构（把原动机的运动和动力传递给工作机） 执行机构执行机构（完成工作任务的部分） 控制系统控制系统（使机器的原动部分、传动部分、工 作部分按一定的顺序和规律运动，完成给定的工作循环） & 1-2 现代化机器的组成现代化机器的组成 原动机原动机用于提供动

8、力用于提供动力 发电机发电机 化石燃料化石燃料 水水 能能 太阳能太阳能 内燃机内燃机 外燃机外燃机 电动机电动机 风风 能能 水轮机水轮机 风力机风力机 太阳能电池太阳能电池 机机 器器 化石燃料化石燃料内燃机内燃机机机 器器 化石燃料化石燃料外燃机外燃机机机 器器 水水 能能 风风 能能 水轮机水轮机 风力机风力机 机机 器器 机机 器器 液压马达液压马达 电动机电动机机机 器器泵泵 液液 压压 缸缸 气压马达气压马达 电动机电动机机机 器器空气压缩机空气压缩机 气气 缸缸 原动机主要有电动、液动、气动三种形式原动机主要有电动、液动、气动三种形式 从运动形式来划分有回转、往复直线和步进等多

9、种运动形式从运动形式来划分有回转、往复直线和步进等多种运动形式 常用原动机形式常用原动机形式 电动原动机电动原动机: 电动原动机的形式是：电动机电动原动机的形式是：电动机 从运动形式看，电动机有输出转动的回转电动机和输出往复移动的直从运动形式看，电动机有输出转动的回转电动机和输出往复移动的直 线电动机线电动机 从电源形式看，电动机有使用交流电源的交流电动机和使用直流电源从电源形式看，电动机有使用交流电源的交流电动机和使用直流电源 的直流电动机的直流电动机 从控制形式看，有输出位移、速度都不可控制的电动机，有输出位移、从控制形式看，有输出位移、速度都不可控制的电动机，有输出位移、 速度、力矩可以

10、控制的控制电动机。速度、力矩可以控制的控制电动机。 这是最常用的交流异步电动机这是最常用的交流异步电动机 这是这是步进电机步进电机，它可以按输入的电脉，它可以按输入的电脉 冲数回转相应的角度。冲数回转相应的角度。 这是伺服这是伺服电动机电动机，它可以精确的控制电动机的输出位移和转速。，它可以精确的控制电动机的输出位移和转速。 液压原动机液压原动机: 液压原动机的形式是：液压马达和液压油缸。液压原动机的形式是：液压马达和液压油缸。 液压马达输出回转运动，液压油缸输出往复直线运动。液压马达输出回转运动，液压油缸输出往复直线运动。 BM型摆线液压马达型摆线液压马达 液压油缸液压油缸 气动原动机气动原

11、动机: 气动原动机的形式是：气动马达和气缸。气动原动机的形式是：气动马达和气缸。 气动马达输出回转运动，气缸输出往复直线运动。气动马达输出回转运动，气缸输出往复直线运动。 叶片马达叶片马达柱塞马达柱塞马达 无导杆气缸无导杆气缸 有导杆气缸有导杆气缸 气气 缸缸 传动机构传动机构 将运动和动力传递或变换给执行机构将运动和动力传递或变换给执行机构 圆柱齿轮减速器圆柱齿轮减速器 锥齿轮减速器锥齿轮减速器 在传动机构中一般首先与电机联接的是减速机构，最常用的是各种类在传动机构中一般首先与电机联接的是减速机构，最常用的是各种类 型的减速器、变速器等。型的减速器、变速器等。 执行机构执行机构 用于实现机器

12、的功能，如机床的刀架、机器人的手用于实现机器的功能，如机床的刀架、机器人的手 爪等。爪等。 该机器人的手爪协调运动夹持球体实现任该机器人的手爪协调运动夹持球体实现任 意运动，这是一种智能型机器人。意运动，这是一种智能型机器人。 全方位准椭球齿轮柔性关节 控制系统控制系统 用于实现机器执行机构之间的工作协调，或者各机用于实现机器执行机构之间的工作协调，或者各机 器之间的工作协调。器之间的工作协调。 控制模式控制模式 原动机原动机传动机构传动机构执行机构执行机构 控制系统控制系统 原动机原动机传动机构传动机构执行机构执行机构 控制系统控制系统 原动机原动机传动机构传动机构执行机构执行机构 本章结束

13、本章结束 复习题 机器和构件的主要区别是什么？ 构件：用来传递运动和动力；机器：除 传递运动和动力外，还能转换机械能或 完成有用的机械功。 & 1-3 设计与创新设计与创新 一、设计一、设计 设计是基础理论，应用技术和实践经验综合应用的过程设计是基础理论，应用技术和实践经验综合应用的过程 设计本身就是一种创造性劳动设计本身就是一种创造性劳动 500 分/米30 超声波 发生器 二、创新二、创新 自然科学领域的最高成就是自然科学领域的最高成就是发现发现 应用技术领域的最高成就是应用技术领域的最高成就是发明发明 基础理论知识基础理论知识 应用技术知识应用技术知识 实践经验实践经验 发明：发明： 强

14、烈的创新意识强烈的创新意识 勤奋的工作勤奋的工作 两用折叠椅两用折叠椅 双曲面滚柱加载器双曲面滚柱加载器 外环外环 内环内环 同向传动齿轮同向传动齿轮 叶片差速泵叶片差速泵 普通车床普通车床 数控车床数控车床 数控铣床，数控铣床， 这是一种这是一种 机器机器，主，主 要用来加要用来加 工平面和工平面和 曲面。曲面。 主轴主轴 安装安装 铣刀铣刀 工作台工作台 锯床锯床 数控压弯机数控压弯机 数控剪板机数控剪板机 美国西科斯基公司生产的美国西科斯基公司生产的 “黑鹰黑鹰”直升机直升机 主旋翼主旋翼 尾尾 旋旋 翼翼 “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

15、都是庞大的都是庞大的机器机器。 索杰纳火星车索杰纳火星车 它是美国国家航空航它是美国国家航空航 天局于格林威治时间天局于格林威治时间 1997年年7月月4日日17时时 07分发射的火星探路分发射的火星探路 者号宇宙飞船成功地者号宇宙飞船成功地 在火星表面着陆，该在火星表面着陆，该 飞船携带了索杰纳火飞船携带了索杰纳火 星车，这也是一种机星车，这也是一种机 器。器。 世世 界界 最最 小小 的的 微微 型型 机机 械械 人人 Worlds smallest robot 美国山迪亚国家实美国山迪亚国家实 验室的科学家，成验室的科学家，成 功研制了相信是世功研制了相信是世 界最小的微型机械界最小的微型机械 人，这微型机械人人，这微型机械人 体积只有四分之一体积只有