机械原理-第0章-绪论Thinsong

1、辛声辛声 绪绪 论论引言引言 机械发展的历史机械发展的历史 当今社会高度的物质文明是以近代机械工业的飞当今社会高度的物质文明是以近代机械工业的飞速发展为基础建立起来的，人类生活的不断改善也与机速发展为基础建立起来的，人类生活的不断改善也与机械工业的发展紧密相连。械工业的发展紧密相连。 机械是人类用以转换能量和借以减轻体力劳动、提高生产率的主要机械是人类用以转换能量和借以减轻体力劳动、提高生产率的主要工具工具。机械工业是国民经济的支柱工业之一。机械工业是国民经济的支柱工业之一。机械机械工业工业是社会生产力发展水平的重要标志。是社会生产力发展水平的重要标志。 五千年前已开始使用简单的纺织机械；晋朝

2、时在连机五千年前已开始使用简单的纺织机械；晋朝时在连机椎和水碾中应用了凸轮原理；西汉时应用轮系传动原理椎和水碾中应用了凸轮原理；西汉时应用轮系传动原理制成了指南车和记里鼓车；东汉张衡发明的候风地动仪制成了指南车和记里鼓车；东汉张衡发明的候风地动仪是世界上第一台地震仪。目前许多机械中仍在采用的青是世界上第一台地震仪。目前许多机械中仍在采用的青铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我国东汉年代的文物中铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我国东汉年代的文物中都可以找到它们的原始形态。都可以找到它们的原始形态。 我国古代在机械研制方我国古代在机械研制方面有许多杰出的发明创面有许多杰出的发明创造。造。一一. .古代机械古

3、代机械1818世纪初以蒸汽机的出现为代表产生了第一次产业世纪初以蒸汽机的出现为代表产生了第一次产业革命，人们开始设计制造各种各样的机械，例如纺织机革命，人们开始设计制造各种各样的机械，例如纺织机、火车、汽轮船。、火车、汽轮船。哈格里沃斯发明的哈格里沃斯发明的“珍妮纺纱机珍妮纺纱机”法国陆军技术军官古诺发明了世法国陆军技术军官古诺发明了世界上第一辆蒸汽动力车界上第一辆蒸汽动力车二二. .近代机械近代机械1919世纪到世纪到2020世纪初的第二次产业革命，随着内燃机世纪初的第二次产业革命，随着内燃机的出现，促进了汽车、飞机等运输工具的出现和发展。的出现，促进了汽车、飞机等运输工具的出现和发展。18

4、98年问世的年问世的“雷诺雷诺”牌汽车牌汽车“圣路易斯精神圣路易斯精神”号飞机号飞机1927年美国人林德伯格驾驶着它完年美国人林德伯格驾驶着它完成了人类首次不着陆飞越大西洋的成了人类首次不着陆飞越大西洋的壮举。壮举。2020世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器人，航空航天，海洋舰船等领域开发出了众多高新机械人，航空航天，海洋舰船等领域开发出了众多高新机械产品，如火箭、卫星、宇宙飞船、空间站、航空母舰、产品，如火箭、卫星、宇宙飞船、空间站、航空母舰、深海探测器等深海探测器等国际太空站国际太空站航天飞机正在利用机械臂施航天飞机正在利用机械臂施放哈勃空

5、间望远镜放哈勃空间望远镜三三. .现代机械现代机械2121世纪，世纪，机械学科在迅猛发展机械学科在迅猛发展, 新概念、新理论、新新概念、新理论、新方法、新工艺不断涌现方法、新工艺不断涌现。智能机械、微型机构、仿生。智能机械、微型机构、仿生机械的蓬勃发展，将促进材料、信息、计算机技术、机械的蓬勃发展，将促进材料、信息、计算机技术、自动化等领域的交叉与融合，进一步丰富和发展机械自动化等领域的交叉与融合，进一步丰富和发展机械基础基础学科知识。学科知识。用光刻技术做成的微米尺寸的微机械用光刻技术做成的微米尺寸的微机械蜘蛛形探雷机器人蜘蛛形探雷机器人一、研究对象一、研究对象机械机械1-1 1-1 本课程

6、研究的对象及内容本课程研究的对象及内容 机机械：是械：是机器和机机器和机构的构的总称总称 机机器：器： 切削机床、运输机械、切削机床、运输机械、建筑机械、轻工机械、建筑机械、轻工机械、动力机器、医用机械、动力机器、医用机械、家用机械、机器人等家用机械、机器人等 机器是执行机械运动的装置，或者说是根据某种使用机器是执行机械运动的装置，或者说是根据某种使用要求而设计的机械系统。它可以用来变换或传递能量、物要求而设计的机械系统。它可以用来变换或传递能量、物料与信息。料与信息。发电机等是能量变换的装置，即可将某种发电机等是能量变换的装置，即可将某种形式的能量变换成机械能，或者把机械能形式的能量变换成机

7、械能，或者把机械能变换成其他形式的能量。例如：内燃机、变换成其他形式的能量。例如：内燃机、压气机、涡轮机、电动机等。压气机、涡轮机、电动机等。是完成有用的机械功或者是搬运物品。是完成有用的机械功或者是搬运物品。例如：轧钢机、织布机、缝纫机、汽例如：轧钢机、织布机、缝纫机、汽车、飞机和金属切削加工机床等。车、飞机和金属切削加工机床等。是用来获得和变换信息的。例如：机是用来获得和变换信息的。例如：机械式积分仪、计帐机、打字机和绘图械式积分仪、计帐机、打字机和绘图仪。仪。汽车、起重机用来传递物料；汽车、起重机用来传递物料；计算机用来变换信息。计算机用来变换信息。 由于各种机器的主要组成部分都是各种机

8、构。所以可以说，由于各种机器的主要组成部分都是各种机构。所以可以说，机器乃是一种可用来变换或传递能量、物料与信息的机构组合。机器乃是一种可用来变换或传递能量、物料与信息的机构组合。 机器按其用途可分为两类：凡将其他形式的能量转换为机械能的机器称为机器按其用途可分为两类：凡将其他形式的能量转换为机械能的机器称为原动机原动机；凡利用机械能来完成有用功的机器称为凡利用机械能来完成有用功的机器称为工作机工作机。机床用来变换物料的状态；机床用来变换物料的状态；机器与其它装置的主要区别是：机器与其它装置的主要区别是：机器一定要作机械运机器一定要作机械运动，并动，并 通过运动来实现能量物料和信息的变换通过运

9、动来实现能量物料和信息的变换Page 11内燃机与机械手的构造、用途和性能虽不相同，但是从它内燃机与机械手的构造、用途和性能虽不相同，但是从它们的组成、运动确定性及功能关系看，都具有一些共同特们的组成、运动确定性及功能关系看，都具有一些共同特征：征： （1 1）人为的实物（机件）的组合体。）人为的实物（机件）的组合体。 （2 2）组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。）组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。 （3 3）能完成有用机械功或转换机械能。）能完成有用机械功或转换机械能。机械原理是研究机器的共性理论，必须对机器进行概括机械原理是研究机器的共性理论，必须对机器进行概括和抽象和抽象

10、 机机构：构：用来传递运动和力或改变运动形式的构件系统用来传递运动和力或改变运动形式的构件系统椭椭圆规圆规 直直列式发动机列式发动机它的汽缸肩并肩地排成一排，它的汽缸肩并肩地排成一排，L4发动机，一般的车都用：发动机，一般的车都用： 机构和机器的区别机构和机器的区别 机构只是一个构件系统，而机器除构件系机构只是一个构件系统，而机器除构件系 统外，还包含电气、液压等其它系统统外，还包含电气、液压等其它系统 机构只用来传递运动和力，而机器除传递机构只用来传递运动和力，而机器除传递运动和力外，还具有变换或传递能量、物运动和力外，还具有变换或传递能量、物料和信息的功能料和信息的功能Page 16机构具

11、有机器的前面两个特征：机构具有机器的前面两个特征： （1 1）人为的实物（机件）的组合体。）人为的实物（机件）的组合体。 （2 2）组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。）组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。 （3 3）能完成有用机械功或转换机械能。）能完成有用机械功或转换机械能。 例：例：内燃机内燃机 连杆机构连杆机构 凸轮机构凸轮机构 齿轮机构齿轮机构实例分析：实例分析：内燃机内燃机内燃机动画内燃机动画潘存云教授研制潘存云教授研制设计：潘存云设计：潘存云进气进气压缩压缩爆炸爆炸排气排气内燃机的工作过程：内燃机的工作过程：活塞的往复运动通过连杆转变为曲活塞的往复运动通过连杆转变为曲

12、轴的连续转动，该组合体称为：轴的连续转动，该组合体称为：内燃机各部分的作用：内燃机各部分的作用：曲柄滑块机构曲柄滑块机构凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：凸轮机构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：作，称为：齿轮机构齿轮机构各部分协调动作的结果：各部分协调动作的结果： 化学能化学能 机械能机械能机器的共有特征：机器的共有特征： 人造的实物组合体；人造的实物组合体；各部分有确定的相对运动；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代替或减轻人类劳动完成有用功

13、或实现能量 的转换的转换 机器的作用机器的作用 机器的分类：机器的分类： 原动机实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机原动机实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）种类有限种类有限工作机完成有用功（如机床等）工作机完成有用功（如机床等） 种类繁多种类繁多机械机械的的组成：组成：原动部分原动部分是工作机动力的来源，最常见的是电动机是工作机动力的来源，最常见的是电动机 和内燃机。和内燃机。 工作部分工作部分完成预定的动作，位于传动路线的终点。完成预定的动作，位于传动路线的终点。 传动部分传动部分联接原动机和工作部分的中间部分。联接原动机和工作部分的中间部分。 控制部分控制部分保证机器的启动、停止和

14、正常协调动作。保证机器的启动、停止和正常协调动作。 其关系如下其关系如下机械机械机器机器机构机构原动机原动机 传动传动 工作工作 控制控制 原动机原动机工作机工作机二、研究内容二、研究内容 机构结构分析的基本知识：对机构的结构进行分析机构结构分析的基本知识：对机构的结构进行分析, 了解机构的组成及其具有确定运动的条件了解机构的组成及其具有确定运动的条件; 了解机构的了解机构的组成原理和结构分类。组成原理和结构分类。 机构的运动分析。机构的运动分析。 常用机构的分析与设计：对各种常用机构的类型、运常用机构的分析与设计：对各种常用机构的类型、运动特点、功能及设计方法进行分析和研究。动特点、功能及设

15、计方法进行分析和研究。 机器动力学：机器动力学：(1)分析机器在运转过程中其各构件的分析机器在运转过程中其各构件的受力情况受力情况, 以及机械平衡和机械效率问题以及机械平衡和机械效率问题; (2) 研究机器研究机器在外力下的真实运动规律和速度波动等问题。在外力下的真实运动规律和速度波动等问题。机械系统的方案设计机械系统的方案设计1-2 1-2 学习本课程的目的学习本课程的目的机械原理课程的地位机械原理课程的地位1. 机械原理是机械类各专业的一门主干技术基础课程。机械原理是机械类各专业的一门主干技术基础课程。2. 与一般的基础课比更接近工程实际。与一般的基础课比更接近工程实际。3. 与专业课比具

16、有更宽的研究面和更广的适应性。与专业课比具有更宽的研究面和更广的适应性。学习本课程的目的学习本课程的目的1. 为学习机械类有关专业课打好理论基础。为学习机械类有关专业课打好理论基础。2. 为机械产品的创新设计打下良好的基础为机械产品的创新设计打下良好的基础3. 为现有机械的合理使用和革新改造打基础。为现有机械的合理使用和革新改造打基础。1-3 1-3 如何进行本课程的学习如何进行本课程的学习学习方法：学习方法：1. 在学习知识的同时，注重能力的培养。在学习知识的同时，注重能力的培养。2. 在重视逻辑思维的同时，加强形象思维能力的培养。在重视逻辑思维的同时，加强形象思维能力的培养。3. 注意先修

17、课程的应用。注意先修课程的应用。4. 理论联系实际，能够做到举一反三。理论联系实际，能够做到举一反三。教学环节：教学环节： 理论教学理论教学 课程设计课程设计实例：实例： 微小机器人内窥镜系统微小机器人内窥镜系统智能机器人智能机器人机械未来发展的两个方向：机械未来发展的两个方向： （1 1）微机械）微机械（2 2）智能机械）智能机械1-4 1-4 机械原理学科的发展现状及趋势机械原理学科的发展现状及趋势机械工业发展方向：机械工业发展方向： 高速、高精度、重载、高效率、低噪声高速、高精度、重载、高效率、低噪声 先进制造技术的应用、激光制造先进制造技术的应用、激光制造 自动生产线自动生产线机构分析

18、与综合机构分析与综合 常用机构的研究常用机构的研究 已经非常深入已经非常深入 自动控制机构、机器人机构、仿生机构、机电光液自动控制机构、机器人机构、仿生机构、机电光液综合机构等进展也非常大综合机构等进展也非常大 计算机的应用：计算机辅助设计、优化设计、大计算机的应用：计算机辅助设计、优化设计、大型通用或专用的软件等型通用或专用的软件等机械原理课程的性质与任务机械原理课程的性质与任务是研究机械性能分析与设计的基本理论与是研究机械性能分析与设计的基本理论与方法的专业基础课程之一。方法的专业基础课程之一。机械原理的教学内容（归纳起来三大点）机械原理的教学内容（归纳起来三大点）1 1、研究机构的组成及具有确定运动的条件。、研究机构的组成及具有确定运动的条件。 2 2、研究四种基本机构的特性和设计方法：、研究四种基本机构的特