河北工业大学机械原理绪论1

1、 机机 械械 原原 理理主讲：河工大机械原理教研河工大机械原理教研组组机械原理机械原理课程是研究课程是研究机械基础理论机械基础理论的一门科学。的一门科学。 第第1章章 绪绪 论论第第1章章 绪绪 论论11 机械原理课程研究的对象机械原理课程研究的对象13 机械原理课程的地位及学习本机械原理课程的地位及学习本 课程的目的课程的目的14 机械原理课程的学习方法机械原理课程的学习方法12 机械原理课程研究的内容机械原理课程研究的内容15 机械原理学科发展现状简介机械原理学科发展现状简介 11 机械原理课程研究的对象机械原理课程研究的对象本课程研究对象为：本课程研究对象为：机械机械人类通过长期生产实践

2、创造了机械，用来减轻或替代人类通过长期生产实践创造了机械，用来减轻或替代人类劳动，并使其不断发展形成当今多种多样的类型。人类劳动，并使其不断发展形成当今多种多样的类型。任何机械都经历了：任何机械都经历了：简单简单复杂的发展过程。复杂的发展过程。斜面斜面包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、电梯等电梯等杠杆杠杆 起重轱辘起重轱辘滑轮组滑轮组 现代起重机现代起重机起重机的发展历程：起重机的发展历程：机械机械机器机器机构机构典型机器的分析：典型机器的分析：1.内燃机内燃机内燃机内燃机组成：组成：65438712910汽缸体汽缸体1、活塞活塞2、进气阀

3、进气阀3、排气阀排气阀4、连杆连杆5、曲轴曲轴6、凸轮凸轮7、顶杆顶杆8、齿轮齿轮9、10工作原理：工作原理：1.进气阀开启，活塞下行，混合气体进气阀开启，活塞下行，混合气体 进入汽缸；进入汽缸；2.进气阀关闭，活塞上行，混合气体被压缩，进气阀关闭，活塞上行，混合气体被压缩， 在顶部点火燃烧；在顶部点火燃烧；3.高压燃烧气体膨胀推动活塞下行，两气阀关闭；高压燃烧气体膨胀推动活塞下行，两气阀关闭；4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。循环运动的结果，使曲轴输出连续的旋转运动考虑：机器是如何组成的？考虑：机器是如何组成的？ 它有哪些特征？它有哪些特征？

4、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各部分协调动作协调动作的结果：的结果： 化学能化学能 机械能机械能2.焊接机器人焊接机器人2.工件自动装卸装置

5、工件自动装卸装置 3.机器人去飞边、毛刺机器人去飞边、毛刺由上述实例可知，虽然各种机器的构造、用途和性由上述实例可知，虽然各种机器的构造、用途和性能各不相同，但都具有以下几个共同特征：能各不相同，但都具有以下几个共同特征： 组成：人造的实物组合体；组成：人造的实物组合体；运动确定性：各部分有运动确定性：各部分有确定的相对运动确定的相对运动；功能关系：代替或减轻人类劳动功能关系：代替或减轻人类劳动完成有用功完成有用功或或实现能量的转换实现能量的转换 机器的作用 凡同时具备上述凡同时具备上述3个特征的实物组合体就称为个特征的实物组合体就称为机器。机器。机器按其用途可分为两类：凡将其他形式的能量转换

6、为机械能的机器称为原动机；凡利用机械能来完成有用功的机器称为工作机。在日常生活和工程实践中随处都可见到各种各样的机器，例如：在日常生活和工程实践中随处都可见到各种各样的机器，例如： 汽车汽车 飞机飞机 舰船舰船 挖掘机挖掘机 机床机床(牛头刨床牛头刨床) 计算机计算机典型机构的分析：典型机构的分析：下面是一些工程实例中常用到的机构：下面是一些工程实例中常用到的机构：机构的共有特征：机构的共有特征： 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；用来传递力或实现运动的转换。用来传递力或实现运动的转换。机构的分类：机构的分类：通用机构通用机构和和专用机构专用机

7、构。 通用机构通用机构-用途广泛，如齿轮机构、用途广泛，如齿轮机构、连杆机构连杆机构等。等。专用机构专用机构-只能用于特定场合，如钟表的只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构擒纵机构。机器与机构的关系：机器与机构的关系： 任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而成的。合而成的。实际机器的种类有成千上万种，但机构的种类确有限。类似关系：化合物与化学元素 由机器与机构的共有特征可知：由机器与机构的共有特征可知：机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不同）同） ，故统称为，故统称为机械机械。机械机械机器机器机

8、构机构一般而言，机械是机器和机构的总称一般而言，机械是机器和机构的总称机械的组成：机械的组成：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、停止和正常协调动作。保证机器的启动、停止和正常协调动作。 原动机原动机 传动传动 工作机工作机控制控制 控制器控制器(控制控制)电动机电动机(原动原动)带带(传动传动)减速器减速器(传动传动

9、)波轮波轮(工作工作)分析自动洗衣机的组成：分析自动洗衣机的组成：（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 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；研究机器在外力作用下的运动。12 机械原理课程研究的内容机械原理课程研究的内容（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。

10、（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。机械原理课程研究的内容机械原理课程研究的内容第一章 绪论第二章 机构的结构分析第三章 平面机构的运动分析第四章 平面机构的力分析第五章 机械的效率和自锁第六章 机械的平衡第七章 机械的运转及其速度波动的调节第八章 平面连杆机构及其设计第九章 凸轮机构及其设计第十章 齿轮机构及其设计第十一章 齿轮系及其设计第十二章 其他常用机构第十三章 工业机器人机构及其设计目录第十四章 机械系统运动方案设计 机械原理机械原理基础课基础课技术基础课技术基础课专业课专业课机械原理课

11、程的地位：机械原理课程的地位：13 机械原理课程的地位及学习本课程的目的机械原理课程的地位及学习本课程的目的 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。 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。 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。 本课程要用到物理、

12、数学、力学、机械制图和工程材料及机械制造基础等先修课程的知识，尤其是理论力学的知识。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。 因此，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。学习机械原理课程的主要目的：学习机械原理课程的主要目的：一、认识机械一、认识机械, ,了解机械了解机械 本课程对机械的组成原理、工作原理、运动分析以及设本课程对机械的组成原理、工作原理、运动分析以及设计理论与方法都作了基本介绍，这对于在以后实习、专业课计理论与方法都作了基本介绍，这对于在以后实习、专业课学习以及工作中认识机械、了解

13、机械和进一步学习与掌握机学习以及工作中认识机械、了解机械和进一步学习与掌握机械都大有好处。例如：蒸汽机车的驱动机构实质上就是平行械都大有好处。例如：蒸汽机车的驱动机构实质上就是平行曲柄机构与曲柄滑块机构的应用。曲柄机构与曲柄滑块机构的应用。学习机械原理课程的主要目的：学习机械原理课程的主要目的：一、认识机械一、认识机械, ,了解机械了解机械二、掌握方法二、掌握方法, ,分析机构分析机构 各种机械的形态和用途各不相同，但它们都有一个共同各种机械的形态和用途各不相同，但它们都有一个共同的特点：作机械运动。因而，运动几何学中的相对运动、相的特点：作机械运动。因而，运动几何学中的相对运动、相互包络等基

14、本概念和方法，在各种机构的分析和设计中都得互包络等基本概念和方法，在各种机构的分析和设计中都得到广泛应用。例如，用齿条刀具加工齿轮时，齿轮的齿形就到广泛应用。例如，用齿条刀具加工齿轮时，齿轮的齿形就是由刀具与轮坯间相互包络形成的。是由刀具与轮坯间相互包络形成的。齿齿轮轮范范成成法法加加工工原原理理学习机械原理课程的主要目的：学习机械原理课程的主要目的：一、认识机械一、认识机械, ,了解机械了解机械二、掌握方法二、掌握方法, ,分析机构分析机构三、开阔思路三、开阔思路, ,设计与创新机械设计与创新机械 本课程讲授的机构分析与设计的基本理论与方法，不仅用于本课程讲授的机构分析与设计的基本理论与方法

15、，不仅用于课程所学的机构设计，还为以后的机械设计打下基础。课程的课程所学的机构设计，还为以后的机械设计打下基础。课程的目的是提供基本方法，开阔思路，便于学习者运用它。根据实目的是提供基本方法，开阔思路，便于学习者运用它。根据实际要求分析比较各种机构的优缺点，合理地选择机构，构思并际要求分析比较各种机构的优缺点，合理地选择机构，构思并设计基本机构和机械系统。例如，以下几种机构可以实现直线设计基本机构和机械系统。例如，以下几种机构可以实现直线运动，什么情况下用哪种机构更好些，这要由设计者进行创造运动，什么情况下用哪种机构更好些，这要由设计者进行创造性运用。性运用。学习机械原理课程的主要目的：学习机

16、械原理课程的主要目的：一、认识机械一、认识机械, ,了解机械了解机械二、掌握方法二、掌握方法, ,分析机构分析机构三、开阔思路三、开阔思路, ,设计与创新机械设计与创新机械四、更新观念四、更新观念, ,发展机械学发展机械学 当今机械学学科的发展已离不开计算机的计算技术，在学当今机械学学科的发展已离不开计算机的计算技术，在学习过程中，要充分利用计算机快速计算、存贮和比较的功能去习过程中，要充分利用计算机快速计算、存贮和比较的功能去解决较为复杂的机构设计问题，要把对机械的研究与其他学科解决较为复杂的机构设计问题，要把对机械的研究与其他学科的技术（电、液、气、计算机、控制等）充分地结合起来，去的技术

17、（电、液、气、计算机、控制等）充分地结合起来，去推动机械学科的发展。例如利用六自由度空间平台机构可以实推动机械学科的发展。例如利用六自由度空间平台机构可以实现任意位置和姿态的特点，把它开发成一种新型的数控机床现任意位置和姿态的特点，把它开发成一种新型的数控机床-并联机床，用以加工空间复杂曲面，推动了机械学学科和工业并联机床，用以加工空间复杂曲面，推动了机械学学科和工业生产的发展。生产的发展。 本课程的目的和任务是使学生通过本课程本课程的目的和任务是使学生通过本课程的学习，掌握机构学和机器动力学的基本的学习，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，并初步具有理论、基本知识和基本技能

18、，并初步具有拟定机械运动方案、分析和设计机构的能拟定机械运动方案、分析和设计机构的能力。力。 学习方法：学习方法：1.1.学习知识的同时，注重能力的培养；学习知识的同时，注重能力的培养；2. 重视逻辑思维的同时，加强形象思维能力的培养；重视逻辑思维的同时，加强形象思维能力的培养；14 机械原理课程的学习方法机械原理课程的学习方法 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。这就要求设计者具有分析、判断、决策的能力，要养成综合分析、全面考虑问题的习惯和科学严谨、一丝不苟的工作作风。14 机械原理课程的学习方法机械原理课程的学习方法3. 注意将所学知识用于实

19、际，做到举一反三。注意将所学知识用于实际，做到举一反三。 本课程并不是研究某种具体的机械，而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和基本的方法。这些基本理论和方法是紧密为工程服务的。 因此，在本课程的学习过程中，一方面要注意这些理论和方法在理论上建立和推演的严密性和逻辑性，另一方面更要注意这些理论和方法如何在工程实际中的应用。 此外还应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；并用所学到的理论和方法认识分析这些机械，以加深理解，使理论和实践相互促进。认真对待教学的每一个环节认真对待教学的每一个环节 本课程全部教学工作的完成，需要自学、听课、习题课、实

20、验课、课后作业、答疑和考试，以及课程设计等教学环节。要学好这门课，必须对每个教学环节予以充分重视。 现代机械发展的方向及要求现代机械发展的方向及要求 现代机械工业日益向高速、重载、高精度、高现代机械工业日益向高速、重载、高精度、高效率、低噪声等方向发展。对机械提出的要求效率、低噪声等方向发展。对机械提出的要求也越来越苛刻。如有的需用于也越来越苛刻。如有的需用于宇宙探测宇宙探测,有的要有的要在在深海作业深海作业；有的小到能；有的小到能沿人体血管爬行沿人体血管爬行,有的有的又是又是庞然大物庞然大物；有的；有的速度数倍于声速速度数倍于声速,有的又要有的又要作作亚微米级甚至纳米级的微位移亚微米级甚至纳

21、米级的微位移,如此等等。如此等等。 15 机械原理学科发展现状简介机械原理学科发展现状简介 宇宙探测 太空机器人太空机器人:在人类建造大型的在人类建造大型的宇宙空间站的工作中宇宙空间站的工作中,机器人是不可机器人是不可缺少的。它们由航天飞机送往与太缺少的。它们由航天飞机送往与太空站相同的轨道上，宇航员可以在空站相同的轨道上，宇航员可以在太空站工作台上操纵这些太空机器太空站工作台上操纵这些太空机器人。科学家把机器人送往太空人。科学家把机器人送往太空,让它让它们清扫太空垃圾们清扫太空垃圾,建造太空站以及修建造太空站以及修理人造卫星。理人造卫星。 日本研制的修理人造日本研制的修理人造卫星的高性能太空

22、机器人，它适于卫星的高性能太空机器人，它适于在失重的条件下工作。在失重的条件下工作。 星球探索机器人星球探索机器人:美国研制的新美国研制的新型星球探索机器人型星球探索机器人“亥伯龙亥伯龙”号，号，这种机器人最特别的功能，就是可这种机器人最特别的功能，就是可以在发生故障和陷入困境的时候，以在发生故障和陷入困境的时候，智能化地自动追踪太阳从而继续获智能化地自动追踪太阳从而继续获得能量。得能量。深海作业 同太空探索类似，神秘的海底世界一直是人类探索的目标。海洋探索要求同太空探索类似，神秘的海底世界一直是人类探索的目标。海洋探索要求在在6000米以下的大洋底部作业，但面临着巨大的困难：每下潜米以下的大

23、洋底部作业，但面临着巨大的困难：每下潜100米就增加米就增加10个大气压，且海底能见度极低，环境非常恶劣，人体和普通设备都很难在个大气压，且海底能见度极低，环境非常恶劣，人体和普通设备都很难在这种条件下完成沉船打捞、光缆铺设、资源勘探等工作。于是，科学家把海这种条件下完成沉船打捞、光缆铺设、资源勘探等工作。于是，科学家把海洋探索的重任托付在水下机器人身上。洋探索的重任托付在水下机器人身上。 如图所示为美国研制的水下机如图所示为美国研制的水下机器人器人自动深海潜水器。它能自动深海潜水器。它能在在6000米水下潜出、潜入并自行米水下潜出、潜入并自行决定目的地与测量时间和收集数决定目的地与测量时间和

24、收集数据、样本并进行拍照。据、样本并进行拍照。沿人体血管爬行的机器人矿山机械磁悬浮列车亚微米级甚至纳米级的微位移电机 机械原理学科的发展的现状机械原理学科的发展的现状 在新机构研发方面：在新机构研发方面：为适应生产发展的需要为适应生产发展的需要,当前当前在自控机构、机器人机构、仿生机构、柔性机构在自控机构、机器人机构、仿生机构、柔性机构和机、电、光、声、液、气、热的综合机构等的和机、电、光、声、液、气、热的综合机构等的研制上有很大进展。研制上有很大进展。 在连杆机构方面：在连杆机构方面：重视了对空间连杆机构、多杆重视了对空间连杆机构、多杆多自由度空间机构、特殊串联及多环并联机构、多自由度空间机构、特殊串联及多环并联机构、连杆机构的弹性动力学和连杆机构的动力平衡的连杆机构的弹性动力学和连杆机构的动力平衡的研究。研究。 在齿轮机构方面：在齿轮机构方面：发展了齿轮啮合原理发展了齿轮啮合原理,提出了许提出了许多性能优异的新型齿廓曲线和新型传动多性能优异的新型齿廓曲线和新型传动,加速了对加速了对高速齿轮、精密齿轮、微形齿轮的研制。高速齿轮、精密齿轮、微形齿轮的研制。 机械原理学科的发展的现状