第一章 机械的组成、分类与发展 (2)

1、 机械(jxi)原理与机械(jxi)设计 Theory and Design of Mechanisms and Machines共六十页国家级十五规划教材(jioci)机械原理与机械设计机械(jxi)工业出版社出版 第一版 2004年天津大学机械原理与机械设计教研室集体编写 主 编：张 策 副主编：陈树昌 孟彩芳 共六十页 课程内容 导论 （第1篇 ） 机械原理(yunl)部分 （第2篇第4篇 ） 机械设计部分 （第5篇第6篇 ） 课程设计部分 （第7篇 ）共六十页第一篇 导 论第一章 机械的组成(z chn)、分类与发展第二章 机械的设计与相关课程简介整个课程(kchng)的总绪论共六十页

2、第一章机械(jxi)的组成、分类与发展 内容提要(ni rn t yo) 认识机器 机器的分类和组成 机械发展历程概述 共六十页第一节 认识(rn shi)机器 通过上周的实践，我们已经认识了几种典型的机器(j q)：内燃机 牛头刨床 汽 车电池自动分拣机 通用工业机器人共六十页第二节 机器(j q)的分类和组成 机器(j q)和它的分类机器的组成机器中的几个基本概念返回共六十页什么(shn me)是机器呢？机器和它的分类 机器： 是人为实物的组合体， 具有确定的机械运动， 可以用来转换能量、 完成(wn chng)有用功 或处理信息， 以代替或减轻人的劳动。共六十页根据用途的不同，机器(j

3、q)可分为动力机器加工(ji gng)机器运输机器信息机器共六十页动力机器(j q)其用途是转换机械能。其他形式的能量机械能原动机如蒸汽机、内燃机、电动机换能机机械能其他形式的能量返回(fnhu)如空气压缩机共六十页加工(ji gng)机器尺寸(ch cun)形状性质状态用来改变被加工对象的如:加工机床轧钢机纺织机包装机等。返回共六十页运输机器用来搬运物品和人。如汽车(qch)、飞机、起重机、运输机。返回(fnhu)共六十页信息机器其功能(gngnng)是处理信息。例如复印机、打印机、绘图机等。信息机器虽然也作机械运动，但其目的是处理信息，而不是完成有用的机械功，因而其所需的功率甚小。共六十页

4、动力(dngl)机器加工机器运输机器信息机器转换(zhunhun)机械能完成机械功作功很小共六十页现代机器(j q)的出现使机器(j q)按功能的分类变得模糊：机器人：进行焊接和装配，是加工机器；用来搬运物品，也是运输机械；而且是按照一定的信息来搬运；也是信息机械。电池分拣机：实现了电池的搬运，但它是根据电池的质量信息来进行分拣后的搬运。返回(fnhu)共六十页 机构 在认知机器的实践中，我们已经初步认识(rn shi)了几种机构： 机器(j q)中的几个基本概念什么是机构呢？ 连杆机构、凸轮机构、 棘轮机构、螺旋机构、齿轮机构共六十页内燃机连杆机构活塞的往复移动曲轴的转动共六十页牛头刨床(n

5、i tu po chun)圆盘的转动滑枕的往复移动连杆机构共六十页 内燃机何牛头刨床中的连杆机构的共同点： 构件间都形成可相对转动或相对移动的活动连接(linji)。 都是实现运动形式的变换。 它们都属于连杆机构。 凸轮机构、齿轮机构和棘轮机构实现的运动转换与连杆机构不同，构件(gujin)之间的连接形式也不同，构件(gujin)的形状也不同。共六十页因此，可给出机构的如下定义：机构：人为实物(shw)的组合体，具有确定的机械运动，可以用来传递和转换运动。机器：人为实物的组合体，具有(jyu)确定的机械运动，可以用来转换能量、 完成有用功 或处理信息，以代替或减轻人的劳动。共六十页机器是由机构

6、组成的。简单的机器，可能只含有一个机构, 但一般(ybn)都含有多个机构。机械(jxi): 机器和机构的总称。机器 机构机器中的单个机构不具有转换能量或完成有用功的功能。共六十页在各种机械中广泛使用的一些机构称为常用(chn yn)机构。如： 连杆机构、 凸轮机构、 齿轮机构、 间歇运动机构。常用(chn yn)机构共六十页我们已经多次使用了“构件”这个术语。活塞、连杆、曲轴、滑枕等都是构件。构件是组成(z chn)机构的有确定运动的单元。构件(gujin)构件是运动的单元，而零件是制造的单元。构件零件共六十页各种机械中广泛使用的零件称为通用零件。如螺栓、轴、齿轮、弹簧等。只在某一类机械中使用

7、的零件称为专用零件。如内燃机中的活塞、曲轴等。通用零件中主要包括三大类零件：传动(chundng)零件 （齿轮、带、链等）联接零件 （螺栓、键等）轴系零件 （轴、轴承等）此外: 弹簧等零件。通用(tngyng)零件与专用零件返回共六十页 机器(j q)的组成传统(chuntng)机器都包含如下三个部分：驱动装置传动装置执行装置常称为原动机，是机器的动力来源。常用：电动机、内燃机、液压缸和气动缸，以各种电动机的应用最为普遍。处于整个传动路线的终端，按照工艺要求完成确定的运动，是直接完成机器功能的部分。执行装置随机器的用途不同而不同，它属于各种专业机械课程研究的内容。恩格斯如牛头刨床、空气压缩机共

8、六十页驱动装置传动装置执行装置将原动机的运动和动力传递给执行装置，并实现运动速度和运动形式的转换。运动速度的转换运动形式的转换 共六十页运动速度(sd)的转换传动装置解决原动机速度和执行装置速度不匹配的问题。一般的普通交流电动机速度是固定的。一般机器执行部分速度低于原动机的转速,需要减速。（也有相反(xingfn)的情况，需要增速）。许多机器还需要执行装置有多种不同的速度。鼠笼式交流电动机的同步转速（r/min） 600750 10001500 3000带、链传动各种齿轮传动减速器例如自行车链传动例如汽车、机床的变速器共六十页运动(yndng)形式的转换机器执行部分可能有各种( zhn)运动形

9、式：一般的原动机作回转运动变速回转往复摆动往复移动间歇运动特定轨迹转换运动形式的各种机构 间歇运动机构连杆机构连杆机构连杆机构凸轮机构凸轮机构连杆机构共六十页 随着20世纪后半叶以来现代科学技术的发展，特别是控制(kngzh)理论的发展和计算机在工业上的应用，机器的组成更复杂了。驱动装置传动装置执行装置控制装置检测伺服电机的输出转角检测执行装置的运动输出由程序给定运动规律前馈控制(kngzh)反馈控制传感器传感器控制装置的作用是控制机器各部分的运动。测量运动构件真实运动情况，并将测量结果随时反馈给控制系统发出指令调节伺服电机的运动共六十页驱动装置传动装置执行装置控制装置驱动装置传动装置执行装置

10、传统(chuntng)机器现代(xindi)机器普通车床牛头刨床空气压缩机起重机掘土机皮带运输机机器人数控机床心脏躯干，臂手脑眼返回共六十页第三节机械的发展历程(lchng)概述机械的发展历程机械设计及理论的发展历程古 代 近 代 现 代共六十页简单机械：杠杆、车轮、滑轮、斜面、螺旋等。公元前3000年，在修建金字塔的过程中，就使用了滚木来搬运巨石。阿基米德( j m d)用螺旋将水提升至高处，那就是今天的螺旋式输送机的始祖。远古时代共六十页公元(gngyun)一世纪 东汉“水排”用水力鼓风炼铁，其中应用了齿轮和连杆机构古代中国共六十页 晋 代 “连 磨”用一头牛驱动八台磨盘(mpn)，其中应

11、用了齿轮系。共六十页中世纪 欧洲 用脚踏板驱动(q dn)的加工木棒的车床共六十页中世纪 欧洲(u zhu) 利用曲轴的研磨机共六十页13世纪以后(yhu)，机械钟表在欧洲发展起来。连杆机构、齿轮机构和凸轮(tln)机构等在古代机械中即已经有所应用。在达芬奇时代，现在最常用的一些机构型式即已基本知晓。共六十页近 代： 18世纪中叶 20世纪中叶 动力的变革材料的变革加工手段的变革生产模式的变革机构与传动(chundng)的变革机械理论和设计方法的建立共六十页近代 动力的变革1765年，瓦特（Watt）发明了蒸汽机。揭开了第一次工业革命的序幕(xm)。蒸汽机给人类带来了强大的动力，各种由动力驱动

12、的产业机械 纺织机、车床等，如雨后春笋般出现。古代机械(jxi)的动力：人力、畜力和水力。动力制约了机械的发展。首先是动力的变革推动了机械的飞速发展和广泛应用。共六十页蒸汽机无法实现小型化，所以在当时的工厂里采用集中驱动(q dn)的方式。蒸汽机时代的纺织工厂蒸汽机皮带天轴皮带生产机械 2皮带生产机械 1皮带生产机械 3共六十页19世纪(shj)，第二次工业革命电动机和内燃机发明为汽车、飞机的出现提供了可能性。电力代替了蒸汽。集中驱动被抛弃了，每台机器都安装了独立的电动机。共六十页 与此同时，戴姆勒也发明(fmng)出了他的第一辆四轮汽车。 1886年，本茨发明(fmng)的汽油发动机为动力的

13、三轮车被授予专利。共六十页莱特兄弟(xingd)1903共六十页19世纪中叶，发明了炼钢法，从那时一直到现在，钢铁始终(shzhng)是制造机械最主要的材料。18世纪末，现代车床的雏形在英国问世;19世纪中叶, 通用机床(jchung)的各种类型已大体齐备；19世纪末，自动机床、大型机床出现。近代 材料的变革近代 加工手段的变革近代 生产模式的变化社会需求日益增长。 20世纪初叶，机械制造进入了大批量生产模式的时代。标志：美国福特汽车的生产共六十页进行(jnxng)大批量生产的要求。近代 机构与传动的变革 提高生产率的需要。 基于动力(dngl)的变革，大幅度提高机器的速度成为可能。 机器速度

14、的提高是几百年来未曾停遏的发展趋势。高速化自动化精密化提高产品质量的需要。基于加工水平的提高，提高机器的精度成为可能。近代机械的发展趋向要求不断完善已有的机构，并发明出新的机构共六十页例如：18世纪(shj)，欧拉（Euler）首次提出采用渐开线作为齿轮的齿廓，从而使高速、大功率的机械传动成为可能。 20世纪各种大传动比、结构紧凑的新型传动，高速(o s)的步进机构，精密的滚动螺旋传动， 机构的创新一直到今天也没有停止。 共六十页机器的发展，呼唤着机械的理论和设计(shj)方法。牛顿经典力学的建立则为此准备了理论基础。近代 机械理论和设计方法的建立共六十页材料学强度理论运动学静力学动力学牛顿经

15、典力学机构结构学机构运动学机器静力学机器要运动、要传递力，因此(ync)，最先发展起来的是：共六十页材料学强度理论运动学静力学动力学牛顿经典力学机构结构学机构运动学机器静力学机器动力学随着机器运转速度的不断提高，机器的振动(zhndng)、速度波动等问题引起了人们的重视，机械动力学发展起来。共六十页材料学强度理论运动学静力学动力学牛顿经典力学机构结构学机构运动学机器静力学机器动力学机械零件设计到20世纪上半叶，机械设计的方法已基本形成。但是(dnsh)，这些方法都基于图解和手工计算。共六十页共六十页现 代： 20世纪中叶 计算机的发明(fmng) 科学技术发展史上划时代的大事。现代机器的出现(

16、chxin)计算机使机械设计方法面目一新共六十页现 代： 机器人的出现 随着计算机和伺服电机的出现，机器人作为现代机器的代表(dibio)走上了历史舞台。 工业机器人 特种机器人 工业机器人：在工业生产中越来越广泛地应用(yngyng)。用于搬运、装配、焊接、喷漆、凿岩等工作。共六十页清洗(qngx)飞机的机器人隧道凿岩的机器人第一(dy)汽车制造厂的汽车装配生产线几 种工业机器人共六十页特种机器人：在潜水、管道修理、外科手术、生物工程、军事、星际探索(tn su)等领域应用，承担着许多由人的直接操作无法完成的工作。共六十页水下扫雷机器人爬壁机器人几种(j zhn)特种机器人 军用昆虫机器人爬

17、缆索机器人共六十页数控车床 数控加工(ji gng)中心计算机控制系统和伺服电机被引入到传统机器中来，使其组成、面貌(minmo)和功能发生了革命性的变化。共六十页现代机器(j q)向主动控制、信息化和智能化方向发展，从这个意义上讲，正如有的学者所说：“今后(jnhu)的机器都将是机器人”。共六十页现 代：机械理论和设计方法面目一新 20世纪最后30年，计算机应用的普及极大地推动了机械分析与设计方法的革新。 计算机计算代替了手工计算法和图解方法。 计算机辅助设计、优化设计、有限元法、动态设计等现代设计方法迅速发展。 计算机不仅是大大地提高了计算速度，而且已成为机械分析与设计的前所未有的强大手段(shudun)。 整个机械设计的理论和方法焕然一新。 现代意义上的机械设计已经根本离不开计算机了。 共六十页内容摘要机械原理与机械设计。（第5篇第6篇 ）。第一节