机械原理-第章

机械原理

（第1章绪论）

机械工程学院Theoryof

machinesandmechanisms王永兴wangyx@机械专业基本知识和技能机械设计及课程设计材料力学机械工程表达技术：三维造型，二维工程图机械制造技术及综合实践环节金属工艺学互换性与公差配合机械制造基础工程材料与成型机械测控技术基础机械控制基础机械量测量技术理论力学虚拟样机技术机械原理及课程设计有限元技术工业革命的发展－118世纪60年代在英国开始了第1次工业革命－动力变革1、1690年，法国人D.Papin在德国制成有活塞和气缸的实验蒸汽机；2、1698年，英国技师T.Savery制成蒸汽水泵；3、1712年，英国铁匠T.Newcomen发明蒸汽机，应用于矿井排水和农田灌溉；4、1759～1790，苏格兰Watt(学徒，格拉斯哥大学学习)，历经30年，取得一系列专利，制成可以旋转运动的、效率较高的蒸汽机，完成蒸汽机发明的全过程；1774年，英国人J.Wilkinson发明镗床，加工汽缸体；1797年，英国人H.Maudslay制成完全金属的车床；19世纪中叶，车床、刨床、铣床等通用机床已齐备；工业革命的发展－21807年，美国－蒸汽船1814年，英国－蒸汽机车－－－－－－－运输1834年，美国－乙醚和空气为介质的制冷机1835年，英国－编织机1836年，英国－螺旋桨推进的蒸汽船1839年，英国－蒸汽锤－－－－－－－－－锻造1858年，美国－颚式破碎机1862年，美国－万能铣床前期：经验下的、技师、发明，无完善的理论后期：开始探索、完善理论，1847年，在英国伯明翰成立机械工程师学会工业革命的发展－3第2次工业革命－以电力的广泛应用为标志（19世纪60年代～20世纪初）1820年，丹麦物理学家H.Oersted发现电流的磁效应1831年，英国科学家M.Faraday发现电磁感应原理1866年，德国人W.vonSiemens制成自激式直流发电机1869年，比利时工程师Z.Gramme制成直流发电机，并在1873年，维也纳世博会上由于操作失误，发现发电机和电动机的共同点，并发明电动机汽轮机与发电机的研发，装机容量大幅上升工业革命的发展－41859年，法国雷诺制出煤气机1858年，英国工程师H.Bessemer发明转炉炼钢法，钢铁工业开始发展1859年，美国打出第一口油井，石油工业开始发展1876年，德国工程师N.Otto制出内燃机，汽车工业开始发展1、1885年，德国工程师G.Daimlei(戴姆勒)发明汽化器

2、1886年，德国工程师K.Benz（奔驰）混合器和电点火装置

3、到20世纪20年代，发动机达到飞机使用的功率比，并出现了增压装置

4、1939年，德国喷气式战斗机试飞成功

5、1941年，燃气轮机机车问世信息时代的到来相关软件Solidworks插件COSMOSMotionAdamsRecurDyn其他机构分析软件机械原理的研究－11794年，法国大革命时期，第一所专门的技术大学－巴黎技术学院成立；1、1806年，校长（数学家）G.Monge决定开设机械方面的课程，1808年，J.Hachette（世上第一位机械学教师）编著讲义，教材在1828年出版2、1834年，法国物理学家A.Ampere（安培）提出kinematics,并形成学科分支3、1841年，英国剑桥大学教授R.Willis发表“机械学原理”一书4、1854年，莫斯科大学教授叶尔硕夫出版俄国第一本“机械原理”教科书机械械原原理理的的研研究究－－219世纪纪上上半半叶叶第第一一次次世世界界大大战战1、1829年，，巴巴黎黎技技术术学学院院数数学学家家M.Chasles给出出旋旋转转瞬瞬时时中中心心存存在在的的几几何何证证明明，，19世纪纪30年代代，，数数学学家家Ė.Bobillier研究究机机构构图图解解法法2、1765年，，Euler提出出渐渐开开线线齿齿廓廓－－齿齿轮轮啮啮合合原原理理的的基基础础，，1842年，，T.Oliviery研究究共共轭轭曲曲面面的的概概念念机械械原原理理的的研研究究中中心心：：1、早早期期：：法法国国2、19世纪纪下下半半叶叶：：德德国国学学派派、、俄俄苏苏学学派派3、二二次次世世界界大大战战后后：：美美国国学学派派主要要机机构构的的起起源源凸轮轮机机构构：：连杆杆机机构构齿轮轮机机构构间歇歇运运动动机机构构传动动系系统统本课程研究的对象及内容1学习本课程的目的2课程的学习方法3机械原理学科发展4本章章教教学学内内容容§1-1本课课程程研研究究的的对对象象及及内内容容一、、研研究究对对象象机械械什么叫机械？◆机机械械(machinery)机器器和和机机构构的的总总称称◆机器器(machine)切削削机机床床、、运运输输机机械械、、建建筑筑机机械械、、轻轻工工机机械械、、动动力力机机器器、、医医用用机机械械、、家家用用机机械械、、机机器器人人等等机器器是是根根据据某某种种使使用用要要求求而而设设计计的的机机械械系系统统，，可可以以用用来来变变换换或或传传递递能能量量、、物物料料与与信信息息。。机器器是是由由什什么么组组成成的的？？机器器具具有有那那些些特特征征？？数控控铣铣床床：：一种种机器，主要要用来来加工工平面面和曲曲面。。主轴安装铣铣刀工作台台数控车车床并联机机床原原型机机数控压压弯机机数控剪剪板机机美国西西科斯斯基公公司生生产的的“黑鹰鹰”直直升机机主旋翼尾旋翼“神舟舟五号号”发射时时的情情景。。发射塔塔、运载火火箭都是庞庞大的的机器。索杰纳纳火星星车它是美美国国国家航航空航航天局局于格格林威威治时时间1997年年7月月4日日17时07分分发射射的火火星探探路者者号宇宇宙飞飞船成成功地地在火火星表表面着着陆，，该飞飞船携携带了了索杰杰纳火火星车车，这这也是是一种种机器器。世界界最最小小的的微微型型机机械械人人World'ssmallestrobot美国山山迪亚亚国家家实验验室的的科学学家，，成功功研制制了相相信是是世界界最小小的微微型机机械人人，这这微型型机械械人体体积只只有四四分之之一立立方寸寸，体体重小小于一盎司司。由此，，可以以总结结出机机器所所共有有的三三个基基本特特征：：3）能代代替或或减轻轻人类类的劳劳动以以来完完成有有用的的机械械功或或实现现能量量、信信息的的变换换。2）各个个运动动实体体之间间具有有确定定的相相对运运动；；1）它们们是人人为的的实体体的组组合；；机 器动力部分传动部分执行部分控制部分机器的的组成成部分分什么是是机器器呢？？机器是是一种种人为为实物物组合合的具具有确确定机机械运运动的的装置置，它它用来来完成成有用用功、、转换换能量量或处处理信信息，，以代代替或或减轻轻人类类的劳劳动。。机器1：单缸缸内燃燃机机器举举例机器2：缝纫纫机机器3：洗衣衣机机器4：自行车车现在来来看什什么是是机构构，它它与机机器有有何相相同和和区别别。凸轮机构连杆机构齿轮机构进排气阀启闭机构活塞曲柄机构气阀联动机构机器1：单缸缸内燃燃机——活塞—曲柄机机构（（连杆杆机构构）进气阀阀启闭闭机构构（凸凸轮机机构））排气阀阀启闭闭机构构（凸凸轮机机构））齿轮机机构机器与与机构构机器2：缝纫纫机——踏板机机构、、皮带带传动动、走布机机构、、挑线线机构构…………机器3：洗衣衣机——皮带传传动、、滚筒筒机器4：自行车车——链传动动、棘棘轮机机构、、手闸闸机构构由此可可以看看出，，机构构是机机器中中用来来传递递运动动和力力或改改变运运动形形式的的机械械装置置。具具有机机器的的前两两个特特征。。即2）各个个运动动实体体之间间具有有确定定的相相对运运动。。1）它们们是人人为的的实体体的组组合；；常用机机构：：齿轮轮机构构、凸凸轮机机构、、连杆杆机构构、间间歇运运动机机构按照组组成机机构元元素的的相互互运动动平面面的平平行与与否，，机构构可分分为：：空间机构SpatialMechanisms平面机构PlanarMechanisms机 构Mechanisms二、研研究内内容◆机构结结构分分析的的基本本知识识：对机构构的结结构进进行分分析,了解机机构的的组成成及其其具有有确定定运动动的条条件；；了解解机构构的组组成原原理和和结构构分类类。◆机构的的运动动分析析◆常用机机构的的分析析与设设计：：对各种种常用用机构构的类类型、、运动动特点点、功功能及及设计计方法法进行行分析析和研研究。。◆机器动动力学学：(1)分析机机器在在运转转过程程中其其各构构件的的受力力情况况,以及机机械平平衡和和机械械效率率问题题;(2)研究机机器在在外力力下的的真实实运动动规律律和速速度波波动等等问题题。◆机构的的选型型及机机械传传动系系统的的设计计§1-2学习本本课程程的目目的◆机械械原理理课程程的地地位1.机械原原理是是机械械类各各专业业的一一门主主干技技术基基础课课程。。2.与一般般的基基础课课比更更接近近工程程实际际。3.与专业业课比比具有有更宽宽的研研究面面和更更广的的适应应性。。◆学习习本课课程的的目的的1.为学习习机械械类有有关专专业课课打好好理论论基础础。2.为机械械产品品的创创新设设计打打下良良好的的基础础3.为现有有机械械的合合理使使用和和革新新改造造打基基础。。§1-3机械原原理课课程的的学习习方法法学习方方法：：1.在学习知知识的同同时，注注重能力力的培养养。2.在重视逻逻辑思维维的同时时，加强强形象思思维能力力的培养养。3.注意运用用理论力力学的有有关知识识。4.理论联系系实际，，能够做做到举一一反三。。教学环节节：理论教学学实实验验教学课课程设计计§1-4机械原理理学科的的发展随着宇航航技术、、核技术术、海洋洋开发等等高新技技术的发发展和计计算机技技术的普普遍应用用，极大大的促进进了机械械行业的的迅猛发发展。这这也带动动了机械械原理学学科的发发展。因因此，近近些年来来机械原原理学科科也创立立了不少少新的理理论和研研究方法法，开拓拓了一些些新的研研究领域域，出现了了很多多新的的研究究分支支，主主要表表现在在：1.在20世纪末末发展展起来来的计计算机机辅助助机构构分析析与设设计将将更为为完善善。将机构构学知知识结结合人人工智智能理理论，，构建建机构构分析析与设设计的的专家家系统统，将将得到到进一一步发发展。。基于Web的远程程网络络机构构设计计系统统已出出现，，利用用世界界各地地的专专家知知识和和经验验，开开展多多专家家协同同的异异地设设计，，在本本世纪纪将推推动机机构学学理论论的高高速发发展。。2.对机构构学的的基础础理论论研究究将有有新的的进展展和突突破。。以智能能机械械和微微机械械为代代表的的新型型机械械系统统，将将需要要构建建新的的机构构学理理论。。例如，，微型型机械械并不不是将将传统统机械械直接接微型型化，，而是是涉及及多学学科的的综合合技术术的应应用。。目前前已研研制出出210m×100m的滑块块，直直径为为60m的静电电电机机，由由原子子直接接排列列而成成的纳纳米齿齿轮，，供情情报收收集的的"蚊子机机器人人"等等。。而微微型人人造卫卫星、、可在在人的的血管管中爬爬行的的机器器人以以及进进行眼眼科手手术的的微型型机械械手等等也都都已经经或即即将见见诸应应用。。它们们的出出现，，推动动了处处于机机械原原理学学科前前沿的的微型型机构构学分分支的的产生生。3.机构学学研究究已渗渗透到到生物物学研研究领领域，，仿生生机构构将得得到进进一步步完善善和发发展。。通过对对人的的手指指、手手腕和和手臂臂的研研究，，已研研制出出各种种多自自由度度的机机械假假手，，造福福人类类。另另外，，通过过研制制蛇形形机构构来探探测管管道故故障；；研究究鱼游游机构构来解解决深深水探探测问问题；；研制制各种种类型型的两两足、、四足足、六六足步步行机机，完完成各各种地地形甚甚至是是其他他星球球表面面的探探测任任务。。这些些研究究有利利于创创造出出新颖颖的、、具有有特殊殊功能能的新新机构构来。。以上分分析仅仅是本本门学学科新新近发发展的的一部部分。。机械械原理理研究究内