莱职院机械设计基础教案第0章 绪论

绪论【基本要求】1.明确机械系统方案设计课程的研究对象和内容，以及学习本课程的目的。2.了解机械系统方案设计在培养机械类高级工程技术人才全局中的地位、任务和作用。3.了解机械系统方案设计学科的发展趋势。【重点难点】机器的组成及特征【教具】单缸内燃机挂图0.1机器的组成及特征

一、机器的组成及特征在人们的生产和生活中广泛使用着各种机器。机器的种类繁多，结构形式和用途也各不相同，但总的来说，机器有三个共同的特征：（1）都是一种人为的实物组合；（2）各部分形成运动单元，各单元之间具有确定的相对运动；（3）能实现能量转换或完成有用的机械功。例如内燃机内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的机器，其工作过程如下：活塞下行，进气阀打开，燃气被吸入气缸活塞上行，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。通过各部分的协同配合动作，内燃机便能把燃气燃烧时的热能转化为曲柄转动的机械能。内燃机等机器结构较复杂，如何分析和设计这类复杂的机器呢？我们可以采取“化整为零”的思想，即首先将机器分成几个部分，对其局部进行分析。下面以内燃机为例进行说明。内燃机看似复杂，其实也是由几种基本机构组成的。（1）内燃机的输出运动由活塞、连杆和曲轴等完成（2）进气阀和排气阀的开启和关闭由凸轮和顶杆实现（3）内燃机的进气阀、排气阀和活塞之间一定规律的动作由一组齿轮来实现上述三种机件的组合体在输入运动给定后都有确定的运动，我们将它们称之为机构，即机构是传递运动和动力的实物组合体。最常见的机构有连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构、螺旋机构、开式链机构等。它们的共同特征是：（1）人为的实物（机件）的组合体。（2）组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。可以看出，机构具有机器的前两个特征。机器是由各种机构组成的，它可以完成能量的转换或做有用的机械功；而机构则仅仅起着运动传递和运动形式转换的作用。在开发设计新型机器时，我们采用“积零为整”的设计思想，根据机器要完成的工艺动作和工作性能，选择已有机构或创新设计新机构，构造新型机器。内燃机就是由曲柄滑块机构(由活塞、连杆、曲轴和机架组成)、凸轮机构(由凸轮、顶杆和机架组成)和齿轮机构等组成。以下是一些常用的典型机构: 连杆机构凸轮机构齿轮机构 间歇运动机构螺旋机构开式链机构二、机械机器和机构统称为机械。现代机械系统一般由四部分组成：（1）原动部分机械动力的来源。（2）执行部分处于整个传动路线的终端，完成机

械预期的动作。（3）传动部分介于原动机和执行部分之间，把原动机的运动和动力传递给执行部分。（4）控制部分控制机械的其它基本部分，使操作者能随时实现或终止各种预定的功能。随着科学技术的发展，机械概念得到了进一步的扩展：1．某些情况下，机件不再是刚体，气体、液体等也可参与实现预期的机械运动。我们将利用液、气、声、光、电、磁等工作原理的机构统称为广义机构。由于利用了一些新的工作介质和工作原理，较传统机构更能方便地实现运动和动力的转换，并能实现某些传统机构难以完成的复杂运动。

利用液体、气体作为工作介质，实现能量传递和运动转换的机构，分别称为液压机构和气动机构，它们广泛应用于矿山、冶金、建筑、交通运输和轻工等行业。利用光电、电磁物理效应，实现能量传递或运动转换或实现动作的一类机构，应用也十分广泛。例如，采用继电器机构实现电路的闭合与断开；电话机采用磁开关机构，提起受话器时，接通线路进行通话，当受话器放到原位时断路。液压工作台送进机构气动增力机构2．机器内部包含了大量的控制系统和信息处理、传递系统。数控冲床利用计算机进行信息处理和控制高级CNC控制器，用以控制冲床各部分的运动3．机器不仅能代替人的体力劳动，还可代替人的脑力劳动。除了工业生产中广泛使用的工业机器人，还有应用在航空航天、水下作业、清洁、医疗以及家庭服务等领域的"服务型"机器人。例如Sony公司新近推出的SDR-3X娱乐机器人。SDR-3X娱乐机器人每分钟可以步行15米，可按照音乐的节拍翩翩起舞,可以进行较高速度的“自律”运动。另外,还配备了声音识别和图像识别功能。SDR-3X可以表演“边做体操边快速行走”、“按照音乐节拍的舞蹈”、“按照命令把指定的球踢进球门”等复杂动作0.2本课程的内容、性质和任务

本课程研究的对象为机械中的常用机构及一般工作条件下和常用参数范围内的通用零、部件，研究其工作原理、结构特点、运动和动力性能、基本设计理论、计算方法以及一些零部件的选用和维护。本课程的任务为：（1）了解常用机构及通用零、部件的工作原理、类型、特点及应用等基本知识。（2）掌握常用机构的基本理论和设计方法，掌握通用零、部件的失效形式、设计准则与设计方法。（3）具备机械设计实验技能和设计简单机械及传动装置的基本技能。0.3学习方法本课程是从理论性、系统性很强的基础课和专业基础课向实践性较强的专业课过渡的一个重要转折点。因此，学习本课程时必须在学习方法上有所转变。1.本课程将多门先修课程的基本理论应用到实际中去，解决有关实际问题。2.一接触本课程就会产生“没有系统性”、“逻辑性差”等错觉，这是由于习惯了基础课的系统性所造成的。本课程中，虽然不同研究对象所涉及到的理论基础不相同，且相互之间无多大关系，但最终的研究目的只有一个，即设计出能应用的机构、零件等。3.由于实践中所发生的问题很复杂，很难用纯理论的方法来解决，因此常常采用很多经验公式、参数及其简化计算等，这样往往会给学生造成“不讲道理