机械原理课件——第一章-绪论教学课件

1、 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速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械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。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、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提高生产率的主要工具。 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；五千年前已开

2、始使用简单的纺织机械；晋朝时晋朝时在连机在连机 碓和水碾中应用了凸轮原理；碓和水碾中应用了凸轮原理；西汉时西汉时应用轮系传动原理应用轮系传动原理 制成了指南车和记里鼓车；制成了指南车和记里鼓车；东汉东汉张衡发明的候风地动仪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，在我国铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我国东汉东汉年代的文物中年代的文物中 都可以找到它们的原始形态。都可以找到它们的原始形态。 我国古我国古 代在机代在机 械研制械研制 方面有方面有 许多杰许多杰 出的发出的发 明创造。明创造。 一一

3、. .古代机械古代机械 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

4、车、飞机等运输工具的出现和发展。 1898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完成了人类首次不着陆飞越大西 洋的壮举。洋的壮举。 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

5、航天飞机正在利用机械臂航天飞机正在利用机械臂 施放哈勃空间望远镜施放哈勃空间望远镜 三三. .现代机械现代机械 21 21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、仿生机。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、自动械的蓬勃发展，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学 科知识。科知识。 用光刻技术做成的用光刻技术做成的 微米尺寸的微机械微米尺寸的微机械 蜘蛛形探

6、雷机器人蜘蛛形探雷机器人 仿生智能机械 工 业 机 器 人 仿 人 机 器 人 日本日本asimoasimo仿人机器人仿人机器人 机械科学与技术发展或许是我们限定思维所难以展机械科学与技术发展或许是我们限定思维所难以展 望的，但人们在机械创新的漫漫征程中所积累的机械设望的，但人们在机械创新的漫漫征程中所积累的机械设 计基础知识为我们提供了认识和改造客观世界的基础。计基础知识为我们提供了认识和改造客观世界的基础。 有关机械的几个问题有关机械的几个问题 什么是机械？其含义包括哪些？什么是机械？其含义包括哪些？ 各行各业的机器组成有没有共同的特点？各行各业的机器组成有没有共同的特点？ 能否进行总结？

7、能否进行总结？ 机器的共同特征或者共同之处在何处？机器的共同特征或者共同之处在何处？ 能否进行专门研究？能否进行专门研究？ 机械原理课程授课目的是什么？机械原理课程授课目的是什么？ 11 本课程的研究对象本课程的研究对象 本课程研究对象为：本课程研究对象为：机械机械 原理原理机械的组成原理、工作原理、分析和设计原理（方法）等。机械的组成原理、工作原理、分析和设计原理（方法）等。 机械机械 机器机器 机器机器根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体。根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体。 机械机械人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的组合体。人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的

8、组合体。 机构机构 机构机构能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件实物的能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件实物的 组合体。如：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、带传动组合体。如：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、带传动 机构、链传动机构等。机构、链传动机构等。 如如缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。 典型机器的分析：典型机器的分析： 1.内燃机内燃机 活塞的往复运动通过连杆变位曲轴的连续活塞的往复运动通过连杆变位曲轴的连续 转动，转动， 凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀； 两个齿轮用

9、来保证进、排气阀与活塞之两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之 间形成协调动作，间形成协调动作， 各部分协调动作的结果，就将燃料中化各部分协调动作的结果，就将燃料中化 学能转化为曲轴旋转的机械能。学能转化为曲轴旋转的机械能。 该组合体称为：该组合体称为：曲柄滑块机构曲柄滑块机构 称为：称为：凸轮机构凸轮机构 称为：称为：齿轮机构齿轮机构内燃机内燃机 机器的种类繁多，结构、性能和用途等各机器的种类繁多，结构、性能和用途等各 不相同，但不相同，但具有相同的基本特征。具有相同的基本特征。 2.工件自动载送装置工件自动载送装置 电动机电动机 2.工件自动载送装置工件自动载送装置 含带传动机构、蜗杆传动、含

10、带传动机构、蜗杆传动、 凸轮机构、连杆机构等。凸轮机构、连杆机构等。 动爪动爪定爪定爪 装配夹具装配夹具 工件载送器工件载送器 滑杆滑杆 档块档块 凸轮机构凸轮机构 蜗杆传动蜗杆传动 带传动带传动 连杆机构连杆机构 工件工件 滑杆左移时，夹持器将工滑杆左移时，夹持器将工 件夹住。件夹住。 滑杆带着工件右移时，夹滑杆带着工件右移时，夹 持器动爪受挡块的压迫将持器动爪受挡块的压迫将 工件松开，工件落入载送工件松开，工件落入载送 器被传送到下一道工序。器被传送到下一道工序。 自动载送装置自动载送装置 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任意复杂的机器都是由若干组机构

11、按一定规律组合而成的。按一定规律组合而成的。 机器与机构功能不同，但在结构机器与机构功能不同，但在结构 和运动方面并无区别（仅作用不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。 皮带（传动）皮带（传动） 电机（原动）电机（原动） 定时器（控制）定时器（控制） 叶轮（工作）叶轮（工作） 3.试分析洗衣机的各组成部分试分析洗衣机的各组成部分 机器的分类：机器的分类： 原动机原动机实现能量转换（如内燃实现能量转换（如内燃 机、蒸汽机、电动机机、蒸汽机、电动机） 工作机工作机完成有用功（如完成有用功（如 机床等）机床等） 工作机的组成：工作机的组成： 原动部分原动部分是工作机

12、动力的来源，最常见的是电动机和内然机。是工作机动力的来源，最常见的是电动机和内然机。 工作部分（执行机构）工作部分（执行机构）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（传动机构）传动部分（传动机构）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 工作工作 控制控制 机械机械 机器机器 机构机构 原动机原动机 工作机工作机 通用机构通用机构 专用机构专用机构 本课程研究重点：通用机构本课程研究重点：通用机构 机构的分类：机构

13、的分类：通用机构通用机构和和专用机构专用机构。 通用机构通用机构-用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。 专用机构专用机构-只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。 随着科学技术的发展，机械概念得到了进一步的扩展：随着科学技术的发展，机械概念得到了进一步的扩展： 某些情况下，机件不再是刚体，加入柔性构件，气体、液体等也某些情况下，机件不再是刚体，加入柔性构件，气体、液体等也 可参与实现预期的机械运动。可参与实现预期的机械运动。 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利用光电、电磁物理效应，实现能量传递或运动转换或实

14、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。路进行通话，当受话器放到原位时断路。 机器内部包含了大量的控制系统和信息处理、传递系统。机器内部包含了大量的控制系统和信息处理、传递系统。 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、水下作业生产中广泛使用的

15、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业、清洁、医疗以及家庭服务等领域的 服务型服务型 机器人。机器人。 *机械原理课程研究的对象扩展机械原理课程研究的对象扩展 机构的运动设计机构的运动设计 机构的组成机构的组成 典型机构的类型、特点、功能及运动设计方法典型机构的类型、特点、功能及运动设计方法 机构相同 机器不同 12 本课程的研究内容本课程的研究内容 机械的动力设计机械的动力设计 机械的平衡机械的平衡 机械速度波动调节机械速度波动调节 机械系统的动力分析机械系统的动力分析 A）机械运转过程中若干动力学问题）机械运转过程中若干动力学问题 B）改善机械动力性能

16、的设计方法）改善机械动力性能的设计方法 3.机械系统方案设计机械系统方案设计 创新的主要阶段创新的主要阶段 可行方案可行方案 最优方案最优方案 机械动力学机械动力学机构学机构学 机构的运动分析与综合机构的运动分析与综合 机构的结构分析与综合机构的结构分析与综合 几种常见的机构几种常见的机构 机械的平衡机械的平衡 机械速度波动调节机械速度波动调节 机械系统的动力分析机械系统的动力分析 机械系统方案设计机械系统方案设计 机械设计机械设计 方案设计方案设计 结构设计结构设计 本课程要解决的问题本课程要解决的问题 属于机械设计课程的范畴属于机械设计课程的范畴 机械原理机械原理 课程性质技术基础课课程性

17、质技术基础课 作用承前启后作用承前启后 先修课程包括先修课程包括：高等数学高等数学、普通物理普通物理、工程制图工程制图、理论力学理论力学， 材料力学材料力学等。等。 通过本课程的学习，可为今后学习机械设计、机床夹具设计、通过本课程的学习，可为今后学习机械设计、机床夹具设计、 机器人等专业课程打下基础，机器人等专业课程打下基础， 13 学习本课程的目的学习本课程的目的 (1)为专业课程学习打下基础为专业课程学习打下基础 (2) 合理使用和革新现有机械的基础合理使用和革新现有机械的基础 (3) 开发新产品的基础开发新产品的基础 一般工业产品的设计需要经过几个阶段一般工业产品的设计需要经过几个阶段:

18、 1)1)用户提出设计任务用户提出设计任务 2)2)明确设计任务明确设计任务 3)3)总体方案设计总体方案设计 4)4)机构尺寸综合机构尺寸综合 本课程本课程 解决的解决的 问题问题 5)5)零部件设计零部件设计 6)6)工艺设计和制造工艺设计和制造 7)7)样机装配和调试样机装配和调试 8)8)鉴定和投产鉴定和投产 1 14 4学习本课程的方法学习本课程的方法 本课程的研究途径本课程的研究途径: 1) 研究机械所具有的一般共性问题。如机构的组成研究机械所具有的一般共性问题。如机构的组成 原理、机构运动学、机器动力学。原理、机构运动学、机器动力学。 2) 研究各种常用机构的运动和动力性能，以及它们研究各种常用机构的运动和动力性能，以及它们 的设计方法。的设计方法。 14学习本课程的方法学习本课程的方法 1）着重搞清楚基本概念，理解