湖南大学机械原理课件

1、1MACHINE AND MECHANISM THEORY 20.1.引引 言言 人类在长期的生产和生活实践中创造和发人类在长期的生产和生活实践中创造和发展了机械，其目的是为了减轻或替代人的劳动，展了机械，其目的是为了减轻或替代人的劳动，提高劳动生产率。在我国，机械的创造、发展提高劳动生产率。在我国，机械的创造、发展及使用有着悠久的历史（例如捣米这样的简单及使用有着悠久的历史（例如捣米这样的简单机构）。三千年前出现了简单的纺织机，两千机构）。三千年前出现了简单的纺织机，两千年前，已将绳轮、凸轮、连杆机构等用于生产年前，已将绳轮、凸轮、连杆机构等用于生产中。汉代以后的指南车及记里鼓车中利用了齿中

2、。汉代以后的指南车及记里鼓车中利用了齿轮和轮系传动。轮和轮系传动。 30.1.引 言4 东汉时已发明了用水排以鼓风炼铁，这对古代冶铁业的发展起了重要作用。东汉张衡将杆机构巧妙地使用在人类第一台地震仪上。北宋时出现了世界上第一座结构复杂的活动天文台-水运仪象台，可用以观测天象和自动报时，它是近代钟表中重要机件，擒纵器（卡子）的前身。可是长期的封建制度和长年的战乱，阻碍了我国机械工业的发展。 0.1.引引 言（续）言（续）560.1.引引 言（续）言（续）71.引引 言（续）言（续）本课程是一门介绍机械基础知识和培养学生机械原理能力的课程，它是以组成机器的常用机构及通用零部件为研究对象的学科。 8

3、第一章第一章 绪绪 论论 (Introduction) 1-1 本课程研究的对象及内容本课程研究的对象及内容 机械原理又称为机器理论与机构学。机械原理又称为机器理论与机构学。 机械原理机械原理 Theory of Machines and MechanismsTheory of Machines and Mechanisms 机械原理是研究机构和机器的运动及动力特性，以及机械机械原理是研究机构和机器的运动及动力特性，以及机械运动方案设计的一门基础技术学科。它是机械设计理论和运动方案设计的一门基础技术学科。它是机械设计理论和方法中的重要分支。方法中的重要分支。 机械原理的研究对象是机械机械原理的

4、研究对象是机械(machinery)(machinery) 。9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？能否进行总结？其共同特征或者共同之处在何处？其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？10 机械工业是国民经济的基础机械工业是国民经济的基础 运动方案的设计和更新直接影响机械产品或设备设计的成运动方案的设计和更新直接影响机械产品或设备设计的成败、优劣以及生产效率的提高败、优劣以及生产效率的提

5、高 产品设计和开发过程中最关键、最难的便是功能原理创新产品设计和开发过程中最关键、最难的便是功能原理创新基础课程基础课程技术基础课程技术基础课程专业课程专业课程机械原理机械原理更接近工程实际更接近工程实际知识面更宽、适应性更广知识面更宽、适应性更广一、机械原理课程的性质与任务一、机械原理课程的性质与任务11 机械原理是机械类和近机类专业的一门必修课程，它是研究机械原理是机械类和近机类专业的一门必修课程，它是研究机械共性问题的主干技术基础课。它的任务是使学生掌握机构机械共性问题的主干技术基础课。它的任务是使学生掌握机构分析、机构综合和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技分析、机构综合和机械动力

6、学的基本理论、基本知识和基本技能，并初步具有确定机械运动方案、分析和设计机构的能力以能，并初步具有确定机械运动方案、分析和设计机构的能力以及开发创新的能力。及开发创新的能力。 通过对本课程的学习，将为学习机械设计，机械制造以及其通过对本课程的学习，将为学习机械设计，机械制造以及其他机械性质的专业课程打下基础。他机械性质的专业课程打下基础。12 机器与机构机器与机构13第一章第一章 绪绪 论论二、机器二、机器(machine)的组成的组成定义：定义：机器是一种由人为物体组成的具有确定机械运动的装机器是一种由人为物体组成的具有确定机械运动的装置，它用来完成一定的工作过程，置，它用来完成一定的工作过

7、程，变换和传递能量、物料变换和传递能量、物料与信息与信息。是指被加工的对象、被搬运的重物。14是能量变换的装置，即可将某种形式是能量变换的装置，即可将某种形式的能量变换成机械能，或者把机械能的能量变换成机械能，或者把机械能变换成其他形式的能量。例如：变换成其他形式的能量。例如：内燃内燃机机、压气机、涡轮机、压气机、涡轮机、电动机电动机和和发电发电机机等。等。是完成有用的机械功或者是搬运物品。是完成有用的机械功或者是搬运物品。例如：例如：起重机起重机、织布机织布机、缝纫机、缝纫机、汽汽车车、飞机和、飞机和金属切削加工机床金属切削加工机床等。等。是用来获得和变换信息。例如：机械是用来获得和变换信息

8、。例如：机械式积分仪、计帐机、式积分仪、计帐机、机器人机器人和绘图仪。和绘图仪。机器与其它装置的主要区别是：机器与其它装置的主要区别是：机器一定要作机械运动，机器一定要作机械运动，并通过运动来实现能量、物料和信息的变换并通过运动来实现能量、物料和信息的变换15第一章第一章 绪绪 论论 现代机器通常由控制系统、信息测量和处理系统、现代机器通常由控制系统、信息测量和处理系统、动力部分、传动部分及执行机构系统等组成。动力部分、传动部分及执行机构系统等组成。三个共同特点：三个共同特点：1、都是人为的实物组合；、都是人为的实物组合；2、各部分之间具有确定的相对运动；、各部分之间具有确定的相对运动；3、用

9、来变换或传递能量、物料和信息。、用来变换或传递能量、物料和信息。16由若干机械装置组成的、完成特定功能的由若干机械装置组成的、完成特定功能的系统。是一个由确定的质量、刚度和阻尼系统。是一个由确定的质量、刚度和阻尼的物体组成并能完成特定功能的系统的物体组成并能完成特定功能的系统 机械零件和构件是组成机机械零件和构件是组成机械系统的基本要素，它们械系统的基本要素，它们为完成一定的功能相互联为完成一定的功能相互联系而分别组成了各个子系系而分别组成了各个子系统统。机械系统机械系统 17蒸汽机蒸汽机机械系统机械系统 动力系统动力系统 传动系统传动系统 执行系统执行系统内燃机内燃机水轮机水轮机燃气机燃气机

10、电动机电动机液动机液动机气动机气动机液体动力传递液体动力传递机械传递机械传递电力或磁力传递电力或磁力传递摩擦传动摩擦传动啮合传动啮合传动推动传动推动传动液压传动液压传动液力传动液力传动气动传动气动传动电力拖动电力拖动电磁离合或制动传动电磁离合或制动传动按预定运动轨迹运动的机构按预定运动轨迹运动的机构往复运动机构往复运动机构回转运动机构回转运动机构间歇运动机构间歇运动机构冷却、冷却、润滑润滑计数计数照明照明等装等装置置操纵控制装置操纵控制装置机机械械系系统统组组成成18机机械械系系统统组组成成 19JVX丝杠丝杠轴承轴承电机电机联轴节联轴节工作台工作台铣刀铣刀导轨导轨工件工件伺伺服服驱驱动动计算

11、机计算机 动力源动力源光栅尺光栅尺数控机床数控机床机电一体化系统：机电一体化系统：由动力系统、驱动系统、由动力系统、驱动系统、机械结构系统、传感系机械结构系统、传感系统和控制系统五个要素统和控制系统五个要素组成。组成。20第一章第一章 绪绪 论论活塞、连杆、曲轴和气缸体活塞、连杆、曲轴和气缸体 曲柄滑块机构；曲柄滑块机构；凸轮、阀杆和气缸体凸轮、阀杆和气缸体 凸轮机构凸轮机构曲轴、凸轮轴上的齿轮和气缸体曲轴、凸轮轴上的齿轮和气缸体 齿轮机构齿轮机构机构机构(machanism)：用来传递用来传递运动和力或改变运动形式的构运动和力或改变运动形式的构件系统件系统212223机械是机构与机器的总称。

12、机械是机构与机器的总称。机构和机器的区别：机构和机器的区别：机构只是一个构件系统，而机机构只是一个构件系统，而机器除构件系统外，还包含电气、器除构件系统外，还包含电气、液压等其它系统液压等其它系统 机构只用来传递运动和力，而机构只用来传递运动和力，而机器除传递运动和力外，还具机器除传递运动和力外，还具有变换或传递能量、物料和信有变换或传递能量、物料和信息的功能息的功能2425三、机械原理课程研究的内容三、机械原理课程研究的内容1. 机构的结构分析的机构的结构分析的基本内容基本内容1) 机构的组成机构的组成2) 机构运动的可能性及具有确定运动的条件机构运动的可能性及具有确定运动的条件 机构相同

13、机器不同26 2.机构的运动分析机构的运动分析 机构运动分析的任务机构运动分析的任务 是在不考虑引起机构运动是在不考虑引起机构运动的力的作用情况下，从几何的观点，求解机构中点的的力的作用情况下，从几何的观点，求解机构中点的轨迹、位移、速度和加速度；构件的角位移、角速度、轨迹、位移、速度和加速度；构件的角位移、角速度、角加速度。角加速度。273.机械的动力学问题机械的动力学问题A A）研究机械在运动过程中作用在各构件上的力的求法和）研究机械在运动过程中作用在各构件上的力的求法和确定机械效率的方法，确定机械效率的方法， B B）研究在已知外力作用下机械的真实运动）研究在已知外力作用下机械的真实运动

14、 C C）研究机械的调速问题以及机械中惯性力的平衡问题）研究机械的调速问题以及机械中惯性力的平衡问题 28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原理课程研究的内容机械原理课程研究的内容2930 四、四、 应达到的基本要求应达到的基本要求 1)对一般由平面机构和简单空间机构对一般由平面机构和简单空间机构(包括蜗轮蜗杆机包括蜗轮蜗杆机构、圆锥齿轮机构等构、圆锥齿轮机构等)所组

15、成的机械系统能绘出其机构所组成的机械系统能绘出其机构运动简图，计算其自由度，并判定其具有确定运动的条运动简图，计算其自由度，并判定其具有确定运动的条件。并对平面机构组成的基本原理有所了解。件。并对平面机构组成的基本原理有所了解。 2)具有用瞬心法对高、低副机构进行速度分析，和用具有用瞬心法对高、低副机构进行速度分析，和用图解法或解析法对图解法或解析法对级机构进行运动分析的基本技能。级机构进行运动分析的基本技能。 3)具有按已知的几何条件和运动条件对几种主要的平具有按已知的几何条件和运动条件对几种主要的平面机构进行运动设计的某些基本知识和能力。面机构进行运动设计的某些基本知识和能力。 4)初步具

16、有确定简单机械运动方案的能力。初步具有确定简单机械运动方案的能力。 31第一章第一章 绪绪 论论 5)具有按已知动力学条件分析和设计机械的某些基本具有按已知动力学条件分析和设计机械的某些基本知识。知识。 6)具有与本课程有关的解题、运算、制图和使用技术具有与本课程有关的解题、运算、制图和使用技术资料等方面的基本技能。资料等方面的基本技能。 7)了解一些与本课程有关的最基本的机械实验方法和了解一些与本课程有关的最基本的机械实验方法和运用实验方法研究机械的技术。运用实验方法研究机械的技术。 8)了解各种常用机构的性能、特点及适用场合。了解各种常用机构的性能、特点及适用场合。 9)对有关机械原理学科

17、方面的工程常识、重要新技术对有关机械原理学科方面的工程常识、重要新技术成就及学科的新的发展趋向有所了解。成就及学科的新的发展趋向有所了解。32本课程的基本学习方法本课程的基本学习方法 1、强化搞清基本概念，着重基本原理的理解和基本设计方法、强化搞清基本概念，着重基本原理的理解和基本设计方法的掌握，不强调系统的理论分析；的掌握，不强调系统的理论分析； 2 、着重理解公式建立的前提、意义和应用，不强调对理论、着重理解公式建立的前提、意义和应用，不强调对理论公式的具体推导；公式的具体推导； 3 、注意密切联系生产实际，逐步树立工程观点，努力培养解、注意密切联系生产实际，逐步树立工程观点，努力培养解决工程实际问题的能力。决工程实际问题的能力。3320世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器人，航空世纪中后期，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产品，如火箭、卫航天，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、深海探测器等星、宇宙飞船、空间站、航