绪论和微机械

1、机械学基础机械学基础机械与电子工程学院机械与电子工程学院 闫锋欣闫锋欣2022年年3月月24日日第第1页页 共共10页页机械学基础机械学基础课时安排前言1第1章 机构的组成及平面连杆机构4第2章 凸轮与间歇运动机构4第3章 齿轮机构8第4章 机械工程常用材料及其工程性能1第5章 构件的受力分析与计算7第6章 构件受力变形及其应力分析5第7章 联接4第8章 辅与联轴器3第9章 零件的几何精度5第10章 支承4第11章 导轨2第12章 螺旋传动2第13章 带传动6第14章 齿轮传动设计6第15章 弹性元件1第16章 微机械基础1合计：642022年年3月月24日日第第2页页 共共11页页机械学基础

2、机械学基础蒋秀珍，机械学基础（第二版）.科学出版社，2011.濮良贵，机械设计（第七版）. 高等教育出版社，2001.邱宣怀，机械设计（第五版）.高等教育出版社. 1997.龚溎义，机械设计课程设计指导书（第2版）. 高等教育出版社，1997. Robert, L Mott. Machine Elements in Mechanical Design, 机械工业出版社，2002. 3Collins, J A. Mechanical design of machine elements and machines, John Wiley Press, 2003Mechanical Design,

3、武汉理工大学出版社，2004参考教材2022年年3月月24日日机械学基础机械学基础第第3页页 共共11页页机械机械：机器与机构的总称Machinery： generally means machines and mechanisms机器：人为的构件组合、构件间具有确定的相对运动、能作有用的机械功或完成能量、物料和信息传递的装置Machine: an assemblage of parts that transmit forces, motion and energy in a predetermined manner. 机构：人为的构件组合、构件间具有确定的相对运动 Mechanism ：a

4、combination of rigid or resistant bodies, formed and connected so that they move with definite relative motions with respect to one another 引言2022年年3月月24日日机械学基础机械学基础第第4页页 共共11页页以下哪些属于机械？Which one belongs to machinery? 火车 train, 车站 station, 飞机 plane, 立交桥clover leaf junction太阳系solar, 三峡大坝 three gorge

5、dam, 三峡船闸three gorge ship gate, 石头 stone, 流星meteor, 中华世纪坛 Chinese altar, 枪炮 gun, 坦克 tank, 动物 animal 引言2022年年3月月24日日机械学基础机械学基础第第5页页 共共11页页器械器械（装置/设备）：进行物料传递和变换的机器，如蒸汽锅炉、过滤和分离装置等Apparatus (equipment, device): a machine for material conversion and exchanging, such as, boiler, filter and separator 机器的其他

6、形式 Other type of Machine2022年年3月月24日日机械学基础机械学基础第第6页页 共共11页页仪器仪器:进行信息传递和变换的机器(测量仪、照相机和打字机等)Instrument: a machine for information recording, measuring, controlling and exchanging, such as, measuring equipment, , camera, typewriter机器的其他形式 Other type of Machine2022年年3月月24日日机械学基础机械学基础第第7页页 共共11页页机械系统机械系统

7、：由许多机器、装置、监控仪器等组成的大型工程系统Mechanical System: a system composed of machines, apparatus and instruments.机器的其他形式 Other type of Machine2022年年3月月24日日机械学基础机械学基础第第8页页 共共11页页移动物体转换能量形式成形获取信息处理信息Objects Carrying Energy transferManufacturingInformation AcquiringInformation Processing机器用途 Application2022年年3月月24日

8、日机械学基础机械学基础第第9页页 共共11页页机械原理机械原理：构件运动单元，由一个或多个零件组成，如连杆由连杆体、连杆头、螺栓和螺母组成。Mechanisms and Machine Theory: link basic (component) element in kinematics analysis, composed one or more elements, such as connecting rod is composed of the body, head, bolts and nuts. 机械设计机械设计：零件制造单元，如螺母、连杆头Mechanical Design: m

9、achine elements basic manufacturing unit, such as, nut and head.机器的组成单元 Structure of machine2022年年3月月24日日机械学基础机械学基础第第10页页 共共11页页通用零件通用零件：各种机器中普遍使用的零件，如螺栓General purpose components : commonly used in all kinds of machines, such as, bolts 专用零件专用零件：在一定类型的机器中使用的零件，如连杆头Special purpose components: only us

10、ed in specialized machine, such as connecting rod head零件分类 Type of components2022年年3月月24日日机械学基础机械学基础第第11页页 共共11页页标准件标准件：经过优选、简化、统一，并给以标准代号的零件和部件 Standard machine components: machine components or assembly, via optimization, simplification and unification, defined by standard code, such as nuts and r

11、olling bearing易损件易损件：正常运转条件下，在规定期限内必须更换的零件或部件Damageable components: machine components or assembly must be replaced in specified period during normal working condition零件分类 Type of components2022年年3月月24日日机械学基础机械学基础第第12页页 共共11页页原动机原动机（Power）：驱动机器的动力源，电机、柴油机执行部分执行部分（executive）：完成机器功能的组成部分传动部分传动部分（trans

12、mission）：运动形式、动力参数的转变，机械、液压、电气传动辅助系统辅助系统（Accessory）：照明、润滑、显示控制系统控制系统（Control）：控制机器的基本组成 Basic structure of machine2022年年3月月24日日机械学基础机械学基础第第13页页 共共11页页设计是应用创造性获得特定问题最优结果并且将此结果与其他人交流的过程Design is the application of creativity to obtained the optimum solution of a given problem and the communication of

13、that plan to others机械设计：设计机器或机构的技术活动Machinery Design: Technological activities for machine and mechanism 设计的本质是创新 the nature of design is creativity设计的优劣对国民经济发展至关重要economic development determined by the design 6570%的利润来自设计 design produce 6570% products profit机械设计的概念 Concept of Design2022年年3月月24日日机械学

14、基础机械学基础第第14页页 共共11页页电气化、汽车、飞机、给排水、电子、收音机和电视、农业机械化、计算机、电话、空调和冰箱、高速公路、空间站、网络、探测、家用器械、健身技术、石油和石油化工技术、激光和光纤、核技术、高性能材料Electrification, Automobile, Airplane, Water Supply and Distribution, Electronics, Radio and Television, Agricultural Mechanization, Computers, Telephone, Air Conditioning and Refrigerati

15、on, Highways, Spacecraft, Internet, Imaging, Household Appliances, Health Technologies, Petroleum and Petrochemical Technologies, Laser and Fiber Optics, Nuclear Technologies, High-performance Materials二十世纪工程成就 Greatest Eng. Achievements of the 20th C2022年年3月月24日日机械学基础机械学基础第第15页页 共共11页页联接：螺纹联接、键联接、螺

16、旋传动Joint: threaded fasteners, key, threaded drive 传动：带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动Drive: belt drive, sprocket drive, gear drive, worm drive轴系：轴、滑动轴承、滚动轴承、联轴器和离合器Shaft system: shaft, journal bearing, rolling bearing, coupling and clu学习内容 Contents2022年年3月月24日日机械学基础机械学基础第第16页页 共共11页页掌握通用零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律 Master

17、 the common rules for designing principles and methodology on general purpose components树立正确设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策Establish correct design idea, acquaintance the technological and economical policy具有运用标准、规范、手册和图册等查阅有关技术资料的能力Acquire the ability of utilizing standardization, criterion, manual and drawin

18、gs 掌握典型零件的实验方法，获得实验技能Master experimental method of typical components, and gain the experimental skills对机械设计新方法有所了解 Development of design methodologies学习内容 Contents2022年年3月月24日日机械学基础机械学基础第第17页页 共共11页页公式推导、经验公式、数表、曲线来历只作一般了解Understand the origins of equation derivation, empirical formula, table, curv

19、es etc 设计决非是计算，零件和机器的最后尺寸往往由结构设计而定Design is not equal to computation, the dimensions mostly are determined by structural design教材中例题、习题仅仅表明如何用基础知识和经验资料去解决一个实际问题，不是唯一。The examples and practices demonstrated in text book are only shows how to solve these problems, not an unique solution. 注意 notice2022

20、年年3月月24日日机械学基础机械学基础第第18页页 共共11页页作业 homework 25出勤experiments 5期末考试exam 70作业分 A（90）、B（70）、C（50）三级评分原则2022年年3月月24日日机械学基础机械学基础第第19页页 共共11页页20 未来人类有可能建造一种分子大小的微型机器，可以把分子甚至单个原子作为建筑构件在非常细小的空间构建物质 。 理查德费恩曼第第1616章章 微机械基础微机械基础2022年3月24日机械学基础21为什么要微型“微型”的优势 大象四肢的尺寸与其躯干尺寸相比拟，但蚂蚁的四肢却相对纤细得多蚂蚁能担负几倍于自身重量的载荷，大型动物们却很

21、难做到2022年3月24日机械学基础22什么是微/纳米技术 微米技术（micro-technology）微机电系统（MEMS） 微电子技术与精密机械技术微型化、集成化、批量生产 纳米技术（Nano-technology)纳米材料、纳米表征、纳米器件 纳米机械、纳米机电系统 纳米生物学实验室技术产业化手段2022年3月24日机械学基础23微/纳米系统分类及相关理论基础2022年3月24日机械学基础24微机电系统名称：也称微机械，在美国常称为微型电子机械系统（MEMS, micro-electro-mechanical systems); 在日本称作微机器（micro-machine)；而在欧洲则

22、称作微系统（micro-system)。微机械尺寸特征：分为1-10mm的微小型机械, 1m-1mm的微机械, 以及 1nm-1m的纳米机械。微机械基本特点： ）体积小，精度高，重量轻。 ）性能稳定，可靠性高。 ）能耗低，灵敏性和工作效率高。 4 ）多功能和智能化。 5 ）适于大批量生产，制造成本低廉。基本特征：微型化、集成化、大批量生产2022年3月24日机械学基础25微/纳米系统 微/纳米系统技术是指以微型机电系统（MEMS）和纳米机电系统（NEMS）为核心，以微/纳米科学与技术思想为指导，涉及多种前沿交叉学科及其相关技术的新兴技术。1 小型机电系统 将常规机械小型化，外形尺寸在1mm10

23、mm左右。2 微型机电系统（MEMS） 微型机电系统（Micro electromechanical Systems），它是指利用微电子制造技术和精密机械技术相结合，可成批大量制作的，外形尺寸在1m1mm左右，集光机电以及信息控制为一体的微系统。3 纳米机电系统（NEMS） 纳米机电系统（Nano electromechanical System），是微型机电系统向纳米尺度的延伸。 纳米机械（Nano machine）,是指采用分子装配等技术，从物质的微观结构入手，并以此为基础构造微结构，在1nm1m尺度制作的机构和系统。2022年3月24日机械学基础26MEMS尺度 10-6 10-5 10

24、-4 10-3 10-2 10-1 100 101尺寸尺寸 (米米)Cell phoneDicedchipMEMSMEMSTVHumanAntHuman hairTransistor2022年3月24日机械学基础27NEMS尺度10-10 10-9 10-8 10-7 10-6尺寸尺寸 (米米)AtomDNABacteriaNanotubeNano manipulationNEMSmotor2022年3月24日机械学基础28微尺度效应尺度非相似性 物理现象的尺度问题物理现象的尺度问题 若结构特征尺寸缩小若结构特征尺寸缩小S，则则 体积力（质量）以体积力（质量）以S的三次方减小；的三次方减小； 表面力（压力、静电力、摩擦力）以表面力（压力、静电力、摩擦力）以S的平方减小；的平方减小； 线力（表面张力）以线力（表面张力）以S的一次方