机械原理——第1章绪论

1、第第1章章 绪绪 论论1.1 本课程的研究对象本课程的研究对象 1.2 本课程的研究内容本课程的研究内容1.3 课程的性质和学习方法课程的性质和学习方法1.4 机械原理学科发展现状简介机械原理学科发展现状简介1.1 本课程的研究对象本课程的研究对象 一、机械原理的研究对象一、机械原理的研究对象机械机械机器机器 机械人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实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。物的组合体。 机构机构 机械原理又称为机器和机构学理论机械原理又称为机器和机构学理论(Theory of Machines and Mechanisms ) )1.1 本课程的研究对象本课程的研究

2、对象 1、机器、机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料和信息。量、物料和信息。 如如: 缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、农用机器、 起重机等。起重机等。机器按用途分类：机器按用途分类： 动力机器动力机器实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）种类有限工作机器工作机器完成有用功（如机床等）完成有用功（如机床等） 种类繁多信息机器信息机器2、机构、机构能够用来传递运动和动力的可动装置。能够用来传递运动和动力的可动装置。如：如：连杆机构连杆机构、凸轮机构凸轮机构、

3、 齿轮机构齿轮机构等。等。种类有限机构的分类：机构的分类：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。如用途广泛。如齿轮机构齿轮机构、连杆机构连杆机构等。等。专用机构专用机构-只能用于特定场合，如钟表的只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构擒纵机构。潘存云教授研制3、典型机器的分析：、典型机器的分析：内燃机内燃机组成：组成：65438712910汽缸体汽缸体1、 活塞活塞2、进气阀进气阀3、排气阀排气阀4、 连杆连杆5、曲轴曲轴6、凸轮凸轮7、顶杆顶杆8、齿轮齿轮9、10工作原理：工作原理：1).活塞下行，进气阀开启，混合气体活塞下行，进气阀开启，混合气体 进入汽缸；进入汽

4、缸；2).活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩， 在顶部点在顶部点 火燃烧；火燃烧；3).高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭； 4).活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。循环运动的结果，使曲轴输出连续的旋转运动潘存云教授研制设计：潘存云进气进气压缩压缩爆炸爆炸排气排气内燃机的工作过程：内燃机的工作过程：活塞的往复运动通过连杆转变为曲活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的连续转动，该组合体称为：轴的连续转动，该组合体称为：内燃机各部分的作用：内燃机各部分的作用：曲柄滑块机构曲柄滑块机

5、构凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：凸轮机构凸轮机构两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，称为：作，称为：齿轮机构齿轮机构各部分各部分协调动作协调动作的结果：的结果： 化学能化学能 机械能机械能机器与机构的关系：机器与机构的关系：1、任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组、任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而成的。合而成的。2、机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用、机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不同）不同） ，故统称为机械。，故统称为机械。本课程研究重点：通用

6、机构本课程研究重点：通用机构二、机械（系统）的组成：二、机械（系统）的组成：原动机原动机是工作机动力的来源，最常见的是电动机和内是工作机动力的来源，最常见的是电动机和内燃机。燃机。 执行系统执行系统完成预定的动作和功能的部分。完成预定的动作和功能的部分。 传动系统传动系统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。 控制系统控制系统保证机器的启动、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。辅助系统辅助系统保证机器更好的工作，如照明、减震、降保证机器更好的工作，如照明、减震、降温等设备。温等设备。1.2 本课程的研究内容本课程的研究内容1. 机构分析机构分析 基

7、本知识基本知识a) 研究机构运动的可能性研究机构运动的可能性; b) 机构运动的确定性；机构运动的确定性；d) 机构的组成原理和结构分类。机构的组成原理和结构分类。 2）. 机构的运动分析机构的运动分析 机构上某些特殊点的位置、速度、加速度的求法和机机构上某些特殊点的位置、速度、加速度的求法和机 构的运动规律；构的运动规律；c) 机构运动简图的绘制方法；机构运动简图的绘制方法； 3. 机械动力学机械动力学 a) 分析机器在已知外力作用下的运动；分析机器在已知外力作用下的运动； b) 机器的调速和平衡方法。机器的调速和平衡方法。1）. 机构结构分析机构结构分析 基本知识基本知识3）. 机构的力分

8、析机构的力分析 2. 常用机构设计常用机构设计齿轮、连杆、凸轮、间歇运动机构等设计齿轮、连杆、凸轮、间歇运动机构等设计 4. 机构的选型和机械系统方案设计机构的选型和机械系统方案设计按解决问题的性质，本课程研究内容又可分为两大类：按解决问题的性质，本课程研究内容又可分为两大类： 1)机构分析对已有机构的研究。包括结构、运动和力分析。机构分析对已有机构的研究。包括结构、运动和力分析。 2)机构综合设计新的机构。包括型综合、尺度综合、运动机构综合设计新的机构。包括型综合、尺度综合、运动 和动力综合。和动力综合。称综合而非设计的理由：称综合而非设计的理由： 在解决机构的设计问题时，仅限于根据运动和动

9、力要求，在解决机构的设计问题时，仅限于根据运动和动力要求，确定机构各部分与运动相关的尺寸，不涉及各个具体零件的确定机构各部分与运动相关的尺寸，不涉及各个具体零件的强度计算，具体形状和结构、材料选择等因素，得出的结果强度计算，具体形状和结构、材料选择等因素，得出的结果是机构运动简图，而非工程化的结构设计图。是机构运动简图，而非工程化的结构设计图。 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 课程性质：课程性质： 技术基础课技术基础课 作用作用： 承前启后承前启后 先修课程：高等数学、普通物理、工程制图、理

10、论力学先修课程：高等数学、普通物理、工程制图、理论力学同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如机械设同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如机械设计、机床夹具设计、机床、机械制造工艺学等专业课计、机床夹具设计、机床、机械制造工艺学等专业课程打下基础，程打下基础， 1.3 机械原理课程的性质和学习方法机械原理课程的性质和学习方法课程的特点：课程的特点：1）实践性强）实践性强2）综合性强）综合性强本课程是一门技术基础课，其研究对象是在生产实际中广泛应用的机械，所要解决的问题大多数是工程中的实际问题（与理论力学的不同点），因此要求学生加强基本技能的训练，如简图测绘、齿轮参数测量等。要培养工程素养，作

11、图应严格按要求进行。要重视实验课。 3）独立性强）独立性强本课程学习要综合运用已学过的知识，约有1/3的内容与理论力学有关。有些内容可以说是理论力学的延续与扩展（用理论力学的原理分析具体的机械）。因此，一定要复习号理论力学中的有关内容，如运动学、摩擦学等。各章内容彼此独立，前后联系不甚密切。因此，要经常复习前面已学过的内容，以免出现猴子扮苞米的现象。4) 四多：四多：内容多、概念多、符号多、公式多。内容多、概念多、符号多、公式多。 不要求死记硬背，关键在于理解，重点在于应用。会用自然能记住。一、本课程的性质一、本课程的性质二、如何学习本课程？二、如何学习本课程？ 着重搞清楚基本概念，理解基本原

12、理，掌握机构着重搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握机构 分析与综合的基本方法。分析与综合的基本方法。 注意把一般原理和方法与具体运用密切联系起来。注意把一般原理和方法与具体运用密切联系起来。 并用所学知识观察日常生活与生产遇到的各种机械。并用所学知识观察日常生活与生产遇到的各种机械。本课程研究机械的途径：本课程研究机械的途径： 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。 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。注意培养运用所学

13、基本理论与方法去分析和解决注意培养运用所学基本理论与方法去分析和解决工程实际问题的能力工程实际问题的能力。注意培养综合分析、全面考虑问题的能力。解决同注意培养综合分析、全面考虑问题的能力。解决同 一实际问题，往往有多种方法和结果，要通过分析、一实际问题，往往有多种方法和结果，要通过分析、对比、判断和决策，做到优中选优。对比、判断和决策，做到优中选优。注意培养科学严谨、一丝不苟的工作作风。在今后注意培养科学严谨、一丝不苟的工作作风。在今后 的工作中要与各种机器打交道，稍有不慎，即的工作中要与各种机器打交道，稍有不慎，即 可能造成损失。可能造成损失。 当今世界正经历着一场新的技术革命。新概念、新理

14、论、新方法、新工艺不断涌现。同样，机械学科也发展迅猛，发展方向发展方向：高速、重载、高精度、高效率、低噪声：高速、重载、高精度、高效率、低噪声 5倍音速的飞机、几十万吨的轮船、米级打击精度、细胞克隆操作、磁悬浮列车、低噪声潜艇1.4 机械原理学科发展现状简介机械原理学科发展现状简介应用领域扩大：应用领域扩大：上天、入地、下海、甚至钻入人体内。上天、入地、下海、甚至钻入人体内。 太空探险、水平钻探、深海采矿、打捞作业、血管清理本学科的研究课题与日俱增本学科的研究课题与日俱增:与其它学科的交叉渗透作用增强：与其它学科的交叉渗透作用增强：与电子工程、计算与电子工程、计算机科学、控制工程、材料科学、生

15、物医学相互渗透，机科学、控制工程、材料科学、生物医学相互渗透，诞生了若干新学科。如机械电子学、仿生机械学、机诞生了若干新学科。如机械电子学、仿生机械学、机器人机械学、机械器人机械学、机械CAD。新机构不断涌现新机构不断涌现-如自控机构、机器人机构、仿生如自控机构、机器人机构、仿生机构、柔性及弹性机构、机电气液综合机构等。机构、柔性及弹性机构、机电气液综合机构等。注重机械的动力性能注重机械的动力性能-在机械分析与综合时，由只在机械分析与综合时，由只考虑运动性能过渡到同时考虑其动力性能。考虑运动性能过渡到同时考虑其动力性能。考虑到机械的动态特性考虑到机械的动态特性: 机械在运动过程中，构件的振动和

16、弹性变形、机械在运动过程中，构件的振动和弹性变形、运动副的间隙和构件运动副的间隙和构件 尺度误差，对运动及动力性能尺度误差，对运动及动力性能的影响。的影响。连杆机构连杆机构: 重视了空间连杆机构、多杆多自由度机构、连杆重视了空间连杆机构、多杆多自由度机构、连杆机构弹性动力学和动力平衡研究。机构弹性动力学和动力平衡研究。齿轮机构齿轮机构: 发展了齿轮啮合原理、提出了许多性能优异的新发展了齿轮啮合原理、提出了许多性能优异的新型齿廓曲线和新型传动、加速了对高速齿轮、精密齿型齿廓曲线和新型传动、加速了对高速齿轮、精密齿轮、微型齿轮的研究。轮、微型齿轮的研究。凸轮机构凸轮机构: 十分重视对高速凸轮机构的研究。十分重视对高速凸轮机构的研究。新的设计手段日新月异新的设计手段日新月异: 高速度；高速度；现代机械的特点：现代机械的特点： 高节拍；高节拍； 高性能高性能另外，为了