第一章机械设计

1、情情 况况 说说 明明1. 本课件开发中使用了大量三维实体造型软件绘制的动画、本课件开发中使用了大量三维实体造型软件绘制的动画、以及一些图片和录像以及一些图片和录像(主要体现在第一、二、八、九、十和十主要体现在第一、二、八、九、十和十一章中一章中)；课件总体大小达；课件总体大小达220兆左右。由于网络上传课件的兆左右。由于网络上传课件的原因，无法将所绘制的原因，无法将所绘制的avi动画备份动画备份上传到课件比赛库中。因上传到课件比赛库中。因而本课件中的动画在网上无法观察到；课件中标明了而本课件中的动画在网上无法观察到；课件中标明了avi的均的均具有动画功能。具有动画功能。本课件整套在教务处有备

2、份。本课件整套在教务处有备份。2. 本课件换灯片中内容按照授课内容介绍的顺序要求逐一出本课件换灯片中内容按照授课内容介绍的顺序要求逐一出现。现。3. 本课件在实际中分章节独立存在。针对此次课件竞赛，特本课件在实际中分章节独立存在。针对此次课件竞赛，特将它们整合在一起，并将其进行了简单的联接。将它们整合在一起，并将其进行了简单的联接。机机 械械 原原 理理(Mechanisms and Machine Theory)武汉理工大学武汉理工大学机电工程学院机电工程学院肖肖 佩佩1-1 本课程的研究对象与内容本课程的研究对象与内容一、研究对象：一、研究对象：机械原理机械原理(Mechanisms an

3、d Machine Theory)机械机械(mechanism)机器机器(machine)机构机构(mechanism)普通车床普通车床加工机械，机器加工机械，机器数控车床数控车床加工机械，机器加工机械，机器数控铣床数控铣床加工机械，机器加工机械，机器主轴主轴安装安装铣刀铣刀工作台工作台四四缸缸十十六六气气门门内内燃燃机机轿车内部的机械结构轿车内部的机械结构凸轮轴磨削机床凸轮轴磨削机床凸轮轴凸轮轴发射塔、运载火箭都是庞大的机器。发射塔、运载火箭都是庞大的机器。机器人机器人1(avi)机器人机器人2(avi) 根据机器工作类型的不同，机器一般可以分为根据机器工作类型的不同，机器一般可以分为动力动

4、力机器机器、工作机器工作机器和和信息机器信息机器三类。三类。 动力机器动力机器的功用是将任何一种能量变换成机械能，的功用是将任何一种能量变换成机械能，或者将机械能变换成其他形式的能量。例如，内燃机、或者将机械能变换成其他形式的能量。例如，内燃机、涡轮机、电动机、发电机等。涡轮机、电动机、发电机等。 工作机器工作机器的功用是完成有用的机械功或搬运物品。的功用是完成有用的机械功或搬运物品。例如，金属切削机床、轧钢机、织布机、包装机、汽车例如，金属切削机床、轧钢机、织布机、包装机、汽车机车、飞机、起重机、输送机等。机车、飞机、起重机、输送机等。 信息机器信息机器的功用是完成信息的传递和变换，例如，的

5、功用是完成信息的传递和变换，例如，复印机、打印机、绘图机、传真机、照相机等。复印机、打印机、绘图机、传真机、照相机等。 现代机器通常由四个部分组成：现代机器通常由四个部分组成：原动机原动机、传动机构传动机构、执行机构执行机构和和控制系统控制系统。 什么是机器呢？什么是机器呢？ 机器的定义：机器的定义：是一种人为实物组合的具有确定机械是一种人为实物组合的具有确定机械运动的装置，它用来完成有用功、转换能量或处理信息，运动的装置，它用来完成有用功、转换能量或处理信息，以代替或减轻人类的劳动。以代替或减轻人类的劳动。钳物机构钳物机构(avi)钳物机构钳物机构(avi)开窗机构开窗机构(avi)运动鞋刹

6、车机构运动鞋刹车机构(avi)进气冲程进气冲程压缩冲程压缩冲程膨胀冲程膨胀冲程排气冲程排气冲程连杆机构连杆机构齿轮机构齿轮机构凸轮机构凸轮机构单缸四冲程内燃机单缸四冲程内燃机(avi) 一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含一一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含一种机构。种机构。什么是机构呢？什么是机构呢？ 机构可以定义为：机构可以定义为：是一个具有确定机械运动的构件系是一个具有确定机械运动的构件系统，或称它是用来传递运动和动力的可动装置。统，或称它是用来传递运动和动力的可动装置。连杆机构连杆机构(avi)凸轮机构凸轮机构(avi)齿轮机构齿轮机构(avi)结论：结论：机械是机器

7、与机构的总称。机械是机器与机构的总称。机械机械机器机器机构机构 (机械机械)结论：结论： 人为人为实物实物的组合体；的组合体； 各各实物实物间具有确定的相对运动间具有确定的相对运动(不会乱动不会乱动)； (机器机器)能转换能量形式或代替人作有益的机械功。能转换能量形式或代替人作有益的机械功。构件构件 修改为：修改为： 由若干构件组成；由若干构件组成； 各构件间具有确定的相对运动；各构件间具有确定的相对运动； (机器机器)能做有益功或转换能量形式。能做有益功或转换能量形式。二、研究内容二、研究内容1. 1. 机械设计的主要阶段机械设计的主要阶段 机械设计的一般进程机械设计的一般进程 产品规划阶段

8、产品规划阶段 中心任务是中心任务是：需求分析，市场预测，可行性分析，设计：需求分析，市场预测，可行性分析，设计参数及制约条件的提出，最后给出详细的设计任务书，作为参数及制约条件的提出，最后给出详细的设计任务书，作为设计、评价和决策的依据。设计、评价和决策的依据。 方案设计阶段方案设计阶段 完成完成产品功能分析产品功能分析、功能原理求解和评价决策功能原理求解和评价决策，以得到以得到最佳功能原理方案，并由此最后完成机械运动方案的设计。最佳功能原理方案，并由此最后完成机械运动方案的设计。 详细设计阶段详细设计阶段 将将机械运动简图具体化为机器及零部件的合理结构，机械运动简图具体化为机器及零部件的合理

9、结构，也就是要完成产品的总体设计、部件和零件设计，完成全也就是要完成产品的总体设计、部件和零件设计，完成全部生产图纸并编制设计说明书等有关技术文件。部生产图纸并编制设计说明书等有关技术文件。 改进设计阶段改进设计阶段 主要任务是主要任务是根据产品在试验、使用、鉴定中所暴露的根据产品在试验、使用、鉴定中所暴露的问题，进一步作相应的技术完善工作，使产品的效能、可问题，进一步作相应的技术完善工作，使产品的效能、可靠性和经济性得到提高，更具生命力。靠性和经济性得到提高，更具生命力。 机械设计的主要阶段：机械设计的主要阶段： 提出设计任务；提出设计任务； 包括：产品的用途，主要性能指标，生产成本、批量，

10、包括：产品的用途，主要性能指标，生产成本、批量，生产日期等。生产日期等。 机械总体方案设计；机械总体方案设计； 机械的运动设计；机械的运动设计； 机械的动力设计；机械的动力设计； 动力分析动力分析各构件的受力情况各构件的受力情况确定构件的型式和确定构件的型式和尺寸。尺寸。 机械的机构结构设计（总装图）；机械的机构结构设计（总装图）； 机械的零件设计（零件图）；机械的零件设计（零件图）； 机器速度的调节及机械的平衡。机器速度的调节及机械的平衡。 2. 研究内容研究内容 各种机构的分析问题各种机构的分析问题 包括机构的包括机构的结构分析结构分析，即研究机构的组成原理、机构，即研究机构的组成原理、机

11、构运动的可能性及确定性条件；机构的运动的可能性及确定性条件；机构的运动分析运动分析，即研究在，即研究在给定原动件运动的条件下，机构各点的轨迹、位移、速度给定原动件运动的条件下，机构各点的轨迹、位移、速度和加速度等运动特性；机构的和加速度等运动特性；机构的力分析力分析，即研究机构各运动，即研究机构各运动副中力的计算方法、摩擦及机械效率问题。副中力的计算方法、摩擦及机械效率问题。 常用机构的分析与设计问题常用机构的分析与设计问题 常用机构：常用机构：齿轮机构、凸轮机构和连杆机构。齿轮机构、凸轮机构和连杆机构。将用大将用大量篇幅讨论该三大常用机构的特点、设计理论和设计方法。量篇幅讨论该三大常用机构的特点、设计理论和设计方法。 机器动力学问题机器动力学问题 主要研究在已知力作用下机械的真实运动规律；机器运主要研究在已知力作用下机械的真实运动规律；机器运转过程中速度波动的调节问题以及机械运转过程中所产生惯转过程中速度波动的调节问题以及机械运转过程中所产生惯性力系的平衡问题。性力系的平衡问题。 机构的选型及机械运动