机械基础绪论.

1、中南大学专用 作者： 潘存云教授 机械基础机械基础制作单位：郑州华信学院制作单位：郑州华信学院-机电工机电工 程学院程学院 制制 作作 人：张占领人：张占领电电 话：话南大学专用 作者： 潘存云教授 人类从使用简单工具到今天能够设计复人类从使用简单工具到今天能够设计复杂的现代机械，经历了漫长的过程。随着生杂的现代机械，经历了漫长的过程。随着生产的不断发展，品种繁多的机械进入了社会产的不断发展，品种繁多的机械进入了社会的各个领域，承担着大量人力所不能或不便的各个领域，承担着大量人力所不能或不便进行的工作，大大改善了劳动条件，提高了进行的工作，大大改善了劳动条件，提高了生

2、产率。生产率。引引 言言中南大学专用 作者： 潘存云教授 新中国成立后，我国科学技术有了巨大的发展，万吨水压机、万吨远洋货轮的制造；人造卫星的太空遨游以及大型精密的高新技术设备的生产等等，都标志着我国的机械工业正在朝着世界先进水平迈进，有的已处于领先地位。11 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容12 本课程在教学中的地位本课程在教学中的地位13 课程的性质和学习方法课程的性质和学习方法14 机械原理学科发展现状简介机械原理学科发展现状简介第一章第一章 绪绪 论论顾名思义，本课程研究对象为：顾名思义，本课程研究对象为：机械机械机械机械机器机器斜面斜面任何机械都经历了：任何机械都经历了：

3、简单简单复杂的发展过程。复杂的发展过程。机械机械人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的组合体。组合体。 机构机构 （包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、（包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、电梯电脑控制）。卷扬机、叉车、电梯电脑控制）。杠杆杠杆 起重轱辘起重轱辘滑轮组滑轮组 手动手动(电动)葫芦葫芦现代起重机现代起重机起重机的发展历程：起重机的发展历程：11 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容原理原理机械的组成原理、工作原理、分析和设计原理机械的组成原理、工作原理、分析和设计原理(方法方法)等。等。中南大学专用 作者： 潘存云教授 中南大学

4、专用 作者： 潘存云教授 中南大学专用 作者： 潘存云教授 中南大学专用 作者： 潘存云教授 中南大学专用 作者： 潘存云教授 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根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合 体。体。机构机构能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件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：实物的组合体。如：连杆机构连杆机构、凸轮机构凸轮机构、 齿轮机构齿轮机构等。等。种类有限如如: : 缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机机器、起重机等。等。 机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但机

5、器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但具有具有相同的基本特征。相同的基本特征。潘存云教授研制典型机器的分析：典型机器的分析：1.内燃机内燃机内燃机内燃机组成：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

6、，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

7、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 机械能机械能潘存云教授研制电动机电动机2.工件自动载送装置工件自动载送装置含带传动机构、蜗杆含带传动机构、蜗杆传动、凸轮机构、连传动、凸轮机构、连杆机构等。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，夹持器滑杆左移时，夹持器将工件夹住。将工件夹住。滑杆带着工件右移时，滑杆带着工件右移时，夹持器动爪受挡块的夹持器动爪受挡块的压迫将工件松开，工压迫将工件松开，工件落入载送器被传送件落入载送器

8、被传送到下一道工序。到下一道工序。强调代替人类完成有用工作机器的共有特征：机器的共有特征： 人造的实物组合体；人造的实物组合体；各部分有各部分有确定的相对运动确定的相对运动；代替或减轻人类劳动代替或减轻人类劳动完成有用功完成有用功或或实现能量实现能量 的转换的转换 机器的作用 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）种类有限工作机工作机完成有用功（如机床等）完成有用功（如机床等） 种类繁多工作机的组成：工作机的组成：原动部分原动部分是工作机动力的来源，最常见的是电动机是工作机动力的来源，最常见的是电动机 和内燃机。和内

9、燃机。 工作部分工作部分完成预定的动作，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。 传动部分传动部分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。 其关系如下机械机械机器机器机构机构原动机原动机 传动传动 工作工作 控制控制 原动机原动机工作机工作机潘存云教授研制控制器控制器(控制控制)电动机电动机(原动原动)带带(传动传动)减速器减速器(传动传动)波轮波轮(工作工作)分析自动洗衣机的组成：分析自动洗衣机的组成：潘存云教授研制同理，通过对典型机构进行分析可知： 机构的共有特

10、征：机构的共有特征： 人造的实物组合体；人造的实物组合体；各部分有确定的相对运动；各部分有确定的相对运动；用来传递力或实现运动的转换。用来传递力或实现运动的转换。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。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：本课程研究重点：通用机构通用机构机器与机构的关系：机器与机构的关系：由两个实例推广到一般任意复杂的机器都是

11、由若干组机构按一定规律组合而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。成的。实际机器的种类有成千上万种，但机构的种类确有限。类似关系：化合物与化学元素 由机器与机构的共有特征可知：由机器与机构的共有特征可知：机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不机器与机构在结构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。人造的组合体、有确定的相对运动中南大学专用 作者： 潘存云教授 只能实现运动和力的传递与变换的装置称为只能实现运动和力的传递与变换的装置称为机构。机构。一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只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。包含一种

12、机构。带传动机构带传动机构链传动机构链传动机构凸轮机构凸轮机构齿轮机构齿轮机构连杆机构连杆机构中南大学专用 作者： 潘存云教授 3 3、机器和机构的区别：、机器和机构的区别： 机器能作有用功，而机构不能。 机构不具备机器的第三个特征（代替或减轻人类的劳动）机构仅能实现预期的机械运动。 机器是由几个机构组成的系统，最简单的机器只有一个机构。中南大学专用 作者： 潘存云教授 从运动的观点，构件为机械的最小运动单元体连杆连杆组成机器的各个相对运动的单元称为 构件，构件是运动的基本单元。中南大学专用 作者： 潘存云教授 构件由零件组成；从机器制造的角度，它是一部构件由零件组成；从机器制造的角度，它是一

13、部机器的最小制造单元；拆卸后不可再拆的最小单元。机器的最小制造单元；拆卸后不可再拆的最小单元。中南大学专用 作者： 潘存云教授 为完成为完成同一使命同一使命而协同工作的许多而协同工作的许多零件的组合零件的组合。如：滚动轴承、联轴器等。如：滚动轴承、联轴器等。中南大学专用 作者： 潘存云教授 按机械设计时的要求，将零件和部件连接成机械产品的过程。中南大学专用 作者： 潘存云教授 专用零部件专用零部件：只在一定类型机器中使用的零件，如曲轴。：只在一定类型机器中使用的零件，如曲轴。通用零部件通用零部件：各种机器中普遍使用的零部件，如齿轮、螺栓。：各种机器中普遍使用的零部件，如齿轮、螺栓。标准件：制定

14、了国家标准，并由专门工厂生产的零部件。标准件：制定了国家标准，并由专门工厂生产的零部件。 如：滚动轴承、螺栓等。如：滚动轴承、螺栓等。中南大学专用 作者： 潘存云教授 机器的组成：机器的组成： 机器种类繁多，形状各异，但就其功能而言，机器是机器种类繁多，形状各异，但就其功能而言，机器是由五个部分组成。由五个部分组成。中南大学专用 作者： 潘存云教授 轿车组成：轿车组成：12 本课程的研究内容本课程的研究内容1. 机构结构分析机构结构分析 基本知识基本知识研究机构运动的可能性研究机构运动的可能性; 能否运动机构运动的确定性；机构运动的确定性；下一个位置和运动方向是否唯一 机构的组成原理和结构分类

15、。机构的组成原理和结构分类。 2. 机构的运动学机构的运动学 机构上某些特殊点的位置、速度、加速度的求法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；和机构的运动规律；机构运动简图的绘制方法；机构运动简图的绘制方法；用简单图形表示复杂机构设计新机构的方法。设计新机构的方法。按一定几何条件和运动条件 3. 机器动力学机器动力学分析机构的受力情况及力做功的情况；分析机构的受力情况及力做功的情况；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；机器的调速和平衡方法。机器的调速和平衡方法。不考虑引起机构运动的力的作用，仅从几何的观点来研究按解决问题的性质，研究内容又可分

16、为两大类：按解决问题的性质，研究内容又可分为两大类： 机构分析机构分析对已有机构的研究。包括结构、运动对已有机构的研究。包括结构、运动 和力分析。和力分析。 机构综合机构综合设计新的机构。包括型综合、尺度综设计新的机构。包括型综合、尺度综 合、运动和动力综合。合、运动和动力综合。称综合而非设计的理由：称综合而非设计的理由： 仅限于根据运动和动力要求，确定机构各部分与仅限于根据运动和动力要求，确定机构各部分与运运 动相关的尺寸；动相关的尺寸；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 机械设计机械设计方案设计方案设计 结构设计结构设计 在解决机构的设计问题

17、时，不涉及各个具体零件的强度计算，具体形状和结构、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；材料选择等因素；设计结果是机构运动简图，而非工程化的设计图。设计结果是机构运动简图，而非工程化的设计图。 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：先修课程：高等数学、普通物理、工程制图、理论力学高等数学、普通物理、工程制图、理论力学同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如机械机械设计、机床夹具设计、机床、机械制造工艺学设计、机床夹具设计、机床、机械制造工艺学等专等专业课程打下基础，业课程打下基础，

18、作为一名工程技术人员，同学们在今后的工作岗位上将会接触各种各样的通用或专用机械，因此必须掌握机械方面的基础知识。13 课程的性质和学习方法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

19、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。如何学习本课程？如何学习本课程？ 着重搞清楚基本概念，理解基本原理，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

20、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，以及它们的设计的设计 方法。方法。注意培养运用所学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工 程实际问题的能力程实际问题的能力。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

21、，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 的工作中要与各种武器装备打交道，稍有不慎，即的工作中要与各种武器装备打交道，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

22、隆操作、磁悬浮列车、低噪声潜艇14 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

23、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