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机械原理课程系列教具的设计(1)文献综述报告班级(学号)机械11042011010108姓名祝千皓指导教师王科社文艺复兴后,意、法、英等国相继兴办大学,发展自然科学和人文科学,培养人才,人们开始探求世界,于是越来越多的自然科学的理论知识被人发现、了解、认识、证明。意大利著名绘画大师达·芬奇(LeonardodaVinci,1452-1519年)的作品TheMadridCodex和TheAtlanticCodex中,列出了用于机械制造的22种基本部件。瑞士数学家欧拉(Euler,1707-1783年)提出了一个平面运动是一点的平动和绕该点的转动的叠加理论,奠定了机构运动分析的基础,法国的科奥利(Coriolis,1792-1843年)提出加速度的概念,研究机构的运动分析,英国的瓦特(Watt,1736-1819年)研究了机构综合运动学,探讨连杆机构跟踪直线轨迹问题,剑桥大学教授RobertWillis出版的著作《机构原理》,形成了机构学理论体系,而机构和其他的原理就形成了机械原理。例如,目前工程上应用最广泛的双击冷镦机,其工艺过程包括进料、切断、送坯、镦锻、顶出等五个动作。而这五个工艺动作分别由多种机构组成的五条传动路线来实现,该机器的工作原理分别描叙如下:(1)主传动系统完成墩制动作;(2)送料系统工件原料的间歇式送进动作;(3)切料系统连续完成原料棒的切断动作;(4)双工位控制系统完成初墩和精墩双工位切换动作;(5)工件顶出系统将加工好的工件从模具顶出完成卸料动作。在上叙五个动作中,各个部分必须相互配合与协调,对应各主要活动组件的运动才能有序进行;如果其中一个部分出现故障,就会发生模毁机损的安全事故。可见其中各个部分包括的机械原理对机器的能够有序的运行的支柱。没有正确的运作方式及传动方式这种机器是不可能产生的。虽然机械原理学的研究源远流长,但从古至今,机械原理学领域主要还是研究机构和机器,而机械原理主要在机构的研究方面,所以机构的组成原理与新机构的发明创造、机构运动学与动力学的分析方法及设计理论对机械原理的发展就有深远影响。近年来,机械原理学科的发展是非常迅速的,不论是在基本原理方面,还是在研究方法方面,都有较大的进展。在机构的类型方面也有一些新的创造,有些已突破传统机构学的范畴,而进入所谓“广义机构学的”领域,创造了具有气、液、光、电等环节的机构。当前尚有由三本基本机构组成的组合机构,和包括挠性构件的组合机构。对空间组合机构的研究也已进行了不少工作。此外,对于一些具有特殊运动及动力性能的组合机构也有所研究。随着机械向高速、重载方向的发展,机械动力学的研究发展很快。由于电子计算机的普遍应用,机构的计算机辅助分析和计算机辅助设计得到较快发展。从机械原理学科的发展可以看出,生产发展的需要是学科发展的动力。而学科的发展又反过来促进了生产的发展,提高了生产的水平。可以期望,随着生产对技术现代化的要求不断提高,机械原理学科也会继续迅速的得到发展。机械原理,研究机械中机构的结构和运动,以及机器的结构、受力、质量和运动的学科。人们一般把机构和机器合称为机械。机构是由两个以上的构件通过活动联接以实现规定运动的组合体。机器是由一个或一个以上的机构组成,用来作有用的功或完成机械能与其他形式的能量之间的转换。这一学科的主要组成部分为机构学和机械动力学。不同的机器往往由有限的几种常用机构组成,如内燃机、压缩机和冲床等的主体机构都是曲柄滑块机构。这些机构的运动不同于一般力学上的运动,它只与其几何约束有关,而与其受力、构件质量和时间无关。1875年,德国的F.勒洛把上述共性问题从一般力学中独立出来,编著了《理论运动学》一书,创立了机构学的基础。书中提出的许多概念、观点和研究方法至今仍在沿用。1841年,英国的R.威利斯发表《机构学原理》。19世纪中叶以来,机械动力学也逐步形成。进入20世纪,出现了把机构学和机械动力学合在一起研究的机械原理。1934年,中国的刘仙洲所著《机械原理》一书出版。1969年,在波兰成立了国际机构和机器原理协会,简称IFTOMM。随着计算机的高速发展,高技术群体的普及应用,极大地促进了机械原理的发展,其中创立了不少新的理论和研究方法,开拓了一些新的研究领域。1、在机构结构理论方面,主要是机构的类型综合、杆数综合和机构自由度的计算。对平面机构来说,虽然机构结构的分析与综合研究得比较成熟,但仍有一些新的发展。2、在机构运动分析和力分析方面,主要是大力发展了计算机辅助分析方法的研究,并且已经研制了一些应用软件。3、在机器动力学方面,大力发展了机构弹性动力学的研究,包括低副机构和高副机构。在某些高速重载的高副机构中还考虑了热变形的问题,还开展了对机械中的摩擦、机械效率以及功率传递等问题的研究;发展了对运动副间隙引起的冲击、动载荷、振动、噪声及疲劳失效等问题的研究;对机构运动精度及误差的研究4、在机构学方面,对平面连杆机构的研究仍在继续深入,并转而注重于多杆多自由度平面连杆机构的研究,提出了这类机构的分析和综合的一些方法。研究了提高机构动力性能为目标的综合方法,多精确点的四杆机构的综合方法(如点位缩减法)等。5、在凸轮机构方面,高速凸轮的弹性动力学是一个受到普遍重视的研究课题,并且已研究得比较深入。推杆运动规律的选择和拟合,凸轮机构尺度参数的优化设计,凸轮机构工作过程中的振动、减振和稳定性的研究,也都受到重视,并已取得不少研究成果。6、在齿轮机构方面,首先是齿轮啮合原理的研究,再如新型齿廓的选用(如圆弧、抛物线等非渐开线齿廓),轮齿的修正和修形等课题的研究,也都取得不少的新成就。7、在轮系方面,一些新型齿轮机构(如内齿行星轮传动、活齿齿轮传动、行星摩擦传动、非圆齿轮周转轮系、锥齿轮谐波传动、摩擦式谐波传动等)的研制,周转轮系效率的研究,考虑摩擦时的功率流及考虑轮齿弹性变形时的功率流的计算问题的研究,周转轮系均载装置的研究等,都已取得一些研究成果。此外,应用图论、网络理论和其他一些新的数学工具和计算技术来研究轮系的类型综合及运动分析和力分析问题也得到大力开展,并取得一些成绩。由于机械向高速度、高精度、高负荷、高效率等方向发展,也给机械原理学科提出了一些新的课题,开辟了一些新的研究领域。例如,对于高速重载机械来说,不仅要研究其运动性能,还要研究其动力性能,有时还要考虑构件的弹性形变、质量分布、连接间隙及机械中摩擦等对机械工作的影响,考虑机械的振动冲击和平衡问题。现代机械工业日益向高速、重载、高精度、高效率、低噪声等方向发展。对机械提出的要求也越来越苛刻。如有的需用于宇宙探测,有的要在深海作业;有的小到能沿人体血管爬行,有的又是庞然大物;有的速度数倍于声速,有的又要作亚微米级甚至纳米级的微位移,如此等等。举例:中国工程机械市场突破2000亿元大关;各龙头企业已经不满足将产品出口到海外,纷纷把触角伸向了海外投资。中国本土工程机械企业初显大企业气质;并购事件此起彼伏;国产挖掘机市场占有率达到23%;各大企业布局,抢滩土石方机械制造资源;汽车起重机行业事端不断;竞争水平提升促发新兴信用销售模式……在过去的2年,中国工程机械行业经历着沉落起伏,行业整合如待发之箭。
如果说10年前提起工程机械行业,可能还不被太多业外人所知,如今,徐工、中联重科、柳工、三一重工、厦工、山推和龙工等企业已经家喻户晓。30年前,工程机械产业像一个小学生,在中国机械领域学习着老大哥们的办企经验,而今中国工程机械行业成为机械工业领域自主创新的样板企业,在牢牢把握国内工程机械市场的同时,也与外资工程机械巨头一同分享国际工程机械市场。从小到大,从稚嫩到成熟是每个成功行业的必由过程,盘子越大,现有规则就越不符合发展的需要,求变就越迫切。就像人们说的一样,中国工程机械行业也要经历大浪淘沙的过程,只有这样行业才能更快的成长,正所谓吹尽黄沙始见金:1、在新机构研发方面:为适应生产发展的需要,当前在自控机构、机器人机构、仿生机构、柔性机构和机、电、光、声、液、气、热的综合机构等的研制上有很大进展。
2、在连杆机构方面:重视了对空间连杆机构、多杆多自由度空间机构、特殊串联及多环并联机构、连杆机构的弹性动力学和连杆机构的动力平衡的研究。
3、在齿轮机构方面: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、精密齿轮、微形齿轮的研制。
4、在凸轮机构方面:十分重视对高速凸轮机构的研究。为了获得动力性能好的凸轮机构,在凸轮机构推杆运动规律的开发、选择和组合上作了很多工作。
5、在组合机构方面:为了适应现代机械高速度、快节拍、优性能的需要,还发展了高速高定位精度的分度机构,具有优良综合性能的组合机构,以及各种机构的变异和组合等等。
6、在机械的分析与综合方面:一方面由只考虑其运动性能过渡到同时考虑其动力性能;考虑到机械在运转时,构件的振动和弹性变形,运动副中的间隙和构件的误差对机械运动及动力性能的影响;以及如何对构件和机械进一步作好动力平衡的问题等等。另一方面日益广泛地应用了计算机,发展并推广了计算机辅助设计、优化设计、考虑误差的概率设计。提出了多种便于对机械进行分析和综合的数学工具,编制了许多大型通用或专用的计算程序。此外,随着现代科学技术的发展,测试手段的日臻完善,也加强了对机械的实验研究。总之,作为机械原理学科,其研究领域十分广阔,内涵非常丰富。在机械原理的各个领域,每年都有大量的内容新颖的文献资料涌现。但是,作为一门技术基础课程,根据教学要求,我们将只研究有关机械的一些最基本的原理及最常用的机构分析和综合方法。这些内容也都是进一步研究机械原理课题所必须的知识基础。机械与制造工程科学发展的总趋势是多学科交叉和综合。微型精密化、数字智能化、高效清洁化、柔性集成化已成为主流发展趋势。随着世界的进步、国家的需求和学科的发展,机械与制造科学的发展出现了以下显著特点和趋势:1、高技术领域(如光电子、微纳技术、航空航天、生物医学)以及重大工程技术的发展,要求机械与制造科学向这些领域提供更多更好的新理论、新方法和新技术,出现了微纳制造、生物制造和微电子制造等制造科学新领域。2、随着机械与制造科学与信息科学、生命科学、材料科学、管理科学、纳米科学技术的交叉,产生了仿生机械学、纳米摩擦学、制造信息学、制造管理学等新兴交叉科学。由于中国未来将大力推进拥有自主知识产权的先进仪器及装备技术,因此,基于自主创新的高技术仪器及装备设计制造的基础研究将得到更充分地重视和更快地发展。3、由于21世纪中国资源和环境面临空前的严峻挑战,要求机械与制造科学比以往任何时候更重视环境的保护、产品的安全性和绿色度、材料和能源的节省、机电装备的再制造,以及新能源制造领域的基础研究。具体详细情况如下:仿生机械与生物制造
生命科学必将对21世纪的技术进步与社会发展产生重大影响。机械科学与生命科学的融合交叉将产生崭新的工艺与产品,形成一个富有发展潜力的新产业。制造仿生与生物制造是一个极富创新性和挑战性的前沿领域。这方面的研究内容包括:生物活体组织的工程化制造;仿生设计技术与仿生制造系统;仿生微型机械及其生物制造工艺;生物遗传制造(基于遗传基因的生长成形技术)。智能机械结构及系统
智能结构系统是在结构中集成传感器、控制器及执行器,赋予结构健康自诊断,环境自适应及损伤自愈合等某些智能功能与生命特征,以达到增强结构安全、减轻重量、降低能耗和提高性能等目的一种仿生结构系统,主要内容有:智能机械结构系统基础理论及关键技术的研究;典型智能机械结构系统的研究。该领域的研究内容还包括:智能机器人和智能制造系统等。数字化制造21世纪将是数字化制造的时代,通过对设计与制造过程的数字化理论与技术的研究,实现在高度交互、高度仿真的虚拟现实环境下的新一代虚拟设计、虚拟制造和网络制造,这将会使制造技术和制造产业发生革命性的变化。测试技术和测试仪器的虚拟化、控件化及其科学问题的解决将是测试技术及测试仪器领域的一大突破。针对材料科学的新发展和制造技术发展的新需求,研究按零件最佳使用功能要求来研究理想材料零件的数字化设计制造的融合理论与方法和材料与零件的数字化成形制造的新方法。这是一个多学科交叉的前沿科学问题,将会使人们长期以来设想按力学、电磁学性能高效设计和制造零件的愿望成为现实。可重构制造系统
为适应快速变化的市场需求和信息技术的迅速发展,制造系统及其企业应当是灵活多变可重组的。可重组制造系统的体系结构及优化设计理论、柔性制造单元及可重组制造系统的随机动态规划、可重组制造系统的工艺及装备研究等,都是在新世纪初要解决的关键科学技术问题。高效、精密及低成本加工机理、工艺及装备
产品的快速响应制造、绿色制造和超精密工程在21世纪对加工工艺和装备提出了新的要求,需要在加工机理、加工工艺、加工质量保证、新的加工方法、新型加工及控制设备、新型工具材料及结构等方面进行深入研究,形成可靠、优质、高效、精密、特种、创新的加工工艺及装备技术,对发展我国制造技术,提高产品制造质量,推动国民经济发展具有重要意义。并联机床的关键技术基础、超高速切削和磨削的机理、新型刀具及磨具材料和结构的基本理论、超精密加工、基于环境意识的加工制造技术等都是新世纪初要研究的重要课题高效、精确、低成本成形及装备的理论和技术精确成形技术和计算机的模拟仿真是现代成形技术两个最突出的发展方向。在复杂大型模具的仿真模拟及其设计制造、大型铸锻件的质量保证技术、复杂零件(如发动机)的制造技术、激光加工技术基础、快速原型数字制造技术、焊接智能自动化、成形制造过程的清洁生产研究等方面开展以知识为基础的(KBE),以高质量、短周期、低成本为总目标的铸造、塑性加工和连接工艺技术和装备基础
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