机械专业机械原理课件

机械专业机械原理课件contents目录机械原理概述机械系统的基础元件机械系统的基本理论机械系统的运动分析机械系统的设计方法机械系统的动力学问题机械系统的优化与改进01机械原理概述机械原理是研究机械系统基本运动规律、运动机构的结构和性能以及各种机械的基本性能和设计方法的理论学科。机械原理的定义机械原理主要涉及机械系统的组成、机构分析、机构设计、机器动力学、摩擦学原理及应用等方面。机械原理的内容机械原理的定义与内容指导机械设计机械原理指导机械设计，使得机器能够满足各种不同的需求，提高机器的性能、可靠性和使用寿命。培养分析能力学习机械原理有助于培养人们的分析能力，使人们能够更好地理解各种机械系统的运作过程和性能特点。提供基础理论支撑机械原理为机械工程专业提供了基础理论支撑，为各种机械系统的设计和优化提供了指导。机械原理的重要性在古代，人们就开始研究各种简单机械系统，如杠杆、滑轮、斜面等，积累了丰富的实践经验。古代机械原理的研究随着工业革命的兴起，人们对机械系统的要求越来越高，推动了机械原理的发展，机构分析、机构设计等成为研究重点。近代机械原理的发展随着计算机技术和数字化技术的不断发展，机械原理的应用领域越来越广泛，机器人的运动学和动力学分析、数控机床的机构设计等成为研究热点。现代机械原理的应用机械原理的发展历程02机械系统的基础元件通过螺栓、螺母等将两个或多个零件连接在一起。螺纹连接通过键将两个轴或轴套连接在一起，用于传递扭矩。键连接通过销钉或销轴将两个零件连接在一起，用于定位和固定。销连接连接件通过传动带和带轮将动力传递给从动轮。带传动通过链条和链轮将动力传递给从动轮。链传动通过齿轮将动力从主动轴传递给从动轴。齿轮传动传动件123支承转动零件，传递扭矩的轴。转轴支承轴颈，承受径向载荷的滑动摩擦轴承。滑动轴承支承轴颈，承受径向载荷的滚动摩擦轴承。滚动轴承轴及轴承在机械系统中起缓冲、减震和支撑作用的弹性元件。吸收或减小机械振动的能量，防止机械系统过振的装置。弹簧及阻尼器阻尼器弹性元件通过在转子上的平衡块调整转子的重心，使其与旋转中心重合。静平衡通过在转子上附加平衡环或平衡盘调整转子的重心，使其与旋转中心重合。动平衡机械零件的平衡与调整03机械系统的基本理论01物体总保持匀速直线运动或静止状态，除非受到外力作用。牛顿第一定律02物体的加速度与所受的合外力成正比，与物体的质量成反比。牛顿第二定律03作用力与反作用力大小相等、方向相反，作用在同一直线上。牛顿第三定律牛顿运动定律03能量物体或系统做功的能力。包括动能、势能和内能等。01功力与物体沿力的方向上位移的乘积。02功率单位时间内完成的功。功、功率和能量动量定理物体所受合外力的冲量等于其动量的变化。动能定理物体所受合外力的功等于其动能的变化。动量矩定理物体所受合外力的矩等于其动量矩的变化。动量定理、动能定理和动量矩定理摩擦力物体间接触面产生阻力，导致相互间滑动或滚动。传动效率传动装置输出功率与输入功率的比值。包括齿轮传动、链条传动和液压传动等。摩擦与传动效率04机械系统的运动分析总结词机构运动简图是表示机械系统中机构的结构、运动轨迹及各构件间运动关系的简化图形。总结词机构运动分析的主要目的是确定各构件的位置、速度和加速度随时间的变化规律。详细描述在进行机构运动分析时，可以通过解析法和图解法两种方法进行。解析法通过建立数学模型，求解方程得到答案；图解法则通过作图的方式，直观地得到答案。详细描述机构运动简图通过简化细节，突出主要运动特征，从而方便对机构进行运动分析。其主要内容包括：原动件、从动件、机架和运动副的表示方法，以及机构运动方向的标注。机构运动简图及运动分析方法VS机构的运动性能分析主要是评估机构在运动过程中是否能实现预期的运动轨迹和运动学特性。详细描述机构的运动性能分析包括位置分析、速度分析、加速度分析和动力学分析。位置分析主要关注机构在任意时刻的位置；速度分析关注机构运动的速度；加速度分析关注机构运动的加速度；动力学分析关注机构在运动过程中所受到的力和力矩。总结词机构的运动性能分析总结词机构的受力分析主要是确定在已知外力作用下机构的变形和内部应力分布情况。详细描述机构的受力分析包括静力分析和动力分析。静力分析关注在恒定外力作用下机构的变形情况；动力分析关注在变外力作用下机构的动态响应。同时，还需要考虑机构的惯性力、阻尼力和科氏力等因素。机构的受力分析05机械系统的设计方法机械系统应满足预定的功能要求。功能性原则机械系统应具有足够的可靠性，以避免在正常使用中出现故障。可靠性原则机械系统应确保在正常操作条件下不会对人员和环境造成伤害。安全性原则机械系统应尽可能降低制造成本和使用成本。经济性原则机械设计的基本原则和要求1创新设计根据新的功能需求和应用场景，进行全新的机械系统设计。逆向设计根据已有的机械系统进行反向分析，推导出其设计参数和原理。模块化设计将机械系统划分为若干个模块，通过组合不同的模块来实现不同的功能。类比设计利用相似事物的类比关系，进行类比推理并应用于机械系统设计。机械设计的类型和方法确保机械零件在使用过程中能够承受各种应力而不发生破坏。保证机械零件在使用过程中具有一定的刚度，以避免因变形而影响精度和性能。强度设计刚度设计机械零件的强度和刚度设计可靠性评估对机械系统在预期使用时间内的故障概率进行评估。FMEA分析进行失效模式及影响分析，找出潜在的故障模式并采取相应的措施。冗余设计通过增加备份系统或组件来提高机械系统的可靠性。机械系统的可靠性设计06机械系统的动力学问题牛顿第二定律力等于质量乘以加速度，即F=ma。动量定理力在一段时间内对物体的冲量等于物体动量的变化，即Ft=Δp。动能定理力对物体做的功等于物体动能的变化，即Fs=ΔE_k。动力学的基本概念和方程030201一个刚体在空间中的运动需要用6个自由度来描述，包括3个平动自由度和3个转动自由度。系统的自由度数建立系统的动力学方程需要考虑所有自由度的运动，并使用牛顿第二定律来描述每个自由度的运动。多自由度系统的动力学方程多自由度系统的动力学分析有限元法将物体划分为有限个小的单元，对每个单元进行受力分析，并利用计算机进行数值计算，得到物体的位移、速度和加速度等响应。有限差分法将时间和空间划分为有限个离散点，对每个点进行受力分析，并利用计算机进行数值计算，得到物体的位移、速度和加速度等响应。边界元法只对物体的边界进行受力分析，并利用计算机进行数值计算，得到物体的位移、速度和加速度等响应。动力学问题的计算机模拟方法07机械系统的优化与改进优化设计是一种通过合理选择设计参数，使一个特定系统的性能达到最优化的数学方法。优化设计的定义优化设计的目标是找到最优解，该解使得系统的性能指标达到最大或最小值。优化设计的目标优化设计通常包括问题定义、建立数学模型、选择优化算法、执行优化计算以及结果分析等步骤。优化设计的基本步骤优化设计的基本概念和方法机构优化设计的方法机构优化设计通常采用数值优化方法，通过迭代计算来寻找最优解。机构优化设计的限制条件机构优化设计通常需要考虑一些限制条件，如机构的最大应力、最大变形量等。机构优化的目标机构优化的目标是使机构的运动性能达到最优，例如运动精度、响应速度、能耗等。机构优化设计计算机辅助优化设计的作用01计算机辅助优化设计能够大大提高优化设计的效率和精度，能够处理更为复杂的