《东南大学机械原理》课件

《东南大学机械原理》课程简介机械原理课程是机械工程专业的重要基础课。本课程主要介绍机械运动的基本规律，包括运动学和动力学的基础理论。机械原理的研究范围1机构的运动分析机构的运动分析涉及运动规律、速度、加速度等。2机械传动机械传动包括各种形式的传动，例如齿轮传动、带传动、链传动等。3机械设计机械设计包括机械部件的设计、选择和计算，并考虑各种因素。4机械动力学机械动力学研究机械系统的运动规律、力学特性以及各种因素的影响。机械原理的基本概念运动和力机械原理研究的是机器的运动和力的相互作用。机构机构是由多个构件组成的，用于实现特定运动和力传递的系统。运动分析研究机构各构件的运动规律，包括位移、速度、加速度。力分析研究机构各构件所受的力和力矩，以及力的传递和平衡。约束概念及其分类约束的概念约束是指限制物体运动的条件。物体在运动时，受到外部或内部的限制，使其不能自由运动。机械原理中，约束是限制机构运动的重要因素。约束的分类约束可以分为几何约束和运动约束。几何约束限制物体的位置和形状，而运动约束限制物体运动的方向和速度。约束的作用约束可以使机构按照预期的方式运动，并实现预定的功能。例如，齿轮副可以使机构实现旋转运动，而滑动副可以使机构实现直线运动。自由度和约束方程机械系统中，每个刚体都有六个自由度，表示其在空间中的运动自由。但是，由于零件之间的连接和约束，系统实际的自由度会减少，称为约束度。约束方程是用来描述约束关系的数学方程。约束方程可以通过分析零件之间的连接方式和约束条件来建立。每个约束对应一个约束方程，系统自由度等于刚体自由度减去约束度。机构的运动分析1运动分析机构的运动分析是机械原理的重要内容，它是研究机构中各构件运动规律的过程。2运动分析方法常见的运动分析方法包括图解法、解析法和数值法，不同方法适用于不同类型的机构和分析目的。3运动分析应用运动分析结果可以用于确定机构的运动特性，如速度、加速度、位移等，从而为机构设计和优化提供依据。平面机构的运动分析平面机构的运动分析是机械原理课程的核心内容之一，是研究机械运动规律的基础。1机构类型确定机构、不定机构、过约束机构2运动分析方法图解法、解析法、矩阵法3运动参数速度、加速度、角速度、角加速度4运动轨迹点、线、面通过运动分析，我们可以掌握机构的运动规律，为后续的设计和制造提供理论依据。转动副和滑动副转动副转动副是两种构件之间允许相对转动而不能相对平移的连接。例如，轴承和轴之间的连接。转动副通常由两个零件组成，一个为轴，另一个为轴承。轴承可以是滚动轴承或滑动轴承。滑动副滑动副是两种构件之间允许相对平移而不能相对转动的连接。例如，活塞和气缸之间的连接。滑动副通常由两个零件组成，一个为滑块，另一个为导轨。滑块可以在导轨上滑动，但不能旋转。齿轮副的基本参数模数齿轮模数是齿轮尺寸的基本参数之一，它决定着齿轮的大小和强度。模数越大，齿轮尺寸越大，强度也越高。压力角压力角是齿轮啮合过程中齿面压力线与齿轮中心线之间的夹角，它是影响齿轮传动效率和齿轮寿命的重要参数。齿数齿数是齿轮上齿的个数，它是决定齿轮传动比和齿轮运动规律的重要参数。中心距中心距是两个齿轮中心之间的距离，它是决定齿轮传动机构安装尺寸的重要参数。齿轮传动的几何分析1齿廓形状齿廓形状决定传动比和效率2齿轮参数模块、齿数、压力角等影响齿轮传动性能3齿轮啮合啮合关系影响齿轮传动的平稳性和效率4齿轮传动比齿轮传动比影响转速和扭矩的分配几何分析是齿轮传动设计的关键，确保齿轮传动效率和精度。齿轮副传动比和效率齿轮传动比是指输出轴转速与输入轴转速之比，表示齿轮传动的增速或减速能力。效率是指输出功率与输入功率之比，表示能量传递的效率。传动比和效率是齿轮传动设计中重要的参数。传动比决定了传动装置的增速或减速功能，效率决定了传动装置的能量损耗。1传动比传动比越大，增速或减速效果越明显。0.95效率效率越高，能量损耗越低。10齿轮齿轮设计复杂，需要考虑传动比和效率。100应用齿轮传动广泛应用于汽车、机械等领域。滚动接触副的基本原理滚动轴承滚动轴承由滚动体、内圈、外圈、保持架等组成。齿轮齿轮副通过齿轮间的啮合实现动力传递和运动变换。蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆副由蜗轮和蜗杆组成，可实现大幅减速和扭矩增大。滚动接触副的应力分析滚动接触副承受的载荷类型包括径向载荷和轴向载荷。滚动接触副的应力分析主要包括接触应力、弯曲应力和疲劳应力分析。接触应力由接触面之间的压力产生弯曲应力由滚动体和滚道之间的弯曲变形产生疲劳应力由重复载荷引起的材料内部微观裂纹扩展产生轴系的设计原理11.轴的强度轴系设计必须保证足够的强度和刚度，以承受工作载荷和防止过早失效。22.轴的刚度轴的刚度是指抵抗弯曲和扭转变形的能力，确保轴在工作过程中保持稳定和精度。33.轴的稳定性轴在高速运转时要避免产生振动，因此轴系设计要考虑轴的稳定性和共振频率。44.轴的寿命轴系设计应考虑轴的疲劳寿命，选择合适的材料和表面处理工艺，提高轴的耐用性。键连接的设计与计算键连接的基本概念键连接是一种常见的机械连接方式，用于传递转矩并防止轴上零件的轴向移动。键连接的设计步骤确定键型计算键的尺寸设计键槽键连接的强度计算键连接的强度主要取决于键的抗剪强度和轴的抗压强度。键连接的应用键连接广泛应用于各种机械传动系统，例如齿轮、轴承、联轴器等。螺纹连接的设计与计算螺纹连接类型常见螺纹连接类型包括螺栓连接、螺钉连接和螺母连接等。不同的连接类型适用于不同的应用场景，需要根据实际情况选择。螺纹连接尺寸选择螺纹连接的尺寸选择需要考虑承载能力、连接强度和工作环境等因素。选择合适的螺纹尺寸能够确保连接的可靠性和安全性。螺纹连接强度计算螺纹连接的强度计算主要包括螺栓的拉伸强度和螺纹的剪切强度，需要根据材料特性和连接方式进行计算。螺纹连接紧固力计算螺纹连接的紧固力计算需要考虑螺栓的预紧力、螺纹摩擦系数和工作环境等因素，确保连接的可靠性和紧固程度。螺纹连接疲劳寿命分析螺纹连接的疲劳寿命分析需要考虑螺纹的应力集中和循环载荷等因素，确保连接的长期可靠性和安全性。焊接连接的设计与计算1材料选择焊接材料的种类和性能直接影响焊接接头的强度和可靠性。2焊接工艺焊接方法和工艺参数决定着焊接接头的质量和性能。3结构设计焊接接头的形状和尺寸要根据受力情况和工艺要求进行合理设计。液压传动的基本原理压力能量液压传动利用液体的压力变化来传递能量。封闭系统液压系统是一个封闭的系统，液体在管道中循环流动。能量转换液压泵将机械能转换为液体的压力能。执行机构液压马达将液体的压力能转换为机械能。液压传动系统的组成动力元件提供液压能量，如液压泵。执行元件将液压能转化为机械能，如液压缸和液压马达。控制元件控制液压油的流量、压力和方向，如方向阀、压力阀和流量阀。辅助元件为系统提供辅助功能，如油箱、过滤器、冷却器等。液压泵的工作原理1能量转换将机械能转换为液压能2流体压力通过旋转或往复运动3输出液压油驱动液压系统执行动作液压泵是液压系统中最重要的元件之一，它将机械能转换为液压能，为液压系统提供动力。液压泵通过旋转或往复运动将液压油加压，并将其输送到液压系统中，驱动液压缸或液压马达等执行元件执行工作。液压马达的工作原理1液压能转化为机械能液压马达将液压能转化为机械能2旋转运动液压马达主要输出旋转运动3工作原理工作液压油进入马达4旋转输出马达内部的旋转元件旋转液压马达内部有旋转元件，工作液压油进入马达后推动旋转元件旋转。旋转元件连接到输出轴，从而输出机械能。电动机的基本结构定子定子是电动机的外壳，它由机座、端盖、定子铁芯和定子绕组组成。转子转子是电动机的旋转部件，它由转子铁芯和转子绕组组成。电动机的速度特性空载速度电机不负载时的转速，通常为最大转速。额定速度电机在额定负载下的转速，一般为铭牌上标明的速度。临界速度电机达到额定转速后，如果负载继续增加，转速将下降，当下降到临界速度时，电机可能会停转。电动机的转矩特性电动机的转矩特性是指电动机在不同转速下输出的转矩。转矩特性曲线通常呈现下降趋势，这意味着随着转速的增加，电动机的转矩会逐渐减小。转矩特性曲线是电动机性能的重要指标之一，可以帮助人们了解电动机在不同负载下的运行状态。制动装置的分类和选择制动装置分类制动装置按结构分为摩擦式制动器和电磁制动器。摩擦式制动器依靠摩擦力来实现制动，常见于机械设备中。电磁制动器利用电磁力来实现制动，通常应用于高精度控制系统。选择制动装置制动装置的选择需要考虑多种因素，包括制动力矩、响应速度、可靠性、工作环境以及成本等。根据具体应用场景，选择合适的制动装置以确保系统安全可靠地运行。驱动装置的组成结构11.动力源动力源为驱动装置提供动力，例如电动机、内燃机等。22.传动机构传动机构将动力源的动力传递给工作机，例如齿轮传动、链传动、带传动等。33.控制装置控制装置控制驱动装置的速度、方向和运行状态，例如变速箱、离合器等。44.安全装置安全装置确保驱动装置的安全运行，例如制动器、限位开关等。机械传动系统的效率分析机械传动系统的效率是指输入功率与输出功率之比。效率是衡量传动系统性能的重要指标之一。90%机械机械传动系统效率一般在90%左右。10%损耗传动系统效率降低主要是由于摩擦、漏气、漏油等损耗导致的。2-5%齿轮齿轮传动效率一般在95%以上，而链传动和带传动效率则相对较低。5-10%摩擦摩擦损失是传动系统的主要能量损失来源之一，其大小与摩擦表面接触面积、摩擦系数以及压力有关。机械传动系统的可靠性分析可靠性指标定义影响因素平均无故障时间（MTBF）设备正常运行的平均时间材料、加工精度、润滑故障率（λ）单位时间内发生故障的概率环境温度、振动、冲击维修时间（MTTR）设备发生故障后修复所需的时间维修人员技能、备件供应机械传动系统的维修保养定期检查检查润滑油位，检查齿轮磨损，检查轴承是否松动。清洁保养定期清洁传动系统，清除灰尘和杂物，防止部件腐蚀。部件更换及时更换磨损的部件，如齿轮、轴承、密封件等，确保系统正常运行。维护记录记录每次维修保养的时间、内容和更换的部件，方便后续维护和故障分析。机械传动系统的安全性分析安全操作规范