哈工大机械原理课件

哈工大机械原理哈尔滨工业大学（简称哈工大）是一所历史悠久、享誉国内外的著名高等学府。机械原理是机械工程专业的重要基础课程，介绍机器的运动规律、结构特点和工作原理。课程简介机械原理机械原理是机械工程的基础学科，为后续的机械设计、机械制造等课程奠定基础。课程目标掌握机械运动的基本规律了解常见机械传动机构的工作原理具备对简单机械进行分析设计的能力课程内容课程内容包括力学基础、机构学、机械传动学等，涵盖了机械运动、传动、设计等方面。机械系统组成传动系统传动系统负责传递和转换动力，将动力源的能量传递到执行机构，实现机械运动。动力系统动力系统是机械系统的核心，负责产生机械运动所需的能量。执行机构执行机构是机械系统的终端，负责完成机械运动，实现机械的功能。控制系统控制系统负责对机械系统的运动进行控制，保证机械系统按照预定的方式运行。基础力学知识回顾1牛顿运动定律牛顿运动定律是经典力学的基础，描述了物体在力作用下的运动规律，包括惯性定律、加速度定律和作用力与反作用力定律。2功和能功和能是描述物体运动和能量转化关系的重要概念，包括功的定义、能的分类和能量守恒定律等。3动量和冲量动量和冲量是描述物体运动状态变化的重要概念，包括动量的定义、冲量的定义和动量定理等。4力学模型力学模型是将实际问题抽象成理想模型，以便于进行力学分析，包括质点模型、刚体模型和变形体模型等。力的概念和分类力的定义力是物体之间的相互作用。力可以改变物体的运动状态，也可以改变物体的形状。力的分类力的分类方法有很多，可以按力的性质、力的作用方式、力的方向等分类。力的性质按力的性质可以分为重力、弹力、摩擦力、压力、浮力等。力的作用方式按力的作用方式可以分为接触力、非接触力。力的加和和平衡条件1力的加和力的加和遵循平行四边形法则或三角形法则，可利用向量加和进行计算。2平衡条件静止物体受力平衡，合力为零，即各力的矢量和为零。3平衡方程平衡条件可用于求解物体受力分析，推导出平衡方程，进而求解未知力。力矩和平衡条件力矩定义力矩是力对旋转轴的转动效应，它等于力的大小乘以力臂的长度。力矩方向力矩的方向由右手定则决定，即右手四指指向力的方向，拇指指向力臂方向，则拇指指向力矩的方向。平衡条件系统处于平衡状态，当所有作用在系统上的外力矩的矢量和为零时，系统处于平衡状态。摩擦力和受力分析摩擦力的概念接触面之间相对运动或有相对运动趋势时，产生的阻碍运动的力。摩擦力的类型静摩擦力：阻止物体开始运动的力。滑动摩擦力：阻碍物体相对滑动运动的力。影响摩擦力的因素接触面的材质，法向力，接触面的粗糙程度。受力分析将物体分解为多个部分，分别分析每个部分所受的力。机构的基本概念机械机构由若干运动副组成的运动链，用于实现规定的运动传递和力传递。运动副两个构件之间直接接触且发生相对运动的连接，例如铰链副、滑动副等。自由度机构中独立运动的数目，决定机构运动的可能性和范围。平面机构的定义和分类定义平面机构是指所有运动部件都位于同一平面内，且运动轨迹也都在同一平面内的机构。机构运动由一系列刚性构件组成，通过运动副连接，实现特定的运动功能。分类根据运动副类型和机构结构，平面机构可分为以下几类：铰链机构凸轮机构齿轮机构螺旋机构链传动机构带传动机构机构自由度分析机构自由度是指机构能够独立运动的程度，是机构运动学分析的重要参数。自由度定义计算公式机构自由度机构能够独立运动的个数F=3n-2p-hn机构中运动副的数目p机构中低副的数目h机构中高副的数目平面连杆机构运动分析1运动学分析位置、速度、加速度2动力学分析受力分析、平衡分析3机构设计运动轨迹规划、尺寸设计4仿真模拟虚拟环境模拟平面连杆机构运动分析是机械原理的重要内容。通过分析机构的运动规律，可以了解机构的运动特性，进而设计出满足特定功能的机构。曲柄滑块机构运动分析1机构类型曲柄滑块机构2运动分析位移、速度、加速度3运动规律周期性、非匀速运动4应用内燃机、往复泵曲柄滑块机构由曲柄、连杆和滑块组成。曲柄的旋转运动通过连杆传递给滑块，使滑块产生往复直线运动。分析曲柄滑块机构的运动，需要确定其各部件的位移、速度和加速度随时间的变化规律。这种机构在内燃机、往复泵等机械中有着广泛的应用。凸轮机构的运动分析1确定运动规律根据凸轮轮廓，确定从动件的运动规律。2绘制速度曲线基于运动规律，绘制从动件速度随时间变化的曲线。3绘制加速度曲线基于运动规律，绘制从动件加速度随时间变化的曲线。4分析运动特点通过曲线分析，了解从动件的运动特点，如最大速度、最大加速度等。凸轮机构的运动分析，需要综合考虑凸轮轮廓、从动件运动规律、速度、加速度等因素。齿轮传动原理啮合传动齿轮传动利用齿轮之间的啮合实现动力的传递和速度的改变。运动规律齿轮的旋转运动通过齿廓的相互接触传递，遵循着严格的运动规律。广泛应用齿轮传动在机械设备中应用广泛，如汽车变速箱、机床主轴等。齿轮传动的基本参数齿轮传动参数决定了传动效率、精度和噪声等性能指标。模数、齿数、压力角等是关键参数，决定了齿轮的尺寸和强度。不同类型齿轮传动11.圆柱齿轮传动轴线平行，广泛应用于各种机械设备，如汽车、机床、工业机器人等。22.锥齿轮传动轴线相交，用于实现轴线不平行的传动，常用于汽车后桥、转向系统等。33.蜗轮蜗杆传动用于实现大传动比和低速传动，常用于机床、起重机等。44.齿轮泵利用齿轮啮合原理实现液体的输送，广泛应用于液压系统。链条传动基本原理1工作原理链条传动利用链条的柔性和链轮的啮合来传递动力。2主要部件链条、链轮、张紧装置构成链条传动系统。3应用场景链条传动广泛应用于自行车、摩托车、机械设备等。带传动基本原理及参数带传动原理带传动利用带与带轮之间的摩擦力来传递运动和能量。通过带轮的旋转，带被带动，进而带动另一个带轮旋转。带传动类型常见的带传动类型包括平带传动、V带传动和同步带传动。每种类型的带传动在结构和应用场景上有所不同。带传动参数带传动参数包括带的长度、宽度、厚度、材料、工作速度等。这些参数对带传动的性能和效率至关重要。带传动应用带传动广泛应用于各种机械传动系统中，例如汽车发动机、工业设备等。其优点包括传动平稳、噪音低、结构简单、易于维护等。摩擦传动基本原理及应用摩擦传动原理摩擦传动利用两个物体之间表面接触时的摩擦力进行能量传递。摩擦力的大小取决于接触面的材料、法向压力和接触面积。摩擦传动的优点传动平稳，噪声低，结构简单，易于实现无级调速。摩擦传动的应用广泛应用于各种机械，如汽车变速箱、机床主轴、起重机等。机械传动效率分析机械传动效率是衡量机械传动系统能量损失的重要指标。传动效率越高，能量损失越少，机械传动系统运行更经济高效。传动效率受多种因素影响，如摩擦力、齿轮啮合损失、带传动滑动损失等。90%理想效率理想情况下，机械传动效率可达90%以上，但实际应用中很难达到。75%实际效率实际应用中，机械传动效率一般在75%到90%之间。5%~10%能量损失机械传动过程中，能量损失主要来自摩擦力、齿轮啮合、带传动滑动等。机械传动噪声及控制噪声来源机械传动噪声主要来自齿轮啮合、链条传动、带传动等部件的冲击、摩擦和振动。噪声危害过高的噪声会对人体造成听力损伤、神经系统损害、工作效率降低等负面影响，也会影响机械设备的正常运行和使用寿命。噪声控制机械传动噪声控制方法主要包括：减小传动部件的冲击和摩擦，提高传动部件的刚度，采用吸音和隔音措施等。应用实例在汽车发动机传动系统、工业生产线传动系统、精密机械设备传动系统等领域，都需要对传动噪声进行有效控制。机械冲击载荷分析冲击载荷的定义冲击载荷是指突然作用在机械零件上的瞬时载荷，冲击力的大小和作用时间都比较短。冲击载荷的来源常见的冲击载荷来源包括启动、制动、碰撞、振动等。例如，发动机启动时的冲击力、汽车刹车时的冲击力、机器部件之间的碰撞力等。冲击载荷的影响冲击载荷会造成机械零件的疲劳损伤、塑性变形甚至断裂。因此，在机械设计中必须考虑冲击载荷的影响，并采取相应的措施来减小冲击载荷对机械零件的影响。分析方法常见的冲击载荷分析方法包括冲击系数法、能量法、动力学分析等。这些方法可以帮助我们了解冲击载荷的大小、方向、作用时间等参数，并为机械设计提供理论依据。机械疲劳与寿命预测疲劳损伤累积反复载荷下，材料内部会产生微裂纹，并逐渐扩展。S-N曲线通过实验获得材料的疲劳强度，预测零件在不同载荷下的寿命。疲劳寿命评估结合应力分析、材料特性、载荷条件等，综合评估机械零件的疲劳寿命。部件配合和润滑技术1配合部件配合是指两个或多个零件之间相互配合，实现特定功能。配合类型包括间隙配合、过渡配合和过盈配合。2润滑润滑是为了减少摩擦，提高效率，延长部件寿命，润滑方法包括油润滑、脂润滑和气体润滑。3润滑油的选择润滑油的选择需考虑工作条件、摩擦副材料、环境温度等因素。4润滑系统设计润滑系统设计需考虑润滑油的供给、循环和冷却，并确保润滑油能有效地到达摩擦副表面。常见机构机构的设计要点精度和强度机构设计必须兼顾精度和强度要求，保证机械在工作过程中能够正常运行。运动协调机构各部件的运动应协调一致，避免干涉和碰撞，保证机器平稳高效运行。可靠性和寿命机构设计应考虑可靠性和寿命要求，选择合适的材料和工艺，确保机械能够长期稳定运行。成本和制造机构设计要考虑成本和制造的可行性，选择合理的材料和结构，确保机械能够经济有效地生产。小型机械的设计与制造1功能需求分析明确功能、性能、可靠性要求2方案设计选择机构、传动方式、材料等3结构设计绘制图纸、标注尺寸、材料等4