天津大學機械原理和機械設計_機械的組成分類與發(fā)展

1、會計學1天津大學機械原理和機械設計天津大學機械原理和機械設計_機械的組機械的組成分類與發(fā)展成分類與發(fā)展天津大學機械原理與機械設計教研室集體編寫 主 編：張 策 副主編：陳樹昌 孟彩芳 課程內(nèi)容 導論 （第1篇 ） 機械原理部分 （第2篇第4篇 ） 機械設計部分 （第5篇第6篇 ） 課程設計部分 （第7篇 ）整個課程的總緒論第一章機械的組成、分類與發(fā)展 內(nèi)容提要q 認識機器q 機器的分類和組成q 機械發(fā)展歷程概述 通過上周的實踐，我們已經(jīng)認識了幾種典型的機器：內(nèi)燃機 牛頭刨床 汽 車電池自動分揀機 通用工業(yè)機器人 機器和它的分類機器的組成機器中的幾個基本概念返回什么是機器呢？機器和它的分類 機器

2、： 是人為實物的組合體， 具有確定的機械運動， 可以用來轉(zhuǎn)換能量、 完成有用功 或處理信息， 以代替或減輕人的勞動。根據(jù)用途的不同，機器可分為動力機器加工機器運輸機器信息機器動力機器其用途是轉(zhuǎn)換機械能。其他形式的能量機械能原動機如蒸汽機、內(nèi)燃機、電動機換能機機械能其他形式的能量返回如空氣壓縮機加工機器尺寸形狀性質(zhì)狀態(tài)用來改變被加工對象的如:加工機床軋鋼機紡織機包裝機等。返回運輸機器用來搬運物品和人。如汽車、飛機、起重機、運輸機。返回信息機器其功能是處理信息。例如復印機、打印機、繪圖機等。信息機器雖然也作機械運動，但其目的是處理信息，而不是完成有用的機械功，因而其所需的功率甚小。動力機器加工機器

3、運輸機器信息機器轉(zhuǎn)換機械能完成機械功作功很小現(xiàn)代機器的出現(xiàn)使機器按功能的分類變得模糊：機器人：進行焊接和裝配，是加工機器；用來搬運物品，也是運輸機械；而且是按照一定的信息來搬運；也是信息機械。電池分揀機：實現(xiàn)了電池的搬運，但它是根據(jù)電池的質(zhì)量信息來進行分揀后的搬運。返回 機構(gòu) 在認知機器的實踐中，我們已經(jīng)初步認識了幾種機構(gòu)： 機器中的幾個基本概念什么是機構(gòu)呢？ 連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、 棘輪機構(gòu)、螺旋機構(gòu)、齒輪機構(gòu)內(nèi)燃機連桿機構(gòu)活塞的往復移動曲軸的轉(zhuǎn)動牛頭刨床圓盤的轉(zhuǎn)動滑枕的往復移動連桿機構(gòu) 內(nèi)燃機何牛頭刨床中的連桿機構(gòu)的共同點： 構(gòu)件間都形成可相對轉(zhuǎn)動或相對移動的活動連接。 都是實現(xiàn)運動形式的變

4、換。 它們都屬于連桿機構(gòu)。 凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和棘輪機構(gòu)實現(xiàn)的運動轉(zhuǎn)換與連桿機構(gòu)不同，構(gòu)件之間的連接形式也不同，構(gòu)件的形狀也不同。因此，可給出機構(gòu)的如下定義：機構(gòu)：人為實物的組合體，具有確定的機械運動，可以用來傳遞和轉(zhuǎn)換運動。機器：人為實物的組合體，具有確定的機械運動，可以用來轉(zhuǎn)換能量、 完成有用功 或處理信息，以代替或減輕人的勞動。機器是由機構(gòu)組成的。簡單的機器，可能只含有一個機構(gòu), 但一般都含有多個機構(gòu)。機械: 機器和機構(gòu)的總稱。機器 機構(gòu)機器中的單個機構(gòu)不具有轉(zhuǎn)換能量或完成有用功的功能。在各種機械中廣泛使用的一些機構(gòu)稱為常用機構(gòu)。如： 連桿機構(gòu)、 凸輪機構(gòu)、 齒輪機構(gòu)、 間歇運動機構(gòu)。常

5、用機構(gòu)我們已經(jīng)多次使用了“構(gòu)件”這個術(shù)語?；钊⑦B桿、曲軸、滑枕等都是構(gòu)件。構(gòu)件是組成機構(gòu)的有確定運動的單元。構(gòu)件構(gòu)件是運動的單元，而零件是制造的單元。構(gòu)件零件各種機械中廣泛使用的零件稱為通用零件。如螺栓、軸、齒輪、彈簧等。只在某一類機械中使用的零件稱為專用零件。如內(nèi)燃機中的活塞、曲軸等。通用零件中主要包括三大類零件：傳動零件 （齒輪、帶、鏈等）聯(lián)接零件 （螺栓、鍵等）軸系零件 （軸、軸承等）此外: 彈簧等零件。通用零件與專用零件返回 機器的組成傳統(tǒng)機器都包含如下三個部分：驅(qū)動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置常稱為原動機，是機器的動力來源。常用：電動機、內(nèi)燃機、液壓缸和氣動缸，以各種電動機的應用最為普遍。

6、處于整個傳動路線的終端，按照工藝要求完成確定的運動，是直接完成機器功能的部分。執(zhí)行裝置隨機器的用途不同而不同，它屬于各種專業(yè)機械課程研究的內(nèi)容。恩格斯如牛頭刨床、空氣壓縮機驅(qū)動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置將原動機的運動和動力傳遞給執(zhí)行裝置，并實現(xiàn)運動速度和運動形式的轉(zhuǎn)換。運動速度的轉(zhuǎn)換運動形式的轉(zhuǎn)換 運動速度的轉(zhuǎn)換傳動裝置解決原動機速度和執(zhí)行裝置速度不匹配的問題。一般的普通交流電動機速度是固定的。一般機器執(zhí)行部分速度低于原動機的轉(zhuǎn)速,需要減速。（也有相反的情況，需要增速）。許多機器還需要執(zhí)行裝置有多種不同的速度。鼠籠式交流電動機的同步轉(zhuǎn)速（r/min）500 600750 10001500 3000帶

7、、鏈傳動各種齒輪傳動減速器例如自行車鏈傳動例如汽車、機床的變速器運動形式的轉(zhuǎn)換機器執(zhí)行部分可能有各種運動形式：一般的原動機作回轉(zhuǎn)運動變速回轉(zhuǎn)往復擺動往復移動間歇運動特定軌跡轉(zhuǎn)換運動形式的各種機構(gòu) 間歇運動機構(gòu)連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)連桿機構(gòu) 隨著20世紀后半葉以來現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，特別是控制理論的發(fā)展和計算機在工業(yè)上的應用，機器的組成更復雜了。驅(qū)動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置控制裝置檢測伺服電機的輸出轉(zhuǎn)角檢測執(zhí)行裝置的運動輸出由程序給定運動規(guī)律前饋控制反饋控制傳感器傳感器控制裝置的作用是控制機器各部分的運動。測量運動構(gòu)件真實運動情況，并將測量結(jié)果隨時反饋給控制系統(tǒng)發(fā)出指令調(diào)節(jié)伺服電機

8、的運動驅(qū)動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置控制裝置驅(qū)動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置傳統(tǒng)機器現(xiàn)代機器普通車床牛頭刨床空氣壓縮機起重機掘土機皮帶運輸機機器人數(shù)控機床心臟軀干，臂手腦眼返回機械的發(fā)展歷程機械設計及理論的發(fā)展歷程古 代 近 代 現(xiàn) 代簡單機械：杠桿、車輪、滑輪、斜面、螺旋等。公元前3000年，在修建金字塔的過程中，就使用了滾木來搬運巨石。阿基米德用螺旋將水提升至高處，那就是今天的螺旋式輸送機的始祖。遠古時代公元一世紀 東漢“水排”用水力鼓風煉鐵，其中應用了齒輪和連桿機構(gòu)古代中國 晉 代 “連 磨”用一頭牛驅(qū)動八臺磨盤，其中應用了齒輪系。中世紀 歐洲 用腳踏板驅(qū)動的加工木棒的車床中世紀 歐洲 利用曲軸的研磨

9、機13世紀以后，機械鐘表在歐洲發(fā)展起來。連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等在古代機械中即已經(jīng)有所應用。在達芬奇時代，現(xiàn)在最常用的一些機構(gòu)型式即已基本知曉。近 代： 18世紀中葉 20世紀中葉 動力的變革材料的變革加工手段的變革生產(chǎn)模式的變革機構(gòu)與傳動的變革機械理論和設計方法的建立近代 動力的變革1765年，瓦特（Watt）發(fā)明了蒸汽機。揭開了第一次工業(yè)革命的序幕。蒸汽機給人類帶來了強大的動力，各種由動力驅(qū)動的產(chǎn)業(yè)機械 紡織機、車床等，如雨后春筍般出現(xiàn)。古代機械的動力：人力、畜力和水力。動力制約了機械的發(fā)展。首先是動力的變革推動了機械的飛速發(fā)展和廣泛應用。蒸汽機無法實現(xiàn)小型化，所以在當時的工廠里采用

10、集中驅(qū)動的方式。蒸汽機時代的紡織工廠蒸汽機皮帶天軸皮帶生產(chǎn)機械 2皮帶生產(chǎn)機械 1皮帶生產(chǎn)機械 319世紀，第二次工業(yè)革命電動機和內(nèi)燃機發(fā)明為汽車、飛機的出現(xiàn)提供了可能性。電力代替了蒸汽。集中驅(qū)動被拋棄了，每臺機器都安裝了獨立的電動機。 與此同時，戴姆勒也發(fā)明出了他的第一輛四輪汽車。 1886年，本茨發(fā)明的汽油發(fā)動機為動力的三輪車被授予專利。萊特兄弟190319世紀中葉，發(fā)明了煉鋼法，從那時一直到現(xiàn)在，鋼鐵始終是制造機械最主要的材料。18世紀末，現(xiàn)代車床的雛形在英國問世;19世紀中葉, 通用機床的各種類型已大體齊備；19世紀末，自動機床、大型機床出現(xiàn)。近代 材料的變革近代 加工手段的變革近代

11、生產(chǎn)模式的變化社會需求日益增長。 20世紀初葉，機械制造進入了大批量生產(chǎn)模式的時代。標志：美國福特汽車的生產(chǎn)進行大批量生產(chǎn)的要求。近代 機構(gòu)與傳動的變革 提高生產(chǎn)率的需要。 基于動力的變革，大幅度提高機器的速度成為可能。 機器速度的提高是幾百年來未曾停遏的發(fā)展趨勢。高速化自動化精密化提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要?；诩庸に降奶岣撸岣邫C器的精度成為可能。近代機械的發(fā)展趨向要求不斷完善已有的機構(gòu)，并發(fā)明出新的機構(gòu)例如：18世紀，歐拉（Euler）首次提出采用漸開線作為齒輪的齒廓，從而使高速、大功率的機械傳動成為可能。 20世紀各種大傳動比、結(jié)構(gòu)緊湊的新型傳動，高速的步進機構(gòu)，精密的滾動螺旋傳動， 機構(gòu)的

12、創(chuàng)新一直到今天也沒有停止。 機器的發(fā)展，呼喚著機械的理論和設計方法。牛頓經(jīng)典力學的建立則為此準備了理論基礎。近代 機械理論和設計方法的建立材料學強度理論運動學靜力學動力學牛頓經(jīng)典力學機構(gòu)結(jié)構(gòu)學機構(gòu)運動學機器靜力學機器要運動、要傳遞力，因此，最先發(fā)展起來的是：材料學強度理論運動學靜力學動力學牛頓經(jīng)典力學機構(gòu)結(jié)構(gòu)學機構(gòu)運動學機器靜力學機器動力學隨著機器運轉(zhuǎn)速度的不斷提高，機器的振動、速度波動等問題引起了人們的重視，機械動力學發(fā)展起來。材料學強度理論運動學靜力學動力學牛頓經(jīng)典力學機構(gòu)結(jié)構(gòu)學機構(gòu)運動學機器靜力學機器動力學機械零件設計到20世紀上半葉，機械設計的方法已基本形成。但是，這些方法都基于圖解和

13、手工計算。現(xiàn) 代： 20世紀中葉 計算機的發(fā)明 科學技術(shù)發(fā)展史上劃時代的大事?，F(xiàn)代機器的出現(xiàn)計算機使機械設計方法面目一新現(xiàn) 代： 機器人的出現(xiàn) 隨著計算機和伺服電機的出現(xiàn)，機器人作為現(xiàn)代機器的代表走上了歷史舞臺。 工業(yè)機器人 特種機器人 工業(yè)機器人：在工業(yè)生產(chǎn)中越來越廣泛地應用。用于搬運、裝配、焊接、噴漆、鑿巖等工作。清洗飛機的機器人隧道鑿巖的機器人第一汽車制造廠的汽車裝配生產(chǎn)線幾 種工業(yè)機器人特種機器人：在潛水、管道修理、外科手術(shù)、生物工程、軍事、星際探索等領域應用，承擔著許多由人的直接操作無法完成的工作。水下掃雷機器人爬壁機器人幾種特種機器人 軍用昆蟲機器人爬纜索機器人數(shù)控車床 數(shù)控加工中

14、心計算機控制系統(tǒng)和伺服電機被引入到傳統(tǒng)機器中來，使其組成、面貌和功能發(fā)生了革命性的變化?，F(xiàn)代機器向主動控制、信息化和智能化方向發(fā)展，從這個意義上講，正如有的學者所說：“今后的機器都將是機器人”?，F(xiàn) 代：機械理論和設計方法面目一新 20世紀最后30年，計算機應用的普及極大地推動了機械分析與設計方法的革新。 計算機計算代替了手工計算法和圖解方法。 計算機輔助設計、優(yōu)化設計、有限元法、動態(tài)設計等現(xiàn)代設計方法迅速發(fā)展。 計算機不僅是大大地提高了計算速度，而且已成為機械分析與設計的前所未有的強大手段。 整個機械設計的理論和方法煥然一新。 現(xiàn)代意義上的機械設計已經(jīng)根本離不開計算機了。 內(nèi)燃機何牛頭刨床中的連桿機構(gòu)的共同點： 構(gòu)件間都形成可相對轉(zhuǎn)動或相對移動的活動連接。 都是實現(xiàn)運動形式的變換。 它們都屬于連桿機構(gòu)。 凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和棘輪機構(gòu)實現(xiàn)的運動轉(zhuǎn)換與連桿機構(gòu)不同，構(gòu)件之間的連接形式也不同，構(gòu)件的形狀也不同。驅(qū)動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置將原動機的運動和動力傳遞給執(zhí)行裝置，并實現(xiàn)運動速度和運動形式的轉(zhuǎn)換。運動速度的轉(zhuǎn)換運動形式的轉(zhuǎn)換 運動形式的轉(zhuǎn)換機器執(zhí)行部分可能有各種運動形式：一般的原動機作回轉(zhuǎn)運動變速回轉(zhuǎn)往復擺動往復移動間歇運動特定軌跡轉(zhuǎn)換運