機(jī)械原理緒論

1、武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院2機(jī)械原理課程特點(diǎn)n是機(jī)械類專業(yè)核心課程n是機(jī)械類專業(yè)后續(xù)課程的基礎(chǔ)n通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入機(jī)械科學(xué)的殿堂3機(jī)械原理學(xué)習(xí)的特點(diǎn)n是基于理解、而不是基于記憶；n本課程不適合短時(shí)間突擊學(xué)習(xí)；n機(jī)械原理課程不及格率偏高，希望大家加倍努力。4機(jī)械原理主要教學(xué)內(nèi)容機(jī)械原理主要教學(xué)內(nèi)容第第0 0章章 緒論緒論第一章第一章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第二章第二章 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析第三章第三章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)第四章第四章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)第五章第五章 齒輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)齒輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)第六章第六章 輪系及其設(shè)計(jì)輪系及

2、其設(shè)計(jì)第九章第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析平面機(jī)構(gòu)的力分析機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)561-1 1-1 機(jī)械原理課程的研究對(duì)象和內(nèi)容機(jī)械原理課程的研究對(duì)象和內(nèi)容1-2 1-2 機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)目的和作用機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)目的和作用1-3 1-3 機(jī)械原理多媒體教材的特點(diǎn)機(jī)械原理多媒體教材的特點(diǎn)1-4 1-4 本課程的教學(xué)方法本課程的教學(xué)方法n1、人類行為能力的延伸：工具、簡(jiǎn)單機(jī)械、復(fù)雜機(jī)械、各種車輛、各種武器；n2、人類思維能力的延伸：數(shù)、算盤、計(jì)算器、計(jì)算機(jī)人類在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，不斷的創(chuàng)造人類在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，不斷的創(chuàng)造發(fā)明，這種發(fā)明的類型主要是以下兩種發(fā)明，這種發(fā)明的類型主要是以下兩種8由幾種簡(jiǎn)單工

3、具而來(lái)由幾種簡(jiǎn)單工具而來(lái): :石器時(shí)代石器時(shí)代: :石刀、石斧、桔槔、轆轤。省力或便于用力。石刀、石斧、桔槔、轆轤。省力或便于用力。 牲畜力、風(fēng)力、火力。省力或擴(kuò)大力。牲畜力、風(fēng)力、火力。省力或擴(kuò)大力。1818世紀(jì)世紀(jì)6060年代：蒸汽機(jī)。作為動(dòng)力，促進(jìn)了其它工業(yè)的年代：蒸汽機(jī)。作為動(dòng)力，促進(jìn)了其它工業(yè)的 發(fā)展。發(fā)展。1919世紀(jì)世紀(jì)6060年代：直流發(fā)電機(jī)。年代：直流發(fā)電機(jī)。1919世紀(jì)世紀(jì)8080年代：交流發(fā)電機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)。年代：交流發(fā)電機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)。2020世紀(jì)初：電動(dòng)機(jī)取代了蒸汽機(jī)。蒸汽機(jī)是驅(qū)動(dòng)各種工世紀(jì)初：電動(dòng)機(jī)取代了蒸汽機(jī)。蒸汽機(jī)是驅(qū)動(dòng)各種工 作機(jī)械的基礎(chǔ)。作機(jī)械的基礎(chǔ)。機(jī)械和

4、機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展的歷史9 桔槔桔槔 一根豎立的架子上加上一根細(xì)長(zhǎng)的杠桿，當(dāng)中是支點(diǎn)，末端懸掛一個(gè)重物，前段懸掛水桶。一起一落，汲水可以省力。當(dāng)人把水桶放入水中打滿水以后，由于杠桿末端的重力作用，便能輕易把水提拉至所需處。桔槔早在春秋時(shí)期就已相當(dāng)普遍，而且延續(xù)了幾千年，是中國(guó)農(nóng)村歷代通用的舊式提水器具。這種簡(jiǎn)單的汲水工具雖簡(jiǎn)單，但它使勞動(dòng)人民的勞動(dòng)強(qiáng)度得以減輕。10洗衣機(jī)的發(fā)明19世紀(jì)中期，人們利用機(jī)械模仿人工洗滌的動(dòng)作，即通過(guò)翻滾、摩擦、水的沖刷，并借助洗滌劑的去污作用達(dá)到洗凈衣物的目的。隨后，又出現(xiàn)了第一臺(tái)蒸汽洗衣機(jī)11機(jī)器行為能力的延伸n人類通過(guò)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐創(chuàng)造了機(jī)器，并使其不斷發(fā)展形成當(dāng)今多

5、種多樣的類型。n在現(xiàn)代生產(chǎn)和日常生活中，機(jī)器已成為代替或減輕人類勞動(dòng)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的主要手段。n使用機(jī)器的水平是衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。12機(jī)器圖例自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)滾珠螺桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13轎車的總體構(gòu)造轎車的總體構(gòu)造14內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)用途最廣的熱力機(jī)械用途最廣的熱力機(jī)械15柴油機(jī)與汽油機(jī)柴油機(jī)與汽油機(jī)16小型精密之伺服沖床n機(jī)械原理是一門研究機(jī)械的機(jī)械原理是一門研究機(jī)械的運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)和和動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)基本理論問(wèn)題的課分析與設(shè)計(jì)基本理論問(wèn)題的課程。程。n一、機(jī)械原理課程的研究對(duì)象一、機(jī)械原理課程的研究對(duì)象n機(jī)械(Machinery)是機(jī)器(Machine)與機(jī)構(gòu)(Mechanism)的

6、總稱。0-10-1機(jī)械原理課程的研究對(duì)象和內(nèi)容機(jī)械原理課程的研究對(duì)象和內(nèi)容181 1、機(jī)器、機(jī)器 (MachineMachine)的定義n機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，n機(jī)器用來(lái)變換或傳遞能量、物料、信息。n機(jī)器是一種人為實(shí)物組合的具有確定機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，n機(jī)器用來(lái)完成有用功、轉(zhuǎn)換能量或處理信息，以代替或減輕人類的勞動(dòng)。19n原動(dòng)機(jī)：凡將其他形式能量變換為機(jī)械能的機(jī)器稱為原動(dòng)機(jī)，如內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)（分別將熱能和電能變換為機(jī)械能）等都是原動(dòng)機(jī)。n工作機(jī)：凡利用機(jī)械能去變換或傳遞能量、物料、信息的機(jī)器稱為工作機(jī)，如發(fā)電機(jī)（機(jī)械能變換為電能）、起重機(jī)（傳遞物料）、金屬切削機(jī)床（變換物料外形）、錄音機(jī)（變換

7、和傳遞信息）等都屬于工作機(jī)。n在日常生活和工程實(shí)踐中隨處都可見到各種各樣的機(jī)器，例如：原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)汽車飛機(jī)膠片放映機(jī)挖掘機(jī)機(jī)床（牛頭刨床）切糕機(jī)21機(jī)器的組成機(jī)器的組成(Composing of a Machine)(Composing of a Machine)n一臺(tái)發(fā)展完善的現(xiàn)代化機(jī)器可由四部分組成：n1、原動(dòng)機(jī)、n2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、n3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)n4、控制系統(tǒng)、221、原動(dòng)機(jī)： 為機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)提供動(dòng)力。n圖01所示為單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)，它是由汽缸體1、活塞2、進(jìn)氣閥3、排氣閥4、連桿5、曲軸6、凸輪7、頂桿8、齒輪9和10等組成。23單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)n燃?xì)馔苿?dòng)活塞作往復(fù)移動(dòng)，經(jīng)連桿轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的連

8、續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。n凸輪和頂桿是用來(lái)啟閉進(jìn)氣閥和排氣閥的。n為了保證曲軸每轉(zhuǎn)兩周進(jìn)、排氣閥各啟閉一次，曲軸與凸輪軸之間安裝了齒數(shù)比為1：2的齒輪。n這樣，當(dāng)燃?xì)馔苿?dòng)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，各構(gòu)件協(xié)調(diào)地動(dòng)作，進(jìn)、排氣閥有規(guī)律地啟閉，加上汽化、點(diǎn)火等裝置的配合，就把熱能轉(zhuǎn)換為曲軸回轉(zhuǎn)的機(jī)械能。24n在圖示內(nèi)燃機(jī)中，活塞、連桿、曲軸和氣缸體組成一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，可將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍倪B續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。n凸輪、頂桿和氣缸體組成凸輪機(jī)構(gòu)，將凸輪軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)轫敆U有規(guī)律的間歇移動(dòng)。n曲軸和凸輪軸上的齒輪與氣缸體組成齒輪機(jī)構(gòu)，使兩軸保持一定的速比。 內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程26大功率內(nèi)燃機(jī)272 2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：n按執(zhí)行機(jī)構(gòu)作業(yè)

9、的特定要求，把原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如：常用的各種減速和變速裝置均可作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。283 3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)：n它是一部機(jī)器中最接近作業(yè)工作端的機(jī)構(gòu)，它通過(guò)執(zhí)行構(gòu)件與被作業(yè)件相接觸，以完成作業(yè)任務(wù)。如：起重機(jī)和挖掘機(jī)中的起重吊運(yùn)和挖掘機(jī)構(gòu)。294 4、控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)n用來(lái)處理機(jī)器各組成部分之間，以及與外部其它機(jī)器之間的工作協(xié)調(diào)關(guān)系，它通常由各種計(jì)算機(jī)和控制器組成。30工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人n圖02所示為一工業(yè)機(jī)器人，它由鉸接臂機(jī)械手1、計(jì)算機(jī)控制器2、液壓裝置3和電力裝置4組成。31機(jī)器人各部分的功用n當(dāng)機(jī)械手的大臂、小臂和手按指令有規(guī)律地運(yùn)動(dòng)時(shí)，手端夾持器（圖中未示出）便將

10、物料搬運(yùn)到預(yù)定的位置。n在這部機(jī)器中，機(jī)械手是傳遞運(yùn)動(dòng)和執(zhí)行任務(wù)的裝置是機(jī)器的主體部分，n電力裝置和液壓裝置提供動(dòng)力，n計(jì)算機(jī)實(shí)施控制。從以上二例可以看出，機(jī)器的主體部分是由許多運(yùn)動(dòng)構(gòu)件組成的n用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和力的、有一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架的、用構(gòu)件間能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接方式組成的構(gòu)件系統(tǒng)稱為機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)。n在一般情況下，為了傳遞運(yùn)動(dòng)和力，機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間應(yīng)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 33n它是人為的實(shí)物組合體n各實(shí)物間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)n能代替和減輕人類的勞動(dòng)并完成有效的機(jī)械功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能機(jī)器具有以下三點(diǎn)共同特征34構(gòu)件與零件n機(jī)構(gòu)中作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)單元稱為構(gòu)件。n構(gòu)件可以是單一的整體，也可以是由幾個(gè)零件組成的剛

11、性結(jié)構(gòu)。n因此：n構(gòu)件是獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元。n零件是制造的單元35構(gòu)件是獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元n如圖所示內(nèi)燃機(jī)的連桿就是由連桿體、連桿蓋、螺栓以及螺母等幾個(gè)零件組成。n這些零件之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成一個(gè)運(yùn)動(dòng)單元，成為一個(gè)構(gòu)件。 36零件是制造的單元n機(jī)械中的零件可以分為兩類：n一類稱為通用零件通用零件，它在各種機(jī)械中都能遇到，如齒輪、螺釘、軸、彈簧等；n另一類稱為專用零件專用零件，它只出現(xiàn)于某些機(jī)械之中，如汽輪機(jī)的葉片、內(nèi)燃機(jī)的活塞等。372 2、機(jī)構(gòu)、機(jī)構(gòu)(Mechanism)(Mechanism)n它是一個(gè)具有相對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件系統(tǒng)，用來(lái)傳遞與變換運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的可動(dòng)裝置。它是機(jī)器的重要組成部分。常用的機(jī)構(gòu)

12、有常用的機(jī)構(gòu)有：齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)間歇機(jī)構(gòu)39機(jī)構(gòu)與機(jī)器的區(qū)別在于：n機(jī)構(gòu)只是一個(gè)構(gòu)件系統(tǒng)，n而機(jī)器除構(gòu)件系統(tǒng)之外還包含電氣、液壓等其他裝置；n機(jī)構(gòu)只用于傳遞運(yùn)動(dòng)和力，n機(jī)器除傳遞運(yùn)動(dòng)和力之外，還應(yīng)當(dāng)具有變換或傳遞能量、物料、信息的功能。 40：機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱n在研究構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)和受力情況時(shí)，機(jī)器與機(jī)構(gòu)之間并無(wú)區(qū)別。n因此，習(xí)慣上用“機(jī)械”一詞作為機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。41機(jī)械原理課程研究的內(nèi)容機(jī)械原理課程研究的內(nèi)容n本課程專門研究各種機(jī)器和機(jī)構(gòu)的共同性的基本理論問(wèn)題，其主要內(nèi)容有：n1、各種機(jī)構(gòu)的分析問(wèn)題各

13、種機(jī)構(gòu)的分析問(wèn)題：主要研究機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析(含機(jī)構(gòu)的組成)、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和機(jī)構(gòu)受力分析等。n2、常用的各種機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。常用的各種機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。n3、機(jī)器動(dòng)力學(xué)問(wèn)題機(jī)器動(dòng)力學(xué)問(wèn)題：主要研究在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)問(wèn)題。n學(xué)習(xí)機(jī)械原理課程的主要目的可以概括為如下幾個(gè)方面：n一、認(rèn)識(shí)機(jī)械一、認(rèn)識(shí)機(jī)械, ,了解機(jī)械了解機(jī)械n二、掌握方法二、掌握方法, ,分析機(jī)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)n三、開闊思路三、開闊思路, ,設(shè)計(jì)與創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)與創(chuàng)新機(jī)械n四、更新觀念四、更新觀念, ,發(fā)展機(jī)械學(xué)科發(fā)展機(jī)械學(xué)科0-20-2機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)目的和作用機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)目的和作用43一

14、、一、 認(rèn)識(shí)機(jī)械認(rèn)識(shí)機(jī)械, ,了解機(jī)械了解機(jī)械n本課程對(duì)機(jī)械的組成原理、工作原理、運(yùn)動(dòng)分析以及設(shè)計(jì)理論與方法都作了基本介紹，這對(duì)于在以后實(shí)習(xí)、專業(yè)課學(xué)習(xí)以及工作中認(rèn)識(shí)機(jī)械、了解機(jī)械和進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握機(jī)械都大有好處。44二、掌握方法二、掌握方法, ,分析機(jī)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)n各種機(jī)械的形態(tài)和用途各不相同，但它們都有一個(gè)共同的特點(diǎn)：作機(jī)械運(yùn)動(dòng)。n因而，運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、相互包絡(luò)等基本概念和方法，在各種機(jī)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)中都得到廣泛應(yīng)用。n問(wèn)題：齒輪是怎么加工出來(lái)的？例如：例如：用齒條刀具加工齒輪時(shí)，齒輪的齒形就是由刀具與輪坯間相互包絡(luò)形成的。46三、開闊思路三、開闊思路, ,設(shè)計(jì)與創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)與創(chuàng)新機(jī)械n本課程講授的機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)的基本理論與方法，不僅用于課程所學(xué)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，還為以后的機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。n課程的目的是提供基本方法，開闊思路，便于學(xué)習(xí)者運(yùn)用它。根據(jù)實(shí)際要求分析比較各種機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，合理地選擇機(jī)構(gòu)，構(gòu)思并設(shè)計(jì)基本機(jī)構(gòu)和機(jī)械系統(tǒng)。例如，以下幾種機(jī)構(gòu)(齒輪、凸輪、連桿機(jī)構(gòu)）可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，什么情況下用哪種機(jī)構(gòu)更好些，這要由設(shè)計(jì)者進(jìn)行創(chuàng)造性運(yùn)用。48四、更新觀念四、更新觀念, ,發(fā)展機(jī)械學(xué)科發(fā)展機(jī)械學(xué)科n當(dāng)今機(jī)械學(xué)學(xué)科的發(fā)展已離不開計(jì)算機(jī)的計(jì)算技術(shù)，n