機(jī)械原理孫恒課件

機(jī)械原理本課程將深入探討機(jī)械原理的核心概念，從力學(xué)基礎(chǔ)到復(fù)雜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。我們將學(xué)習(xí)如何分析、設(shè)計(jì)和優(yōu)化各種機(jī)械系統(tǒng)。課程簡(jiǎn)介理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基本原理機(jī)構(gòu)分析掌握各種機(jī)械裝置的工作原理和設(shè)計(jì)方法傳動(dòng)系統(tǒng)了解齒輪、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)等傳動(dòng)方式實(shí)踐應(yīng)用通過(guò)案例分析培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)能力力的概念定義力是物體之間相互作用的度量，能改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或形狀。特征力具有大小、方向和作用點(diǎn)三個(gè)要素，是一個(gè)矢量量。力的分類重力物體受地球引力作用產(chǎn)生的力彈力彈性物體變形時(shí)產(chǎn)生的恢復(fù)力摩擦力兩個(gè)物體接觸面之間的阻力電磁力帶電粒子之間的相互作用力受力系統(tǒng)的平衡條件合力為零系統(tǒng)所受所有外力的矢量和等于零力矩平衡系統(tǒng)受到的所有力矩的代數(shù)和為零靜摩擦力防止物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦力不超過(guò)最大靜摩擦力力的合成與分解確定作用力識(shí)別系統(tǒng)中的所有作用力選擇坐標(biāo)系建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系統(tǒng)分解或合成將力分解為分量或?qū)⒍鄠€(gè)力合成為一個(gè)力計(jì)算結(jié)果利用三角函數(shù)或向量運(yùn)算得出最終結(jié)果摩擦力1靜摩擦力物體靜止時(shí)防止相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦力2動(dòng)摩擦力物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)阻礙運(yùn)動(dòng)的摩擦力3滾動(dòng)摩擦力圓柱體在平面上滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力剛體的運(yùn)動(dòng)學(xué)描述1位置描述剛體在空間中的位置2速度剛體位置隨時(shí)間的變化率3加速度剛體速度隨時(shí)間的變化率4角速度剛體繞固定軸旋轉(zhuǎn)的速率5角加速度角速度隨時(shí)間的變化率平面剛體的位移分析平移剛體上所有點(diǎn)的位移相同，沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)剛體繞固定軸或瞬時(shí)軸旋轉(zhuǎn)，點(diǎn)的位移與到軸的距離成正比平面運(yùn)動(dòng)平移和轉(zhuǎn)動(dòng)的組合，可分解為平移加轉(zhuǎn)動(dòng)平面剛體的速度分析1瞬時(shí)中心法找出剛體的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心2速度投影法利用速度在坐標(biāo)軸上的投影關(guān)系3速度疊加法將復(fù)雜運(yùn)動(dòng)分解為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的疊加4瞬時(shí)速度分布分析剛體各點(diǎn)的瞬時(shí)速度分布情況平面剛體的加速度分析1確定參考點(diǎn)選擇剛體上的一個(gè)已知點(diǎn)作為參考2計(jì)算相對(duì)加速度分析目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于參考點(diǎn)的加速度3考慮科氏加速度計(jì)算由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)引起的科氏加速度4合成總加速度將各分量加速度矢量相加得到總加速度機(jī)構(gòu)的概念定義機(jī)構(gòu)是由多個(gè)構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副連接而成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)動(dòng)和力的傳遞，完成預(yù)定的工作任務(wù)分類平面機(jī)構(gòu)、空間機(jī)構(gòu)、開鏈機(jī)構(gòu)、閉鏈機(jī)構(gòu)等應(yīng)用廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中，如發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)床、機(jī)器人等四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析機(jī)構(gòu)識(shí)別確定四個(gè)桿件和它們的連接方式運(yùn)動(dòng)類型判斷分析機(jī)構(gòu)是曲柄搖桿、雙曲柄還是雙搖桿型位置分析利用幾何關(guān)系或解析方法計(jì)算各桿件的位置速度和加速度分析應(yīng)用矢量方程或圖解法求解速度和加速度凸輪機(jī)構(gòu)組成凸輪、從動(dòng)件和固定架構(gòu)成的機(jī)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律類型盤形凸輪、筒形凸輪、端面凸輪等，根據(jù)需求選擇合適的類型設(shè)計(jì)要點(diǎn)壓力角控制、最小曲率半徑、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的合理選擇等滾子凸輪機(jī)構(gòu)滾子作用減少摩擦，提高工作效率和壽命輪廓設(shè)計(jì)考慮滾子半徑對(duì)凸輪輪廓的影響壓力角控制合理設(shè)計(jì)以減小側(cè)向力，提高傳動(dòng)效率潤(rùn)滑要求確保滾子與凸輪之間的良好潤(rùn)滑齒輪傳動(dòng)1齒輪類型直齒輪、斜齒輪、錐齒輪、蝸輪蝸桿等2嚙合原理基于漸開線齒形，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、平穩(wěn)的動(dòng)力傳遞3傳動(dòng)比計(jì)算根據(jù)齒數(shù)比確定輸入輸出軸的速度關(guān)系4強(qiáng)度校核確保齒輪能承受工作載荷，避免斷裂和疲勞帶傳動(dòng)類型平帶、V帶、同步帶等，適用于不同的傳動(dòng)需求優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)、有緩沖減震作用設(shè)計(jì)考慮帶輪直徑比、中心距、預(yù)緊力、打滑預(yù)防等因素維護(hù)定期檢查帶的張力和磨損情況，及時(shí)更換老化的傳動(dòng)帶鏈傳動(dòng)工作原理通過(guò)鏈條與鏈輪的嚙合實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，適用于中等速度和負(fù)載特點(diǎn)傳動(dòng)比穩(wěn)定、效率高、可在惡劣環(huán)境下工作、便于安裝和維護(hù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、自行車、摩托車等領(lǐng)域液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)1帕斯卡定律液壓傳動(dòng)的理論基礎(chǔ)2液壓油傳遞壓力和動(dòng)力的介質(zhì)3液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能4液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)5控制閥調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力和流量液壓傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力源液壓泵提供系統(tǒng)所需的壓力和流量控制系統(tǒng)各種閥門控制液壓油的流向和壓力執(zhí)行元件液壓缸或液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)最終的機(jī)械運(yùn)動(dòng)輔助元件油箱、過(guò)濾器、蓄能器等確保系統(tǒng)正常運(yùn)行氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)壓縮空氣氣壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)，具有可壓縮性空氣壓縮機(jī)將大氣壓縮為高壓氣體的設(shè)備氣動(dòng)元件氣缸、氣動(dòng)馬達(dá)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥門調(diào)節(jié)氣流方向、壓力和流量的裝置氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)空氣壓縮壓縮機(jī)將空氣壓縮并儲(chǔ)存空氣處理過(guò)濾、調(diào)壓、潤(rùn)滑空氣控制分配通過(guò)閥門控制氣流執(zhí)行動(dòng)作氣缸或氣動(dòng)馬達(dá)完成工作機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1需求分析明確設(shè)計(jì)目標(biāo)和約束條件2概念設(shè)計(jì)提出可行的設(shè)計(jì)方案3詳細(xì)設(shè)計(jì)確定具體尺寸和材料4仿真分析利用CAE軟件進(jìn)行性能驗(yàn)證5優(yōu)化改進(jìn)根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化材料的力學(xué)性能強(qiáng)度材料抵抗變形和破壞的能力，包括抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等硬度材料抵抗局部塑性變形的能力，常用硬度試驗(yàn)來(lái)測(cè)定韌性材料在斷裂前吸收能量的能力，影響材料的抗沖擊性能軸系設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算確保軸能承受工作載荷而不發(fā)生破壞剛度校核控制軸的變形量在允許范圍內(nèi)振動(dòng)分析避免工作轉(zhuǎn)速接近軸的臨界轉(zhuǎn)速疲勞壽命考慮交變載荷下的疲勞強(qiáng)度鍵與聯(lián)軸器鍵用于軸與輪轂之間的連接，傳遞扭矩。常見類型有平鍵、楔鍵等。聯(lián)軸器連接兩根軸，傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。選擇原則根據(jù)傳遞扭矩、軸徑、安裝空間等因素選擇合適的連接方式。軸承選擇與設(shè)計(jì)軸承類型滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承，根據(jù)負(fù)載類型和工作條件選擇壽命計(jì)算基于載荷、轉(zhuǎn)速和可靠度要求進(jìn)行軸承壽命估算潤(rùn)滑方式選擇合適的潤(rùn)滑方法，如油浴、油霧或油脂潤(rùn)滑安裝與維護(hù)正確的安裝方法和定期維護(hù)對(duì)軸承性能至關(guān)重要焊接連接設(shè)計(jì)1焊接方法選擇根據(jù)材料、厚度和要求選擇合適的焊接工藝2接頭設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)合理的焊縫形式，如對(duì)接、搭接或T型接頭3強(qiáng)度計(jì)算考慮靜載荷和疲勞載荷下的焊縫強(qiáng)度4焊后處理必要時(shí)進(jìn)行熱處理或表面處理以改善性能螺紋連接設(shè)計(jì)1螺紋類型選擇合適的螺紋標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格2