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机械原理TheoryofMachinesandMechanisms教材：–杨家军主编《机械原理》华中科技大学出版社课程安排：三个教学环节–讲课:50学时–实验:6学时•联系：62405120/87540870（h）黄老师（女）–课程设计:2周作业:先修课程：–高等数学、工程图学、金属工艺学、计算机基础、工程力学机械原理课程的性质与任务是介绍机械设计基本知识、基本理论、基本方法的重要技术基础课。机械原理的教学内容主要内容：1.机械设计的一般原则与程序2.常用机构（连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇机构等其他常用机构）的工作原理3.运动特性及设计方法4.机构系统运动方案设计本课程的基本学习方法•着重基本概念的理解和基本设计方法的掌握，不强调系统的理论分析；•着重理解公式建立的前提、意义和应用，不强调对理论公式的具体推导；•注意密切联系生产实际，努力培养解决工程实际问题的能力。§0.1机械设计概述0.1.1设计的本质•设计是复杂的思维过程，设计过程蕴涵着创新和发明的源泉。•设计就是尽可能少地消耗以材料、能源、劳动力、资金等形态存在的资源，创造出满足预先设想功能要求的物质实体，•设计是人类进行的一种有目的、有意识、有计划的创造活动。•现代设计强调创造能力开发和充分发挥人的创造性；重视原理方案的设计、开发和创新产品。•现代设计已不再把时间花费在烦琐的计算推导及平面图纸的设计上，现代设计在设计过程中，综合考虑、分析市场需求、设计、生产、管理、使用、销售能各方面的因素；综合运用优化系统工程、可靠性理论、价值工程、技术等学科的知识，探索多种解决设计问题的科学途径。•在这样一个迅猛发展的时代,人们的要求越来越高,也就对设计工作者提出了更高的水准。•设计向什么方向发展,设计如何解决现代人的需求,已经成为重要的研究课题。•机械原理课程在机械产品设计中的作用?CA•创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果（含理论、方法、技术原理等）进行创新构思设计出，具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品的一种实践活动。①创新设计是涉及到多种学科,包括设计学、创造学、经济学、社会学、心理学等的复合性工作,其结果的评价也是多指标、多角度的；②创新设计中相当一部分工作是非数据性、非计算性的,而是要依靠对各学科知识的综合理解与交融,对已有经验的归纳与分析,运用创造性的思维方法与创造学的基本原理开展工作；③创新设计不只是因为问题而设计,更重要的是提出问题,解决问题；④创新设计是多种层次的,不在乎规模的大小,也不在乎理论的深浅,注重的是新颖性、独创性；⑤创新设计必须具有实用性，其最终目的在于应用。•学起于思，思缘于疑，如生活中会出现饮水机在倒水时手推开关会把一次性水杯压扁；台灯写字时手会遮住光线留下影子；用墨水瓶吸墨水时会把笔弄脏；电梯按钮不适合不同身高的人，且只有视觉提示，没有考虑盲人等特殊人群等问题，将这些问题解决就是创新设计。归纳起来创新设计具有如下特点:•设计进程本身是一个不断反馈循环的过程,设计者在每一步都可能获得新的信息,从而反馈到前面的步骤。•因此,一个出色的设计者往往要经历多次反复才能真正达到其最优效果。•机械原理课程在机械产品设计中的作用---概念设计（方案创新）0.1.2设计的原则1、创新原则创新概念:创新就是通过引入新概念、新思想、新方法、新技术等．或对已有产品的革新来创造具有相当社会价值的事物或形式。【案例分析】洗衣机的发展与创新单缸单洗洗衣机双缸半自动洗衣机全自动滚筒洗衣机虽有乎千金之玉卮，至贵而无当，漏不可盛水……——韩非子2、实用原则木桶塑料水桶3、经济原则4、美观原则武器枪5、道德原则•道德是观念，产品设计时必须考虑它与人、社会、环境的关系，要尊重他人知识产权、技术的成果。•发明的产品不能伤害别人的身体，不能污染环境，如：–带高压电的防盗网–激光致盲防盗锁–恐怖玩具就不满足道德原则，也是法律不允许的。6、技术规范原则•技术规范是有关开发产生技术的知识、领域、方法和规定的总和。•技术规范有强制性的，也有推荐性的；技术规范是随科学技术发展而发展的。•机械产品设计中要求系列化、通用化、标准化，以便满足零部件之间方便互换的要求，如螺栓、螺母、垫片与港口运货的集装箱、标准齿轮等，都满足技术规范原则。•而各种手机电池、充电器没有采用统一技术标准，给用户使用中带来许多麻烦。螺栓•技术设计的可持续性发展原则是指产品的设计既满足当代发展的需求，又考虑未来发展的需求，不以牺牲后人的利益和长远的利益为代价来满足当代人的需求，产品的设计要考虑到人类长远的发展，资源与能源的合理利用，生态的平衡等可持续发展的因素。白色污染7、可持续发展原则太阳能汽车8、安全原则•安全是人类对产品最基本的需求，产品设计必须考虑安全问题。机械安全基本要求是有足够的抗破坏能力、良好的可靠性和对环境的适应性，可靠有效的安全防护，履行安全人机学的要求，通过选用适当的设计结构尽可能避免或减少危险，采用本质安全技术，避免锐边、尖角和凸出部分，防止超载应力，避免交变应力，进行回转件的平衡，采用机械化和自动化技术，减少操作者涉入危险区的时间，并设置安全装置。9、科学性原则•设计应当符合自然规律（科学性原则），否则产品就没有其生存空间。•如灵巧机械手、航天飞机的发明符合科学性原则。•电动机、发电机设计遵循了电磁感应的科学原理，•永动机构想则违背能量守恒定律和转化原理，不符合科学性原则。灵巧机械手航天飞机0.1.3设计与创新•开展机械创新设计研究不仅具有重要的理论学术价值，而且具有较大的经济效益和社会效益。•机械创新设计的深入研究将为人类发明创造新机器、新机械提供有效的理论和方法。•机械创新设计研究涉及人的思维过程、创造机理、创造过程等研究内容，因此，机械创新设计的研究能加速机械专家智能化，在加速机械设计水平向自动化、智能化、最优化、集成化实现过程中作出贡献。•创新设计的机械产品，在功能原理方案选择、结构设计等都蕴含着创造性，含有较高的关键技术附加值•因此新产品不仅具有优越的使用性能，而且具有较完美的造型性能，新产品包括科学技术原理与艺术性的完美结合、人机系统的良好协调性以及良好的经济性等。这样无疑提高了新产品在同类产品中的竞争力•特别是当新产品形成产业化的时候，可以创造出较高的经济效益及社会效益。•机械创新设计的实践还培养了设计人员的创造性思维，增强了其创新能力，提高了设计人员进行创新设计的自觉性及技术上的可操作性，使机械创新设计成为一种常用的设计工具或手段，创新设计促进了新产品的繁荣与更新，并为社会创造了财富。。•新产品是指在产品结构、性能、材质、技术特征等某一方面或几个方面有显著改进、提高或个性化的产品•凡是能给用户带来某种新的满足、新的利益的产品，都可称为新产品。•从新产品的创新程度分类有•全新产品、换代产品、改进产品。•创新程度高的产品在开发过程中需要投资的时间、人力和资金数量大，收益大、市场风险大。•创新程度低的产品开发风险小、投资少，但容易被竞争对手模仿，难以获得超额利润。•新产品开发主要是寻求创意，创意是指开发新产品的构思、设想。•用户是寻求新产品创意的一个最好来源，用户的愿望和要求是开发新产品的起点和归宿，他们的创意往往最有生命力，在此基础上开发的新产品成功率最高。•科研机构和大学的新发明、新技术，是生产新产品构思的重要来源。•企业向竞争对手的新产品中了解新的设想方案，从报刊信息媒体中也可以寻找到许多中重要的情报和创意灵感。•多功能病床的发明就是根据病人的愿望和要求开发的新产品。§0.2机械系统机械系统动力系统传动系统执行系统蒸汽机内燃机水轮机燃气机电动机液动机气动机液体动力传递机械传递电力或磁力传递摩擦传动啮合传动推动传动液压传动液力传动气动传动电力拖动电磁离合或制动传动按预定运动轨迹运动的机构往复运动机构回转运动机构间歇运动机构冷却,润滑,计数,照明等装置操纵控制装置机械系统的组成JVX丝杠轴承电机联轴节工作台铣刀导轨工件伺服驱动计算机动力源光栅尺数控机床由动力系统、驱动系统、机械系统、传感系统和控制系统五个要素组成。机电一体化系统§0.3机械的组成机械(machinery)机器machine机构mechanism机构：人为的实物组合体；各实物组合体之间具有确定的相对运动。机器：人为的实物组合体；各实物组合体之间具有确定的相对运动；它们或者做机械功或者进行能量转换。机械：机构与机器的统称。物料：是指被加工的对象、被搬运的重物。机器(machine)执行机械运动的装置，它用来变换和传递能量、物料与信息机器种类动力机器工作机器信息机器是能量变换的装置，即可将某种形式的能量变换成机械能，或者把机械能变换成其他形式的能量。例如：内燃机、压气机、涡轮机、电动机和发电机等。是完成有用的机械功或者是搬运物品。例如：轧钢机、织布机、缝纫机、汽车、飞机和金属切削加工机床等。是用来获得和变换信息。例如：机械式积分仪、计帐机、打字机和绘图仪。机器与其它装置的主要区别是：机器一定要作机械运动，并通过运动来实现能量、物料和信息的变换槽轮机构（待完成）用来传递运动和力或改变运动形式的构件系统机构(mechanism)机构和机器的区别•机构只是一个构件系统，而机器除构件系统外，还包含电气、液压等其它系统•机构只用来传递运动和力，而机器除传递运动和力外，还具有变换或传递能量、物料和信息的功能例：内燃机连杆机构凸轮机构齿轮机构机器是由机构组成的机构的组成要素是构件和运动副构件和零件构件机器中的独立运动单元零件机器中的制造单元构件实例——连杆由若干零件组成的构件–连杆体–螺栓–螺母–连杆盖连杆体螺栓螺母连杆盖构件分成以下几种机架（固定构件）活动构件主动件从动件其中，运动规律已知的活动构件称为原动件，输出运动或动力的从动件称为输出件。构件的种类0.3.2运动副及其分类•构件自由度：构件所具有的独立运动数目。一个作平面运动的自由构件具有3个自由度。•运动副：机构中两构件直接接触的可动联接。•运动副元素：两构件上参加接触而构成运动副的部分，如点、线、面。•约束：两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些限制。运动副的分类据运动副的接触形式，可分为两类:低副:面接触的运动副移动副转动副高副:点或线接触的运动副凸轮副齿轮副平面与空间运动副也可将运动副分为平面运动副和空间运动副。1）平面运动副：组成运动副两构件间作相对平面运动，如转动副、移动副、凸轮副、齿轮副。2）空间运动副：组成运动副两构件间作相对空间运动，如螺旋副，球面副。小结概念？机械、机器、机构、构件、零件机架、固定构件、活动构件、主动件、从动件、原动件、输出件自由度、运动副、低副、高副、约束平面运动副、空间运动副本书主要研究内容