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机械原理西南交通大学温亚莲2012年秋天绪论1本课程教学安排课程教学总学时数：64学时理论教学：56学时实验教学：8学时考试成绩：卷面0.6(0.7)平时0.1大作业0.3(0.2)2本课程教材参考书教材机械原理冯鉴主编西南交大出版参考教材1.孙桓陈作模主编机械原理高教出版社第7版2006年2.申永胜主编机械原理教程清华大学出版社2000年3.邹惠君等主编机械原理高教出版社第1版1999年4.房海蓉主编机械原理参考教材：3目录绪论第一章机构的构型分析第二章平面机构的运动分析第三章平面连杆机构及其设计第四章凸轮机构及其设计第五章齿轮机构及其设计第六章轮系及其设计第七章其它常用机构简介第八章机构的力分析绪论§1-1本课程研究的对象及内容§1-2学习本课程的目的§1-3如何进行本课程的学习§1机械原理课程的研究对象与内容机械是机器与机构的总称。机械机器机构研究对象：什么是机器呢？什么是机构呢？机器、机构机器可以用来变换或传递能量、物料与信息。1.人为的各种实物的组合。2.组成机器的各种实物间具有确定的相对运动。3.可代替或减轻人的劳动，完成有用的机械功或转换机械能机构由若干个构件组成，且各构件之间有确定的相对运动。实现传递机械运动和动力或改变机械运动形式的构件组合体。它是用来传递运动和动力的可动装置。它只符合机器的前两个特征。思考：内燃机、刨床、打印机、一对齿轮、自行车、照相机、机械手，哪些是机器哪些是机构？机器动力机器工作机器信息机器发电机等是能量变换的装置，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的。例如：机械式积分仪、计帐机、打字机和绘图仪。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•机构的作用：一是用来将一种运动形式（如旋转）变换成另外一种运动形式，二是用来传递动力。•机器的作用：代替或减轻人类劳动，或将一种能量（物料、信息）形式转换成另一种形式。机构（mechanism）用来传递运动和力或改变运动形式的构件系统机械应用实例1内燃机连杆机构齿轮机构凸轮机构单缸内燃机中就包含了三种常用机构：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构。机械应用实例2自动装卸机械应用实例3冰激凌灌装机械应用实例4扭头刨床机械应用实例5磁盘一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含一种机构。凸轮机构齿轮机构连杆机构总结机器的特点规律名词术语解释:1.构件(Link)－独立的运动单元内燃机机构的组成内燃机连杆套筒连杆体螺栓垫圈螺母轴瓦连杆盖零件(part、element)－独立的制造单元零件与构件1)零件—将机器拆卸，拆至不可再拆所得的最小单元体。2)构件—由零件组成的刚性系统。（可由一个或多个零件组成）*零件是制造的最小单元，构件是运动的最小单元。二零件和构件零件是组成机器的最小制造单元，分为专用零件、通用零件。构件是机器的运动单元，一般由若干个零件刚性联接而成，也可以是单一的零件。若从运动的角度来讲，可以认为机器是由若干个构件组装而成的例如：齿轮、传动链、传动带、蜗杆、蜗轮、轴、联轴器、离合器、制动器、滚动轴承、滑动轴承、螺栓、键、花键、销；铆、焊、胶结构件；弹簧、机架、箱体等。在《机械原理》课程中要研究以下内容：1、机构的分析（1）机构的结构分析研究机构的组成原理，即机构组成的一般规律。研究机构运动的可能性与确定性的条件。（2）机构的运动分析研究在给定原动件运动的条件下，机构各点的轨迹、位移、速度、加速度等运动特性。2、常用机构的设计问题主要研究：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构等的设计理论和设计方法。3、机械系统运动方案设计4、机械动力学问题主要研究：如何根据机器的功能来确定运动方案。主要研究：机械系统的真实运动规律、机械的调速和机构的平衡。（3）机构的力分析研究机构的各构件和运动副中力的计算、摩擦及效率问题。3目录绪论第一章机构的构型分析第二章平面机构的运动分析第三章平面连杆机构及其设计第四章凸轮机构及其设计第五章齿轮机构及其设计第六章轮系及其设计第七章其它常用机构简介第八章机构的力分析§1-2学习本课程的目的◆机械原理课程的地位1.机械原理是机械类各专业的一门主干技术基础课程。2.与一般的基础课比更接近工程实际。3.与专业课比具有更宽的研究面和更广的适应性。◆学习本课程的目的1.为学习机械类有关专业课打好理论基础。2.为机械产品的创新设计打下良好的基础3.为现有机械的合理使用和革新改造打基础。研究内容：机械设计的一般过程：需求分析机械方案设计机械方案运动分析机械方案动力分析机械造型设计机械工作能力设计确定工艺方案确定工艺参数机械结构设计§1-3如何进行本课程的学习学习方法：1.在学习知识的同时，注重能力的培养。2.在重视逻辑思维的同时，加强形象思维能力的培养。3.注意先修课程的应用。4.理论联系实际，能够做到举一反三。教学环节：理论教学课程设计一台典型的现代化机器是由四个部分组成的，即原动机、传动机构、执行机构和控制系统。机器原动机（机器的动力来源）传动机构（把原动机的运动和动力传递给工作机）执行机构（完成工作任务的部分）控制系统（使机器的原动部分、传动部分、工作部分按一定的顺序和规律运动，完成给定的工作循环）§2现代化机器的组成原动机用于提供动力发电机化石燃料水能太阳能内燃机外燃机电动机风能水轮机风力机太阳能电池机器化石燃料内燃机机器化石燃料外燃机机器水能风能水轮机风力机机器机器液压马达电动机机器泵液压缸气压马达电动机机器空气压缩机气缸原动机主要有电动、液动、气动三种形式从运动形式来划分有回转、往复直线和步进等多种运动形式常用原动机形式电动原动机:电动原动机的形式是：电动机从运动形式看，电动机有输出转动的回转电动机和输出往复移动的直线电动机从电源形式看，电动机有使用交流电源的交流电动机和使用直流电源的直流电动机从控制形式看，有输出位移、速度都不可控制的电动机，有输出位移、速度、力矩可以控制的控制电动机。这是最常用的交流异步电动机这是步进电机，它可以按输入的电脉冲数回转相应的角度。这是伺服电动机，它可以精确的控制电动机的输出位移和转速。液压原动机:液压原动机的形式是：液压马达和液压油缸。液压马达输出回转运动，液压油缸输出往复直线运动。BM型摆线液压马达液压油缸气动原动机:气动原动机的形式是：气动马达和气缸。气动马达输出回转运动，气缸输出往复直线运动。叶片马达柱塞马达无导杆气缸有导杆气缸气缸传动机构将运动和动力传递或变换给执行机构圆柱齿轮减速器锥齿轮减速器在传动机构中一般首先与电机联接的是减速机构，最常用的是各种类型的减速器、变速器等。执行机构用于实现机器的功能，如机床的刀架、机器人的手爪等。该机器人的手爪协调运动夹持球体实现任意运动，这是一种智能型机器人。全方位准椭球齿轮柔性关节控制系统用于实现机器执行机构之间的工作协调，或者各机器之间的工作协调。控制模式原动机传动机构执行机构控制系统原动机传动机构执行机构控制系统原动机传动机构执行机构应用领域扩大——上天(太空探险)、入地(水平钻探)、下海(深海勘探、打捞作业)、甚至钻入人体内(血管清理)。与其他学科的交叉渗透作用增强——与电子工程、计算机科学、控制工程、材料科学、生物医学等相互渗透，诞生了若干新学科。如机械电子学、仿生机械学、机器人机械学、机械CAD等。新机构不断涌现——如自控机构、机器人机构、仿生机构、柔性及弹性机构、机电气液综合机构等。注重机械的动力性能——在机械分析与综合时，由只考虑运动性能过渡到同时考虑其动力性能。机械原理学科的发展4机械原理学科发展现状简介多种星际探测器和平号空间站国际空间站空中客车A380的最大载客量为840人，最大航程16,000km，是目前全球载客量最大的飞机。波音777-200LR客机的载客量为301人，最大飞行距离为17,500km，是目前世界上航程最远的客机。深井钻探设备沙漠石油钻探作业定向钻井是一种新技术，可不用移动井架就能实现远距离水平钻探。海洋石油钻探平台海底探索救助打捞形形色色的水下机器人6000米水下机器人人体器官内的微型机器人医疗机器人正辅助心脏病手术磁悬浮列车的动力学特性是悬浮控制与走行控制的关键因素磁悬浮列车的运行速度高达550km/h仿生机构学的研究一直受到很大重视。不少国家积极开展对人的手指、手腕和手臂的结构、动作原理和运动范围的分析研究，已研制出各种多自由度的生物电控或声控的机械假手，造福于人类。同时，各种仿生步行机构也不断被研究出来。另外，通过研制蛇形机构来探测管道故障；通过鱼游机构研制来解决深水探测问题。随着人们对各种仿生机构的深入研究，将会有利于创造出各种新颖的、具有特殊功能的新机构来。中国首台拟人形机器人翩翩起舞的机器人仿真美女机器人各式各样的仿生机械蜂鸟侦察机随着现代科学技术的发展，20世纪80年代中后期兴起了对微型机械（或称为微型机电系统）的研制，以适应生物、环境控制、医学、航空航天、数字通信、传感技术、灵巧武器等领域在微小型化方面提出的日益增长的要求。微型机械在尺度、构造、材料、制造方法和工作原理等方面都与传统机械截然不同。微型机械具有体积小、重量轻、能耗低、集成度高和智能化高等特点，它与多门学科紧密结合。微型机械的出现还推动了处于机械原理学科前沿的微型光-机-电学分支的产生，开始了对微型机构的尺寸效应、精确度、运动变换和动力传递以及运动过程中动态特性等的研究。本章结束思考题1.辨析以下术语：机器机构构件零件机械1）零件是机器中的单元体；构件是机构中的单元体。2）内燃机中的连杆属于。A．零件B.机构C.构件3）机器与机构的主要区别是：。A.机器较机构运动复杂；B.机器能完成有用的机械功或转换能量；C.机器能变换运动形式。4）一种相同的机构机器。A.只能组成相同的B.可以组成不同的C.只能组成一种2.谈谈你对机械学科及机械原理课程的认识。复习题机器和构件的主要区别是什么？构件：用来传递运动和动力；机器：除传递运动和动力外，还能转换机械能或完成有用的机械功。机械原理课程的性质与任务是研究机械性能分析与设计的基本理论与方法的专业基础课程之一。机械原理的教学内容（归纳起来三大点）1、研究机构的组成及具有确定运动的条件。2、研究四种基本机构的特性和设计方法：连杆机构，凸轮机构，齿轮机构，间歇运动机构.3、机构系统运动方案设计。返回§1-3设计与创新一、设计设计是基础理论，应用技术和实践经验综合应用的过程设计本身就是一种创造性劳动500分/米30超声波发生器二、创新◆自然科学领域的最高成就是发现◆应用技术领域的最高成就是发明◆基础理论知识◆应用技术知识◆实践经验发明：◆强烈的创新意识◆勤奋的工作两用折叠椅双曲面滚柱加载器外环内环同向传动齿轮叶片差速泵普通车床数控车床数控铣床，这是一种机器，主要用来加工平面和曲面。主轴安装铣刀工作台锯床并联机床原型机数控压弯机数控剪板机美国西科斯基公司生产的“黑鹰”直升机主旋翼尾旋翼“神舟五号”发射时的情景。发射塔、运载火箭都是庞大的机器。索杰纳火星车它是美国国家航空航天局于格林威治时间1997年7月4日17时07分发射的火星探路者号宇宙飞船成功地在火星表面着陆，该飞船携带了索杰纳火星车，这也是一种机器。世界最小的微型机械人World'ssmallestrobot美国山迪亚国家实验室的科学家，成功研制了相信是世界最小的微型机械人，这微型机械人体积只有四分之一立方寸，体重小於一盎司。飞船与火箭对接EJ2000的尾喷口摆线针轮减速器38mm50mm50mm50mm直流伺服电机（100W）重量0.7kg额定输出扭矩45Nm最大输出扭矩80Nm短程地对地导弹电舵机电动机转速4200rpm输出转速13