機(jī)械原理——第1章緒論

1、第第1章章 緒緒 論論1.1 本課程的研究對象本課程的研究對象 1.2 本課程的研究內(nèi)容本課程的研究內(nèi)容1.3 課程的性質(zhì)和學(xué)習(xí)方法課程的性質(zhì)和學(xué)習(xí)方法1.4 機(jī)械原理學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀簡介機(jī)械原理學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀簡介1.1 本課程的研究對象本課程的研究對象 一、機(jī)械原理的研究對象一、機(jī)械原理的研究對象機(jī)械機(jī)械機(jī)器機(jī)器 機(jī)械人造的用來減輕或替代人類勞動的多件實機(jī)械人造的用來減輕或替代人類勞動的多件實物的組合體。物的組合體。 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) 機(jī)械原理又稱為機(jī)器和機(jī)構(gòu)學(xué)理論機(jī)械原理又稱為機(jī)器和機(jī)構(gòu)學(xué)理論(Theory of Machines and Mechanisms ) )1.1 本課程的研究對象本課程的研究

2、對象 1、機(jī)器、機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動的裝置，用來變換或傳遞能是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動的裝置，用來變換或傳遞能量、物料和信息。量、物料和信息。 如如: 縫紉機(jī)、洗衣機(jī)、各類機(jī)床、運(yùn)輸車輛、縫紉機(jī)、洗衣機(jī)、各類機(jī)床、運(yùn)輸車輛、農(nóng)用機(jī)器、農(nóng)用機(jī)器、 起重機(jī)等。起重機(jī)等。機(jī)器按用途分類：機(jī)器按用途分類： 動力機(jī)器動力機(jī)器實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換（如內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、電動機(jī)實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換（如內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、電動機(jī)）種類有限工作機(jī)器工作機(jī)器完成有用功（如機(jī)床等）完成有用功（如機(jī)床等） 種類繁多信息機(jī)器信息機(jī)器2、機(jī)構(gòu)、機(jī)構(gòu)能夠用來傳遞運(yùn)動和動力的可動裝置。能夠用來傳遞運(yùn)動和動力的可動裝置。如：如：連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)、

3、 齒輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)等。等。種類有限機(jī)構(gòu)的分類：機(jī)構(gòu)的分類：通用機(jī)構(gòu)通用機(jī)構(gòu)和和專用機(jī)構(gòu)專用機(jī)構(gòu)。 通用機(jī)構(gòu)通用機(jī)構(gòu)-用途廣泛。如用途廣泛。如齒輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)等。等。專用機(jī)構(gòu)專用機(jī)構(gòu)-只能用于特定場合，如鐘表的只能用于特定場合，如鐘表的擒縱機(jī)構(gòu)擒縱機(jī)構(gòu)。潘存云教授研制3、典型機(jī)器的分析：、典型機(jī)器的分析：內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)組成：組成：65438712910汽缸體汽缸體1、 活塞活塞2、進(jìn)氣閥進(jìn)氣閥3、排氣閥排氣閥4、 連桿連桿5、曲軸曲軸6、凸輪凸輪7、頂桿頂桿8、齒輪齒輪9、10工作原理：工作原理：1).活塞下行，進(jìn)氣閥開啟，混合氣體活塞下行，進(jìn)氣閥開啟，混合氣體 進(jìn)入汽缸；進(jìn)入汽

4、缸；2).活塞上行，氣閥關(guān)閉，混合氣體被壓縮，活塞上行，氣閥關(guān)閉，混合氣體被壓縮， 在頂部點在頂部點 火燃燒；火燃燒；3).高壓燃燒氣體推動活塞下行，兩氣閥關(guān)閉；高壓燃燒氣體推動活塞下行，兩氣閥關(guān)閉； 4).活塞上行，排氣閥開啟，廢氣體被排出汽缸。活塞上行，排氣閥開啟，廢氣體被排出汽缸。循環(huán)運(yùn)動的結(jié)果，使曲軸輸出連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動潘存云教授研制設(shè)計：潘存云進(jìn)氣進(jìn)氣壓縮壓縮爆炸爆炸排氣排氣內(nèi)燃機(jī)的工作過程：內(nèi)燃機(jī)的工作過程：活塞的往復(fù)運(yùn)動通過連桿轉(zhuǎn)變?yōu)榍钊耐鶑?fù)運(yùn)動通過連桿轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的連續(xù)轉(zhuǎn)動，該組合體稱為：軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動，該組合體稱為：內(nèi)燃機(jī)各部分的作用：內(nèi)燃機(jī)各部分的作用：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)

5、構(gòu)凸輪和頂桿用來啟閉進(jìn)氣閥和排氣閥；稱為：凸輪和頂桿用來啟閉進(jìn)氣閥和排氣閥；稱為：凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)兩個齒輪用來保證進(jìn)、排氣閥與活塞之間形成協(xié)調(diào)動兩個齒輪用來保證進(jìn)、排氣閥與活塞之間形成協(xié)調(diào)動作，稱為：作，稱為：齒輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)各部分各部分協(xié)調(diào)動作協(xié)調(diào)動作的結(jié)果：的結(jié)果： 化學(xué)能化學(xué)能 機(jī)械能機(jī)械能機(jī)器與機(jī)構(gòu)的關(guān)系：機(jī)器與機(jī)構(gòu)的關(guān)系：1、任意復(fù)雜的機(jī)器都是由若干組機(jī)構(gòu)按一定規(guī)律組、任意復(fù)雜的機(jī)器都是由若干組機(jī)構(gòu)按一定規(guī)律組合而成的。合而成的。2、機(jī)器與機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)和運(yùn)動方面并無區(qū)別（僅作用、機(jī)器與機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)和運(yùn)動方面并無區(qū)別（僅作用不同）不同） ，故統(tǒng)稱為機(jī)械。，故統(tǒng)稱為機(jī)械。本課程研究重點：通用

6、機(jī)構(gòu)本課程研究重點：通用機(jī)構(gòu)二、機(jī)械（系統(tǒng)）的組成：二、機(jī)械（系統(tǒng)）的組成：原動機(jī)原動機(jī)是工作機(jī)動力的來源，最常見的是電動機(jī)和內(nèi)是工作機(jī)動力的來源，最常見的是電動機(jī)和內(nèi)燃機(jī)。燃機(jī)。 執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)完成預(yù)定的動作和功能的部分。完成預(yù)定的動作和功能的部分。 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)聯(lián)接原動機(jī)和工作部分的中間部分。聯(lián)接原動機(jī)和工作部分的中間部分。 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)保證機(jī)器的啟動、停止和正常協(xié)調(diào)動作。保證機(jī)器的啟動、停止和正常協(xié)調(diào)動作。輔助系統(tǒng)輔助系統(tǒng)保證機(jī)器更好的工作，如照明、減震、降保證機(jī)器更好的工作，如照明、減震、降溫等設(shè)備。溫等設(shè)備。1.2 本課程的研究內(nèi)容本課程的研究內(nèi)容1. 機(jī)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)分析 基

7、本知識基本知識a) 研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動的可能性研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動的可能性; b) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動的確定性；機(jī)構(gòu)運(yùn)動的確定性；d) 機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分類。機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分類。 2）. 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 機(jī)構(gòu)上某些特殊點的位置、速度、加速度的求法和機(jī)機(jī)構(gòu)上某些特殊點的位置、速度、加速度的求法和機(jī) 構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律；構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律；c) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制方法；機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制方法； 3. 機(jī)械動力學(xué)機(jī)械動力學(xué) a) 分析機(jī)器在已知外力作用下的運(yùn)動；分析機(jī)器在已知外力作用下的運(yùn)動； b) 機(jī)器的調(diào)速和平衡方法。機(jī)器的調(diào)速和平衡方法。1）. 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析 基本知識基本知識3）. 機(jī)構(gòu)的力分

8、析機(jī)構(gòu)的力分析 2. 常用機(jī)構(gòu)設(shè)計常用機(jī)構(gòu)設(shè)計齒輪、連桿、凸輪、間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)等設(shè)計齒輪、連桿、凸輪、間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)等設(shè)計 4. 機(jī)構(gòu)的選型和機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計機(jī)構(gòu)的選型和機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計按解決問題的性質(zhì)，本課程研究內(nèi)容又可分為兩大類：按解決問題的性質(zhì)，本課程研究內(nèi)容又可分為兩大類： 1)機(jī)構(gòu)分析對已有機(jī)構(gòu)的研究。包括結(jié)構(gòu)、運(yùn)動和力分析。機(jī)構(gòu)分析對已有機(jī)構(gòu)的研究。包括結(jié)構(gòu)、運(yùn)動和力分析。 2)機(jī)構(gòu)綜合設(shè)計新的機(jī)構(gòu)。包括型綜合、尺度綜合、運(yùn)動機(jī)構(gòu)綜合設(shè)計新的機(jī)構(gòu)。包括型綜合、尺度綜合、運(yùn)動 和動力綜合。和動力綜合。稱綜合而非設(shè)計的理由：稱綜合而非設(shè)計的理由： 在解決機(jī)構(gòu)的設(shè)計問題時，僅限于根據(jù)運(yùn)動和動

9、力要求，在解決機(jī)構(gòu)的設(shè)計問題時，僅限于根據(jù)運(yùn)動和動力要求，確定機(jī)構(gòu)各部分與運(yùn)動相關(guān)的尺寸，不涉及各個具體零件的確定機(jī)構(gòu)各部分與運(yùn)動相關(guān)的尺寸，不涉及各個具體零件的強(qiáng)度計算，具體形狀和結(jié)構(gòu)、材料選擇等因素，得出的結(jié)果強(qiáng)度計算，具體形狀和結(jié)構(gòu)、材料選擇等因素，得出的結(jié)果是機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，而非工程化的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。是機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，而非工程化的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。 機(jī)械設(shè)計機(jī)械設(shè)計方案設(shè)計方案設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計 本課程要解決的問題本課程要解決的問題 屬于機(jī)械設(shè)計課程的范疇屬于機(jī)械設(shè)計課程的范疇 課程性質(zhì)：課程性質(zhì)： 技術(shù)基礎(chǔ)課技術(shù)基礎(chǔ)課 作用作用： 承前啟后承前啟后 先修課程：高等數(shù)學(xué)、普通物理、工程制圖、理

10、論力學(xué)先修課程：高等數(shù)學(xué)、普通物理、工程制圖、理論力學(xué)同時，通過本課程的學(xué)習(xí)，可為今后學(xué)習(xí)諸如機(jī)械設(shè)同時，通過本課程的學(xué)習(xí)，可為今后學(xué)習(xí)諸如機(jī)械設(shè)計、機(jī)床夾具設(shè)計、機(jī)床、機(jī)械制造工藝學(xué)等專業(yè)課計、機(jī)床夾具設(shè)計、機(jī)床、機(jī)械制造工藝學(xué)等專業(yè)課程打下基礎(chǔ)，程打下基礎(chǔ)， 1.3 機(jī)械原理課程的性質(zhì)和學(xué)習(xí)方法機(jī)械原理課程的性質(zhì)和學(xué)習(xí)方法課程的特點：課程的特點：1）實踐性強(qiáng)）實踐性強(qiáng)2）綜合性強(qiáng)）綜合性強(qiáng)本課程是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，其研究對象是在生產(chǎn)實際中廣泛應(yīng)用的機(jī)械，所要解決的問題大多數(shù)是工程中的實際問題（與理論力學(xué)的不同點），因此要求學(xué)生加強(qiáng)基本技能的訓(xùn)練，如簡圖測繪、齒輪參數(shù)測量等。要培養(yǎng)工程素養(yǎng)，作

11、圖應(yīng)嚴(yán)格按要求進(jìn)行。要重視實驗課。 3）獨立性強(qiáng)）獨立性強(qiáng)本課程學(xué)習(xí)要綜合運(yùn)用已學(xué)過的知識，約有1/3的內(nèi)容與理論力學(xué)有關(guān)。有些內(nèi)容可以說是理論力學(xué)的延續(xù)與擴(kuò)展（用理論力學(xué)的原理分析具體的機(jī)械）。因此，一定要復(fù)習(xí)號理論力學(xué)中的有關(guān)內(nèi)容，如運(yùn)動學(xué)、摩擦學(xué)等。各章內(nèi)容彼此獨立，前后聯(lián)系不甚密切。因此，要經(jīng)常復(fù)習(xí)前面已學(xué)過的內(nèi)容，以免出現(xiàn)猴子扮苞米的現(xiàn)象。4) 四多：四多：內(nèi)容多、概念多、符號多、公式多。內(nèi)容多、概念多、符號多、公式多。 不要求死記硬背，關(guān)鍵在于理解，重點在于應(yīng)用。會用自然能記住。一、本課程的性質(zhì)一、本課程的性質(zhì)二、如何學(xué)習(xí)本課程？二、如何學(xué)習(xí)本課程？ 著重搞清楚基本概念，理解基本原

12、理，掌握機(jī)構(gòu)著重搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握機(jī)構(gòu) 分析與綜合的基本方法。分析與綜合的基本方法。 注意把一般原理和方法與具體運(yùn)用密切聯(lián)系起來。注意把一般原理和方法與具體運(yùn)用密切聯(lián)系起來。 并用所學(xué)知識觀察日常生活與生產(chǎn)遇到的各種機(jī)械。并用所學(xué)知識觀察日常生活與生產(chǎn)遇到的各種機(jī)械。本課程研究機(jī)械的途徑：本課程研究機(jī)械的途徑： 研究機(jī)械所具有的一般共性問題。如機(jī)構(gòu)的組成研究機(jī)械所具有的一般共性問題。如機(jī)構(gòu)的組成原理、機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)、機(jī)器動力學(xué)。原理、機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)、機(jī)器動力學(xué)。 研究各種常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和動力性能，以及它們研究各種常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和動力性能，以及它們的設(shè)計方法。的設(shè)計方法。注意培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)

13、基本理論與方法去分析和解決注意培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)基本理論與方法去分析和解決工程實際問題的能力工程實際問題的能力。注意培養(yǎng)綜合分析、全面考慮問題的能力。解決同注意培養(yǎng)綜合分析、全面考慮問題的能力。解決同 一實際問題，往往有多種方法和結(jié)果，要通過分析、一實際問題，往往有多種方法和結(jié)果，要通過分析、對比、判斷和決策，做到優(yōu)中選優(yōu)。對比、判斷和決策，做到優(yōu)中選優(yōu)。注意培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、一絲不茍的工作作風(fēng)。在今后注意培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、一絲不茍的工作作風(fēng)。在今后 的工作中要與各種機(jī)器打交道，稍有不慎，即的工作中要與各種機(jī)器打交道，稍有不慎，即 可能造成損失?？赡茉斐蓳p失。 當(dāng)今世界正經(jīng)歷著一場新的技術(shù)革命。新概念、新理

14、論、新方法、新工藝不斷涌現(xiàn)。同樣，機(jī)械學(xué)科也發(fā)展迅猛，發(fā)展方向發(fā)展方向：高速、重載、高精度、高效率、低噪聲：高速、重載、高精度、高效率、低噪聲 5倍音速的飛機(jī)、幾十萬噸的輪船、米級打擊精度、細(xì)胞克隆操作、磁懸浮列車、低噪聲潛艇1.4 機(jī)械原理學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀簡介機(jī)械原理學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀簡介應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大：應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大：上天、入地、下海、甚至鉆入人體內(nèi)。上天、入地、下海、甚至鉆入人體內(nèi)。 太空探險、水平鉆探、深海采礦、打撈作業(yè)、血管清理本學(xué)科的研究課題與日俱增本學(xué)科的研究課題與日俱增:與其它學(xué)科的交叉滲透作用增強(qiáng)：與其它學(xué)科的交叉滲透作用增強(qiáng)：與電子工程、計算與電子工程、計算機(jī)科學(xué)、控制工程、材料科學(xué)、生

15、物醫(yī)學(xué)相互滲透，機(jī)科學(xué)、控制工程、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)相互滲透，誕生了若干新學(xué)科。如機(jī)械電子學(xué)、仿生機(jī)械學(xué)、機(jī)誕生了若干新學(xué)科。如機(jī)械電子學(xué)、仿生機(jī)械學(xué)、機(jī)器人機(jī)械學(xué)、機(jī)械器人機(jī)械學(xué)、機(jī)械CAD。新機(jī)構(gòu)不斷涌現(xiàn)新機(jī)構(gòu)不斷涌現(xiàn)-如自控機(jī)構(gòu)、機(jī)器人機(jī)構(gòu)、仿生如自控機(jī)構(gòu)、機(jī)器人機(jī)構(gòu)、仿生機(jī)構(gòu)、柔性及彈性機(jī)構(gòu)、機(jī)電氣液綜合機(jī)構(gòu)等。機(jī)構(gòu)、柔性及彈性機(jī)構(gòu)、機(jī)電氣液綜合機(jī)構(gòu)等。注重機(jī)械的動力性能注重機(jī)械的動力性能-在機(jī)械分析與綜合時，由只在機(jī)械分析與綜合時，由只考慮運(yùn)動性能過渡到同時考慮其動力性能?？紤]運(yùn)動性能過渡到同時考慮其動力性能?？紤]到機(jī)械的動態(tài)特性考慮到機(jī)械的動態(tài)特性: 機(jī)械在運(yùn)動過程中，構(gòu)件的振動和

16、彈性變形、機(jī)械在運(yùn)動過程中，構(gòu)件的振動和彈性變形、運(yùn)動副的間隙和構(gòu)件運(yùn)動副的間隙和構(gòu)件 尺度誤差，對運(yùn)動及動力性能尺度誤差，對運(yùn)動及動力性能的影響。的影響。連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu): 重視了空間連桿機(jī)構(gòu)、多桿多自由度機(jī)構(gòu)、連桿重視了空間連桿機(jī)構(gòu)、多桿多自由度機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)彈性動力學(xué)和動力平衡研究。機(jī)構(gòu)彈性動力學(xué)和動力平衡研究。齒輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu): 發(fā)展了齒輪嚙合原理、提出了許多性能優(yōu)異的新發(fā)展了齒輪嚙合原理、提出了許多性能優(yōu)異的新型齒廓曲線和新型傳動、加速了對高速齒輪、精密齒型齒廓曲線和新型傳動、加速了對高速齒輪、精密齒輪、微型齒輪的研究。輪、微型齒輪的研究。凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu): 十分重視對高速凸輪機(jī)構(gòu)的研究。十分重視對高速凸輪機(jī)構(gòu)的研究。新的設(shè)計手段日新月異新的設(shè)計手段日新月異: 高速度；高速度；現(xiàn)代機(jī)械的特點：現(xiàn)代機(jī)械的特點： 高節(jié)拍；高節(jié)拍； 高性能高性能另外，為了