機(jī)械專(zhuān)業(yè)機(jī)械原理課件

機(jī)械專(zhuān)業(yè)機(jī)械原理課件contents目錄機(jī)械原理概述機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)元件機(jī)械系統(tǒng)的基本理論機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題機(jī)械系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)01機(jī)械原理概述機(jī)械原理是研究機(jī)械系統(tǒng)基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能以及各種機(jī)械的基本性能和設(shè)計(jì)方法的理論學(xué)科。機(jī)械原理的定義機(jī)械原理主要涉及機(jī)械系統(tǒng)的組成、機(jī)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)器動(dòng)力學(xué)、摩擦學(xué)原理及應(yīng)用等方面。機(jī)械原理的內(nèi)容機(jī)械原理的定義與內(nèi)容指導(dǎo)機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械原理指導(dǎo)機(jī)械設(shè)計(jì)，使得機(jī)器能夠滿(mǎn)足各種不同的需求，提高機(jī)器的性能、可靠性和使用壽命。培養(yǎng)分析能力學(xué)習(xí)機(jī)械原理有助于培養(yǎng)人們的分析能力，使人們能夠更好地理解各種機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)作過(guò)程和性能特點(diǎn)。提供基礎(chǔ)理論支撐機(jī)械原理為機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)提供了基礎(chǔ)理論支撐，為各種機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了指導(dǎo)。機(jī)械原理的重要性在古代，人們就開(kāi)始研究各種簡(jiǎn)單機(jī)械系統(tǒng)，如杠桿、滑輪、斜面等，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。古代機(jī)械原理的研究隨著工業(yè)革命的興起，人們對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，推動(dòng)了機(jī)械原理的發(fā)展，機(jī)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等成為研究重點(diǎn)。近代機(jī)械原理的發(fā)展隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械原理的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析、數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等成為研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)代機(jī)械原理的應(yīng)用機(jī)械原理的發(fā)展歷程02機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)元件通過(guò)螺栓、螺母等將兩個(gè)或多個(gè)零件連接在一起。螺紋連接通過(guò)鍵將兩個(gè)軸或軸套連接在一起，用于傳遞扭矩。鍵連接通過(guò)銷(xiāo)釘或銷(xiāo)軸將兩個(gè)零件連接在一起，用于定位和固定。銷(xiāo)連接連接件通過(guò)傳動(dòng)帶和帶輪將動(dòng)力傳遞給從動(dòng)輪。帶傳動(dòng)通過(guò)鏈條和鏈輪將動(dòng)力傳遞給從動(dòng)輪。鏈傳動(dòng)通過(guò)齒輪將動(dòng)力從主動(dòng)軸傳遞給從動(dòng)軸。齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)件123支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件，傳遞扭矩的軸。轉(zhuǎn)軸支承軸頸，承受徑向載荷的滑動(dòng)摩擦軸承?；瑒?dòng)軸承支承軸頸，承受徑向載荷的滾動(dòng)摩擦軸承。滾動(dòng)軸承軸及軸承在機(jī)械系統(tǒng)中起緩沖、減震和支撐作用的彈性元件。吸收或減小機(jī)械振動(dòng)的能量，防止機(jī)械系統(tǒng)過(guò)振的裝置。彈簧及阻尼器阻尼器彈性元件通過(guò)在轉(zhuǎn)子上的平衡塊調(diào)整轉(zhuǎn)子的重心，使其與旋轉(zhuǎn)中心重合。靜平衡通過(guò)在轉(zhuǎn)子上附加平衡環(huán)或平衡盤(pán)調(diào)整轉(zhuǎn)子的重心，使其與旋轉(zhuǎn)中心重合。動(dòng)平衡機(jī)械零件的平衡與調(diào)整03機(jī)械系統(tǒng)的基本理論01物體總保持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非受到外力作用。牛頓第一定律02物體的加速度與所受的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比。牛頓第二定律03作用力與反作用力大小相等、方向相反，作用在同一直線(xiàn)上。牛頓第三定律牛頓運(yùn)動(dòng)定律03能量物體或系統(tǒng)做功的能力。包括動(dòng)能、勢(shì)能和內(nèi)能等。01功力與物體沿力的方向上位移的乘積。02功率單位時(shí)間內(nèi)完成的功。功、功率和能量動(dòng)量定理物體所受合外力的沖量等于其動(dòng)量的變化。動(dòng)能定理物體所受合外力的功等于其動(dòng)能的變化。動(dòng)量矩定理物體所受合外力的矩等于其動(dòng)量矩的變化。動(dòng)量定理、動(dòng)能定理和動(dòng)量矩定理摩擦力物體間接觸面產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致相互間滑動(dòng)或滾動(dòng)。傳動(dòng)效率傳動(dòng)裝置輸出功率與輸入功率的比值。包括齒輪傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)等。摩擦與傳動(dòng)效率04機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析總結(jié)詞機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖是表示機(jī)械系統(tǒng)中機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)軌跡及各構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)化圖形。總結(jié)詞機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的主要目的是確定各構(gòu)件的位置、速度和加速度隨時(shí)間的變化規(guī)律。詳細(xì)描述在進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，可以通過(guò)解析法和圖解法兩種方法進(jìn)行。解析法通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，求解方程得到答案；圖解法則通過(guò)作圖的方式，直觀(guān)地得到答案。詳細(xì)描述機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖通過(guò)簡(jiǎn)化細(xì)節(jié)，突出主要運(yùn)動(dòng)特征，從而方便對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。其主要內(nèi)容包括：原動(dòng)件、從動(dòng)件、機(jī)架和運(yùn)動(dòng)副的表示方法，以及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向的標(biāo)注。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及運(yùn)動(dòng)分析方法VS機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能分析主要是評(píng)估機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。詳細(xì)描述機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能分析包括位置分析、速度分析、加速度分析和動(dòng)力學(xué)分析。位置分析主要關(guān)注機(jī)構(gòu)在任意時(shí)刻的位置；速度分析關(guān)注機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的速度；加速度分析關(guān)注機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的加速度；動(dòng)力學(xué)分析關(guān)注機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受到的力和力矩。總結(jié)詞機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能分析總結(jié)詞機(jī)構(gòu)的受力分析主要是確定在已知外力作用下機(jī)構(gòu)的變形和內(nèi)部應(yīng)力分布情況。詳細(xì)描述機(jī)構(gòu)的受力分析包括靜力分析和動(dòng)力分析。靜力分析關(guān)注在恒定外力作用下機(jī)構(gòu)的變形情況；動(dòng)力分析關(guān)注在變外力作用下機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。同時(shí)，還需要考慮機(jī)構(gòu)的慣性力、阻尼力和科氏力等因素。機(jī)構(gòu)的受力分析05機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足預(yù)定的功能要求。功能性原則機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具有足夠的可靠性，以避免在正常使用中出現(xiàn)故障?？煽啃栽瓌t機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)確保在正常操作條件下不會(huì)對(duì)人員和環(huán)境造成傷害。安全性原則機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)盡可能降低制造成本和使用成本。經(jīng)濟(jì)性原則機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原則和要求1創(chuàng)新設(shè)計(jì)根據(jù)新的功能需求和應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)行全新的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)。逆向設(shè)計(jì)根據(jù)已有的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行反向分析，推導(dǎo)出其設(shè)計(jì)參數(shù)和原理。模塊化設(shè)計(jì)將機(jī)械系統(tǒng)劃分為若干個(gè)模塊，通過(guò)組合不同的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能。類(lèi)比設(shè)計(jì)利用相似事物的類(lèi)比關(guān)系，進(jìn)行類(lèi)比推理并應(yīng)用于機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)的類(lèi)型和方法確保機(jī)械零件在使用過(guò)程中能夠承受各種應(yīng)力而不發(fā)生破壞。保證機(jī)械零件在使用過(guò)程中具有一定的剛度，以避免因變形而影響精度和性能。強(qiáng)度設(shè)計(jì)剛度設(shè)計(jì)機(jī)械零件的強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)可靠性評(píng)估對(duì)機(jī)械系統(tǒng)在預(yù)期使用時(shí)間內(nèi)的故障概率進(jìn)行評(píng)估。FMEA分析進(jìn)行失效模式及影響分析，找出潛在的故障模式并采取相應(yīng)的措施。冗余設(shè)計(jì)通過(guò)增加備份系統(tǒng)或組件來(lái)提高機(jī)械系統(tǒng)的可靠性。機(jī)械系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)06機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題牛頓第二定律力等于質(zhì)量乘以加速度，即F=ma。動(dòng)量定理力在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)物體的沖量等于物體動(dòng)量的變化，即Ft=Δp。動(dòng)能定理力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能的變化，即Fs=ΔE_k。動(dòng)力學(xué)的基本概念和方程030201一個(gè)剛體在空間中的運(yùn)動(dòng)需要用6個(gè)自由度來(lái)描述，包括3個(gè)平動(dòng)自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。系統(tǒng)的自由度數(shù)建立系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程需要考慮所有自由度的運(yùn)動(dòng)，并使用牛頓第二定律來(lái)描述每個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。多自由度系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程多自由度系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析有限元法將物體劃分為有限個(gè)小的單元，對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行受力分析，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得到物體的位移、速度和加速度等響應(yīng)。有限差分法將時(shí)間和空間劃分為有限個(gè)離散點(diǎn)，對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行受力分析，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得到物體的位移、速度和加速度等響應(yīng)。邊界元法只對(duì)物體的邊界進(jìn)行受力分析，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得到物體的位移、速度和加速度等響應(yīng)。動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的計(jì)算機(jī)模擬方法07機(jī)械系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種通過(guò)合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù)，使一個(gè)特定系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法。優(yōu)化設(shè)計(jì)的定義優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)是找到最優(yōu)解，該解使得系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到最大或最小值。優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)通常包括問(wèn)題定義、建立數(shù)學(xué)模型、選擇優(yōu)化算法、執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算以及結(jié)果分析等步驟。優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本步驟優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念和方法機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)通常采用數(shù)值優(yōu)化方法，通過(guò)迭代計(jì)算來(lái)尋找最優(yōu)解。機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的限制條件機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)通常需要考慮一些限制條件，如機(jī)構(gòu)的最大應(yīng)力、最大變形量等。機(jī)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)機(jī)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)是使機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能達(dá)到最優(yōu)，例如運(yùn)動(dòng)精度、響應(yīng)速度、能耗等。機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)的作用01計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠大大提高優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率和精度，能夠處理更為復(fù)雜的