機械專業(yè)機械原理課件contents目錄機械原理概述機械系統(tǒng)的基礎元件機械系統(tǒng)的基本理論機械系統(tǒng)的運動分析機械系統(tǒng)的設計方法機械系統(tǒng)的動力學問題機械系統(tǒng)的優(yōu)化與改進01機械原理概述機械原理是研究機械系統(tǒng)基本運動規(guī)律、運動機構的結構和性能以及各種機械的基本性能和設計方法的理論學科。機械原理的定義機械原理主要涉及機械系統(tǒng)的組成、機構分析、機構設計、機器動力學、摩擦學原理及應用等方面。機械原理的內(nèi)容機械原理的定義與內(nèi)容指導機械設計機械原理指導機械設計，使得機器能夠滿足各種不同的需求，提高機器的性能、可靠性和使用壽命。培養(yǎng)分析能力學習機械原理有助于培養(yǎng)人們的分析能力，使人們能夠更好地理解各種機械系統(tǒng)的運作過程和性能特點。提供基礎理論支撐機械原理為機械工程專業(yè)提供了基礎理論支撐，為各種機械系統(tǒng)的設計和優(yōu)化提供了指導。機械原理的重要性在古代，人們就開始研究各種簡單機械系統(tǒng)，如杠桿、滑輪、斜面等，積累了豐富的實踐經(jīng)驗。古代機械原理的研究隨著工業(yè)革命的興起，人們對機械系統(tǒng)的要求越來越高，推動了機械原理的發(fā)展，機構分析、機構設計等成為研究重點。近代機械原理的發(fā)展隨著計算機技術和數(shù)字化技術的不斷發(fā)展，機械原理的應用領域越來越廣泛，機器人的運動學和動力學分析、數(shù)控機床的機構設計等成為研究熱點?，F(xiàn)代機械原理的應用機械原理的發(fā)展歷程02機械系統(tǒng)的基礎元件通過螺栓、螺母等將兩個或多個零件連接在一起。螺紋連接通過鍵將兩個軸或軸套連接在一起，用于傳遞扭矩。鍵連接通過銷釘或銷軸將兩個零件連接在一起，用于定位和固定。銷連接連接件通過傳動帶和帶輪將動力傳遞給從動輪。帶傳動通過鏈條和鏈輪將動力傳遞給從動輪。鏈傳動通過齒輪將動力從主動軸傳遞給從動軸。齒輪傳動傳動件123支承轉(zhuǎn)動零件，傳遞扭矩的軸。轉(zhuǎn)軸支承軸頸，承受徑向載荷的滑動摩擦軸承?；瑒虞S承支承軸頸，承受徑向載荷的滾動摩擦軸承。滾動軸承軸及軸承在機械系統(tǒng)中起緩沖、減震和支撐作用的彈性元件。吸收或減小機械振動的能量，防止機械系統(tǒng)過振的裝置。彈簧及阻尼器阻尼器彈性元件通過在轉(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。靜平衡通過在轉(zhuǎn)子上附加平衡環(huán)或平衡盤調(diào)整轉(zhuǎn)子的重心，使其與旋轉(zhuǎn)中心重合。動平衡機械零件的平衡與調(diào)整03機械系統(tǒng)的基本理論01物體總保持勻速直線運動或靜止狀態(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，作用在同一直線上。牛頓第三定律牛頓運動定律03能量物體或系統(tǒng)做功的能力。包括動能、勢能和內(nèi)能等。01功力與物體沿力的方向上位移的乘積。02功率單位時間內(nèi)完成的功。功、功率和能量動量定理物體所受合外力的沖量等于其動量的變化。動能定理物體所受合外力的功等于其動能的變化。動量矩定理物體所受合外力的矩等于其動量矩的變化。動量定理、動能定理和動量矩定理摩擦力物體間接觸面產(chǎn)生阻力，導致相互間滑動或滾動。傳動效率傳動裝置輸出功率與輸入功率的比值。包括齒輪傳動、鏈條傳動和液壓傳動等。摩擦與傳動效率04機械系統(tǒng)的運動分析總結詞機構運動簡圖是表示機械系統(tǒng)中機構的結構、運動軌跡及各構件間運動關系的簡化圖形?？偨Y詞機構運動分析的主要目的是確定各構件的位置、速度和加速度隨時間的變化規(guī)律。詳細描述在進行機構運動分析時，可以通過解析法和圖解法兩種方法進行。解析法通過建立數(shù)學模型，求解方程得到答案；圖解法則通過作圖的方式，直觀地得到答案。詳細描述機構運動簡圖通過簡化細節(jié)，突出主要運動特征，從而方便對機構進行運動分析。其主要內(nèi)容包括：原動件、從動件、機架和運動副的表示方法，以及機構運動方向的標注。機構運動簡圖及運動分析方法VS機構的運動性能分析主要是評估機構在運動過程中是否能實現(xiàn)預期的運動軌跡和運動學特性。詳細描述機構的運動性能分析包括位置分析、速度分析、加速度分析和動力學分析。位置分析主要關注機構在任意時刻的位置；速度分析關注機構運動的速度；加速度分析關注機構運動的加速度；動力學分析關注機構在運動過程中所受到的力和力矩?？偨Y詞機構的運動性能分析總結詞機構的受力分析主要是確定在已知外力作用下機構的變形和內(nèi)部應力分布情況。詳細描述機構的受力分析包括靜力分析和動力分析。靜力分析關注在恒定外力作用下機構的變形情況；動力分析關注在變外力作用下機構的動態(tài)響應。同時，還需要考慮機構的慣性力、阻尼力和科氏力等因素。機構的受力分析05機械系統(tǒng)的設計方法機械系統(tǒng)應滿足預定的功能要求。功能性原則機械系統(tǒng)應具有足夠的可靠性，以避免在正常使用中出現(xiàn)故障?？煽啃栽瓌t機械系統(tǒng)應確保在正常操作條件下不會對人員和環(huán)境造成傷害。安全性原則機械系統(tǒng)應盡可能降低制造成本和使用成本。經(jīng)濟性原則機械設計的基本原則和要求1創(chuàng)新設計根據(jù)新的功能需求和應用場景，進行全新的機械系統(tǒng)設計。逆向設計根據(jù)已有的機械系統(tǒng)進行反向分析，推導出其設計參數(shù)和原理。模塊化設計將機械系統(tǒng)劃分為若干個模塊，通過組合不同的模塊來實現(xiàn)不同的功能。類比設計利用相似事物的類比關系，進行類比推理并應用于機械系統(tǒng)設計。機械設計的類型和方法確保機械零件在使用過程中能夠承受各種應力而不發(fā)生破壞。保證機械零件在使用過程中具有一定的剛度，以避免因變形而影響精度和性能。強度設計剛度設計機械零件的強度和剛度設計可靠性評估對機械系統(tǒng)在預期使用時間內(nèi)的故障概率進行評估。FMEA分析進行失效模式及影響分析，找出潛在的故障模式并采取相應的措施。冗余設計通過增加備份系統(tǒng)或組件來提高機械系統(tǒng)的可靠性。機械系統(tǒng)的可靠性設計06機械系統(tǒng)的動力學問題牛頓第二定律力等于質(zhì)量乘以加速度，即F=ma。動量定理力在一段時間內(nèi)對物體的沖量等于物體動量的變化，即Ft=Δp。動能定理力對物體做的功等于物體動能的變化，即Fs=ΔE_k。動力學的基本概念和方程030201一個剛體在空間中的運動需要用6個自由度來描述，包括3個平動自由度和3個轉(zhuǎn)動自由度。系統(tǒng)的自由度數(shù)建立系統(tǒng)的動力學方程需要考慮所有自由度的運動，并使用牛頓第二定律來描述每個自由度的運動。多自由度系統(tǒng)的動力學方程多自由度系統(tǒng)的動力學分析有限元法將物體劃分為有限個小的單元，對每個單元進行受力分析，并利用計算機進行數(shù)值計算，得到物體的位移、速度和加速度等響應。有限差分法將時間和空間劃分為有限個離散點，對每個點進行受力分析，并利用計算機進行數(shù)值計算，得到物體的位移、速度和加速度等響應。邊界元法只對物體的邊界進行受力分析，并利用計算機進行數(shù)值計算，得到物體的位移、速度和加速度等響應。動力學問題的計算機模擬方法07機械系統(tǒng)的優(yōu)化與改進優(yōu)化設計是一種通過合理選擇設計參數(shù)，使一個特定系統(tǒng)的性能達到最優(yōu)化的數(shù)學方法。優(yōu)化設計的定義優(yōu)化設計的目標是找到最優(yōu)解，該解使得系統(tǒng)的性能指標達到最大或最小值。優(yōu)化設計的目標優(yōu)化設計通常包括問題定義、建立數(shù)學模型、選擇優(yōu)化算法、執(zhí)行優(yōu)化計算以及結果分析等步驟。優(yōu)化設計的基本步驟優(yōu)化設計的基本概念和方法機構優(yōu)化設計的方法機構優(yōu)化設計通常采用數(shù)值優(yōu)化方法，通過迭代計算來尋找最優(yōu)解。機構優(yōu)化設計的限制條件機構優(yōu)化設計通常需要考慮一些限制條件，如機構的最大應力、最大變形量等。機構優(yōu)化的目標機構優(yōu)化的目標是使機構的運動性能達到最優(yōu)，例如運動精度、響應速度、能耗等。機構優(yōu)化設計計算機輔助優(yōu)化設計的作用01計算機輔助優(yōu)化設計能夠大大提高優(yōu)化設計的效率和精度，能夠處理更為復雜的