哈工大機(jī)械原理哈爾濱工業(yè)大學(xué)（簡稱哈工大）是一所歷史悠久、享譽(yù)國內(nèi)外的著名高等學(xué)府。機(jī)械原理是機(jī)械工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，介紹機(jī)器的運動規(guī)律、結(jié)構(gòu)特點和工作原理。課程簡介機(jī)械原理機(jī)械原理是機(jī)械工程的基礎(chǔ)學(xué)科，為后續(xù)的機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造等課程奠定基礎(chǔ)。課程目標(biāo)掌握機(jī)械運動的基本規(guī)律了解常見機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的工作原理具備對簡單機(jī)械進(jìn)行分析設(shè)計的能力課程內(nèi)容課程內(nèi)容包括力學(xué)基礎(chǔ)、機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械傳動學(xué)等，涵蓋了機(jī)械運動、傳動、設(shè)計等方面。機(jī)械系統(tǒng)組成傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)負(fù)責(zé)傳遞和轉(zhuǎn)換動力，將動力源的能量傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)機(jī)械運動。動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)產(chǎn)生機(jī)械運動所需的能量。執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械系統(tǒng)的終端，負(fù)責(zé)完成機(jī)械運動，實現(xiàn)機(jī)械的功能。控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對機(jī)械系統(tǒng)的運動進(jìn)行控制，保證機(jī)械系統(tǒng)按照預(yù)定的方式運行?；A(chǔ)力學(xué)知識回顧1牛頓運動定律牛頓運動定律是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，描述了物體在力作用下的運動規(guī)律，包括慣性定律、加速度定律和作用力與反作用力定律。2功和能功和能是描述物體運動和能量轉(zhuǎn)化關(guān)系的重要概念，包括功的定義、能的分類和能量守恒定律等。3動量和沖量動量和沖量是描述物體運動狀態(tài)變化的重要概念，包括動量的定義、沖量的定義和動量定理等。4力學(xué)模型力學(xué)模型是將實際問題抽象成理想模型，以便于進(jìn)行力學(xué)分析，包括質(zhì)點模型、剛體模型和變形體模型等。力的概念和分類力的定義力是物體之間的相互作用。力可以改變物體的運動狀態(tài)，也可以改變物體的形狀。力的分類力的分類方法有很多，可以按力的性質(zhì)、力的作用方式、力的方向等分類。力的性質(zhì)按力的性質(zhì)可以分為重力、彈力、摩擦力、壓力、浮力等。力的作用方式按力的作用方式可以分為接觸力、非接觸力。力的加和和平衡條件1力的加和力的加和遵循平行四邊形法則或三角形法則，可利用向量加和進(jìn)行計算。2平衡條件靜止物體受力平衡，合力為零，即各力的矢量和為零。3平衡方程平衡條件可用于求解物體受力分析，推導(dǎo)出平衡方程，進(jìn)而求解未知力。力矩和平衡條件力矩定義力矩是力對旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動效應(yīng)，它等于力的大小乘以力臂的長度。力矩方向力矩的方向由右手定則決定，即右手四指指向力的方向，拇指指向力臂方向，則拇指指向力矩的方向。平衡條件系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，當(dāng)所有作用在系統(tǒng)上的外力矩的矢量和為零時，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。摩擦力和受力分析摩擦力的概念接觸面之間相對運動或有相對運動趨勢時，產(chǎn)生的阻礙運動的力。摩擦力的類型靜摩擦力：阻止物體開始運動的力?；瑒幽Σ亮Γ鹤璧K物體相對滑動運動的力。影響摩擦力的因素接觸面的材質(zhì)，法向力，接觸面的粗糙程度。受力分析將物體分解為多個部分，分別分析每個部分所受的力。機(jī)構(gòu)的基本概念機(jī)械機(jī)構(gòu)由若干運動副組成的運動鏈，用于實現(xiàn)規(guī)定的運動傳遞和力傳遞。運動副兩個構(gòu)件之間直接接觸且發(fā)生相對運動的連接，例如鉸鏈副、滑動副等。自由度機(jī)構(gòu)中獨立運動的數(shù)目，決定機(jī)構(gòu)運動的可能性和范圍。平面機(jī)構(gòu)的定義和分類定義平面機(jī)構(gòu)是指所有運動部件都位于同一平面內(nèi)，且運動軌跡也都在同一平面內(nèi)的機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)運動由一系列剛性構(gòu)件組成，通過運動副連接，實現(xiàn)特定的運動功能。分類根據(jù)運動副類型和機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)，平面機(jī)構(gòu)可分為以下幾類：鉸鏈機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)鏈傳動機(jī)構(gòu)帶傳動機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)自由度分析機(jī)構(gòu)自由度是指機(jī)構(gòu)能夠獨立運動的程度，是機(jī)構(gòu)運動學(xué)分析的重要參數(shù)。自由度定義計算公式機(jī)構(gòu)自由度機(jī)構(gòu)能夠獨立運動的個數(shù)F=3n-2p-hn機(jī)構(gòu)中運動副的數(shù)目p機(jī)構(gòu)中低副的數(shù)目h機(jī)構(gòu)中高副的數(shù)目平面連桿機(jī)構(gòu)運動分析1運動學(xué)分析位置、速度、加速度2動力學(xué)分析受力分析、平衡分析3機(jī)構(gòu)設(shè)計運動軌跡規(guī)劃、尺寸設(shè)計4仿真模擬虛擬環(huán)境模擬平面連桿機(jī)構(gòu)運動分析是機(jī)械原理的重要內(nèi)容。通過分析機(jī)構(gòu)的運動規(guī)律，可以了解機(jī)構(gòu)的運動特性，進(jìn)而設(shè)計出滿足特定功能的機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運動分析1機(jī)構(gòu)類型曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2運動分析位移、速度、加速度3運動規(guī)律周期性、非勻速運動4應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)、往復(fù)泵曲柄滑塊機(jī)構(gòu)由曲柄、連桿和滑塊組成。曲柄的旋轉(zhuǎn)運動通過連桿傳遞給滑塊，使滑塊產(chǎn)生往復(fù)直線運動。分析曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運動，需要確定其各部件的位移、速度和加速度隨時間的變化規(guī)律。這種機(jī)構(gòu)在內(nèi)燃機(jī)、往復(fù)泵等機(jī)械中有著廣泛的應(yīng)用。凸輪機(jī)構(gòu)的運動分析1確定運動規(guī)律根據(jù)凸輪輪廓，確定從動件的運動規(guī)律。2繪制速度曲線基于運動規(guī)律，繪制從動件速度隨時間變化的曲線。3繪制加速度曲線基于運動規(guī)律，繪制從動件加速度隨時間變化的曲線。4分析運動特點通過曲線分析，了解從動件的運動特點，如最大速度、最大加速度等。凸輪機(jī)構(gòu)的運動分析，需要綜合考慮凸輪輪廓、從動件運動規(guī)律、速度、加速度等因素。齒輪傳動原理嚙合傳動齒輪傳動利用齒輪之間的嚙合實現(xiàn)動力的傳遞和速度的改變。運動規(guī)律齒輪的旋轉(zhuǎn)運動通過齒廓的相互接觸傳遞，遵循著嚴(yán)格的運動規(guī)律。廣泛應(yīng)用齒輪傳動在機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用廣泛，如汽車變速箱、機(jī)床主軸等。齒輪傳動的基本參數(shù)齒輪傳動參數(shù)決定了傳動效率、精度和噪聲等性能指標(biāo)。模數(shù)、齒數(shù)、壓力角等是關(guān)鍵參數(shù)，決定了齒輪的尺寸和強(qiáng)度。不同類型齒輪傳動11.圓柱齒輪傳動軸線平行，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備，如汽車、機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等。22.錐齒輪傳動軸線相交，用于實現(xiàn)軸線不平行的傳動，常用于汽車后橋、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等。33.蝸輪蝸桿傳動用于實現(xiàn)大傳動比和低速傳動，常用于機(jī)床、起重機(jī)等。44.齒輪泵利用齒輪嚙合原理實現(xiàn)液體的輸送，廣泛應(yīng)用于液壓系統(tǒng)。鏈條傳動基本原理1工作原理鏈條傳動利用鏈條的柔性和鏈輪的嚙合來傳遞動力。2主要部件鏈條、鏈輪、張緊裝置構(gòu)成鏈條傳動系統(tǒng)。3應(yīng)用場景鏈條傳動廣泛應(yīng)用于自行車、摩托車、機(jī)械設(shè)備等。帶傳動基本原理及參數(shù)帶傳動原理帶傳動利用帶與帶輪之間的摩擦力來傳遞運動和能量。通過帶輪的旋轉(zhuǎn)，帶被帶動，進(jìn)而帶動另一個帶輪旋轉(zhuǎn)。帶傳動類型常見的帶傳動類型包括平帶傳動、V帶傳動和同步帶傳動。每種類型的帶傳動在結(jié)構(gòu)和應(yīng)用場景上有所不同。帶傳動參數(shù)帶傳動參數(shù)包括帶的長度、寬度、厚度、材料、工作速度等。這些參數(shù)對帶傳動的性能和效率至關(guān)重要。帶傳動應(yīng)用帶傳動廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械傳動系統(tǒng)中，例如汽車發(fā)動機(jī)、工業(yè)設(shè)備等。其優(yōu)點包括傳動平穩(wěn)、噪音低、結(jié)構(gòu)簡單、易于維護(hù)等。摩擦傳動基本原理及應(yīng)用摩擦傳動原理摩擦傳動利用兩個物體之間表面接觸時的摩擦力進(jìn)行能量傳遞。摩擦力的大小取決于接觸面的材料、法向壓力和接觸面積。摩擦傳動的優(yōu)點傳動平穩(wěn)，噪聲低，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)無級調(diào)速。摩擦傳動的應(yīng)用廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械，如汽車變速箱、機(jī)床主軸、起重機(jī)等。機(jī)械傳動效率分析機(jī)械傳動效率是衡量機(jī)械傳動系統(tǒng)能量損失的重要指標(biāo)。傳動效率越高，能量損失越少，機(jī)械傳動系統(tǒng)運行更經(jīng)濟(jì)高效。傳動效率受多種因素影響，如摩擦力、齒輪嚙合損失、帶傳動滑動損失等。90%理想效率理想情況下，機(jī)械傳動效率可達(dá)90%以上，但實際應(yīng)用中很難達(dá)到。75%實際效率實際應(yīng)用中，機(jī)械傳動效率一般在75%到90%之間。5%~10%能量損失機(jī)械傳動過程中，能量損失主要來自摩擦力、齒輪嚙合、帶傳動滑動等。機(jī)械傳動噪聲及控制噪聲來源機(jī)械傳動噪聲主要來自齒輪嚙合、鏈條傳動、帶傳動等部件的沖擊、摩擦和振動。噪聲危害過高的噪聲會對人體造成聽力損傷、神經(jīng)系統(tǒng)損害、工作效率降低等負(fù)面影響，也會影響機(jī)械設(shè)備的正常運行和使用壽命。噪聲控制機(jī)械傳動噪聲控制方法主要包括：減小傳動部件的沖擊和摩擦，提高傳動部件的剛度，采用吸音和隔音措施等。應(yīng)用實例在汽車發(fā)動機(jī)傳動系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)線傳動系統(tǒng)、精密機(jī)械設(shè)備傳動系統(tǒng)等領(lǐng)域，都需要對傳動噪聲進(jìn)行有效控制。機(jī)械沖擊載荷分析沖擊載荷的定義沖擊載荷是指突然作用在機(jī)械零件上的瞬時載荷，沖擊力的大小和作用時間都比較短。沖擊載荷的來源常見的沖擊載荷來源包括啟動、制動、碰撞、振動等。例如，發(fā)動機(jī)啟動時的沖擊力、汽車剎車時的沖擊力、機(jī)器部件之間的碰撞力等。沖擊載荷的影響沖擊載荷會造成機(jī)械零件的疲勞損傷、塑性變形甚至斷裂。因此，在機(jī)械設(shè)計中必須考慮沖擊載荷的影響，并采取相應(yīng)的措施來減小沖擊載荷對機(jī)械零件的影響。分析方法常見的沖擊載荷分析方法包括沖擊系數(shù)法、能量法、動力學(xué)分析等。這些方法可以幫助我們了解沖擊載荷的大小、方向、作用時間等參數(shù)，并為機(jī)械設(shè)計提供理論依據(jù)。機(jī)械疲勞與壽命預(yù)測疲勞損傷累積反復(fù)載荷下，材料內(nèi)部會產(chǎn)生微裂紋，并逐漸擴(kuò)展。S-N曲線通過實驗獲得材料的疲勞強(qiáng)度，預(yù)測零件在不同載荷下的壽命。疲勞壽命評估結(jié)合應(yīng)力分析、材料特性、載荷條件等，綜合評估機(jī)械零件的疲勞壽命。部件配合和潤滑技術(shù)1配合部件配合是指兩個或多個零件之間相互配合，實現(xiàn)特定功能。配合類型包括間隙配合、過渡配合和過盈配合。2潤滑潤滑是為了減少摩擦，提高效率，延長部件壽命，潤滑方法包括油潤滑、脂潤滑和氣體潤滑。3潤滑油的選擇潤滑油的選擇需考慮工作條件、摩擦副材料、環(huán)境溫度等因素。4潤滑系統(tǒng)設(shè)計潤滑系統(tǒng)設(shè)計需考慮潤滑油的供給、循環(huán)和冷卻，并確保潤滑油能有效地到達(dá)摩擦副表面。常見機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的設(shè)計要點精度和強(qiáng)度機(jī)構(gòu)設(shè)計必須兼顧精度和強(qiáng)度要求，保證機(jī)械在工作過程中能夠正常運行。運動協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)各部件的運動應(yīng)協(xié)調(diào)一致，避免干涉和碰撞，保證機(jī)器平穩(wěn)高效運行?？煽啃院蛪勖鼨C(jī)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮可靠性和壽命要求，選擇合適的材料和工藝，確保機(jī)械能夠長期穩(wěn)定運行。成本和制造機(jī)構(gòu)設(shè)計要考慮成本和制造的可行性，選擇合理的材料和結(jié)構(gòu)，確保機(jī)械能夠經(jīng)濟(jì)有效地生產(chǎn)。小型機(jī)械的設(shè)計與制造1功能需求分析明確功能、性能、可靠性要求2方案設(shè)計選擇機(jī)構(gòu)、傳動方式、材料等3結(jié)構(gòu)設(shè)計繪制圖紙、標(biāo)注尺寸、材料等4