機(jī)械原理課件孫恒教授課程簡(jiǎn)介機(jī)械原理研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律、機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法以及傳動(dòng)裝置的選用和計(jì)算。工程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)機(jī)械原理知識(shí)能夠?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)和制造提供理論基礎(chǔ)。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、航空航天、機(jī)器人等領(lǐng)域。機(jī)械學(xué)的基本概念機(jī)器由若干個(gè)相互關(guān)聯(lián)的零件組成的，能完成特定工作的裝置。機(jī)構(gòu)機(jī)器中運(yùn)動(dòng)部分的組合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的特定運(yùn)動(dòng)功能。運(yùn)動(dòng)副機(jī)構(gòu)中兩個(gè)零件的接觸連接，允許它們之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。力的概念作用力物體之間的相互作用方向力的方向與物體運(yùn)動(dòng)方向一致或相反大小力的強(qiáng)度，用單位牛頓(N)表示力的分類按力的性質(zhì)分類重力：物體由于地球引力而受到的力。彈力：物體發(fā)生形變后，恢復(fù)原狀時(shí)對(duì)施力物體的力。摩擦力：物體之間相互接觸時(shí)，阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力。按力的作用效果分類拉力：使物體沿力的方向運(yùn)動(dòng)的力。壓力：使物體發(fā)生形變的力。支持力：物體靜止在另一個(gè)物體表面時(shí)，另一個(gè)物體對(duì)它的力。力的合成與分解合成將多個(gè)力合并成一個(gè)等效力，稱為力的合成。分解將一個(gè)力分解成多個(gè)分力，稱為力的分解。平行四邊形法則將兩個(gè)力作為平行四邊形的兩條邊，則對(duì)角線表示合力的大小和方向。三角形法則將兩個(gè)力作為三角形的兩條邊，則第三條邊表示合力的大小和方向。力的平衡1合力為零當(dāng)作用于物體上的所有外力合力為零時(shí)，物體處于平衡狀態(tài)。2靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)處于平衡狀態(tài)的物體，可以是靜止的，也可以是做勻速直線運(yùn)動(dòng)。3平衡方程力的平衡條件可以用平衡方程來(lái)表示，即所有外力在每個(gè)方向上的分量之和等于零。平面力系平面力系是指所有作用力都作用在同一個(gè)平面上的力系。它是機(jī)械原理中的一個(gè)基本概念，是分析和解決機(jī)械運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的基礎(chǔ)。平面力系可以簡(jiǎn)化為一個(gè)合力，該合力的大小、方向和作用點(diǎn)可以由力的合成與分解來(lái)確定。平面力系的簡(jiǎn)化可以使分析和計(jì)算變得更加容易。平面力系的簡(jiǎn)化1合力多個(gè)力的共同作用效果2力矩力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)3力偶大小相等、方向相反、作用線平行的兩個(gè)力空間力系空間力系是指作用于剛體上的所有力，它們的作用線不在同一平面內(nèi)。空間力系的簡(jiǎn)化方法與平面力系類似，但更為復(fù)雜。空間力系可以簡(jiǎn)化為一個(gè)合力偶和一個(gè)合力，合力偶的力矩為所有力的力矩之和，合力的方向?yàn)樗辛Φ暮狭Ψ较颉？臻g力系的簡(jiǎn)化1合力將多個(gè)力簡(jiǎn)化為一個(gè)等效的力，稱為合力。2合力矩將多個(gè)力矩簡(jiǎn)化為一個(gè)等效的力矩，稱為合力矩。3主矢空間力系中所有力的矢量和，代表力的合力。4主矩空間力系中所有力矩對(duì)某一點(diǎn)的矢量和，代表力矩的合力矩。機(jī)構(gòu)及其分類機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)是由多個(gè)構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副連接而成的，用于傳遞和變換運(yùn)動(dòng)和力的機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)構(gòu)分類機(jī)構(gòu)可根據(jù)其運(yùn)動(dòng)副類型、運(yùn)動(dòng)形式、傳動(dòng)方式等進(jìn)行分類。常見(jiàn)的分類方法包括：低副機(jī)構(gòu)由低副連接而成的機(jī)構(gòu)，如鉸鏈機(jī)構(gòu)、滑塊機(jī)構(gòu)等。高副機(jī)構(gòu)由高副連接而成的機(jī)構(gòu)，如凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等。機(jī)構(gòu)的自由度分析1定義機(jī)構(gòu)自由度是指機(jī)構(gòu)在不受約束情況下所能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目2公式自由度=運(yùn)動(dòng)副數(shù)-約束數(shù)3應(yīng)用通過(guò)分析機(jī)構(gòu)的自由度，可以判斷機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)類型和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)機(jī)構(gòu)的平面運(yùn)動(dòng)分析1位置分析確定機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件在某一時(shí)刻的位置。2速度分析分析機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的速度變化。3加速度分析研究機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的加速度變化。機(jī)構(gòu)的空間運(yùn)動(dòng)分析1空間運(yùn)動(dòng)學(xué)研究機(jī)構(gòu)在三維空間中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2運(yùn)動(dòng)方程建立機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的空間運(yùn)動(dòng)方程3運(yùn)動(dòng)軌跡分析機(jī)構(gòu)各構(gòu)件在空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡單自由度機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析運(yùn)動(dòng)學(xué)分析確定機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和加速度。動(dòng)力學(xué)分析分析機(jī)構(gòu)的受力情況和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，計(jì)算機(jī)構(gòu)的功率、效率等參數(shù)。運(yùn)動(dòng)仿真利用計(jì)算機(jī)軟件模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，驗(yàn)證分析結(jié)果并優(yōu)化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。多自由度機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析1運(yùn)動(dòng)方程建立運(yùn)動(dòng)方程組，描述機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)2運(yùn)動(dòng)軌跡分析機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)軌跡，確定運(yùn)動(dòng)規(guī)律3速度分析計(jì)算機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的速度，確定運(yùn)動(dòng)速率4加速度分析計(jì)算機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的加速度，確定運(yùn)動(dòng)變化率機(jī)構(gòu)的速度分析1相對(duì)速度機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的速度關(guān)系，以及構(gòu)件上各點(diǎn)的速度關(guān)系。2速度圖通過(guò)圖示方法，直觀地表示機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的速度大小和方向。3速度分析方法包括解析法和圖形法，用于求解機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的速度。機(jī)構(gòu)的加速度分析1加速度的概念描述運(yùn)動(dòng)速度的變化率2加速度分析方法微分法、解析法、圖解法3常見(jiàn)加速度類型切向加速度、法向加速度加速度分析是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的重要組成部分，它可以幫助我們理解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并進(jìn)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊傳動(dòng)效率高傳動(dòng)比準(zhǔn)確齒輪傳動(dòng)分類圓柱齒輪錐齒輪蝸輪蝸桿齒輪傳動(dòng)應(yīng)用汽車變速箱工業(yè)機(jī)械精密儀器皮帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單皮帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，成本低廉。平穩(wěn)運(yùn)行皮帶傳動(dòng)可以緩沖沖擊，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低。傳動(dòng)距離大皮帶傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)較大傳動(dòng)距離，適用于軸間距較大的場(chǎng)合。鏈條傳動(dòng)效率高鏈條傳動(dòng)效率高，可以有效地傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，適用于高速、重載場(chǎng)合。承載能力強(qiáng)鏈條傳動(dòng)承載能力強(qiáng)，可以承受較大的載荷，適合于傳遞高扭矩的場(chǎng)合。使用壽命長(zhǎng)鏈條傳動(dòng)使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)成本低，可以長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行。液壓傳動(dòng)高效率液壓系統(tǒng)可將能量高效地傳遞到工作部件，提供強(qiáng)大的力量和精確的控制。靈活性液壓傳動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制，適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)景，例如機(jī)械手、挖掘機(jī)和起重機(jī)。過(guò)載保護(hù)液壓系統(tǒng)具有過(guò)載保護(hù)功能，防止過(guò)載損壞，確保安全可靠的操作。摩擦傳動(dòng)利用摩擦力傳遞運(yùn)動(dòng)和功率摩擦傳動(dòng)利用兩個(gè)接觸表面之間的摩擦力傳遞運(yùn)動(dòng)和功率。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉與齒輪傳動(dòng)相比，摩擦傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，易于制造和維護(hù)。承載能力有限，易打滑摩擦傳動(dòng)承載能力有限，容易打滑，傳動(dòng)效率低。幾何公差與配合幾何公差允許零件實(shí)際尺寸或形狀偏離理想尺寸或形狀的程度。配合兩個(gè)或多個(gè)零件在裝配時(shí)，其相互間尺寸關(guān)系的規(guī)定。配合種類間隙配合、過(guò)盈配合、過(guò)渡配合。表面粗糙度表面粗糙度表面粗糙度是指零件表面微觀不平度的程度。影響因素加工方法刀具磨損材料特性測(cè)量方法使用粗糙度儀進(jìn)行測(cè)量，以獲得Ra值等參數(shù)。機(jī)器零件的強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力分析計(jì)算零件在載荷作用下的應(yīng)力分布，以確保零件不會(huì)發(fā)生斷裂或過(guò)度變形。安全系數(shù)根據(jù)材料強(qiáng)度和載荷大小，確定安全系數(shù)，以保證零件在實(shí)際使用中不會(huì)失效。疲勞強(qiáng)度考慮零件在重復(fù)載荷下的耐久性，進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算，以防止零件發(fā)生疲勞破壞。彈性理論基礎(chǔ)應(yīng)力彈性理論基礎(chǔ)主要研究物體在外力作用下的變形和強(qiáng)度問(wèn)題。應(yīng)力是物體內(nèi)部各部分之間相互作用力的度量，表示物體單位面積上所受到的力。應(yīng)變應(yīng)變則是物體在外力作用下發(fā)生的形變程度，表示物體尺寸的變化量與原尺寸的比值。彈性理論的核心就是研究應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系，以及它們與物體材料性質(zhì)的關(guān)系。材料性質(zhì)不同的材料具有不同的彈性模量和泊松比，這些參數(shù)決定了材料在受力時(shí)的變形和強(qiáng)度特性。軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)1材料選擇根據(jù)軸的工作條件選擇合適的材料，如碳鋼、合金鋼等。2強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)軸的受力情況進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，確保軸能夠承受工作載荷。3尺寸設(shè)計(jì)根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果確定軸的尺寸，包括軸徑、軸長(zhǎng)等。軸承的選擇與設(shè)計(jì)負(fù)載能力軸承需承受機(jī)器的負(fù)載，選擇承受能力