1、武漢理工大學 物流工程學院,2,機械原理課程特點,是機械類專業(yè)核心課程 是機械類專業(yè)后續(xù)課程的基礎(chǔ) 通過本課程的學習，引導學生進入機械科學的殿堂,3,機械原理學習的特點,是基于理解、而不是基于記憶； 本課程不適合短時間突擊學習； 機械原理課程不及格率偏高，希望大家加倍努力。,4,機械原理主要教學內(nèi)容,第0章 緒論 第一章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 第二章 平面機構(gòu)的運動分析 第三章 平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計 第四章 凸輪機構(gòu)及其設(shè)計 第五章 齒輪機構(gòu)及其設(shè)計 第六章 輪系及其設(shè)計 第九章 平面機構(gòu)的力分析 機械原理課程設(shè)計,5,6,1-1 機械原理課程的研究對象和內(nèi)容 1-2 機械原理課程的學習目的和作用

2、1-3 機械原理多媒體教材的特點 1-4 本課程的教學方法,1、人類行為能力的延伸：工具、簡單機械、復雜機械、各種車輛、各種武器； 2、人類思維能力的延伸：數(shù)、算盤、計算器、計算機,人類在長期的生產(chǎn)實踐中，不斷的創(chuàng)造發(fā)明，這種發(fā)明的類型主要是以下兩種,8,由幾種簡單工具而來: 石器時代:石刀、石斧、桔槔、轆轤。省力或便于用力。 牲畜力、風力、火力。省力或擴大力。 18世紀60年代：蒸汽機。作為動力，促進了其它工業(yè)的 發(fā)展。 19世紀60年代：直流發(fā)電機。 19世紀80年代：交流發(fā)電機、交流電動機。 20世紀初：電動機取代了蒸汽機。蒸汽機是驅(qū)動各種工 作機械的基礎(chǔ)。,機械和機械設(shè)計發(fā)展的歷史,9

3、,桔槔 一根豎立的架子上加上一根細長的杠桿，當中是支 點，末端懸掛一個重物，前段懸掛水桶。一起一落，汲 水可以省力。當人把水桶放入水中打滿水以后，由于杠 桿末端的重力作用，便能輕易把水提拉至所需處。桔槔 早在春秋時期就已相當普遍，而且延續(xù)了幾千年，是中 國農(nóng)村歷代通用的舊式提水器具。這種簡單的汲水工具 雖簡單，但它使勞動人民的勞動強度得以減輕。,10,洗衣機的發(fā)明19世紀中期，人們利用機械模仿人工洗滌的動作，即通過翻滾、摩擦、水的沖刷，并借助洗滌劑的去污作用達到洗凈衣物的目的。隨后，又出現(xiàn)了第一臺蒸汽洗衣機,11,機器行為能力的延伸,人類通過長期生產(chǎn)實踐創(chuàng)造了機器，并使其不斷發(fā)展形成當今多種多

4、樣的類型。 在現(xiàn)代生產(chǎn)和日常生活中，機器已成為代替或減輕人類勞動、提高勞動生產(chǎn)率的主要手段。 使用機器的水平是衡量一個國家現(xiàn)代化程度的重要標志。,12,機器圖例,自動換刀機構(gòu),滾珠螺桿傳動機構(gòu),13,轎車的總體構(gòu)造,14,內(nèi)燃機用途最廣的熱力機械,15,柴油機與汽油機,16,小型精密之伺服沖床,機械原理是一門研究機械的運動學和動力學分析與設(shè)計基本理論問題的課程。 一、機械原理課程的研究對象 機械(Machinery)是機器(Machine)與機構(gòu)(Mechanism)的總稱。,0-1機械原理課程的研究對象和內(nèi)容,18,1、機器 (Machine)的定義,機器是執(zhí)行機械運動的裝置， 機器用來變換

5、或傳遞能量、物料、信息。 機器是一種人為實物組合的具有確定機械運動的裝置， 機器用來完成有用功、轉(zhuǎn)換能量或處理信息，以代替或減輕人類的勞動。,19,原動機：凡將其他形式能量變換為機械能的機器稱為原動機，如內(nèi)燃機、電動機（分別將熱能和電能變換為機械能）等都是原動機。 工作機：凡利用機械能去變換或傳遞能量、物料、信息的機器稱為工作機，如發(fā)電機（機械能變換為電能）、起重機（傳遞物料）、金屬切削機床（變換物料外形）、錄音機（變換和傳遞信息）等都屬于工作機。 在日常生活和工程實踐中隨處都可見到各種各樣的機器，例如：,原動機與工作機,汽車,飛機,膠片放映機,挖掘機,機床（牛頭刨床）,切糕機,21,機器的組

6、成(Composing of a Machine),一臺發(fā)展完善的現(xiàn)代化機器可由四部分組成： 1、原動機、 2、傳動機構(gòu)、 3、執(zhí)行機構(gòu) 4、控制系統(tǒng)、,22,1、原動機： 為機器運轉(zhuǎn)提供動力。,圖01所示為單缸四沖程內(nèi)燃機，它是由汽缸體1、活塞2、進氣閥3、排氣閥4、連桿5、曲軸6、凸輪7、頂桿8、齒輪9和10等組成。,23,單缸四沖程內(nèi)燃機,燃氣推動活塞作往復移動，經(jīng)連桿轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的連續(xù)轉(zhuǎn)動。 凸輪和頂桿是用來啟閉進氣閥和排氣閥的。 為了保證曲軸每轉(zhuǎn)兩周進、排氣閥各啟閉一次，曲軸與凸輪軸之間安裝了齒數(shù)比為1：2的齒輪。 這樣，當燃氣推動活塞運動時，各構(gòu)件協(xié)調(diào)地動作，進、排氣閥有規(guī)律地啟閉，

7、加上汽化、點火等裝置的配合，就把熱能轉(zhuǎn)換為曲軸回轉(zhuǎn)的機械能。,24,在圖示內(nèi)燃機中，活塞、連桿、曲軸和氣缸體組成一個曲柄滑塊機構(gòu)，可將活塞的往復運動變?yōu)榍倪B續(xù)轉(zhuǎn)動。 凸輪、頂桿和氣缸體組成凸輪機構(gòu)，將凸輪軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動變?yōu)轫敆U有規(guī)律的間歇移動。 曲軸和凸輪軸上的齒輪與氣缸體組成齒輪機構(gòu)，使兩軸保持一定的速比。,內(nèi)燃機的四個沖程,26,大功率內(nèi)燃機,27,2、傳動機構(gòu)：,按執(zhí)行機構(gòu)作業(yè)的特定要求，把原動機的運動和動力傳遞給執(zhí)行機構(gòu)。如：常用的各種減速和變速裝置均可作為傳動機構(gòu)。,28,3、執(zhí)行機構(gòu)：,它是一部機器中最接近作業(yè)工作端的機構(gòu)，它通過執(zhí)行構(gòu)件與被作業(yè)件相接觸，以完成作業(yè)任務。如：起重

8、機和挖掘機中的起重吊運和挖掘機構(gòu)。,29,4、控制系統(tǒng),用來處理機器各組成部分之間，以及與外部其它機器之間的工作協(xié)調(diào)關(guān)系，它通常由各種計算機和控制器組成。,30,工業(yè)機器人,圖02所示為一工業(yè)機器人，它由鉸接臂機械手1、計算機控制器2、液壓裝置3和電力裝置4組成。,31,機器人各部分的功用,當機械手的大臂、小臂和手按指令有規(guī)律地運動時，手端夾持器（圖中未示出）便將物料搬運到預定的位置。 在這部機器中，機械手是傳遞運動和執(zhí)行任務的裝置是機器的主體部分， 電力裝置和液壓裝置提供動力， 計算機實施控制。,從以上二例可以看出，機器的主體部分是由許多運動構(gòu)件組成的,用來傳遞運動和力的、有一個構(gòu)件為機架的

9、、用構(gòu)件間能夠相對運動的連接方式組成的構(gòu)件系統(tǒng)稱為機構(gòu)。 在一般情況下，為了傳遞運動和力，機構(gòu)各構(gòu)件間應具有確定的相對運動。,33,它是人為的實物組合體 各實物間具有確定的相對運動 能代替和減輕人類的勞動并完成有效的機械功或轉(zhuǎn)換機械能,機器具有以下三點共同特征,34,構(gòu)件與零件,機構(gòu)中作相對運動的各個運動單元稱為構(gòu)件。 構(gòu)件可以是單一的整體，也可以是由幾個零件組成的剛性結(jié)構(gòu)。 因此： 構(gòu)件是獨立的運動單元。 零件是制造的單元,35,構(gòu)件是獨立的運動單元,如圖所示內(nèi)燃機的連桿就是由連桿體、連桿蓋、螺栓以及螺母等幾個零件組成。 這些零件之間沒有相對運動構(gòu)成一個運動單元，成為一個構(gòu)件。,36,零件是

10、制造的單元,機械中的零件可以分為兩類： 一類稱為通用零件，它在各種機械中都能遇到，如齒輪、螺釘、軸、彈簧等； 另一類稱為專用零件，它只出現(xiàn)于某些機械之中，如汽輪機的葉片、內(nèi)燃機的活塞等。,37,2、機構(gòu)(Mechanism),它是一個具有相對機械運動的構(gòu)件系統(tǒng)，用來傳遞與變換運動和動力的可動裝置。它是機器的重要組成部分。,常用的機構(gòu)有：齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)、帶傳動機構(gòu)、鏈傳動機構(gòu)、螺旋傳動機構(gòu)等。,連桿機構(gòu),凸輪機構(gòu),齒輪機構(gòu),間歇機構(gòu),39,機構(gòu)與機器的區(qū)別在于：,機構(gòu)只是一個構(gòu)件系統(tǒng)， 而機器除構(gòu)件系統(tǒng)之外還包含電氣、液壓等其他裝置； 機構(gòu)只用于傳遞運動和力， 機器除

11、傳遞運動和力之外，還應當具有變換或傳遞能量、物料、信息的功能。,40,機械：機器和機構(gòu)的總稱,在研究構(gòu)件的運動和受力情況時，機器與機構(gòu)之間并無區(qū)別。 因此，習慣上用“機械”一詞作為機器和機構(gòu)的總稱。,41,機械原理課程研究的內(nèi)容,本課程專門研究各種機器和機構(gòu)的共同性的基本理論問題，其主要內(nèi)容有： 1、各種機構(gòu)的分析問題：主要研究機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析(含機構(gòu)的組成)、機構(gòu)的運動分析和機構(gòu)受力分析等。 2、常用的各種機構(gòu)的設(shè)計問題。 3、機器動力學問題：主要研究在已知力作用下機械的真實運動規(guī)律以及機器運轉(zhuǎn)過程中速度波動的調(diào)節(jié)問題。,學習機械原理課程的主要目的可以概括為如下幾個方面： 一、認識機械,了解機

12、械 二、掌握方法,分析機構(gòu) 三、開闊思路,設(shè)計與創(chuàng)新機械 四、更新觀念,發(fā)展機械學科,0-2機械原理課程的學習目的和作用,43,一、 認識機械,了解機械,本課程對機械的組成原理、工作原理、運動分析以及設(shè)計理論與方法都作了基本介紹，這對于在以后實習、專業(yè)課學習以及工作中認識機械、了解機械和進一步學習與掌握機械都大有好處。,44,二、掌握方法,分析機構(gòu),各種機械的形態(tài)和用途各不相同，但它們都有一個共同的特點：作機械運動。 因而，運動幾何學中的相對運動、相互包絡等基本概念和方法，在各種機構(gòu)的分析和設(shè)計中都得到廣泛應用。 問題：齒輪是怎么加工出來的？,例如：用齒條刀具加工齒輪時，齒輪的齒形就是由刀具與輪坯間相互包絡形成的。,46,三、開闊思路,設(shè)計與創(chuàng)新機械,本課程講授的機構(gòu)分析與設(shè)計的基本理論與方法，不僅用于課程所學的機構(gòu)設(shè)計，還為以后的機械設(shè)計打下基礎(chǔ)。 課程的目的是提供基本方法，開闊思路，便于學習者運用它。根據(jù)實際要求分析比較各種機構(gòu)的優(yōu)缺點，合理地選擇機構(gòu)，構(gòu)思并設(shè)計基本機構(gòu)和機械系統(tǒng)。,例如，以下幾種機構(gòu)(齒輪、凸輪、連桿機構(gòu)）可以實現(xiàn)直線運動，什么情況下用哪種機構(gòu)更好些，這要由設(shè)計者進行創(chuàng)造性運用。,48,四、更新觀念,發(fā)展機械學科,當今機械學學科的發(fā)展已離不開計算機的計算技術(shù)， 在學習過程中，要充分利用機構(gòu)分析與計算機快速計