上海交大809考研机械原理与设计课件第1章绪论.ppt

1、1.1 1.1 内容提要及基本概念内容提要及基本概念1.2 1.2 本章重点、难点本章重点、难点第一章第一章 绪绪 论论1.1 1.1 内容提要及基本概念内容提要及基本概念 机机械械原原理理又又称称机机器器理理论论与与机机构构学学。是是机机械械工工程程各各专专业业的的一一门门重重要要的的技技术术基基础础课课程程。本本课课程程的的理理论论知知识识对对于于机机械械的的设设计计、制制造造、运运行行、维维修修等等方方面面具具有有十分重要的作用。十分重要的作用。1.1.1 内容提要内容提要 机械原理的研究对象机械原理的研究对象 机械设计概述机械设计概述 机械原理课程的地位和作用机械原理课程的地位和作用

2、机械原理学科发展动向机械原理学科发展动向 1.机械原理的研究对象机械原理的研究对象 1）研究对象是机械）研究对象是机械.机械。机械是机构与机器的总称。机械。机械是机构与机器的总称。机构的定义机构的定义:把一个或几个构件的运动变换成其他构件所需的具有确定运把一个或几个构件的运动变换成其他构件所需的具有确定运 动的构件系统动的构件系统。常常用用的的机机构构包包括括连连杆杆机机构构、凸凸轮轮机机构构、齿齿轮轮机机构构、齿齿轮轮系系、间间歇歇运运动动机机构构、螺旋机构、万向联轴器等。机构种类有限。螺旋机构、万向联轴器等。机构种类有限。本章内容包括本章内容包括连杆机构连杆机构 齿轮机构齿轮机构 凸轮机构

3、凸轮机构机器的定义机器的定义：由人为物体组成的具有确定机械运动的装置，完成一定的工作由人为物体组成的具有确定机械运动的装置，完成一定的工作 过程，以代替人类的劳动。过程，以代替人类的劳动。实例：实例：缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。机机器器与与机机构构之之间间的的关关系系机机器器是是由由机机构构组组成成的的。例例如如图图示示单单缸缸内内燃燃机机中中就就包含了三种常用机构：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构。包含了三种常用机构：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构。机构的作用机构的作用：一是用来将一种运动形式（如旋转）变换成另外一

4、种运动形式，一是用来将一种运动形式（如旋转）变换成另外一种运动形式，二是用来传递动力。二是用来传递动力。机器的作用机器的作用：代替或减轻人类劳动，或将一种能量形式转换成另一种形式。：代替或减轻人类劳动，或将一种能量形式转换成另一种形式。随着科学技术的发展，机器的内涵在不断变化。但是，机器完成运动随着科学技术的发展，机器的内涵在不断变化。但是，机器完成运动变换和动力传递或转换的本质属性不会改变。现代科技在机器中的应用，变换和动力传递或转换的本质属性不会改变。现代科技在机器中的应用，只是使机器具有信息化、智能化和柔性化。只是使机器具有信息化、智能化和柔性化。3）机器的组成）机器的组成动力机器动力机

5、器完成能量的转换完成能量的转换 工作机器工作机器完成有用的机械功或搬运物品完成有用的机械功或搬运物品 信息机器信息机器完成信息的传递和变换完成信息的传递和变换机器的机器的类别类别2）机器的类别和功用）机器的类别和功用 其中实现机械运动的执行机构系统是机器的核心，机器中各个机构通其中实现机械运动的执行机构系统是机器的核心，机器中各个机构通过有序的运动和动力传递来最终实现功能变换，完成工作过程。机器中的过有序的运动和动力传递来最终实现功能变换，完成工作过程。机器中的运动单元体称为构件。因此，机构是把一个或几个构件的运动，变换成其运动单元体称为构件。因此，机构是把一个或几个构件的运动，变换成其他构件

6、所需的具有确定运动的构件系统。他构件所需的具有确定运动的构件系统。控制系统控制系统信息测量和处理系统信息测量和处理系统由计算机来完成由计算机来完成动力部分动力部分传动部分及执行机构系统传动部分及执行机构系统完成工作过程完成工作过程机器的机器的组成组成潘存云教授研制控制器控制器(控制部分控制部分)电动机电动机(原动部分原动部分)减速器减速器(传动部分传动部分)波轮波轮(工作部分工作部分)分析自动洗衣机的组成：分析自动洗衣机的组成：潘存云教授研制带带(传动部分传动部分)2.机械设计概述机械设计概述 不了解机械设计的进程和内容，就不能深不了解机械设计的进程和内容，就不能深刻理解机械原理课程的作用及其

7、重要性。刻理解机械原理课程的作用及其重要性。1）机械设计的一般进程）机械设计的一般进程 一般而言，机械产品的研制过程包括设计、一般而言，机械产品的研制过程包括设计、制造、试验，定型等环节。其中机械设计阶段制造、试验，定型等环节。其中机械设计阶段又包括以下四个进程：又包括以下四个进程：产品规划产品规划根据市场需求确定产品设计要求。根据市场需求确定产品设计要求。方案设计方案设计产品设计的关键。主要完成机械产品设计的关键。主要完成机械运动方案的设计，本课程将为方案设计提供设运动方案的设计，本课程将为方案设计提供设计理论与方法。计理论与方法。详细设计详细设计将机械运动方案设计结果将机械运动方案设计结果

8、运运动简图具体化为机器及零部件的合理结构。它动简图具体化为机器及零部件的合理结构。它对产品的技术性能和经济指标有直接影响。该对产品的技术性能和经济指标有直接影响。该步骤涉及机械设计、材料力学等课程的内容。步骤涉及机械设计、材料力学等课程的内容。详细设计详细设计方案设计方案设计产品规划产品规划改进设计改进设计产品定型产品定型运行试验运行试验加工制造加工制造改进设计改进设计对试验或使用过程中发现的问题进行改进，使产品性能日益完善。对试验或使用过程中发现的问题进行改进，使产品性能日益完善。2 2）机械运动方案设计的主要内容）机械运动方案设计的主要内容 机械运动简图的类型综合。机械运动简图的类型综合。

9、通常称为机构选型，即根据机械所要完成的一系列执行动作选择适宜的执行通常称为机构选型，即根据机械所要完成的一系列执行动作选择适宜的执行机构类型，组合成完整的机械系统。机构类型，组合成完整的机械系统。机械运动简图的尺度综合。机械运动简图的尺度综合。确定机构各部分的尺寸参数，以使机械能完成预定的执行动作，必要时，还确定机构各部分的尺寸参数，以使机械能完成预定的执行动作，必要时，还可以改变机构的类型。可以改变机构的类型。3 3）机电一体化技术在机械运动方案设计中的应用）机电一体化技术在机械运动方案设计中的应用 随着机电一体化技术的不断发展和广泛采用，一方面，使机械的性能得到极随着机电一体化技术的不断发

10、展和广泛采用，一方面，使机械的性能得到极大提高，另一方面，又大大简化了机械传动系统。因此，现代机械设计应该尽大提高，另一方面，又大大简化了机械传动系统。因此，现代机械设计应该尽可能采用机电一体化技术。可能采用机电一体化技术。3.3.机械原理课程的地位和作用机械原理课程的地位和作用 1 1）课程的地位和作用）课程的地位和作用 机械原理是研究机构和机械运动简图设计的一门重要技术基础课程，其机械原理是研究机构和机械运动简图设计的一门重要技术基础课程，其任务主要是使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技任务主要是使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能。培养学生初步拟

11、定机械系统运动方案、分析和设计基本机构的能力。能。培养学生初步拟定机械系统运动方案、分析和设计基本机构的能力。2 2）课程的主要内容）课程的主要内容 机械原理课程主要包括以下内容：机械原理课程主要包括以下内容：机构的组成原理和类型综合。机构的组成原理和类型综合。典型机构的设计。典型机构的设计。机械系统的设计。机械系统的设计。机械动力学。机械动力学。3）本课程的学习方法）本课程的学习方法 掌握各种典型机构的结构、分析和设计方法。掌握各种典型机构的结构、分析和设计方法。掌握机械运动简图的画法，并习惯用简图来认识机构和机器。掌握机械运动简图的画法，并习惯用简图来认识机构和机器。深刻理解课程中的基本概

12、念。深刻理解课程中的基本概念。掌握本课程的基本研究方法，如杆组法、转换机架法、机构演化法、掌握本课程的基本研究方法，如杆组法、转换机架法、机构演化法、等效法等。等效法等。善于将前后内容联系，融会贯通。善于将前后内容联系，融会贯通。复习有关例题，归纳总结解题思路。复习有关例题，归纳总结解题思路。应用领域扩大应用领域扩大上天上天(太空探险太空探险)、入地、入地(水平钻探水平钻探)、下海、下海(深海勘深海勘探、打捞作业探、打捞作业)、甚至钻入人体内、甚至钻入人体内(血管清理血管清理)与其他学科的交叉渗透作用增强与其他学科的交叉渗透作用增强与电子工程、计算机科学、控与电子工程、计算机科学、控制工程、材

13、料科学、生物医学等相互渗透，诞生了若干新学科。如制工程、材料科学、生物医学等相互渗透，诞生了若干新学科。如机械电子学、仿生机械学、机器人机械学、机械机械电子学、仿生机械学、机器人机械学、机械CAD CAD 新机构不断涌现新机构不断涌现如自控机构、机器人机构、仿生机构、柔性及如自控机构、机器人机构、仿生机构、柔性及弹性机构、机电气液综合机构等弹性机构、机电气液综合机构等注重机械的动力性能注重机械的动力性能在机械分析与综合时，由只考虑运动性能在机械分析与综合时，由只考虑运动性能过渡到同时考虑其动力性能过渡到同时考虑其动力性能机械原机械原理学科理学科的发展的发展4.机械原理学科的发展机械原理学科的发

14、展多种星际探测器多种星际探测器神舟六号载人飞船神舟六号载人飞船和和平平号号空空间间站站国国际际空空间间站站空中客车空中客车A380的最大载的最大载客量为客量为840人，最大航程人，最大航程16,000 km，是目前全球是目前全球载客量最大的飞机。载客量最大的飞机。波音波音777-200LR客机的载客机的载客量为客量为301人，最大飞行人，最大飞行距离为距离为17,500 km，是目是目前世界上航程最远的客机。前世界上航程最远的客机。深井钻探设备深井钻探设备沙漠石油钻探作业沙漠石油钻探作业定向钻井是一种新技术，可不用移动井架就能实现远距离水平钻探。定向钻井是一种新技术，可不用移动井架就能实现远距

15、离水平钻探。海洋石油海洋石油钻探平台钻探平台海海底底探探索索救助打捞救助打捞人体器官内的微型机器人人体器官内的微型机器人医疗医疗机器机器人正人正辅助辅助心脏心脏病手病手术术形形色色的水下机器人形形色色的水下机器人60006000米水下机器人米水下机器人5.机械原理学科的发展动向机械原理学科的发展动向1 1）机构的结构理论）机构的结构理论 由于机器人、步行机、人工假肢和新型机器的发展需要，以及机器的动由于机器人、步行机、人工假肢和新型机器的发展需要，以及机器的动力源日益广泛采用液压与气动，因此近年来对多自由度、多闭环的多杆平面力源日益广泛采用液压与气动，因此近年来对多自由度、多闭环的多杆平面连杆

16、机构以及开式运动链的结构理论有了较多的研究。连杆机构以及开式运动链的结构理论有了较多的研究。同时，由于空间连杆机构应用日益广泛，对于空间连杆机构的公共约束同时，由于空间连杆机构应用日益广泛，对于空间连杆机构的公共约束和过约束等问题也作了很多研究。在机构的结构理论研究中，近年来采用了和过约束等问题也作了很多研究。在机构的结构理论研究中，近年来采用了图论、网络分析、线性几何学、螺旋坐标等各种工程数学方法。利用计算机图论、网络分析、线性几何学、螺旋坐标等各种工程数学方法。利用计算机系统地研究机构的机构类型及运动自由度问题也日益普遍。系统地研究机构的机构类型及运动自由度问题也日益普遍。为了创造和设计出更好的机构，开展机构创新方法的研究已得到大家的为了创造和设计出更好的机构，开展机构创新方法的研究已得到大家的重视。为了深入研究机械运动简图设计理论和方法，机构分类方法、结构类重视。为了深入研究机械运动简图设计理论和方法，机构分类方法、结构类型知识库建立和机构选型的研究也日益受到重视。为了广泛应用机电一体化型知识库建立和机构选型的研究也日益受到重视。为了广泛应用机电一体化技术，开展包括液压、气动、电