機械原理第一章緒論

1、機機 械械 原原 理理Theory of Machines and Mechanisms參考學習資料v 機械原理機械原理，孫桓等主編，高等教育出版社（第七，孫桓等主編，高等教育出版社（第七版），版），1997年年 v 機械原理學習指導書機械原理學習指導書，鄭文緯等編，高等教育出版，鄭文緯等編，高等教育出版社，社，1992年年 v 全國機械原理、機械設(shè)計教學網(wǎng)站全國機械原理、機械設(shè)計教學網(wǎng)站 ： http:/- 重慶大學重慶大學機械原理機械原理國家精品課程：國家精品課程： 1/China_2004_jxsj/index.htmv 西北工業(yè)大學西北工業(yè)大學機械

2、原理機械原理國家精品課程：國家精品課程： http:/ 其余的哈爾濱工業(yè)大學、清華大學、北京科技大學、其余的哈爾濱工業(yè)大學、清華大學、北京科技大學、 西南交通大學的西南交通大學的機械原理機械原理精品課程自行在網(wǎng)上搜索。精品課程自行在網(wǎng)上搜索。第一章第一章 緒緒 論論1-1 機械發(fā)展的歷史機械發(fā)展的歷史 1-2 機械原理的研究對象及內(nèi)容機械原理的研究對象及內(nèi)容1-3 機械原理課程的地位及學習課程的目的機械原理課程的地位及學習課程的目的1-4 機械原理學科的發(fā)展趨勢機械原理學科的發(fā)展趨勢1-5 學習本課程之方法學習本課程之方法 思考題思考題1-1 機械發(fā)展的歷史機械發(fā)展的歷史v機械是人類用以轉(zhuǎn)換能

3、量和借以減輕體力勞動、機械是人類用以轉(zhuǎn)換能量和借以減輕體力勞動、提高生產(chǎn)率的主要工具。提高生產(chǎn)率的主要工具。機械工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱工業(yè)之一；機械工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱工業(yè)之一；機械工業(yè)是社會生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標志。機械工業(yè)是社會生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標志。 當今社會高度的物質(zhì)文明是以近代機械工業(yè)當今社會高度的物質(zhì)文明是以近代機械工業(yè)的飛速發(fā)展為基礎(chǔ)建立起來的，人類生活的不斷的飛速發(fā)展為基礎(chǔ)建立起來的，人類生活的不斷改善也與機械工業(yè)的發(fā)展緊密相連。改善也與機械工業(yè)的發(fā)展緊密相連。一一. .古代機械古代機械 五千年前已開始使用簡單的紡織機械；晉朝連機椎和五千年前已開始使用簡單的紡織機械；晉朝連機椎

4、和水碾中應(yīng)用了凸輪原理；西漢時應(yīng)用輪系傳動原理制成了水碾中應(yīng)用了凸輪原理；西漢時應(yīng)用輪系傳動原理制成了指南車和記里鼓車；東漢張衡發(fā)明的候風地動儀是世界上指南車和記里鼓車；東漢張衡發(fā)明的候風地動儀是世界上第一臺地震儀。目前許多機械中仍在采用的青銅軸瓦和金第一臺地震儀。目前許多機械中仍在采用的青銅軸瓦和金屬人字圓柱齒輪，在我漢年代的文物中都可以找到它們的屬人字圓柱齒輪，在我漢年代的文物中都可以找到它們的原始形態(tài)。原始形態(tài)。 二二. .近代機械近代機械 18 18世紀初以蒸汽機的出現(xiàn)為代表產(chǎn)生了第一世紀初以蒸汽機的出現(xiàn)為代表產(chǎn)生了第一次產(chǎn)業(yè)革命，人們開始設(shè)計制造各種各樣的機次產(chǎn)業(yè)革命，人們開始設(shè)計制

5、造各種各樣的機械，例如紡織機、火車、汽輪船。械，例如紡織機、火車、汽輪船。哈格里沃斯發(fā)明哈格里沃斯發(fā)明的的“珍妮紡紗機珍妮紡紗機”法國陸軍技術(shù)軍官古諾發(fā)明法國陸軍技術(shù)軍官古諾發(fā)明了世界上第一輛蒸汽動力車了世界上第一輛蒸汽動力車19世紀到世紀到20世紀初的第二次產(chǎn)業(yè)革命，隨著世紀初的第二次產(chǎn)業(yè)革命，隨著內(nèi)燃機的出現(xiàn)，促進了汽車、飛機等運輸工具的內(nèi)燃機的出現(xiàn)，促進了汽車、飛機等運輸工具的出現(xiàn)和發(fā)展。出現(xiàn)和發(fā)展。1898年問世的年問世的“雷諾雷諾”牌汽車牌汽車“圣路易斯精神圣路易斯精神”號飛機號飛機1927年美國人林德伯格駕駛著它完成了人年美國人林德伯格駕駛著它完成了人類首次不著陸飛越大西洋的壯舉。

6、類首次不著陸飛越大西洋的壯舉。三三. .現(xiàn)代機械現(xiàn)代機械 2020世紀中后期，以機電一體化技術(shù)為代表，在機器世紀中后期，以機電一體化技術(shù)為代表，在機器人，航空航天，海洋艦船等領(lǐng)域開發(fā)出了眾多高新機械人，航空航天，海洋艦船等領(lǐng)域開發(fā)出了眾多高新機械產(chǎn)品，如火箭、衛(wèi)星、宇宙飛船、空間站、航空母艦、產(chǎn)品，如火箭、衛(wèi)星、宇宙飛船、空間站、航空母艦、深海探測器等深海探測器等國際太空站國際太空站航天飛機正在利用機械臂施放哈航天飛機正在利用機械臂施放哈勃空間望遠鏡勃空間望遠鏡 21 21世紀，機械學科在迅猛發(fā)展世紀，機械學科在迅猛發(fā)展, , 新概念、新理論、新新概念、新理論、新方法、新工藝不斷涌現(xiàn)。智能機械

7、、微型機構(gòu)、仿生機方法、新工藝不斷涌現(xiàn)。智能機械、微型機構(gòu)、仿生機械的蓬勃發(fā)展，將促進材料、信息、計算機技術(shù)、自動械的蓬勃發(fā)展，將促進材料、信息、計算機技術(shù)、自動化等領(lǐng)域的交叉與融合，進一步豐富和發(fā)展機械基礎(chǔ)學化等領(lǐng)域的交叉與融合，進一步豐富和發(fā)展機械基礎(chǔ)學科知識?？浦R。用光刻技術(shù)做成的用光刻技術(shù)做成的微米尺寸的微機械微米尺寸的微機械蜘蛛形探雷機器人蜘蛛形探雷機器人仿生智能機械仿生智能機械有關(guān)機械的幾個問題有關(guān)機械的幾個問題 機械科學與技術(shù)發(fā)展或許是我們限定思維所難展望機械科學與技術(shù)發(fā)展或許是我們限定思維所難展望的，但人們在機械創(chuàng)新的漫漫征程中所積累的機械設(shè)計的，但人們在機械創(chuàng)新的漫漫征程中

8、所積累的機械設(shè)計基礎(chǔ)知識為我們提供了認識和改造客觀世界的基礎(chǔ)?；A(chǔ)知識為我們提供了認識和改造客觀世界的基礎(chǔ)。 由此引出幾個問題：由此引出幾個問題： 什么是機械？其含義包括哪些？什么是機械？其含義包括哪些？ 各行各業(yè)的機器組成有沒有共同的特點？各行各業(yè)的機器組成有沒有共同的特點？ 能否進行總結(jié)？能否進行總結(jié)？ 其共同特征或者共同之處在何處？其共同特征或者共同之處在何處？ 能否進行專門研究？能否進行專門研究？ 機械原理課程授課目的是什么？機械原理課程授課目的是什么？ 未來發(fā)展趨勢是什么？未來發(fā)展趨勢是什么？1-2 1-2 機械原理的研究對象及內(nèi)容機械原理的研究對象及內(nèi)容1研究對象 機構(gòu) 是指一種用

9、來傳遞與變換 運動和力的可動裝置。機器 是指一種執(zhí)行機械運動 裝置，可用來變換和傳 遞能量、物料和信息。機械 是機構(gòu)和機器的總稱。機械應(yīng)用實例機械應(yīng)用實例仿生機械仿生機械 機機 車車飛飛 機機汽汽 車車船船 舶舶內(nèi)燃機內(nèi)燃機工件自動裝卸裝置工件自動裝卸裝置工業(yè)機器人工業(yè)機器人內(nèi)燃機內(nèi)燃機活塞的往復(fù)運動通過連桿變位曲軸的連續(xù)活塞的往復(fù)運動通過連桿變位曲軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動，凸輪和頂桿用來啟閉進氣閥和排氣閥；凸輪和頂桿用來啟閉進氣閥和排氣閥；兩個齒輪用來保證進、排氣閥與活塞之兩個齒輪用來保證進、排氣閥與活塞之間形成協(xié)調(diào)動作，間形成協(xié)調(diào)動作，各部分協(xié)調(diào)動作的結(jié)果，就將燃料中化各部分協(xié)調(diào)動作的結(jié)果，就將

10、燃料中化學能轉(zhuǎn)化為曲軸旋轉(zhuǎn)的機械能。學能轉(zhuǎn)化為曲軸旋轉(zhuǎn)的機械能。該組合體稱為：該組合體稱為：曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)稱為：稱為：凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)稱為：稱為：齒輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)內(nèi)燃機內(nèi)燃機 汽車是指能自帶能源的機動輪式無軌車輛，它是使用最廣泛的交通運輸工具。按運輸對象汽車可分為客運汽車和貨運汽車(簡稱貨車)兩大類汽汽 車車機機 車車蒸汽機車內(nèi)燃機車電力機車磁懸浮機車 船舶是指能航行或停泊于水域進行運輸或作業(yè)工具，在國防、船舶是指能航行或停泊于水域進行運輸或作業(yè)工具，在國防、 國民經(jīng)濟和海洋開發(fā)等方面都占有十分重要的地位。國民經(jīng)濟和海洋開發(fā)等方面都占有十分重要的地位。 船舶經(jīng)歷了獨木舟和木板船時代，

11、船舶經(jīng)歷了獨木舟和木板船時代，18791879年世界上第一艘鋼船問世后，又開年世界上第一艘鋼船問世后，又開始了以鋼船為主的時代。船舶的推進也始了以鋼船為主的時代。船舶的推進也由由1919世紀的依世紀的依 靠人力、畜力和風力靠人力、畜力和風力( (即即撐篙、劃槳、搖櫓、拉纖和風帆撐篙、劃槳、搖櫓、拉纖和風帆) )發(fā)展發(fā)展到使用機器驅(qū)動。到使用機器驅(qū)動。 船船 舶舶飛飛 機機 電動機電動機工件自動載送裝置工件自動載送裝置含帶傳動機構(gòu)、蝸含帶傳動機構(gòu)、蝸桿傳動、凸輪機構(gòu)、桿傳動、凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)等。連桿機構(gòu)等。動爪動爪定爪定爪裝配夾具裝配夾具工件載送器工件載送器滑桿滑桿檔塊檔塊凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)蝸桿

12、傳動蝸桿傳動帶傳動帶傳動連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)工件工件滑桿左移時，夾滑桿左移時，夾持器將工件夾住。持器將工件夾住?；瑮U帶著工件右移時，滑桿帶著工件右移時，夾持器動爪受擋塊的夾持器動爪受擋塊的壓迫將工件松開，工壓迫將工件松開，工件落入載送器被傳送件落入載送器被傳送到下一道工序到下一道工序動畫演示動畫演示焊接機器人 焊接機器人（把弧焊與點焊機器人作為負載不同的一個系列機器人，可兼作弧焊、點焊、搬運、裝配、切割作業(yè)）產(chǎn)品的標準化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計。 弧焊機器人用激光視覺焊縫跟蹤裝置的開發(fā)：激光發(fā)射器的選用，CCD成象系統(tǒng)，視覺圖象處理技術(shù)，視覺跟蹤與機器人協(xié)調(diào)控制。 是指一種執(zhí)行機械運動裝置，可

13、用來變換和傳遞能量、物料和信息。 （1）機構(gòu)機構(gòu)和機器的概念機構(gòu)和機器的概念是指一種用來傳遞與變換運動和力的可動裝置。如常見的機構(gòu)有帶傳動機構(gòu)、鏈傳動機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)等等。機構(gòu)（2）機器機器 由實例可看出，各種機器的主要組成部分都是各種機構(gòu)。所以可以說，機器乃是一種可用來變換或傳遞能量、物料與信息的機構(gòu)組合體。（3）機器的結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)的機器由如下三個部分組成：原動部分傳動部分執(zhí)行部分現(xiàn)代機器一般由如下四個部分組成：控制部分原動部分傳動部分執(zhí)行部分1） 機構(gòu)的組成及其自由度的計算2） 機構(gòu)的運動分析3）機構(gòu)的力分析和機器動力學分析5）機構(gòu)的選型與組合*4）常用機構(gòu)的分析

14、與設(shè)計2研究內(nèi)容1-3 1-3 機械原理課程的地位及學習目的機械原理課程的地位及學習目的 機械工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)機械工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ) 運動方案的設(shè)計和更新直接影響機械產(chǎn)品或設(shè)備設(shè)運動方案的設(shè)計和更新直接影響機械產(chǎn)品或設(shè)備設(shè)計的成敗、優(yōu)劣以及生產(chǎn)效率的提高計的成敗、優(yōu)劣以及生產(chǎn)效率的提高 產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)過程中最關(guān)鍵、最難的便是功能原產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)過程中最關(guān)鍵、最難的便是功能原理創(chuàng)新理創(chuàng)新基礎(chǔ)課程基礎(chǔ)課程技術(shù)基礎(chǔ)課程技術(shù)基礎(chǔ)課程專業(yè)課程專業(yè)課程機械原理機械原理更接近工程實際更接近工程實際知識面更寬、適應(yīng)性更廣知識面更寬、適應(yīng)性更廣機械原理教學的總目標：機械原理教學的總目標：v 培養(yǎng)學生在信息

15、技術(shù)時代條件下的綜合設(shè)計能力、創(chuàng)培養(yǎng)學生在信息技術(shù)時代條件下的綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新設(shè)計能力和工程實踐能力。新設(shè)計能力和工程實踐能力。v 強調(diào)工程教育的科學化，著眼于培養(yǎng)站得高、看得遠，強調(diào)工程教育的科學化，著眼于培養(yǎng)站得高、看得遠，能進行總體策劃和系統(tǒng)設(shè)計、主持產(chǎn)品設(shè)計的工程大能進行總體策劃和系統(tǒng)設(shè)計、主持產(chǎn)品設(shè)計的工程大師。師。機械圖示基礎(chǔ)機械圖示基礎(chǔ) Engineering Graphics Representation 為學習機械設(shè)計和機械類有關(guān)專業(yè)課以及掌握新的為學習機械設(shè)計和機械類有關(guān)專業(yè)課以及掌握新的科學技術(shù)打好工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)科學技術(shù)打好工程技術(shù)的理論基礎(chǔ) 通過本課程的學習，可為

16、今后學習機械設(shè)計、機床通過本課程的學習，可為今后學習機械設(shè)計、機床夾具設(shè)計、機床、機械制造工藝學等專業(yè)課程打下基礎(chǔ)夾具設(shè)計、機床、機械制造工藝學等專業(yè)課程打下基礎(chǔ) 為機械的合理使用和革新改造打好良好基礎(chǔ)為機械的合理使用和革新改造打好良好基礎(chǔ) 為產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計奠定基礎(chǔ)為產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計奠定基礎(chǔ)學習目的學習目的一般工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計需要經(jīng)過幾個階段一般工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計需要經(jīng)過幾個階段:1)1)用戶提出設(shè)計任務(wù)用戶提出設(shè)計任務(wù)2)2)明確設(shè)計任務(wù)明確設(shè)計任務(wù)3)3)總體方案設(shè)計總體方案設(shè)計4)4)機構(gòu)尺寸綜合機構(gòu)尺寸綜合本課程本課程解決的解決的問題問題5)5)零部件設(shè)計零部件設(shè)計6)6)工藝設(shè)計和制造工藝設(shè)

17、計和制造7)7)樣機裝配和調(diào)試樣機裝配和調(diào)試8)8)鑒定和投產(chǎn)鑒定和投產(chǎn)（1 1）平面、空間機構(gòu)的分析與綜合）平面、空間機構(gòu)的分析與綜合（2 2）機器人機構(gòu)）機器人機構(gòu)（3 3）齒輪及傳動）齒輪及傳動（4 4）計算機輔助設(shè)計與優(yōu)化方法）計算機輔助設(shè)計與優(yōu)化方法（5 5）機械系統(tǒng)動力學）機械系統(tǒng)動力學（6 6）機電一體化技術(shù)與方法）機電一體化技術(shù)與方法（7 7）微型機械）微型機械 1-4 1-4 機械原理學科的發(fā)展趨勢機械原理學科的發(fā)展趨勢1-5 1-5 學習本課程之方法學習本課程之方法&方法總論方法總論: : What I hear, I forget; What I see, I r

18、emember; What I do, I understand.&學習方法：學習方法： 掌握本課程的特點掌握本課程的特點 注重理論聯(lián)系實際注重理論聯(lián)系實際 初步建立工程觀點初步建立工程觀點 認真對待教學的每一個環(huán)節(jié)認真對待教學的每一個環(huán)節(jié)掌握本課程的特點掌握本課程的特點 本課程是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，其最顯著的特本課程是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，其最顯著的特點是基礎(chǔ)理論與工程實際的結(jié)合。要用到物理、點是基礎(chǔ)理論與工程實際的結(jié)合。要用到物理、數(shù)學、力學、機械制圖和工程材料及機械制造數(shù)學、力學、機械制圖和工程材料及機械制造基礎(chǔ)等先修課程的知識，尤其是理論力學的知基礎(chǔ)等先修課程的知識，尤其是理論力學的知識

19、。但并不是這些課程的簡單重復(fù)，我們要做識。但并不是這些課程的簡單重復(fù)，我們要做的就是如何應(yīng)用所學的知識解決工程實際中所的就是如何應(yīng)用所學的知識解決工程實際中所遇到的問題。遇到的問題。 所以本課程的學習不同于理論課程的學習，所以本課程的學習不同于理論課程的學習，也不同于專業(yè)課，而具有一定的理論系統(tǒng)性及也不同于專業(yè)課，而具有一定的理論系統(tǒng)性及邏輯性和較強的工程實踐性的特點。因此，在邏輯性和較強的工程實踐性的特點。因此，在學習本課程時應(yīng)注意掌握基本的概念、原理及學習本課程時應(yīng)注意掌握基本的概念、原理及機構(gòu)的分析與綜合的方法。機構(gòu)的分析與綜合的方法。注重理論聯(lián)系實際注重理論聯(lián)系實際 本課程并不是研究某

20、種具體的機械，而是著本課程并不是研究某種具體的機械，而是著重研究一般機械的共性問題，即機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析重研究一般機械的共性問題，即機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和綜合的基本理論和基本的方法。這些基本理論和綜合的基本理論和基本的方法。這些基本理論和方法是緊密為工程服務(wù)的。因此，在本課程的和方法是緊密為工程服務(wù)的。因此，在本課程的學習過程中，學習過程中，一方面要注意這些理論和方法在理一方面要注意這些理論和方法在理論上建立和推演的嚴密性和邏輯性，另一方面更論上建立和推演的嚴密性和邏輯性，另一方面更要注意這些理論和方法如何在工程實際中的應(yīng)用。要注意這些理論和方法如何在工程實際中的應(yīng)用。此外還應(yīng)隨時留意日常生活和生產(chǎn)中遇

21、到的各種此外還應(yīng)隨時留意日常生活和生產(chǎn)中遇到的各種機械，以豐富自己的感性認識；并用所學到的理機械，以豐富自己的感性認識；并用所學到的理論和方法認識分析這些機械，以加深理解，使理論和方法認識分析這些機械，以加深理解，使理論和實踐相互促進。論和實踐相互促進。初步建立工程觀點初步建立工程觀點 本課程要用到很多與工程有關(guān)的名詞、符合、本課程要用到很多與工程有關(guān)的名詞、符合、公式、標準及參數(shù)和對機械研究的一些常用的簡公式、標準及參數(shù)和對機械研究的一些常用的簡化方法，如倒置、反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)化、當量、等效、代化方法，如倒置、反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)化、當量、等效、代換等等。在機構(gòu)分析與綜合中，除解析法外還有換等等。在機構(gòu)分析與綜合中，除解析法外還有實驗法以及試湊法等一些工程中實用的方法。因?qū)嶒灧ㄒ约霸嚋惙ǖ纫恍┕こ讨袑嵱玫姆椒?。因此在學習時，此在學習時，對名詞應(yīng)正確理解其含義對名詞應(yīng)正確理解其含義，對公式對公式應(yīng)著重于應(yīng)用應(yīng)著重于應(yīng)用，而對方法則著重掌握其