機械的組成分類與發(fā)展

1、 機械原理與機械設(shè)計機械原理與機械設(shè)計 Theory and Design of Mechanisms and Machines第一章第一章機械的組成、分類與發(fā)展機械的組成、分類與發(fā)展 內(nèi)容提要q 認識機器認識機器q 機器的分類和組成機器的分類和組成q 機械發(fā)展歷程概述機械發(fā)展歷程概述 第一節(jié)第一節(jié) 認識機器認識機器 以下為幾種典型機器：以下為幾種典型機器：內(nèi)燃機內(nèi)燃機 牛頭刨床牛頭刨床 汽汽 車車電池自動分揀機電池自動分揀機 通用工業(yè)機器人通用工業(yè)機器人第二節(jié)第二節(jié) 機器的分類和組成機器的分類和組成 機器和它的分類機器和它的分類機器的組成機器的組成機器中的幾個基本概念機器中的幾個基本概念返回

2、返回什么是什么是機器機器呢？呢？機器和它的分類機器和它的分類 機器：機器： 是人為實物的組合體，是人為實物的組合體， 具有確定的機械運動，具有確定的機械運動， 可以用來轉(zhuǎn)換能量、可以用來轉(zhuǎn)換能量、 完成有用功完成有用功 或處理信息，或處理信息， 以代替或減輕人的勞動。以代替或減輕人的勞動。根據(jù)用途的不同，根據(jù)用途的不同，機器可分為機器可分為動力機器動力機器加工機器加工機器運輸機器運輸機器信息機器信息機器動力機器其用途是轉(zhuǎn)換機械能。其用途是轉(zhuǎn)換機械能。其他形式的能量其他形式的能量機械能機械能原動機原動機如蒸汽機、內(nèi)燃機、電動機如蒸汽機、內(nèi)燃機、電動機換能機換能機機械能機械能其他形式的能量其他形式

3、的能量返回返回如空氣壓縮機如空氣壓縮機加工機器尺寸尺寸形狀形狀性質(zhì)性質(zhì)狀態(tài)狀態(tài)用來改變被用來改變被加工對象的加工對象的如如:加工機床加工機床軋鋼機軋鋼機紡織機紡織機包裝機等。包裝機等。返回返回運輸機器用來搬運物品和人。用來搬運物品和人。如汽車、飛機、起重機、運輸機。如汽車、飛機、起重機、運輸機。返回返回信息機器其功能是處理信息。其功能是處理信息。例如復(fù)印機、打印機、繪圖機等。例如復(fù)印機、打印機、繪圖機等。信息機器雖然也作機械運動，但其目的是處理信息，信息機器雖然也作機械運動，但其目的是處理信息，而不是完成有用的機械功，因而其所需的功率甚小。而不是完成有用的機械功，因而其所需的功率甚小。動力機器

4、動力機器加工機器加工機器運輸機器運輸機器信息機器信息機器轉(zhuǎn)換機械能轉(zhuǎn)換機械能完成機械功完成機械功作功很小作功很小現(xiàn)代機器的出現(xiàn)使機器按功能的分類變得現(xiàn)代機器的出現(xiàn)使機器按功能的分類變得模糊：模糊：機器人：進行焊接和裝配，是加工機器；進行焊接和裝配，是加工機器；用來搬運物品，也是運輸機械；用來搬運物品，也是運輸機械；而且是按照一定的信息來搬運；也是信息機械。而且是按照一定的信息來搬運；也是信息機械。電池分揀機：實現(xiàn)了電池的搬運，但它是根據(jù)電池的質(zhì)量信息實現(xiàn)了電池的搬運，但它是根據(jù)電池的質(zhì)量信息來進行分揀后的搬運。來進行分揀后的搬運。返回返回 機構(gòu) 在認知機器的實踐中，我們已經(jīng)初步在認知機器的實踐

5、中，我們已經(jīng)初步認識了幾種機構(gòu)：認識了幾種機構(gòu)： 機器中的幾個基本概念機器中的幾個基本概念什么是機構(gòu)呢？什么是機構(gòu)呢？ 連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、 棘輪機構(gòu)、螺旋機構(gòu)、齒輪機構(gòu)棘輪機構(gòu)、螺旋機構(gòu)、齒輪機構(gòu)內(nèi)燃機內(nèi)燃機連桿機構(gòu)活塞的往復(fù)移動活塞的往復(fù)移動曲軸的轉(zhuǎn)動曲軸的轉(zhuǎn)動牛頭刨床牛頭刨床圓盤的轉(zhuǎn)動圓盤的轉(zhuǎn)動滑枕的往復(fù)移動滑枕的往復(fù)移動連桿機構(gòu) 內(nèi)燃機和牛頭刨床中的連桿機構(gòu)的共內(nèi)燃機和牛頭刨床中的連桿機構(gòu)的共同點：同點： 構(gòu)件間都形成可相對轉(zhuǎn)動或相對移動構(gòu)件間都形成可相對轉(zhuǎn)動或相對移動的活動連接。的活動連接。 都是實現(xiàn)運動形式的變換。都是實現(xiàn)運動形式的變換。 它們都屬于連桿機構(gòu)。它

6、們都屬于連桿機構(gòu)。 凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和棘輪機構(gòu)實現(xiàn)凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和棘輪機構(gòu)實現(xiàn)的運動轉(zhuǎn)換與連桿機構(gòu)不同，構(gòu)件之的運動轉(zhuǎn)換與連桿機構(gòu)不同，構(gòu)件之間的連接形式也不同，構(gòu)件的形狀也間的連接形式也不同，構(gòu)件的形狀也不同。不同。因此，可給出機構(gòu)的如下定因此，可給出機構(gòu)的如下定義：義：機構(gòu)：機構(gòu)：人為實物的組合體，人為實物的組合體，具有確定的機械運動，具有確定的機械運動，可以用來傳遞和轉(zhuǎn)換運動?？梢杂脕韨鬟f和轉(zhuǎn)換運動。機器機器：人為實物的組合體，人為實物的組合體，具有確定的機械運動，具有確定的機械運動，可以用來轉(zhuǎn)換能量、可以用來轉(zhuǎn)換能量、 完成有用功完成有用功 或處理信息，或處理信息，以代替或減輕人

7、的勞動。以代替或減輕人的勞動。機器是由機構(gòu)組成的。機器是由機構(gòu)組成的。簡單的機器，可能只含有一個機構(gòu)簡單的機器，可能只含有一個機構(gòu), 但一般都含有但一般都含有多個機構(gòu)。多個機構(gòu)。機械機械: 機器和機構(gòu)的總稱機器和機構(gòu)的總稱。機器機器 機構(gòu)機構(gòu)機器中的單個機構(gòu)不具有轉(zhuǎn)換能量或完成有用功機器中的單個機構(gòu)不具有轉(zhuǎn)換能量或完成有用功的功能。的功能。在各種機械中廣泛使用的一些機構(gòu)稱為在各種機械中廣泛使用的一些機構(gòu)稱為常用機構(gòu)。常用機構(gòu)。如：如： 連桿機構(gòu)、連桿機構(gòu)、 凸輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、 齒輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、 間歇運動機構(gòu)。間歇運動機構(gòu)。常用機構(gòu)常用機構(gòu)我們已經(jīng)多次使用了我們已經(jīng)多次使用了“構(gòu)件構(gòu)件”這

8、個術(shù)語。這個術(shù)語?；钊?、連桿、曲軸、滑枕等都是構(gòu)件?；钊?、連桿、曲軸、滑枕等都是構(gòu)件。構(gòu)件是組成機構(gòu)的有確定運動的單元。構(gòu)件構(gòu)件是運動的單元，而零件是制造的單元構(gòu)件是運動的單元，而零件是制造的單元。構(gòu)件零件各種機械中廣泛使用的零件稱為各種機械中廣泛使用的零件稱為通用零件通用零件。如螺栓、軸、齒輪、彈簧等。如螺栓、軸、齒輪、彈簧等。只在某一類機械中使用的零件稱為只在某一類機械中使用的零件稱為專用零件專用零件。如內(nèi)燃機中的活塞、曲軸等。如內(nèi)燃機中的活塞、曲軸等。通用零件中主要包括三大類零件：通用零件中主要包括三大類零件：傳動零件傳動零件 （齒輪、帶、鏈等）（齒輪、帶、鏈等）聯(lián)接零件聯(lián)接零件 （螺栓

9、、鍵等）（螺栓、鍵等）軸系零件軸系零件 （軸、軸承等）（軸、軸承等）此外此外: 彈簧彈簧等零件。等零件。通用零件與專用零件返回返回 機器的組成機器的組成傳統(tǒng)機器傳統(tǒng)機器都包含如下三個部分：都包含如下三個部分：驅(qū)動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置常稱為原動機，是機器常稱為原動機，是機器的動力來源。的動力來源。常用：電動機、內(nèi)燃機常用：電動機、內(nèi)燃機、液壓缸和氣動缸，、液壓缸和氣動缸，以各種電動機的應(yīng)用最以各種電動機的應(yīng)用最為普遍。為普遍。處于整個傳動路線的終端，處于整個傳動路線的終端，按照工藝要求完成確定的運按照工藝要求完成確定的運動，是直接完成機器功能的動，是直接完成機器功能的部分。部分。執(zhí)行裝置隨機器的

10、用途不同執(zhí)行裝置隨機器的用途不同而不同，它屬于各種專業(yè)機而不同，它屬于各種專業(yè)機械課程研究的內(nèi)容。械課程研究的內(nèi)容。恩格斯恩格斯如牛頭刨床、空氣壓縮機如牛頭刨床、空氣壓縮機驅(qū)動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置將原動機的運動和動力傳遞給執(zhí)行裝置，將原動機的運動和動力傳遞給執(zhí)行裝置，并實現(xiàn)運動速度和運動形式的轉(zhuǎn)換。并實現(xiàn)運動速度和運動形式的轉(zhuǎn)換。運動速度的轉(zhuǎn)換運動速度的轉(zhuǎn)換運動形式的轉(zhuǎn)換運動形式的轉(zhuǎn)換 運動速度的轉(zhuǎn)換運動速度的轉(zhuǎn)換傳動裝置解決原動機速度和執(zhí)行裝置速度不匹配的問題。傳動裝置解決原動機速度和執(zhí)行裝置速度不匹配的問題。一般的普通交流電動機速度是固定的。一般的普通交流電動機速度是固定的。一般機器執(zhí)行部

11、分速度低于原動機的轉(zhuǎn)速一般機器執(zhí)行部分速度低于原動機的轉(zhuǎn)速,需要減速。需要減速。（也有相反的情況，需要增速）。（也有相反的情況，需要增速）。許多機器還需要執(zhí)行裝置有多種不同的速度。許多機器還需要執(zhí)行裝置有多種不同的速度。鼠籠式交流電動機的同步轉(zhuǎn)速（r/min）500 600750 10001500 3000帶、鏈傳動各種齒輪傳動減速器例如自行車鏈傳動例如汽車、機床的變速器運動形式的轉(zhuǎn)換運動形式的轉(zhuǎn)換機器執(zhí)行部分可能機器執(zhí)行部分可能有各種運動形式：有各種運動形式：一般的原動機一般的原動機作回轉(zhuǎn)運動作回轉(zhuǎn)運動變速回轉(zhuǎn)變速回轉(zhuǎn)往復(fù)擺動往復(fù)擺動往復(fù)移動往復(fù)移動間歇運動間歇運動特定軌跡特定軌跡轉(zhuǎn)換運動形

12、式轉(zhuǎn)換運動形式的各種機構(gòu)的各種機構(gòu) 間歇運動機構(gòu)間歇運動機構(gòu)連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)連桿機構(gòu)連桿機構(gòu) 隨著20世紀后半葉以來現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是控制理論的發(fā)展和計算機在工業(yè)上的應(yīng)用，機器的組成更復(fù)雜了。驅(qū)動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置控制裝置檢測伺服電機檢測伺服電機的輸出轉(zhuǎn)角的輸出轉(zhuǎn)角檢測執(zhí)行裝置檢測執(zhí)行裝置的運動輸出的運動輸出由程序給定由程序給定運動規(guī)律運動規(guī)律前饋控制反饋控制傳感器傳感器傳感器傳感器控制裝置的作用是控制機器控制裝置的作用是控制機器各部分的運動。各部分的運動。測量運動構(gòu)件真測量運動構(gòu)件真實運動情況，并實運動情況，并將測量結(jié)

13、果隨時將測量結(jié)果隨時反饋給控制系統(tǒng)反饋給控制系統(tǒng)發(fā)出指發(fā)出指令調(diào)節(jié)令調(diào)節(jié)伺服電伺服電機的運機的運動動驅(qū)動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置控制裝置驅(qū)動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置傳統(tǒng)機器現(xiàn)代機器普通車床普通車床牛頭刨床牛頭刨床空氣壓縮機空氣壓縮機起重機起重機掘土機掘土機皮帶運輸機皮帶運輸機機器人機器人數(shù)控機床數(shù)控機床心臟軀干，臂手腦眼返回返回第三節(jié)第三節(jié) 機械的發(fā)展歷程概述機械的發(fā)展歷程概述機械的發(fā)展歷程機械的發(fā)展歷程機械設(shè)計及理論的發(fā)展歷程機械設(shè)計及理論的發(fā)展歷程古古 代代 近近 代代 現(xiàn)現(xiàn) 代代簡單機械：杠桿、車輪、滑輪、斜面、螺旋等。簡單機械：杠桿、車輪、滑輪、斜面、螺旋等。公元前公元前3000年，在修建金字

14、塔的過程中，就使用了年，在修建金字塔的過程中，就使用了滾木來搬運巨石。滾木來搬運巨石。阿基米德用螺旋將水提升至高處，那就是今天的螺阿基米德用螺旋將水提升至高處，那就是今天的螺旋式輸送機的始祖。旋式輸送機的始祖。遠古時代公元一世紀 東漢“水排水排”用水力鼓風(fēng)煉鐵，其中應(yīng)用用水力鼓風(fēng)煉鐵，其中應(yīng)用了齒輪和連桿機構(gòu)了齒輪和連桿機構(gòu)古代中國 晉 代 “連連 磨磨”用一頭牛驅(qū)動八臺磨盤，用一頭牛驅(qū)動八臺磨盤，其中應(yīng)用了齒輪系。其中應(yīng)用了齒輪系。中世紀 歐洲 用腳踏板驅(qū)動的用腳踏板驅(qū)動的加工木棒的車床加工木棒的車床中世紀 歐洲 利用曲軸的研磨機利用曲軸的研磨機近 代： 18世紀中葉 20世紀中葉 動力的變

15、革動力的變革材料的變革材料的變革加工手段的變革加工手段的變革生產(chǎn)模式的變革生產(chǎn)模式的變革機構(gòu)與傳動的變革機構(gòu)與傳動的變革機械理論和設(shè)計方法的建立機械理論和設(shè)計方法的建立近代 動力的變革動力的變革1765年，瓦特（年，瓦特（Watt）發(fā)明了蒸汽機。）發(fā)明了蒸汽機。揭開了第一次工業(yè)革命的序幕。揭開了第一次工業(yè)革命的序幕。蒸汽機給人類帶來了強大的動力，各種由動力驅(qū)蒸汽機給人類帶來了強大的動力，各種由動力驅(qū)動的產(chǎn)業(yè)機械動的產(chǎn)業(yè)機械 紡織機、車床等，如雨后春筍般紡織機、車床等，如雨后春筍般出現(xiàn)。出現(xiàn)。古代機械的動力：人力、畜力和水力。古代機械的動力：人力、畜力和水力。動力制約了機械的發(fā)展。動力制約了機械

16、的發(fā)展。首先是動力的變革推動了機械的飛速發(fā)展和廣泛首先是動力的變革推動了機械的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。應(yīng)用。蒸汽機無法實現(xiàn)小型化，所以在當(dāng)時的工廠里采用集中驅(qū)動的方式。蒸汽機時代的紡織工廠蒸汽機時代的紡織工廠蒸汽機皮帶天軸皮帶生產(chǎn)機械 2皮帶生產(chǎn)機械 1皮帶生產(chǎn)機械 319世紀，第二次工業(yè)革命世紀，第二次工業(yè)革命電動機和內(nèi)燃機發(fā)明電動機和內(nèi)燃機發(fā)明為汽車、飛機的為汽車、飛機的出現(xiàn)提供了可能性。出現(xiàn)提供了可能性。電力代替了蒸汽。電力代替了蒸汽。集中驅(qū)動被拋棄了，集中驅(qū)動被拋棄了，每臺機器都安裝了獨每臺機器都安裝了獨立的電動機。立的電動機。 與此同時，戴姆勒也發(fā)明與此同時，戴姆勒也發(fā)明出了他的第一輛四

17、輪汽車。出了他的第一輛四輪汽車。 1886年，本茨發(fā)明的汽油發(fā)動年，本茨發(fā)明的汽油發(fā)動機為動力的三輪車被授予專利。機為動力的三輪車被授予專利。萊萊特特兄兄弟弟190319世紀中葉，發(fā)明了世紀中葉，發(fā)明了煉鋼法煉鋼法，從那時一直到現(xiàn)在，從那時一直到現(xiàn)在，鋼鐵始終是制造機械最主要的材料。鋼鐵始終是制造機械最主要的材料。18世紀末，現(xiàn)代世紀末，現(xiàn)代車床車床的雛形在英國問世的雛形在英國問世;19世紀中葉世紀中葉, 通用機床通用機床的各種類型已大體齊備；的各種類型已大體齊備；19世紀末，世紀末，自動機床、大型機床自動機床、大型機床出現(xiàn)。出現(xiàn)。近代 材料材料的變革的變革近代 加工手段加工手段的變革的變革近

18、代 生產(chǎn)模式的變化生產(chǎn)模式的變化社會需求日益增長。社會需求日益增長。 20世紀初葉，機械制造進入了世紀初葉，機械制造進入了大批量生產(chǎn)模式大批量生產(chǎn)模式的時代。標志：美國福特汽車的生產(chǎn)的時代。標志：美國福特汽車的生產(chǎn)進行大批量生產(chǎn)的要求。進行大批量生產(chǎn)的要求。近代 機構(gòu)與傳動的變革機構(gòu)與傳動的變革 提高生產(chǎn)率的需要。提高生產(chǎn)率的需要。 基于動力的變革，大幅度提高機器的速度成為可能。基于動力的變革，大幅度提高機器的速度成為可能。 機器速度的提高是幾百年來未曾停遏的發(fā)展趨勢。機器速度的提高是幾百年來未曾停遏的發(fā)展趨勢。高速化高速化自動化自動化精密化精密化提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要。提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要?；诩?/p>

19、工水平的提高，提高機器的精度成為可能。基于加工水平的提高，提高機器的精度成為可能。近代機械的發(fā)展趨向近代機械的發(fā)展趨向要求不斷完善已有的機構(gòu)，要求不斷完善已有的機構(gòu)，并發(fā)明出新的機構(gòu)并發(fā)明出新的機構(gòu)例如：例如：18世紀，歐拉（世紀，歐拉（Euler）首次提出采用漸開線作為齒輪的齒廓，首次提出采用漸開線作為齒輪的齒廓，從而使高速、大功率的機械傳動成為可能。從而使高速、大功率的機械傳動成為可能。 20世紀世紀各種大傳動比、結(jié)構(gòu)緊湊的新型傳動，各種大傳動比、結(jié)構(gòu)緊湊的新型傳動，高速的步進機構(gòu)，高速的步進機構(gòu)，精密的滾動螺旋傳動，精密的滾動螺旋傳動， 機構(gòu)的創(chuàng)新一直到今天也沒有停止。機構(gòu)的創(chuàng)新一直到今

20、天也沒有停止。 機器的發(fā)展，呼喚著機械的理論和設(shè)計方法。機器的發(fā)展，呼喚著機械的理論和設(shè)計方法。牛頓經(jīng)典力學(xué)的建立則為此準備了理論基礎(chǔ)。牛頓經(jīng)典力學(xué)的建立則為此準備了理論基礎(chǔ)。近代 機械理論和設(shè)計方法的建立機械理論和設(shè)計方法的建立材料學(xué)材料學(xué)強度理論強度理論運動學(xué)運動學(xué)靜力學(xué)靜力學(xué)動力學(xué)動力學(xué)牛頓經(jīng)典力學(xué)牛頓經(jīng)典力學(xué)機構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)機構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)機構(gòu)運動學(xué)機構(gòu)運動學(xué)機器靜力學(xué)機器靜力學(xué)機器要運動、要傳遞機器要運動、要傳遞力，因此，最先發(fā)展力，因此，最先發(fā)展起來的是：起來的是：材料學(xué)材料學(xué)強度理論強度理論運動學(xué)運動學(xué)靜力學(xué)靜力學(xué)動力學(xué)動力學(xué)牛頓經(jīng)典力學(xué)牛頓經(jīng)典力學(xué)機構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)機構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)機構(gòu)運動學(xué)機構(gòu)運動學(xué)機

21、器靜力學(xué)機器靜力學(xué)機器動力學(xué)機器動力學(xué)隨著機器運轉(zhuǎn)速隨著機器運轉(zhuǎn)速度的不斷提高，度的不斷提高，機器的振動、速機器的振動、速度波動等問題引度波動等問題引起了人們的重視，起了人們的重視，機械動力學(xué)發(fā)展機械動力學(xué)發(fā)展起來。起來。材料學(xué)材料學(xué)強度理論強度理論運動學(xué)運動學(xué)靜力學(xué)靜力學(xué)動力學(xué)動力學(xué)牛頓經(jīng)典力學(xué)牛頓經(jīng)典力學(xué)機構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)機構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)機構(gòu)運動學(xué)機構(gòu)運動學(xué)機器靜力學(xué)機器靜力學(xué)機器動力學(xué)機器動力學(xué)機械零件設(shè)計機械零件設(shè)計到到20世紀上半葉，機械設(shè)計的方法已基本形成。世紀上半葉，機械設(shè)計的方法已基本形成。但是，這些方法都基于圖解和手工計算。但是，這些方法都基于圖解和手工計算?，F(xiàn) 代： 20世紀中葉 計算機

22、的發(fā)明計算機的發(fā)明 科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上劃時代的大事。科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上劃時代的大事?，F(xiàn)代機器的出現(xiàn)現(xiàn)代機器的出現(xiàn)計算機使機械設(shè)計方法面目一新計算機使機械設(shè)計方法面目一新現(xiàn) 代： 機器人的出現(xiàn)機器人的出現(xiàn) 隨著隨著計算機計算機和和伺服電機伺服電機的出現(xiàn)，的出現(xiàn)，機器人機器人作為作為現(xiàn)代機器的代表走上了歷史舞臺。現(xiàn)代機器的代表走上了歷史舞臺。 工業(yè)機器人工業(yè)機器人 特種機器人特種機器人 工業(yè)機器人工業(yè)機器人：在工業(yè)生產(chǎn)中越來越廣泛地應(yīng)：在工業(yè)生產(chǎn)中越來越廣泛地應(yīng)用。用于搬運、裝配、焊接、噴漆、鑿巖等工用。用于搬運、裝配、焊接、噴漆、鑿巖等工作。作。清洗飛機的機器人隧道鑿巖的機器人第一汽車制造廠的汽車裝配