機(jī)械的組成、分類與發(fā)展

機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)

TheoryandDesignofMechanismsandMachines第一章機(jī)械的組成、分類與發(fā)展

內(nèi)容提要

認(rèn)識(shí)機(jī)器

機(jī)器的分類和組成機(jī)械發(fā)展歷程概述

第一節(jié)

認(rèn)識(shí)機(jī)器

以下為幾種典型機(jī)器：內(nèi)燃機(jī)牛頭刨床汽車電池自動(dòng)分揀機(jī)通用工業(yè)機(jī)器人第二節(jié)

機(jī)器的分類和組成

機(jī)器和它的分類機(jī)器的組成機(jī)器中的幾個(gè)基本概念返回什么是機(jī)器呢？機(jī)器和它的分類

機(jī)器：

是人為實(shí)物的組合體，具有確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，可以用來轉(zhuǎn)換能量、完成有用功或處理信息，以代替或減輕人的勞動(dòng)。根據(jù)用途的不同，機(jī)器可分為動(dòng)力機(jī)器加工機(jī)器運(yùn)輸機(jī)器信息機(jī)器動(dòng)力機(jī)器其用途是轉(zhuǎn)換機(jī)械能。其他形式的能量機(jī)械能原動(dòng)機(jī)如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)換能機(jī)機(jī)械能其他形式的能量返回如空氣壓縮機(jī)加工機(jī)器尺寸形狀性質(zhì)狀態(tài)用來改變被加工對(duì)象的如:加工機(jī)床軋鋼機(jī)紡織機(jī)包裝機(jī)等。返回運(yùn)輸機(jī)器用來搬運(yùn)物品和人。如汽車、飛機(jī)、起重機(jī)、運(yùn)輸機(jī)。返回信息機(jī)器其功能是處理信息。例如復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、繪圖機(jī)等。信息機(jī)器雖然也作機(jī)械運(yùn)動(dòng)，但其目的是處理信息，而不是完成有用的機(jī)械功，因而其所需的功率甚小。動(dòng)力力機(jī)機(jī)器器加工工機(jī)機(jī)器器運(yùn)輸輸機(jī)機(jī)器器信息息機(jī)機(jī)器器轉(zhuǎn)換換機(jī)機(jī)械械能能完成成機(jī)機(jī)械械功功作功功很很小小現(xiàn)代代機(jī)機(jī)器器的的出出現(xiàn)現(xiàn)使使機(jī)機(jī)器器按按功功能能的的分分類類變變得得模模糊糊：：機(jī)器器人人：：進(jìn)行行焊焊接接和和裝裝配配，，是是加加工工機(jī)機(jī)器器；；用來來搬搬運(yùn)運(yùn)物物品品，，也也是是運(yùn)運(yùn)輸輸機(jī)機(jī)械械；；而且且是是按按照照一一定定的的信信息息來來搬搬運(yùn)運(yùn)；；也也是是信信息息機(jī)機(jī)械械。。電池池分分揀揀機(jī)機(jī)：：實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了了電電池池的的搬搬運(yùn)運(yùn)，，但但它它是是根根據(jù)據(jù)電電池池的的質(zhì)質(zhì)量量信信息息來來進(jìn)進(jìn)行行分分揀揀后后的的搬搬運(yùn)運(yùn)。。返回回機(jī)構(gòu)構(gòu)在認(rèn)認(rèn)知知機(jī)機(jī)器器的的實(shí)實(shí)踐踐中中，，我我們們已已經(jīng)經(jīng)初初步步認(rèn)認(rèn)識(shí)識(shí)了了幾幾種種機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)：：機(jī)器器中中的的幾幾個(gè)個(gè)基基本本概概念念什么么是是機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)呢呢？？連桿桿機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)、、凸凸輪輪機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)、、棘輪輪機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)、、螺螺旋旋機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)、、齒齒輪輪機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)內(nèi)燃燃機(jī)機(jī)連桿機(jī)構(gòu)活塞的往復(fù)移動(dòng)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)牛頭頭刨刨床床圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)滑枕的往復(fù)移動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)內(nèi)燃燃機(jī)機(jī)和和牛牛頭頭刨刨床床中中的的連連桿桿機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)的的共共同同點(diǎn)點(diǎn)：：構(gòu)件件間間都都形形成成可可相相對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)或或相相對(duì)對(duì)移移動(dòng)動(dòng)的的活活動(dòng)動(dòng)連連接接。。都是是實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)形形式式的的變變換換。。它們們都都屬屬于于連連桿桿機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)。。凸輪輪機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)、、齒齒輪輪機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)和和棘棘輪輪機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換與與連連桿桿機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)不不同同，，構(gòu)構(gòu)件件之之間間的的連連接接形形式式也也不不同同，，構(gòu)構(gòu)件件的的形形狀狀也也不不同同。。因此此，，可可給給出出機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)的的如如下下定定義義：：機(jī)構(gòu)構(gòu)：：人為為實(shí)實(shí)物物的的組組合合體體，，具有有確確定定的的機(jī)機(jī)械械運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，，可以以用用來來傳傳遞遞和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)。。機(jī)器器：人為為實(shí)實(shí)物物的的組組合合體體，，具有有確確定定的的機(jī)機(jī)械械運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，，可以用用來轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換能能量、、完成有有用功功或處理理信息息，以代替替或減減輕人人的勞勞動(dòng)。。機(jī)器是是由機(jī)機(jī)構(gòu)組組成的的。簡(jiǎn)單的的機(jī)器器，可可能只只含有有一個(gè)個(gè)機(jī)構(gòu)構(gòu),但一般般都含含有多多個(gè)機(jī)機(jī)構(gòu)。。機(jī)械:機(jī)器和和機(jī)構(gòu)構(gòu)的總總稱。機(jī)器機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)機(jī)器中中的單單個(gè)機(jī)機(jī)構(gòu)不不具有有轉(zhuǎn)換換能量量或完完成有有用功功的功功能。。在各種種機(jī)械械中廣廣泛使使用的的一些些機(jī)構(gòu)構(gòu)稱為為常用用機(jī)構(gòu)構(gòu)。如：連桿機(jī)機(jī)構(gòu)、、凸輪機(jī)機(jī)構(gòu)、、齒輪機(jī)機(jī)構(gòu)、、間歇運(yùn)運(yùn)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)。。常用機(jī)機(jī)構(gòu)我們已已經(jīng)多多次使使用了了“構(gòu)件”這個(gè)術(shù)術(shù)語。?；钊?、、連桿桿、曲曲軸、、滑枕枕等都都是構(gòu)構(gòu)件。。構(gòu)件是是組成成機(jī)構(gòu)構(gòu)的有有確定定運(yùn)動(dòng)動(dòng)的單單元。。構(gòu)件構(gòu)件是是運(yùn)動(dòng)動(dòng)的單單元，，而零零件是是制造造的單單元。構(gòu)件零件各種機(jī)機(jī)械中中廣泛泛使用用的零零件稱稱為通用零零件。如螺栓栓、軸軸、齒齒輪、、彈簧簧等。。只在某某一類類機(jī)械械中使使用的的零件件稱為為專用零零件。如內(nèi)燃燃機(jī)中中的活活塞、、曲軸軸等。。通用零件件中主要要包括三三大類零零件：傳動(dòng)零件件（齒輪、、帶、鏈鏈等）聯(lián)接零件件（螺栓、、鍵等））軸系零件件（軸、軸軸承等））此外:彈簧等零件。。通用零件件與專用用零件返回機(jī)器的組組成傳統(tǒng)機(jī)器器都包含如如下三個(gè)個(gè)部分：：驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置執(zhí)行裝置常稱為原動(dòng)機(jī)，是機(jī)器的動(dòng)力來源。常用：電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、液壓缸和氣動(dòng)缸，以各種電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用最為普遍。處于整個(gè)傳動(dòng)路線的終端，按照工藝要求完成確定的運(yùn)動(dòng)，是直接完成機(jī)器功能的部分。執(zhí)行裝置隨機(jī)器的用途不同而不同，它屬于各種專業(yè)機(jī)械課程研究的內(nèi)容。恩格斯如牛頭刨床、空氣壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置執(zhí)行裝置將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行裝置，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換。運(yùn)動(dòng)速度的轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)速度度的轉(zhuǎn)換換傳動(dòng)裝置置解決原原動(dòng)機(jī)速速度和執(zhí)執(zhí)行裝置置速度不不匹配的的問題。。一般的普普通交流流電動(dòng)機(jī)機(jī)速度是是固定的的。一般機(jī)器器執(zhí)行部部分速度度低于原原動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)速,需要減速速。（也有相相反的情情況，需需要增速速）。許多機(jī)器器還需要要執(zhí)行裝裝置有多多種不同同的速度度。鼠籠式交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速（r/min）

600750100015003000帶、鏈傳傳動(dòng)各種齒輪輪傳動(dòng)減速器例如自行行車鏈傳傳動(dòng)例如汽車車、機(jī)床床的變速速器運(yùn)動(dòng)形式式的轉(zhuǎn)換換機(jī)器執(zhí)行行部分可可能有各種運(yùn)運(yùn)動(dòng)形式式：一般的原動(dòng)機(jī)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變速回轉(zhuǎn)往復(fù)擺動(dòng)往復(fù)移動(dòng)間歇運(yùn)動(dòng)特定軌跡轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式的各種機(jī)構(gòu)

間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)隨著20世紀(jì)后半半葉以來來現(xiàn)代科科學(xué)技術(shù)術(shù)的發(fā)展展，特別別是控制制理論的的發(fā)展和和計(jì)算機(jī)機(jī)在工業(yè)業(yè)上的應(yīng)應(yīng)用，機(jī)機(jī)器的組組成更復(fù)復(fù)雜了。。驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置執(zhí)行裝置控制裝置檢測(cè)伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角檢測(cè)執(zhí)行裝置的運(yùn)動(dòng)輸出由程序給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律前饋控制制反饋控制制傳感器傳感器控制裝置置的作用用是控制制機(jī)器各各部分的的運(yùn)動(dòng)。。測(cè)量運(yùn)動(dòng)動(dòng)構(gòu)件真真實(shí)運(yùn)動(dòng)動(dòng)情況，，并將測(cè)測(cè)量結(jié)果果隨時(shí)反反饋給控控制系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)出指令令調(diào)節(jié)伺伺服電機(jī)機(jī)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置執(zhí)行裝置控制裝置驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置執(zhí)行裝置傳統(tǒng)機(jī)器器現(xiàn)代機(jī)器器普通車床床牛頭刨床床空氣壓縮縮機(jī)起重機(jī)掘土機(jī)皮帶運(yùn)輸輸機(jī)……機(jī)器人數(shù)控機(jī)床床……心臟軀干，臂手腦眼返回第三節(jié)機(jī)械的發(fā)發(fā)展歷程程概述機(jī)械的發(fā)展歷程機(jī)械設(shè)計(jì)及理論的發(fā)展歷程古代代近近代代現(xiàn)現(xiàn)代代簡(jiǎn)單機(jī)械械：杠桿桿、車輪輪、滑輪輪、斜面面、螺旋旋等。公元前3000年，在修修建金字字塔的過過程中，，就使用用了滾木木來搬運(yùn)運(yùn)巨石。。阿基米德德用螺旋旋將水提提升至高高處，那那就是今今天的螺螺旋式輸輸送機(jī)的的始祖。。遠(yuǎn)古時(shí)代公元一世世紀(jì)東東漢“水排””用水力鼓鼓風(fēng)煉鐵鐵，其中中應(yīng)用了齒輪和和連桿機(jī)機(jī)構(gòu)古代中國(guó)晉代“連磨磨”用一頭牛牛驅(qū)動(dòng)八八臺(tái)磨盤盤，其中應(yīng)用用了齒輪輪系。中世紀(jì)歐歐洲用腳踏板板驅(qū)動(dòng)的的加工木棒棒的車床床中世紀(jì)歐歐洲利用曲軸軸的研磨磨機(jī)近代：18世紀(jì)中葉－20世紀(jì)中葉動(dòng)力的變變革材料的變變革加工手段段的變革革生產(chǎn)模式式的變革革機(jī)構(gòu)與傳傳動(dòng)的變變革機(jī)械理論論和設(shè)計(jì)計(jì)方法的的建立近代—?jiǎng)恿Φ淖兏?765年，瓦特特（Watt）發(fā)明了了蒸汽機(jī)機(jī)。揭開了第第一次工工業(yè)革命命的序幕幕。蒸汽機(jī)給給人類帶帶來了強(qiáng)強(qiáng)大的動(dòng)動(dòng)力，各各種由動(dòng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)動(dòng)的產(chǎn)業(yè)業(yè)機(jī)械—紡織機(jī)、、車床等等，如雨雨后春筍筍般出現(xiàn)現(xiàn)。古代機(jī)械械的動(dòng)力力：人力力、畜力力和水力力。動(dòng)力制約約了機(jī)械械的發(fā)展展。首先是動(dòng)動(dòng)力的變變革推動(dòng)動(dòng)了機(jī)械械的飛速速發(fā)展和和廣泛應(yīng)應(yīng)用。蒸汽機(jī)無無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)小型化化，所以以在當(dāng)時(shí)時(shí)的工廠廠里采用用集中驅(qū)驅(qū)動(dòng)的方方式。蒸汽機(jī)時(shí)代的紡織工廠蒸汽機(jī)皮帶天軸皮帶生產(chǎn)機(jī)械2皮帶生產(chǎn)機(jī)械1皮帶生產(chǎn)機(jī)械3……19世紀(jì)，，第二二次工工業(yè)革革命電動(dòng)機(jī)機(jī)和內(nèi)內(nèi)燃機(jī)機(jī)發(fā)明明為汽車、飛機(jī)的出現(xiàn)提供了可能性。電力代替了蒸汽。集中驅(qū)動(dòng)被拋棄了，每臺(tái)機(jī)器都安裝了獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)。與此同同時(shí)，，戴姆姆勒也也發(fā)明明出了了他的的第一一輛四四輪汽汽車。。1886年，本本茨發(fā)發(fā)明的的汽油油發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)為為動(dòng)力力的三三輪車車被授授予專專利。。萊特兄兄弟190319世紀(jì)中中葉，，發(fā)明明了煉鋼法法，從那那時(shí)一一直到到現(xiàn)在在，鋼鋼鐵始始終是是制造造機(jī)械械最主主要的的材料料。18世紀(jì)末末，現(xiàn)現(xiàn)代車床的雛形形在英英國(guó)問問世;19世紀(jì)中中葉,通用機(jī)機(jī)床的各種種類型型已大大體齊齊備；；19世紀(jì)末末，自動(dòng)機(jī)機(jī)床、、大型型機(jī)床床出現(xiàn)。。近代—材料的變革近代—加工手段的變革近代—生產(chǎn)模式的變化社會(huì)需需求日日益增增長(zhǎng)。。20世紀(jì)初初葉，，機(jī)械械制造造進(jìn)入入了大批量量生產(chǎn)產(chǎn)模式式的時(shí)代代。標(biāo)標(biāo)志：：美國(guó)國(guó)福特特汽車車的生生產(chǎn)進(jìn)行大大批量量生產(chǎn)產(chǎn)的要要求。。近代—機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)的變革提高生生產(chǎn)率率的需需要。?；趧?dòng)動(dòng)力的的變革革，大大幅度度提高高機(jī)器器的速速度成成為可可能。。機(jī)器速速度的的提高高是幾幾百年年來未未曾停停遏的的發(fā)展展趨勢(shì)勢(shì)。高速化自動(dòng)化精密化提高產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量的的需要要?；诩蛹庸に降牡奶岣吒撸崽岣邫C(jī)機(jī)器的的精度度成為為可能能。近代機(jī)機(jī)械的的發(fā)展展趨向向要求不不斷完完善已已有的的機(jī)構(gòu)構(gòu)，并發(fā)明明出新新的機(jī)機(jī)構(gòu)例如：：18世紀(jì)，，歐拉拉（Euler）首次提提出采采用漸漸開線線作為為齒輪輪的齒齒廓，，從而使使高速速、大大功率率的機(jī)機(jī)械傳傳動(dòng)成成為可可能。。20世紀(jì)各種大大傳動(dòng)動(dòng)比、、結(jié)構(gòu)構(gòu)緊湊湊的新新型傳傳動(dòng)，，高速的的步進(jìn)進(jìn)機(jī)構(gòu)構(gòu)，精密的的滾動(dòng)動(dòng)螺旋旋傳動(dòng)動(dòng)，……………機(jī)構(gòu)的的創(chuàng)新新一直直到今今天也也沒有有停止止。機(jī)器的的發(fā)展展，呼呼喚著著機(jī)械械的理理論和和設(shè)計(jì)計(jì)方法法。牛頓經(jīng)經(jīng)典力力學(xué)的的建立立則為為此準(zhǔn)準(zhǔn)備了了理論論基礎(chǔ)礎(chǔ)。近代—機(jī)械理論和設(shè)計(jì)方法的建立材料學(xué)強(qiáng)度理論運(yùn)動(dòng)學(xué)靜力學(xué)動(dòng)力學(xué)牛頓經(jīng)典力學(xué)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器靜力學(xué)機(jī)器要要運(yùn)動(dòng)動(dòng)、要要傳遞遞力，，因此此，最最先發(fā)發(fā)展起起來的的是：：材料學(xué)強(qiáng)度理論運(yùn)動(dòng)學(xué)靜力學(xué)動(dòng)力學(xué)牛頓經(jīng)典力學(xué)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器靜力學(xué)機(jī)器動(dòng)力學(xué)隨著機(jī)機(jī)器運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)速速度的的不斷斷提高高，機(jī)機(jī)器的的振動(dòng)動(dòng)、速速度波波動(dòng)等等問題題引起起了人人們的的重視視，機(jī)機(jī)械動(dòng)動(dòng)力學(xué)學(xué)發(fā)展展起來來。材料學(xué)強(qiáng)度理論運(yùn)動(dòng)學(xué)靜力學(xué)動(dòng)力學(xué)牛頓經(jīng)典力學(xué)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器靜力學(xué)機(jī)器動(dòng)力學(xué)機(jī)械零件設(shè)計(jì)到20世紀(jì)上半葉，機(jī)械設(shè)計(jì)的方法已基本形成。但是，，這些些方法法都基基于圖圖解和和手工工計(jì)算算?，F(xiàn)代：20世紀(jì)中葉－計(jì)算機(jī)機(jī)的發(fā)發(fā)明－科學(xué)技技術(shù)發(fā)發(fā)展史史上劃劃時(shí)代代的大大事。?，F(xiàn)代機(jī)機(jī)器的的出現(xiàn)現(xiàn)計(jì)算機(jī)機(jī)使機(jī)機(jī)械設(shè)設(shè)計(jì)方方法面面目一一新現(xiàn)代：機(jī)器人的出現(xiàn)隨著計(jì)算機(jī)機(jī)和伺服電電機(jī)的出現(xiàn)現(xiàn)，機(jī)器人人作為現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)機(jī)器的的代表表走上上了歷歷史舞舞臺(tái)。。工業(yè)機(jī)機(jī)器人人特特種種機(jī)器器人工業(yè)機(jī)機(jī)器人人：在工工業(yè)生生產(chǎn)中中越來來越廣廣泛地地應(yīng)用用。用用于搬搬運(yùn)、、裝配配、焊焊接、、噴漆漆、鑿鑿巖等等工作作。清洗飛飛機(jī)的的機(jī)器器人隧道鑿巖的機(jī)器人第一汽汽車制制造廠廠的汽汽車裝裝配生生產(chǎn)線線幾種種工業(yè)機(jī)機(jī)器人人