天津大學(xué) 機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計主編張策 第一章 機(jī)械的組成、分類與發(fā)展

機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計TheoryandDesignofMechanismsandMachines國家級十五規(guī)劃教材

機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計機(jī)械工業(yè)出版社出版第一版2004年天津大學(xué)機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計教研室集體編寫主編：張策副主編：陳樹昌孟彩芳

課程內(nèi)容導(dǎo)論（第1篇）機(jī)械原理部分

（第2篇～第4篇）

機(jī)械設(shè)計部分（第5篇～第6篇）課程設(shè)計部分（第7篇）第一篇導(dǎo)論第一章

機(jī)械的組成、分類與發(fā)展第二章

機(jī)械的設(shè)計與相關(guān)課程簡介整個課程的總緒論第一章機(jī)械的組成、分類與發(fā)展

內(nèi)容提要

認(rèn)識機(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)識機(jī)器

通過上周的實踐，我們已經(jīng)認(rèn)識了幾種典型的機(jī)器：內(nèi)燃機(jī)牛頭刨床汽車電池自動分揀機(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：

是人為實物的組合體，具有確定的機(jī)械運動，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。根據(jù)用途的不同，機(jī)器可分為動力機(jī)器加工機(jī)器運輸機(jī)器信息機(jī)器動力機(jī)器其用途是轉(zhuǎn)換機(jī)械能。其他形式的能量機(jī)械能原動機(jī)如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、電動機(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)用來改變被加工對象的如:加工機(jī)床軋鋼機(jī)紡織機(jī)包裝機(jī)等。返回運輸機(jī)器用來搬運物品和人。如汽車、飛機(jī)、起重機(jī)、運輸機(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)械運動，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。動力機(jī)器加工機(jī)器運輸機(jī)器信息機(jī)器轉(zhuǎn)換機(jī)械能完成機(jī)械功作功很小現(xiàn)代機(jī)器的出現(xiàn)使機(jī)器按功能的分類變得模糊：機(jī)器人：進(jìn)行焊接和裝配，是加工機(jī)器；用來搬運物品，也是運輸機(jī)械；而且是按照一定的信息來搬運；也是信息機(jī)械。電池分揀機(jī)：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(jìn)行分揀后的搬運。返回

機(jī)構(gòu)

在認(rèn)知機(jī)器的實踐中，我們已經(jīng)初步認(rèn)識了幾種機(jī)構(gòu)：

機(jī)器中的幾個基本概念什么是機(jī)構(gòu)呢？

連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)連桿機(jī)構(gòu)活塞的往復(fù)移動曲軸的轉(zhuǎn)動牛頭刨床圓盤的轉(zhuǎn)動滑枕的往復(fù)移動連桿機(jī)構(gòu)

內(nèi)燃機(jī)何牛頭刨床中的連桿機(jī)構(gòu)的共同點：

構(gòu)件間都形成可相對轉(zhuǎn)動或相對移動的活動連接。

都是實現(xiàn)運動形式的變換。

它們都屬于連桿機(jī)構(gòu)。

凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和棘輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的運動轉(zhuǎn)換與連桿機(jī)構(gòu)不同，構(gòu)件之間的連接形式也不同，構(gòu)件的形狀也不同。因此，可給出機(jī)構(gòu)的如下定義：機(jī)構(gòu)：人為實物的組合體，具有確定的機(jī)械運動，可以用來傳遞和轉(zhuǎn)換運動。機(jī)器：人為實物的組合體，具有確定的機(jī)械運動，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。機(jī)器是由機(jī)構(gòu)組成的。簡單的機(jī)器，可能只含有一個機(jī)構(gòu),但一般都含有多個機(jī)構(gòu)。機(jī)械:

機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。機(jī)器機(jī)構(gòu)機(jī)器中的單個機(jī)構(gòu)不具有轉(zhuǎn)換能量或完成有用功的功能。在各種機(jī)械中廣泛使用的一些機(jī)構(gòu)稱為常用機(jī)構(gòu)。如：連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、間歇運動機(jī)構(gòu)。常用機(jī)構(gòu)我們已經(jīng)多次使用了“構(gòu)件”這個術(shù)語?；钊?、連桿、曲軸、滑枕等都是構(gòu)件。構(gòu)件是組成機(jī)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)件零件各種機(jī)械中廣泛使用的零件稱為通用零件。如螺栓、軸、齒輪、彈簧等。只在某一類機(jī)械中使用的零件稱為專用零件。如內(nèi)燃機(jī)中的活塞、曲軸等。通用零件中主要包括三大類零件：傳動零件（齒輪、帶、鏈等）聯(lián)接零件（螺栓、鍵等）軸系零件（軸、軸承等）此外:彈簧等零件。通用零件與專用零件返回機(jī)器的組成傳統(tǒng)機(jī)器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(jī)，是機(jī)器的動力來源。常用：電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、液壓缸和氣動缸，以各種電動機(jī)的應(yīng)用最為普遍。處于整個傳動路線的終端，按照工藝要求完成確定的運動，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)動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置將原動機(jī)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。運動速度的轉(zhuǎn)換運動形式的轉(zhuǎn)換運動速度的轉(zhuǎn)換傳動裝置解決原動機(jī)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(jī)速度是固定的。一般機(jī)器執(zhí)行部分速度低于原動機(jī)的轉(zhuǎn)速,需要減速。（也有相反的情況，需要增速）。許多機(jī)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(jī)的同步轉(zhuǎn)速（r/min）

600750100015003000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(jī)床的變速器運動形式的轉(zhuǎn)換機(jī)器執(zhí)行部分可能有各種運動形式：一般的原動機(jī)作回轉(zhuǎn)運動變速回轉(zhuǎn)往復(fù)擺動往復(fù)移動間歇運動特定軌跡轉(zhuǎn)換運動形式的各種機(jī)構(gòu)

間歇運動機(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(jī)在工業(yè)上的應(yīng)用，機(jī)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(jī)的輸出轉(zhuǎn)角檢測執(zhí)行裝置的運動輸出由程序給定運動規(guī)律前饋控制反饋控制傳感器傳感器控制裝置的作用是控制機(jī)器各部分的運動。測量運動構(gòu)件真實運動情況，并將測量結(jié)果隨時反饋給控制系統(tǒng)發(fā)出指令調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的運動驅(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(jī)器現(xiàn)代機(jī)器普通車床牛頭刨床空氣壓縮機(jī)起重機(jī)掘土機(jī)皮帶運輸機(jī)……機(jī)器人數(shù)控機(jī)床……心臟軀干，臂手腦眼返回第三節(jié)

機(jī)械的發(fā)展歷程概述

機(jī)械的發(fā)展歷程機(jī)械設(shè)計及理論的發(fā)展歷程古代近代現(xiàn)代簡單機(jī)械：杠桿、車輪、滑輪、斜面、螺旋等。公元前3000年，在修建金字塔的過程中，就使用了滾木來搬運巨石。阿基米德用螺旋將水提升至高處，那就是今天的螺旋式輸送機(jī)的始祖。遠(yuǎn)古時代公元一世紀(jì)東漢“水排”用水力鼓風(fēng)煉鐵，其中應(yīng)用了齒輪和連桿機(jī)構(gòu)古代中國晉代

“連磨”用一頭牛驅(qū)動八臺磨盤，其中應(yīng)用了齒輪系。中世紀(jì)歐洲

用腳踏板驅(qū)動的加工木棒的車床中世紀(jì)歐洲

利用曲軸的研磨機(jī)13世紀(jì)以后，機(jī)械鐘表在歐洲發(fā)展起來。連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等在古代機(jī)械中即已經(jīng)有所應(yīng)用。在達(dá)?芬奇時代，現(xiàn)在最常用的一些機(jī)構(gòu)型式即已基本知曉。近代：18世紀(jì)中葉－20世紀(jì)中葉動力的變革材料的變革加工手段的變革生