1、第一章 绪论,1-1 机械原理课程的研究对象和内容,1-2 机械原理课程的性质与学习方法,1-3 机械原理学科发展现状与趋势,机械原理,1-1 本课程研究的对象及内容,一、本课程的研究对象,机械是机器和机构的总称。,1. 机器,机器和机构的概念,古代：指南车、记里鼓车、地动仪等；,人类社会发展至今，已经创造了许多机器，例如：,指南车的发明，最早的记录还得从5000年前黄帝大战蚩尤的传说说起。据说黄帝和蚩尤作战三年，在一次大战中，蚩尤在眼看就要失败的时候，请来风伯雨师，放出大雾，霎时四野弥漫，使黄帝的军队迷失前进的方向。黄帝十分着急，只好命令军队停止前进，原地不动，并马上召集大臣们商讨对策。大臣
2、风后对黄帝说：“你看，为什么天上的北斗星，斗转而柄不转呢? 我们能不能根据北斗星的原理，制造一种会指方向的东西，有了这种东西就不怕迷失方向了。”黄帝把风后的这个想法告诉众臣，大家议论了一番，都认为这是一个好办法。,然后，就由风后设计，大家动手制作。经过几天几夜奋战，终于造出了一个能指引方向的仪器。风后把它安装在一辆战车上，车上安装了一个假人，伸手指着南方。然后告诉所有的军队，打仗时一旦被大雾迷住，只要一看指南车上的假人指着什么方向，马上就可辨认出东南西北。,指南车复原模型,1. 机器,机器和机构的概念,古代：指南车、记里鼓车、地动仪等；,近代：蒸汽机车、纺织机等；,人类社会发展至今，已经创造了
3、许多机器，例如：,在日常生活中，我们周围就有各种各样的机器，而且越来越离不开它们，例如：汽车、自行车、手表、冰箱、洗衣机等。,现代：潜艇、导弹、自动火炮、宇宙飞船等。,机器和机构的概念(2/6),机器种类繁多，结构、性能及用途各不相同， 大致可分为四类，但具有相同的基本特征。 动力机器：用于转换能量，如电动机，发动机； 加工机器：用于改变物料性能、状态等； 运输机器：用于传递和搬送物料； 计算机器：用于获得或处理信息。,下面以单缸四冲程内燃机为例，说明机器的组成及工作原理，指出机器的基本特征。,它用来代替或减轻人类劳动去完成有用的机械功、转换机械能或处理信息。,活塞的往复运动通过连杆变为曲轴的
4、连续转动；,单缸四冲程内燃机,两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作。,各部分协调动作的结果，就将燃料中化学能转化为曲轴旋转的机械能。,机器的共有特征：,凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；,它们是一种人为的实物组合体；,内燃机,机器和机构的概念(3/6),它们各部分之间形成各个运动单元，各单元有之间具有确定的相对运动；,凸轮机构,2. 机构,内燃机中基本组合体：,活塞8连杆3曲轴4机架9,机器的特征中，主要是这些人为的实物组合体能实现预期的动作。经过分析，可以知道：机器还不是能实现预期动作的最基本的组合体。,曲柄滑块机构,凸轮5阀门推杆6机架9,机器和机构的概念(4/6),齿轮2齿轮
5、1机架9,齿轮机构,我们称这些基本组合体为机构。,可见，机构也是人为的实物组合体，各部分之间具有确定的相对运动。,内燃机,连杆机构等,3. 机械,例如，右图所示的工件自动载送装置，含：,带传动机构,机器是由机构组成的，最简单的机器只包含一个机构；多数机器包含若干个机构。,蜗杆传动机构,凸轮机构,机器和机构的概念(5/6),滑杆左移时，夹持器将工件夹住。,滑杆带着工件右移时，夹持器动爪受挡块的压迫将工件松开，工件落入载送器被传送到下一道工序。,若撇开机器在做功、转换机械能和处理信息方面所起的作用，仅从结构和运动的观点来看，则机器和机构并无区别。因此，我们用“机械”一词作为机器和机构的总称。,机械
6、,机器,机构,通用机构,专用机构,凡用来完成有用机械功的机器，如起重机、发电机等。,工程中大多是工作机和原动机配合应用，有时再加上独立的传动装置，称为机组，如矿石球磨机。,机器是执行机械运动的装置，用来完成有用的机械功或转换机械能。,用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。,只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。,机器的研究重点是功能问题，与应用有密切的关系；机构研究的重点是在其结构、运动和力作用等基本方面。,本课程的研究对象是机器和机构，研究的重点是通用机构。,机器和机构的概念(6/6),1-1 本课程研究的对象及内容,一、研究对象,机械是机器和机构的总称。,再如：,六自由度工业机器人,机器是指一种
7、执行机械运动装置， 可用来变换和传递能量、物料和信息。,机构是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。,二、本课程的研究内容,1. 机构结构分析的基本知识,a) 研究机构运动的可能性;,b) 机构运动的确定性；,d) 机构的组成原理和结构分类。,2. 机构的运动分析,从几何的观点研究机构上各点的轨迹、位移、速度、加速度的求法和机构的运动规律。,c) 机构运动简图的绘制方法；,3. 机器动力学,分析机器在运转过程中各构件的受力情况，以及这些力的做功情况；,b) 分析机器在已知外力作用下的运动；,c) 对机器速度波动调节和不平衡惯性力的平衡问题。,4. 常用机构的分析与设计,5. 机械传动系统运动
8、方案的设计,分析研究连杆、凸轮、齿轮等常用机构的运动与工作特性，以及相应的设计方法。,讨论在具体机械设计时机构的选型、组合、变异及机械传动系统运动方案的设计等问题。,按解决问题的性质，本课程研究内容又可分为两大类：,1)机构分析对已有机构的研究。包括结构、运动和动力的分析。,2)机构综合根据运动和动力性能的要求设计新的机构。包括型综合、尺度综合、运动和动力综合。,称综合而非设计的理由：,在解决机构的设计问题时，仅限于根据运动和动力要求，确定机构各部分与运动相关的尺寸，不涉及各个具体零件的强度计算，具体形状和结构、材料选择等因素，得出的结果是机构运动简图，而非工程化的结构设计图。,本课程要解决的
9、问题,属于机械设计课程的范畴,一、课程的性质,2. 作用承前启后,（先修课程包括：高等数学、普通物理、工程制图、理论力学）,1- 机械原理课程的性质与学习方法,（课程类型：公共基础课、理论基础课、技术基础课、专业基础课、专业课）,1) 以高等数学、普通物理、机械制图、理论力学等课程为基础；,2) 为以后学习机械设计和有关专业课程打好工程技术的理论基础；,3) 能使学生受到一些必要的，严格的基本技能和创造思维的训练。,机械原理是机械类专业中研究机械共性问题的一门主干技术基础课。,3. 性质：,1) 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;,2) 初步具有拟定机械运动方案、分析
10、和设计机构的能力。,1. 地位技术基础课,4. 特点：,1）实践性强。本课程是一门技术基础课，其研究对象是在生产实际中广泛应用的机械，所要解决的问题大多数是工程中的实际问题（与理论力学的不同点），因此要求学生加强基本技能的训练，如简图测绘、齿轮参数测量等。要培养工程素养，作图应严格按要求进行。要重视实验课。,2）综合性强。本课程学习要综合运用已学过的知识，约有1/3的内容与理论力学有关。有些内容可以说是理论力学的延续与扩展（用理论力学的原理分析具体的机械）。因此，一定要复习好理论力学中的有关内容，如运动学、摩擦学等。,3）独立性强。各章内容彼此独立，前后联系不甚密切。因此，要经常复习前面已学过
11、的内容，以免出现猴子扮苞米的现象。,4) 本课程有四多：内容多、概念多、符号多、公式多。不要求死记硬背，关键在于理解，重点在于应用。会用自然能记住。,5. 本课程研究机械的途径：,1) 研究机械所具有的一般共性问题。如机构的组成原理、机构运动学、机器动力学。,2) 研究各种常用机构的运动和动力性能，以及它们的设计方法。,二、如何进行本课程的学习？,着重搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握机构分析与综合的基本方法。,2. 注意把一般原理和方法与具体运用密切联系起来。并用所学知识观察日常生活与生产遇到的各种机械。,3. 注意培养运用所学基本理论与方法去分析和解决工程实际问题的能力。,4. 注意培养综
12、合分析、全面考虑问题的能力。解决同一实际问题，往往有多种方法和结果，要通过分析、对比、判断和决策，做到优中选优。,5. 注意培养科学严谨、一丝不苟的工作作风。在今后的工作中要与各种机械装备打交道，稍有不慎，即可能造成损失。,当今世界正经历着一场新的技术革命，新概念、新理论、新方法、新工艺不断涌现，同样，机械学科也发展迅猛。,发展方向：高速、重载、高精度、高效率、低噪声（5倍音速的飞机、几十万吨的轮船、米级打击精度、细胞克隆操作、磁悬浮列车、低噪声潜艇）,1- 机械原理学科发展现状与趋势,应用领域不断扩大：上天、入地、下海、甚至钻入人体内。（太空探险、水平钻探、深海采矿、打捞作业、血管清理）,本
13、学科的研究课题与日俱增,机械学科与其他学科的交叉渗透作用增强：与电子工程、计算机科学、控制工程、材料科学、生物医学相互渗透，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CAD。,新机构不断涌现-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。,注重机械的动力性能-在机械分析与综合时，由只考虑运动性能过渡到同时考虑其动力性能。,考虑到机械的动态特性-机械在运动过程中，构件的振动和弹性变形、运动副的间隙和构件尺度误差，对运动及动力性能的影响。,连杆机构-重视了空间连杆机构、多杆多自由度机构、连杆机构弹性动力学和动力平衡研究。,齿轮机构-发展了齿轮啮合原理、提出了许多性能优异的新型齿廓曲线和新型传动、加速了对高速齿轮、精密齿轮、微型齿轮的研究。,凸轮机构-十分重视对高速凸轮机构的研究。,另外，为了适应现代机械高速度、高节拍、高性能的需要，研制了高速高定位精度的分度机构、具有优良性能的组合机构，以及各种机构的变异与组合等。,在对机械的分析与综合中，计算机的作用日益重要，发展并推广了计算机辅助设计(CAD)、优化设计、考虑误差的概率设计。,新的设计手段日新月异：,在机械原理的各个领域，每年都有大量内容新颖的文献资料出现。,作为技术基础课程，只介绍一些最基本的原理和方法。,
