機械原理

（第1章緒論）

機械工程學院Theoryof

machinesandmechanisms王永興wangyx@機械專業基本知識和技能機械設計及課程設計材料力學機械工程表達技術：三維造型，二維工程圖機械制造技術及綜合實踐環節金屬工藝學互換性與公差配合機械制造基礎工程材料與成型機械測控技術基礎機械控制基礎機械量測量技術理論力學虛擬樣機技術機械原理及課程設計有限元技術工業革命的發展－118世紀60年代在英國開始了第1次工業革命－動力變革1、1690年，法國人D.Papin在德國制成有活塞和氣缸的實驗蒸汽機；2、1698年，英國技師T.Savery制成蒸汽水泵；3、1712年，英國鐵匠T.Newcomen發明蒸汽機，應用于礦井排水和農田灌溉；4、1759～1790，蘇格蘭Watt(學徒，格拉斯哥大學學習)，歷經30年，取得一系列專利，制成可以旋轉運動的、效率較高的蒸汽機，完成蒸汽機發明的全過程；1774年，英國人J.Wilkinson發明鏜床，加工汽缸體；1797年，英國人H.Maudslay制成完全金屬的車床；19世紀中葉，車床、刨床、銑床等通用機床已齊備；工業革命的發展－21807年，美國－蒸汽船1814年，英國－蒸汽機車－－－－－－－運輸1834年，美國－乙醚和空氣為介質的制冷機1835年，英國－編織機1836年，英國－螺旋槳推進的蒸汽船1839年，英國－蒸汽錘－－－－－－－－－鍛造1858年，美國－顎式破碎機1862年，美國－萬能銑床前期：經驗下的、技師、發明，無完善的理論后期：開始探索、完善理論，1847年，在英國伯明翰成立機械工程師學會工業革命的發展－3第2次工業革命－以電力的廣泛應用為標志（19世紀60年代～20世紀初）1820年，丹麥物理學家H.Oersted發現電流的磁效應1831年，英國科學家M.Faraday發現電磁感應原理1866年，德國人W.vonSiemens制成自激式直流發電機1869年，比利時工程師Z.Gramme制成直流發電機，并在1873年，維也納世博會上由于操作失誤，發現發電機和電動機的共同點，并發明電動機汽輪機與發電機的研發，裝機容量大幅上升工業革命的發展－41859年，法國雷諾制出煤氣機1858年，英國工程師H.Bessemer發明轉爐煉鋼法，鋼鐵工業開始發展1859年，美國打出第一口油井，石油工業開始發展1876年，德國工程師N.Otto制出內燃機，汽車工業開始發展1、1885年，德國工程師G.Daimlei(戴姆勒)發明汽化器

2、1886年，德國工程師K.Benz（奔馳）混合器和電點火裝置

3、到20世紀20年代，發動機達到飛機使用的功率比，并出現了增壓裝置

4、1939年，德國噴氣式戰斗機試飛成功

5、1941年，燃氣輪機機車問世信息時代的到來相關軟件Solidworks插件COSMOSMotionAdamsRecurDyn其他機構分析軟件機械原理的研究－11794年，法國大革命時期，第一所專門的技術大學－巴黎技術學院成立；1、1806年，校長（數學家）G.Monge決定開設機械方面的課程，1808年，J.Hachette（世上第一位機械學教師）編著講義，教材在1828年出版2、1834年，法國物理學家A.Ampere（安培）提出kinematics,并形成學科分支3、1841年，英國劍橋大學教授R.Willis發表“機械學原理”一書4、1854年，莫斯科大學教授葉爾碩夫出版俄國第一本“機械原理”教科書機械械原原理理的的研研究究－－219世紀紀上上半半葉葉第第一一次次世世界界大大戰戰1、1829年，，巴巴黎黎技技術術學學院院數數學學家家M.Chasles給出出旋旋轉轉瞬瞬時時中中心心存存在在的的幾幾何何證證明明，，19世紀紀30年代代，，數數學學家家?.Bobillier研究究機機構構圖圖解解法法2、1765年，，Euler提出出漸漸開開線線齒齒廓廓－－齒齒輪輪嚙嚙合合原原理理的的基基礎礎，，1842年，，T.Oliviery研究究共共軛軛曲曲面面的的概概念念機械械原原理理的的研研究究中中心心：：1、早早期期：：法法國國2、19世紀紀下下半半葉葉：：德德國國學學派派、、俄俄蘇蘇學學派派3、二二次次世世界界大大戰戰后后：：美美國國學學派派主要要機機構構的的起起源源凸輪輪機機構構：：連桿桿機機構構齒輪輪機機構構間歇歇運運動動機機構構傳動動系系統統本課程研究的對象及內容1學習本課程的目的2課程的學習方法3機械原理學科發展4本章章教教學學內內容容§1-1本課課程程研研究究的的對對象象及及內內容容一、、研研究究對對象象機械械什么叫機械？◆機機械械(machinery)機器器和和機機構構的的總總稱稱◆機器器(machine)切削削機機床床、、運運輸輸機機械械、、建建筑筑機機械械、、輕輕工工機機械械、、動動力力機機器器、、醫醫用用機機械械、、家家用用機機械械、、機機器器人人等等機器器是是根根據據某某種種使使用用要要求求而而設設計計的的機機械械系系統統，，可可以以用用來來變變換換或或傳傳遞遞能能量量、、物物料料與與信信息息。。機器器是是由由什什么么組組成成的的？？機器器具具有有那那些些特特征征？？數控控銑銑床床：：一種種機器，主要要用來來加工工平面面和曲曲面。。主軸安裝銑銑刀工作臺臺數控車車床并聯機機床原原型機機數控壓壓彎機機數控剪剪板機機美國西西科斯斯基公公司生生產的的“黑鷹鷹”直直升機機主旋翼尾旋翼“神舟舟五號號”發射時時的情情景。。發射塔塔、運載火火箭都是龐龐大的的機器。索杰納納火星星車它是美美國國國家航航空航航天局局于格格林威威治時時間1997年年7月月4日日17時07分分發射射的火火星探探路者者號宇宇宙飛飛船成成功地地在火火星表表面著著陸，，該飛飛船攜攜帶了了索杰杰納火火星車車，這這也是是一種種機器器。世界界最最小小的的微微型型機機械械人人World'ssmallestrobot美國山山迪亞亞國家家實驗驗室的的科學學家，，成功功研制制了相相信是是世界界最小小的微微型機機械人人，這這微型型機械械人體體積只只有四四分之之一立立方寸寸，體體重小小于一盎司司。由此，，可以以總結結出機機器所所共有有的三三個基基本特特征：：3）能代代替或或減輕輕人類類的勞勞動以以來完完成有有用的的機械械功或或實現現能量量、信信息的的變換換。2）各個個運動動實體體之間間具有有確定定的相相對運運動；；1）它們們是人人為的的實體體的組組合；；機 器動力部分傳動部分執行部分控制部分機器的的組成成部分分什么是是機器器呢？？機器是是一種種人為為實物物組合合的具具有確確定機機械運運動的的裝置置，它它用來來完成成有用用功、、轉換換能量量或處處理信信息，，以代代替或或減輕輕人類類的勞勞動。。機器1：單缸缸內燃燃機機器舉舉例機器2：縫紉紉機機器3：洗衣衣機機器4：自行車車現在來來看什什么是是機構構，它它與機機器有有何相相同和和區別別。凸輪機構連桿機構齒輪機構進排氣閥啟閉機構活塞曲柄機構氣閥聯動機構機器1：單缸缸內燃燃機——活塞—曲柄機機構（（連桿桿機構構）進氣閥閥啟閉閉機構構（凸凸輪機機構））排氣閥閥啟閉閉機構構（凸凸輪機機構））齒輪機機構機器與與機構構機器2：縫紉紉機——踏板機機構、、皮帶帶傳動動、走布機機構、、挑線線機構構…………機器3：洗衣衣機——皮帶傳傳動、、滾筒筒機器4：自行車車——鏈傳動動、棘棘輪機機構、、手閘閘機構構由此可可以看看出，，機構構是機機器中中用來來傳遞遞運動動和力力或改改變運運動形形式的的機械械裝置置。具具有機機器的的前兩兩個特特征。。即2）各個個運動動實體體之間間具有有確定定的相相對運運動。。1）它們們是人人為的的實體體的組組合；；常用機機構：：齒輪輪機構構、凸凸輪機機構、、連桿桿機構構、間間歇運運動機機構按照組組成機機構元元素的的相互互運動動平面面的平平行與與否，，機構構可分分為：：空間機構SpatialMechanisms平面機構PlanarMechanisms機 構Mechanisms二、研研究內內容◆機構結結構分分析的的基本本知識識：對機構構的結結構進進行分分析,了解機機構的的組成成及其其具有有確定定運動動的條條件；；了解解機構構的組組成原原理和和結構構分類類。◆機構的的運動動分析析◆常用機機構的的分析析與設設計：：對各種種常用用機構構的類類型、、運動動特點點、功功能及及設計計方法法進行行分析析和研研究。。◆機器動動力學學：(1)分析機機器在在運轉轉過程程中其其各構構件的的受力力情況況,以及機機械平平衡和和機械械效率率問題題;(2)研究機機器在在外力力下的的真實實運動動規律律和速速度波波動等等問題題。◆機構的的選型型及機機械傳傳動系系統的的設計計§1-2學習本本課程程的目目的◆機械械原理理課程程的地地位1.機械原原理是是機械械類各各專業業的一一門主主干技技術基基礎課課程。。2.與一般般的基基礎課課比更更接近近工程程實際際。3.與專業業課比比具有有更寬寬的研研究面面和更更廣的的適應應性。。◆學習習本課課程的的目的的1.為學習習機械械類有有關專專業課課打好好理論論基礎礎。2.為機械械產品品的創創新設設計打打下良良好的的基礎礎3.為現有有機械械的合合理使使用和和革新新改造造打基基礎。。§1-3機械原原理課課程的的學習習方法法學習方方法：：1.在學習知知識的同同時，注注重能力力的培養養。2.在重視邏邏輯思維維的同時時，加強強形象思思維能力力的培養養。3.注意運用用理論力力學的有有關知識識。4.理論聯系系實際，，能夠做做到舉一一反三。。教學環節節：理論教學學實實驗驗教學課課程設計計§1-4機械原理理學科的的發展隨著宇航航技術、、核技術術、海洋洋開發等等高新技技術的發發展和計計算機技技術的普普遍應用用，極大大的促進進了機械械行業的的迅猛發發展。這這也帶動動了機械械原理學學科的發發展。因因此，近近些年來來機械原原理學科科也創立立了不少少新的理理論和研研究方法法，開拓拓了一些些新的研研究領域域，出現了了很多多新的的研究究分支支，主主要表表現在在：1.在20世紀末末發展展起來來的計計算機機輔助助機構構分析析與設設計將將更為為完善善。將機構構學知知識結結合人人工智智能理理論，，構建建機構構分析析與設設計的的專家家系統統，將將得到到進一一步發發展。。基于Web的遠程程網絡絡機構構設計計系統統已出出現，，利用用世界界各地地的專專家知知識和和經驗驗，開開展多多專家家協同同的異異地設設計，，在本本世紀紀將推推動機機構學學理論論的高高速發發展。。2.對機構構學的的基礎礎理論論研究究將有有新的的進展展和突突破。。以智能能機械械和微微機械械為代代表的的新型型機械械系統統，將將需要要構建建新的的機構構學理理論。。例如，，微型型機械械并不不是將將傳統統機械械直接接微型型化，，而是是涉及及多學學科的的綜合合技術術的應應用。。目前前已研研制出出210m×100m的滑塊塊，直直徑為為60m的靜電電電機機，由由原子子直接接排列列而成成的納納米齒齒輪，，供情情報收收集的的"蚊子機機器人人"等等。。而微微型人人造衛衛星、、可在在人的的血管管中爬爬行的的機器器人以以及進進行眼眼科手手術的的微型型機械械手等等也都都已經經或即即將見見諸應應用。。它們們的出出現，，推動動了處處于機機械原原理學學科前前沿的的微型型機構構學分分支的的產生生。3.機構學學研究究已滲滲透到到生物物學研研究領領域，，仿生生機構構將得得到進進一步步完善善和發發展。。通過對對人的的手指指、手手腕和和手臂臂的研研究，，已研研制出出各種種多自自由度度的機機械假假手，，造福福人類類。另另外，，通過過研制制蛇形形機構構來探探測管管道故故障；；研究究魚游游機構構來解解決深深水探探測問問題；；研制制各種種類型型的兩兩足、、四足足、六六足步步行機機，完完成各各種地地形甚甚至是是其他他星球球表面面的探探測任任務。。這些些研究究有利利于創創造出出新穎穎的、、具有有特殊殊功能能的新新機構構來。。以上分分析僅僅是本本門學學科新新近發發展的的一部部分。。機械械原理理研究究內