机构机器机械的基本概念.pptx

1.1 1.1 本课程研究的对象及内容本课程研究的对象及内容1.2 1.2 学习本课程的目的学习本课程的目的1.3 1.3 如何进行本课程的学习如何进行本课程的学习1.4 1.4 机械原理学科发展现状简介机械原理学科发展现状简介第一章第一章 绪绪 论论本章本章重点重点、难点难点 本章主要介绍本课程的研究本章主要介绍本课程的研究对象对象和主要和主要内容内容。重重点点是是熟熟悉悉本本课课程程的的研研究究对对象象以以及及研研究究内内容容，对学科发展动向有一定了解。对学科发展动向有一定了解。难难点点是是掌掌握握机机构构、机机器器、机机械械的的基基本本概概念念、它它们的作用、区别与联系。们的作用、区别与联系。1.1 1.1 本课程研究的对象及内容本课程研究的对象及内容 机械原理又称机械原理又称机器理论与机构学机器理论与机构学，是机械工程各专，是机械工程各专业的一门重要的业的一门重要的技术基础课程技术基础课程。本课程的理论知识对于机。本课程的理论知识对于机械的设计、制造、运行、维修等方面具有十分重要的作用。械的设计、制造、运行、维修等方面具有十分重要的作用。机械原理的研究对象是机械原理的研究对象是机械机械，研究内容是有关机械的，研究内容是有关机械的基本理论问题基本理论问题。机械是机械是机构机构与与机器机器的总称。的总称。机构机构的定义的定义:用来传递与变换运动和力的可动的装置。用来传递与变换运动和力的可动的装置。常用的机构包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿常用的机构包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系、间歇运动机构、螺旋机构、万向联轴器等。轮系、间歇运动机构、螺旋机构、万向联轴器等。机机器器的的定定义义：一一种种用用来来变变换换或或传传递递能能量量、物物料料与与信信息息的机构的组合。的机构的组合。实实例例：缝缝纫纫机机、洗洗衣衣机机、各各类类机机床床、运运输输车车辆辆、农农用用机器、起重机等。机器、起重机等。注意注意：机构的数量是有限的。：机构的数量是有限的。机器机器与与机构机构之间的关系之间的关系机器是由机构组成的。机器是由机构组成的。连杆机构连杆机构 齿轮机构齿轮机构 凸轮机构凸轮机构 例例如如，图图示示单单缸缸内内燃燃机机中中就就包包含含了了三三种种常常用用机机构构：连连杆机构、齿轮机构、凸轮机构。杆机构、齿轮机构、凸轮机构。机构机构的作用：一是用来将一种运动形式（如旋转）变的作用：一是用来将一种运动形式（如旋转）变换成另外一种运动形式，二是用来传递动力。换成另外一种运动形式，二是用来传递动力。机器机器的作用：代替或减轻人类劳动，或将一种能量的作用：代替或减轻人类劳动，或将一种能量（物料、信息）形式转换成另一种形式。（物料、信息）形式转换成另一种形式。动力机器动力机器完成能量的转换。完成能量的转换。工作机器工作机器完成有用的机械功或搬运物品。完成有用的机械功或搬运物品。信息机器信息机器完成信息的传递和变换。完成信息的传递和变换。机器的类别机器的类别 随着科学技术的发展，机器的内涵在不断变化。但是，随着科学技术的发展，机器的内涵在不断变化。但是，机器完成机器完成运动变换运动变换和和动力传递或转换动力传递或转换的本质属性不会改变。的本质属性不会改变。现代科技在机器中的应用，只是使机器具有现代科技在机器中的应用，只是使机器具有信息化信息化、智能化智能化和和柔性化柔性化。其中实现机械运动的其中实现机械运动的执行机构执行机构系统是机器的核心，机系统是机器的核心，机器中各个机构通过有序的运动和动力传递来最终实现功能器中各个机构通过有序的运动和动力传递来最终实现功能变换，完成工作过程。变换，完成工作过程。机器中的运动单元体称为机器中的运动单元体称为构件构件。因此，机器是把一个或几个构件的运动，变换成其他因此，机器是把一个或几个构件的运动，变换成其他构件所需的具有确定运动的构件所需的具有确定运动的构件系统构件系统。控制系统。控制系统。信息测量和处理系统信息测量和处理系统由计算机来完成由计算机来完成的部分。的部分。传动部分及执行机构系统传动部分及执行机构系统完成工作过程。完成工作过程。机器的机器的组成组成自动洗衣机的组成：自动洗衣机的组成：控制器控制器(控制部分控制部分)电动机电动机(原动部分原动部分)减速器减速器(传动部分传动部分)波轮波轮(工作部分工作部分)带带(传动部分传动部分)本课程主要包括以下内容：本课程主要包括以下内容：机构结构分析的基本知识。机构结构分析的基本知识。机构的运动分析。机构的运动分析。机器动力学。机器动力学。常用机构的分析与设计。常用机构的分析与设计。机械系统的方案设计。机械系统的方案设计。本课程是研究本课程是研究机构机构和机械和机械运动简图设计运动简图设计的一门重要技术的一门重要技术基础课程。基础课程。机械原理所学的内容是有关机械的基础知识，是机械类各机械原理所学的内容是有关机械的基础知识，是机械类各专业必修的一门重要的技术基础课程。专业必修的一门重要的技术基础课程。1.2 1.2 学习本课程的目的学习本课程的目的（1 1）为学习好机械类有关专业课打好理论基础。）为学习好机械类有关专业课打好理论基础。（2 2）为机械新产品的创新设计打下良好基础。）为机械新产品的创新设计打下良好基础。（3 3）为现有机械的合理使用和改进打好基础。）为现有机械的合理使用和改进打好基础。（4 4）现代世界各国间的竞争主要表现为综合国力的竞争。）现代世界各国间的竞争主要表现为综合国力的竞争。1.3 1.3 如何进行本课程的学习如何进行本课程的学习 搞清基本概念，理解基本原理，掌握机构分析和综合的基本搞清基本概念，理解基本原理，掌握机构分析和综合的基本方法。方法。着重研究以下两大部分内容：着重研究以下两大部分内容：1 1、研究各种机构和机器所具有的一般共性问题。、研究各种机构和机器所具有的一般共性问题。2 2、研究各种机器中常用的一些机构的性能及其设计方法，、研究各种机器中常用的一些机构的性能及其设计方法，以及机械系统方案设计的问题。以及机械系统方案设计的问题。注意培养运用所学基本理论和方法去发现、分析和解决工注意培养运用所学基本理论和方法去发现、分析和解决工程实际问题的能力。程实际问题的能力。养成综合分析、全面考虑问题的习惯。坚持养成综合分析、全面考虑问题的习惯。坚持科学严谨科学严谨、一一丝不苟丝不苟的工作作风，讲求的工作作风，讲求实效实效的工程观点。的工程观点。深刻理解课程中的基本概念。深刻理解课程中的基本概念。掌握机械运动简图的画法，并习惯用简图来认识机构和机掌握机械运动简图的画法，并习惯用简图来认识机构和机器。器。掌握本课程的基本研究方法，如速度瞬心法、矢量方程图掌握本课程的基本研究方法，如速度瞬心法、矢量方程图解法等。解法等。掌握各种典型机构的结构、分析和设计方法。掌握各种典型机构的结构、分析和设计方法。善于将前后内容联系，融会贯通。善于将前后内容联系，融会贯通。善于理论联系实际，多看多想。善于理论联系实际，多看多想。复习有关例题、习题，归纳总结解题思路。复习有关例题、习题，归纳总结解题思路。具体要求：具体要求：应用领域扩大应用领域扩大上天上天(太空探险太空探险)、入地、入地(水平钻探水平钻探)、下海下海(深海勘探、打捞作业深海勘探、打捞作业)、甚至钻入人体内、甚至钻入人体内(血管清理血管清理)。与其他学科的交叉渗透作用增强与其他学科的交叉渗透作用增强与电子工程、计算与电子工程、计算机科学、控制工程、材料科学、生物医学等相互渗透，机科学、控制工程、材料科学、生物医学等相互渗透，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、机械人机械学、机械CADCAD等。等。新机构不断涌现新机构不断涌现如自控机构、机器人机构、仿生机如自控机构、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。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注重机械的动力性能在机械分析与综合时，由只考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。虑运动性能过渡到同时考虑其动力性能。机械机械原理原理学科学科的发的发展展1.4 1.4 机械原理学科发展现状简介机械原理学科发展现状简介多种星际探测器多种星际探测器和和平平号号空空间间站站国国际际空空间间站站 空中客车空中客车A380A380的最的最大载客量为大载客量为840840人，最大人，最大航程航程16,000 km16,000 km，是目，是目前全球载客量最大的飞机。前全球载客量最大的飞机。波音波音777-200LR777-200LR客客机的载客量为机的载客量为301301人，最人，最大飞行距离为大飞行距离为17,500 km17,500 km，是目前世界上航程最远，是目前世界上航程最远的客机。的客机。深井钻探设备深井钻探设备沙漠石油钻探作业沙漠石油钻探作业定向钻井是一种新技术，可不用移动井架就能实现远距离水平钻探。定向钻井是一种新技术，可不用移动井架就能实现远距离水平钻探。海洋石油海洋石油钻探平台钻探平台海海底底探探索索救助打捞救助打捞形形色色的水下机器人形形色色的水下机器人60006000米水下机器人米水下机器人人体器官内的微型机器人人体器官内的微型机器人医疗医疗机器机器人正人正辅助辅助心脏心脏病手病手术术 磁悬浮列车磁悬浮列车的动力学特性是的动力学特性是悬浮控制与走行悬浮控制与走行控制的关键因素控制的关键因素 磁悬浮列车磁悬浮列车的运行速度高达的运行速度高达550 km/h550 km/h 仿生机构学的研究一直受到很大重视。不少国仿生机构学的研究一直受到很大重视。不少国家积极开展对人的手指、手腕和手臂的结构、动作家积极开展对人的手指、手腕和手臂的结构、动作原理和运动范围的分析研究，已研制出各种多自由原理和运动范围的分析研究，已研制出各种多自由度的生物电控或声控的机械假手，造福于人类。同度的生物电控或声控的机械假手，造福于人类。同时，各种仿生步行机构也不断被研究出来。时，各种仿生步行机构也不断被研究出来。另外，通过研制蛇形机构来探测管道另外，通过研制蛇形机构来探测管道故障；通过鱼游机构研制来解决深水探测故障；通过鱼游机构研制来解决深水探测问题。问题。随着人们对各种仿生机构的深入研究，随着人们对各种仿生机构的深入研究，将会有利于创造出各种新颖的、具有特殊将会有利于创造出各种新颖的、具有特殊功能的新机构来。功能的新机构来。中中国国首首台台拟拟人人形形机机器器人人翩翩翩翩起起舞舞的的机机器器人人仿真美女仿真美女机器人机器人各式各样的仿生机械各式各样的仿生机械 随着现代科学技术的发展，随着现代科学技术的发展，2020世纪世纪8080年代中后期兴起了对微型机械年代中后期兴起了对微型机械（或称为微型机电系统）的研制，以适应生物、环境控制、医学、航空航（或称为微型机电系统）的研制，以适应生物、环境控制、医学、航空航天、数字通信、传感技术、灵巧武器等领域在微小型化方面提出的日益增天、数字通信、传感技术、灵巧武器等领域在微小型化方面提出的日益增长的要求。长的要求。微型机械在尺度、构造、材料、制造方法和工作原理等方面都与传统微型机械在尺度、构造、材料、制造方法和工作原理等方面都与传统机械截然不同。微型机械具有体积小、重量轻、能耗低、集成度高和智能机械截然不同。微型机械具有体积小、重量轻、能耗低、集成度高和智能化高等特点，它与多门学科紧密结合。化高等特点，它与多门学科紧密结合。微型机械的出现还推动了处于机械原理学科前沿的微型光微型机械的出现还推动了处于机械原理学科前沿的微型光-机机-电学分电学分支的产生，开始了对微型机构的尺寸效应、精确度、运动变换和动力传递支的产生，开始了对微型机构的尺寸效应、精确度、运动变换和动力传递以及运动过程中动态特性等的研究。以及运动过程中动态特性等的研究。