机械原理 西北工业大学

机械专业 机械原理

第一章

绪

论

§1-1 本课程研究的对象和内容§1-2 本课程在教学中的地位

§1-3 课程的性质和学习方法§1-4 机械原理学科发展现状简介

湖南理工学院专用

作者： 潘存云教授

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§1-1 本课程研究的对象和内容顾名思义，本课程研究对象为：机械 机械-人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的 组合体。 原理-机械的组成原理、工作原理、分析和设计原理(方法)等。 任何机械都经历了：简单→复杂的发展过程。 起重机的发展历程： 斜面 →杠杆 →起重轱辘 →滑轮组 →手动(电动)葫芦 →现代起重机 (包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、 卷扬机、叉车、电梯-电脑控制)。一般而言， 机械是机器和机构的总称

机械湖南理工学院专用

机构 机器作者： 潘存云教授

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作者： 潘存云教授

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机构-能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件 实物的组合体。如：连杆机构、凸轮机构、 齿轮机构等。种类有限 机器-根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合 体。

如 : 缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用 机器、起重机等。机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但 具有相同的基本特征。

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作者： 潘存云教授

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典型机器的分析：

3

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1.内燃机组 成 ： 汽缸体1、 活 塞 2 、 进 气 阀 3 、 排气阀4、 连 杆 5 、 曲 轴 6 、 凸 轮 7 、 顶 杆 8 、 齿轮9、10

8 7

潘存云教授研制

1 5 6

工作原理： 1.活塞下行，进气阀开启，混合气体 内燃机 进入汽缸； 2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩， 在顶部点 火燃烧； 循环运动的结果，使曲轴 3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭； 输出连续的旋转运动 4. 活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。湖南理工学院专用 作者： 潘存云教授

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内燃机的工作过程：进气 压缩 爆炸排气潘存云教授研制设计：潘存云

内燃机各部分的作用：

活塞的往复运动通过连杆转变为曲 轴的连续转动，该组合体称为：曲柄滑块机构 凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为： 凸轮机构 两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动 作，称为：齿轮机构 各部分协调动作的结果： 化学能 机械能湖南理工学院专用 作者： 潘存云教授

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2.工件自动载送装置工件 定爪 动爪

档块滑杆

含带传动机构、蜗杆 传动、凸轮机构、连 杆机构等。 滑杆左移时，夹持器 将工件夹住。

装配夹具 工件载送器

潘存云教授研制

蜗杆传动 连杆机构

带传动

凸轮机构 电动机

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。强调代替人类完成有用工作湖南理工学院专用

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机器的共有特征： ①人造的实物组合体； ②各部分有确定的相对运动； ③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量 的转换机器的作用

机器的分类： 原动机-实现能量转换(如内燃机、蒸汽机、电动机)种类有限

工作机-完成有用功(如机床等) 种类繁多

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作者： 潘存云教授

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机构 机械机器 原动机

工作机

工作机的组成：原动部分-是工作机动力的来源，最常见的是电动机 和内燃机。 工作部分-完成预定的动作，位于传动路线的终点。 传动部分-联接原动机和工作部分的中间部分。

控制部分-保证机器的启动、停止和正常协调动作。其关系如下

原动机

传动 控制

工作

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作者： 潘存云教授

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分析自动洗衣机的组成：控制器(控制)

潘存云教授研制 潘存云教授研制

波轮(工作)

电动机(原动)带(传动)

减速器(传动)湖南理工学院专用 作者： 潘存云教授

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机构的共有特征： ①人造的实物组合体；

同理，通过对典型机构进行分析可知：

②各部分有确定的相对运动； ③用来传递力或实现运动的转换。 机构的分类：通用机构和专用机构。

通用机构---用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。 专用机构---只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。机构 机械 机器湖南理工学院专用

通用机构 专用机构 原动机 工作机作者： 潘存云教授

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本课程研究重点：通用机构 机器与机构的关系：由两个实例推广到一般 任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而 成的。实际机器的种类有成千上万种，但机构的种类确有限。类似关系：化合物与化学元素 由机器与机构的共有特征可知：

机器与机构在结构和运动方面并无区别(仅作用不同) ,故统称为机械。人造的组合体、有确定的相对运动

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作者： 潘存云教授

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§1-2 本课程的研究内容1. 机构结构分析 基本知识 ▲研究机构运动的可能性; 能否运动 ▲机构运动的确定性；下一个位置和运动方向是否唯一 ▲机构运动简图的绘制方法；用简单图形表示复杂机构 ▲机构的组成原理和结构分类。 2. 机构的运动学 ▲机构上某些特殊点的位置、速度、加速度的求法 和机构的运动规律； 不考虑引起机构运动的力的作用，仅从几何的观点来研究 ▲设计新机构的方法。按一定几何条件和运动条件 3. 机器动力学 ▲分析机构的受力情况及力做功的情况； ▲分析机器在已知外力作用下的运动； ▲机器的调速和平衡方法。湖南理工学院专用 作

者： 潘存云教授

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按解决问题的性质，研究内容又可分为两大类：

▲机构分析-对已有机构的研究。包括结构、运动 和力分析。 ▲机构综合-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； ▲设计结果是机构运动简图，而非工程化的设计图。 方案设计 本课程要解决的问题 机械设计 结构设计 属于机械设计课程的范畴湖南理工学院专用 作者： 潘存云教授

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§1-3 课程的性质和学习方法课程性质： 技术基础课 作用： 承前启后作为一名工程技术人员，同学们在今后的工 作岗位上将会接触各种各样的通用或专用机 械，因此必须掌握机械方面的基础知识。

先修课程：高等数学、普通物理、工程制图、理论力学同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如机械 设计、机床夹具设计、机床、机械制造工艺学等专 业课程打下基础， 课程的特点： 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

1)实践性强 2)综合性强 3)独立性强湖南理工学院专用

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。 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，一定要复习号理 论力学中的有关内容，如运动学、摩擦学等。 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的内容，以免 出现猴子扮苞米的现象。

4) 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。 作者： 潘存云教授

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本课程研究机械的途径： ▲ 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。

▲ 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。如何学习本课程？ ▲ 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。

▲ 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。▲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。湖南理工学院专用 作者： 潘存云教授

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▲

注意培养综合分析、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。 ▲注意培养科学严谨、一丝不苟的工作作风。在今后 的工作中要与各种武器装备打交道，稍有不慎，即 可能造成损失。

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§1-4 机械原理学科发展现状简介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

应用领域扩大：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

与其它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。 本学科的研究课题与日俱增: 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。湖南理工学院专用 作者： 潘存云教授

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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。湖南理工学院专用 作者： 潘存云教授

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