南航机械原理第一章

机械原理
第1 章 绪论
特种机器人：在潜水、管道修理、外科手术、生物工程、 军事、星际探索等领域应用，承担着许多由人的直接操 作无法完成的工作。
几种特种机器人
军用昆虫机器人 水下扫雷机器人
机械原理
第1 章 绪论
计算机控制系统和伺服电机被引入到传统机器中来， 使其组成、面貌和功能发生了革命性的变化。
现 代： 机器人的出现
随着计算机和伺服电机的出现，机器人作为现代机 器的代表走上了历史舞台。 工业机器人 特种机器人
工业机器人：在工业生产中越来越广泛地应用。用于 搬运、装配、焊接、喷漆、凿岩等工作。
机械原理
第1 章 绪论
几
种
工业机器人
清洗飞机的机器人
第一汽车制造厂的汽车装配生产线
隧道凿岩的机器人
第1 章 绪论
近 代： 18世纪中叶 － 20世纪中叶
动力的变革
材料的变革
加工手段的变革 生产模式的变革 机构与传动的变革 机械理论和设计方法的建立
机械原理
第1 章 绪论
近代 — 动力的变革
动力的变革推动了机械的飞速发展和广泛应用。
1765年，瓦特（Watt）发明了蒸汽机。 揭开了第一次工业革命的序幕。
机械原理
第1 章 绪论
动力机器 加工机器 根据用途的不同，
机器可分为
运输机器 信息机器
机械原理
第1 章 绪论
动力机器 用途: 转换机械能。
其他形式的能量
原动机
机械能
如蒸汽机、内燃机、电动机
机械能
换能机
其他形式的能量
如空气压缩机
返回
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第1 章 绪论
加工机器
尺寸
用来改变被 加工对象的
如: 加工机床 轧钢机
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第1 章 绪论
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第1 章 绪论
1.3
本课程的重要性及学习方法
机械原理
第1 章 绪论
要求的基础知识
高等数学、机械制图、普通物理、理论力学。
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第1 章 绪论
学习方法
掌握本课程学的特点 注重理论联系实际 逐步建立工程的观点 认真对待每个学习环节
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第1 章 绪论
掌握本课程的特点
莱 特 兄 弟
1903
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第1 章 绪论
近代 — 材料的变革 19世纪中叶，发明了炼钢法，从那时一直到现在， 钢铁始终是制造机械最主要的材料。 近代 — 加工手段的变革 18世纪末，现代车床的雏形在英国问世; 19世纪中叶, 通用机床的各种类型已大体齐备；
19世纪末，自动机床、大型机床出现。
近代 — 生产模式的变化 社会需求日益增长。 20世纪初叶，机械制造进入了 大批量生产模式的时代。标志：美国福特汽车的生产
第1章
绪论
1.1 本课程的研究对象和内容 1.2 机械的发展历程 1.3 本课程的重要性和学习方法
机械原理
第1 章 绪论
1.1 本课程研究的对象和内容
机械原理
第1 章 绪论
研究对象
机械（machinery）： 机器和机构的总称。
机器（machine）： 执行机械运动的装置，用来变换或 传递能量、物料、信息。 机器的三个特征： ①人为的实物组合（不是天然形成的）； ②各运动单元具有确定的相对运动； ③必须能做有用功，完成物流、信息的传递及能量的转换。
蒸汽机给人类带来了强大的动力，各种由动力驱 动的产业机械 — 纺织机、车床等，相继出现。
机械原理
第1 章 绪论
蒸汽机无法实现小型化，所以在当时的工厂里采用集中驱动的方式。 皮带 蒸汽机 皮带 天轴 皮带 皮带 生产机械 1 生产机械 2 生产机械 3
……
蒸汽机时代的纺织工厂
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第1 章 绪论
机械原理
第1 章 绪论
古代中国
公元一世纪 东汉 “水排”
用水力鼓风炼铁，其中应用
了齿轮和连杆机构
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第1 章 绪论
“侯风地动仪”
以青铜制成，状如卵形酒樽，仪 体内中心立有一根都柱，都柱旁 有八股杠杆机械装置，分别连接 到仪体外八条龙的龙头。地震波 传递过来时，都柱沿滑道倒向震 波方向，推动这一方向的杠杆， 引发牙机。仪体外相应方向的龙 张口吐出口中的铜珠，落入下方 的蟾蜍口中。监测人员根据声响 和方位可判断地震发生的方向。
凸轮轮廓的设计和凸轮机构尺寸参数的选择； （3）齿轮传动原理、齿轮参数与几何尺寸的计算； （4）齿轮系的传动比计算及设计中的若干问题； （5）其他几种常用机构的组成及其运动特性分析。
机械原理
第1 章 绪论
3、 机械动力学问题： (1) 机构中的惯性力平衡； (2) 机械的动力学模型、作用力和运动的关系和机械 的调速问题。
总学时：48时 内容讲授：40时 课程实验：6小时 习题讲解：2小时
外文教材
机械原理
第1 章 绪论
目 录
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章 第9章 第10章 第11章 第12章 第13章 绪论（1） 平面机构的结构分析（4） 平面机构的运动分析（4） 空间连杆机构的运动分析 运动副中的摩擦和机械效率（2） 平面连杆机构（4） 凸轮机构(4) 齿轮机构(9) 轮系(4) 其他常用机构 机器的运转及其速度波动的调节(4) 机械的平衡(4) 机构的选型与组合
Pinion 4'
Gear 5
Cam 5' Follower 6 第1 章 绪论 Frame 1 Cam 5" Follower 7
Frame 1 Frame 1
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第1 章 绪论
Slider-crank mechanism mechanism
曲柄滑块机构
1
2
Gear mechanism
齿轮机构
机 器 静 力 学
机 器 动 力 学
机 械 零 件 设 计
运动学
静力学
动力学
强度理论
但是，这些方法都基于图解和手工计算。 牛顿经典力学
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第1 章 绪论
现 代： 20世纪中叶 －
计算机的发明 － 科学技术发展史上划时代的大事。
现代机器的出现 计算机使机械设计方法面目一新
机械原理
第1 章 绪论
第1 章 绪论
法国“恺撒 ”
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第1 章 绪论
瑞典FH-77BD
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第1 章 绪论
以 色 列
ATMOS 2000
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第1 章 绪论
南非T5-52
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第1 章 绪论
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第1 章 绪论
现 代：机械理论和设计方法面目一新
20世纪最后30年，计算机应用的普及极大地推动了机 械分析与设计方法的革新。 计算机计算代替了手工计算法和图解方法。 计算机辅助设计、优化设计、有限元法、动态设计等现代 设计方法迅速发展。 现代意义上的机械设计已经根本离不开计算机了。
19世纪，第二次工业革命 电动机和内燃机发明
电力代替了蒸汽。 集中驱动被抛弃， 每台机器都安装了独 立的电动机。
为汽车、飞机的 出现提供了可能性。
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第1 章 绪论
1886年，本茨发明的汽油发动机 为动力的三轮车被授予专利。
与此同时，戴姆勒也发明 了他的第一辆四轮汽车。
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第1 章 绪论
形状
Hale Waihona Puke Baidu性质
状态
纺织机
包装机等。
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第1 章 绪论
运输机器
用来搬运物品和人。 如汽车、飞机、起重机、运输机。
返回
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第1 章 绪论
信息机器 其功能是处理信息。 例如复印机、打印机、绘图机等。
虽然也作机械运动，但其目的是处理信息，而不是
完成有用的机械功，因而其所需的功率较小。
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第1 章 绪论
棘轮机构
蜗杆间歇机构
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第1 章 绪论
构件（link）：运动单元体。 零件（machine element）：制造单元体。
构件可由一个或几个零件组成。例如，连杆是由几个零件组成。
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第1 章 绪论
一般来说，机构都是由以下三种构件组成：
机架（frame）：机构中相对不动的构件。 原动件（driving link）：驱动力（或力矩）所作用的构件。 →输入构件 从动件（driven link）：随着原动构件的运动而运动的构件。 →输出构件
4、机械系统运动方案的设计
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第1 章 绪论
1.2
机械的发展历程
机械原理
第1 章 绪论
机械的发展历程
古 代
近 代
现 代
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第1 章 绪论
远古时代 简单机械：杠杆、车轮、滑轮、斜面、螺旋等。 公元前3000年，在修建金字塔的过程中，就使用了 滚木来搬运巨石。 阿基米德用螺旋将水提升至高处，那就是今天的螺 旋式输送机的始祖。
动力机器 加工机器
转换机械能
完成机械功
运输机器 信息机器
信息处理，做功少
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第1 章 绪论
机器的组成：
1.原动机： 机器动力的来源
2.执行部分： 能完成机器预期的动作 3.传动部分： 把原动机的运动和功率传递给工作机的中间环节 4.控制部分
辅助系统（如仪表、照明等） 原动机 传动部分 控制部分 执行部分
Cam
凸轮机构
1 6
5
3 4
1
4'
5'
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第1 章 绪论
常用机构
在各种机械中广泛使用的一些机构
连杆机构 凸轮机构 齿轮机构 间歇运动机构
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第1 章 绪论
曲柄摇杆机构
机械原理 曲柄摇块机构
第1 章 绪论
机械原理
第1 章 绪论
凸轮机构
机械原理 齿轮机构
第1 章 绪论
机械原理
第1 章 绪论
机械原理
第1 章 绪论
近代 — 机构与传动的变革 高速化 近 代 机 械 的 发 展 趋 势
精密化
自动化
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第1 章 绪论
近代 — 机械理论和设计方法的建立
机器的发展，呼唤着机械的理论和设计方法。 牛顿经典力学为此奠定了理论基础。
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第1 章 绪论
机 构 结 构 学
机 构 运 动 学
机 器 静 力 学
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第1 章 绪论
注重理论联系实际
本课程并不是研究某种具体的机械，而是着重研究一般机 械的共性问题，即机构的结构分析和综合的基本理论和基本方 法。这些基本理论和方法是紧密为工程服务的。因此，在本课 程的学习过程中，一方面要注意这些理论和方法在理论上建立 和推演的严密性和逻辑性，另一方面更要注意这些理论和方法 如何在工程实际中的应用。 应随时留意日常生活和生产中遇到的各种机械，以丰富自 己的感性认识；并用所学到的理论和方法认识分析这些机械， 以加深理解，使理论和实践相互促进。
机 械 原理
THEORY OF MACHINES & MECHANISMS
主讲：
刘 雷
南航机电学院设计工程系 办公室： 6-626 E-mail : liulei6278@163.com
机械原理
第1 章 绪论
教材与学时安排
教材： 南京航空航天大学 参考： 西北工业大学 东南大学 孙桓 朱如鹏
学时安排：
机器要运动、 要传递力， 最先发展起 来的是：
随着机器运转速 度的不断提高， 机器的振动、速 度波动等问题引 起了人们的重视， 机械动力学发展 起来。
运动学
静力学
动力学
强度理论
牛顿经典力学
材料学
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第1 章 绪论
到20世纪上半叶，机械设计的方法已基本形成。 机 构 结 构 学
机 构 运 动 学
数控车床
数控加工中心
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第1 章 绪论
现代武器装备
10个52倍口径155mm自行榴弹炮
德国PzH2000
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第1 章 绪论
韩国K9
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第1 章 绪论
南非G6-52
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第1 章 绪论
英国“勇士的心”
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第1 章 绪论
德国“阿格姆 ”
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第1 章 绪论
日本99式
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第1 章 绪论
中世纪
欧洲
用脚踏板驱动的 加工木棒的车床
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第1 章 绪论
中世纪
欧洲
利用曲轴的研磨机
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第1 章 绪论
13世纪以后，机械钟表在欧洲发展起来。 连杆机构、齿轮机构和凸轮机构等在古代机械中已经 有所应用。 在达•芬奇时代，现在最常用的一些机构形式即已基本 知晓。
机械原理
本课程是一门技术基础课，其最显著的特点是基础理论与 工程实际的结合。要用到物理、数学、力学、机械制图和工程 材料及机械制造基础等先修课程的知识，尤其是理论力学课程 的知识。但并不是这些课程的简单重复，而是要引导学生如何 运用所学的知识解决工程实际中所遇到的问题。 所以本课程的学习不同于理论课程的学习，也不同于专业 课，而具有一定的理论系统性、逻辑性及较强的工程实践性特 点。因此，在学习本课程时应注意掌握基本概念、原理及机构 分析与综合方法。
机械原理
第1 章 绪论
研究内容
1、 各种机构所共有的基本问题 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 机构的组成原理； 机构运动简图的表示方法; 机构的自由度的计算; 平面机构的运动分析; 空间机构的结构和空间连杆结构的运动分析; 机构中的摩擦、效率和自锁。
机械原理
第1 章 绪论
2、
常用机构特有问题的研究 （1）连杆机构的特性和运动设计； （2）凸轮机构从动件的运动规律、
机械原理
第1 章 绪论
机械原理
第1 章 绪论
机构（mechanism） ：能实现预期的机械运动的构件（包括 机架）的基本组合体。
机器与机构的区别和联系：
机器是由机构组成的系统，最简单的机器只含有1个机构。
机器能做有用功，而机构不能，机构仅能实现预期的机械运动。
机械原理 Piston 2
Coupler 3 Crank 4 Frame 1