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1、机 械 原 理(Mechanisms and Machine Theory),1-1 课程内容,1、研究对象,机械原理(Mechanisms and Machine Theory)机械(machinery)机器(machine)机构(mechanism),什么是机器？什么是机构？请举例。,问题：,举例：,机器:机器人，电梯，起重机，引擎,普通车床加工机械，机器,数控车床加工机械，机器,数控铣床加工机械，机器,四缸十六气门内燃机,轿车内部机械结构,运载火箭是庞大的机器。,索杰纳火星车它是美国国家航空航天局于格林威治时间1997年7月4日17时07分发射的火星探路者号宇宙飞船成功地在火星表面着陆，
2、该飞船携带了索杰纳火星车，这也是一种机器。,机器人,机器是一种人为实物组合的具有确定机械运动的装置，它用来完成有用功、转换能量或处理信息，以代替或减轻人类的劳动。,机器的共同特征：1.由人为实物组成。2.能够传递运动和力。3.能够转换能量或做功。,动力机器的功用是将任何一种能量变换成机械能，或者将机械能变换成其它形式的能量。例如，内燃机、涡轮机、电动机、发电机等。工作机器的功用是完成有用的机械功或搬运物品。例如，金属切削机床、轧钢机、织布机、包装机、汽车机车、飞机、起重机、输送机等。信息机器的功用是完成信息的传递和变换，例如，复印机、打印机、绘图机、传真机、照相机等。,根据机器工作类型的不同，
3、机器一般可以分为动力机器、工作机器和信息机器三类。,举例：,机构:卷笔刀，钟表，折叠椅，自行车,钳物机构(avi),钳物机构(avi),开窗机构(avi),运动鞋刹车机构(avi),连杆机构(avi),凸轮机构(avi),齿轮机构(avi),什么是机构呢？机构可以定义为：是一个具有确定运动的构件系统。,单缸四冲程内燃机,一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含一种机构。,结论：机械是机器与机构的总称。,机械的组成：,原动机用于提供动力,常用原动机形式 原动机主要有电动、液动、气动三种形式 从运动形式来划分有回转、往复直线和步进等多种运动形式。,这是最常用的交流异步电动机,这是步进电机，它可
4、以按输入的电脉冲数回转相应的角度。,这是伺服电动机，它可以精确的控制电动机的输出位移和转速。,液压原动机:液压原动机的形式是：液压马达和液压油缸。,液压马达输出回转运动，液压油缸输出往复直线运动。,BM型摆线液压马达,液压油缸,气动原动机:气动原动机的形式是：气动马达和气缸。,气动马达输出回转运动，气缸输出往复直线运动。,无导杆气缸,有导杆气缸,气 缸,传动机构 将运动和动力传递或变换给执行机构 在传动机构中一般首先与电机联接的是减速机构，最常用的是各种类型的减速器、变速器等。,执行机构 用于实现机器的功能，如机床的刀架、机器人的手爪等。,该机器人的手爪协调运动夹持球体实现任意运动，这是一种智
5、能型机器人。,控制系统 用于实现机器执行机构之间的工作协调，或者各机器之间的工作协调。,2.研究内容,机构&机器,运动学,动力学,什么是机构和机器?,各种机构的分析问题 包括机构的结构分析，即研究机构的组成原理、机构运动的可能性及确定性条件；机构的运动分析，即研究在给定原动件运动的条件下，机构各点的轨迹、位移、速度和加速度等运动特性；机构的力分析，即研究机构各运动副中力的计算方法、摩擦及机械效率问题。常用机构的分析与设计问题 常用机构：齿轮机构、凸轮机构和连杆机构。将用大量篇幅讨论该三大常用机构的特点、设计理论和设计方法。,主要研究在已知力作用下机械的真实运动规律；机器运转过程中速度波动的调节
6、问题以及机械运转过程中所产生惯性力系的平衡问题。机构的选型及机械运动系统设计的基本知识。,机器动力学问题,冲压式蜂窝煤成型机,机器的功能和设计要求,冲压式峰窝煤成型机的功能是将粉煤加入转盘的模筒内，经冲头冲压成峰窝煤。为了实现蜂窝煤冲压成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成五个动作：（1）粉煤加料；（2）冲头将蜂窝煤压制成型；（3）清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动；（4）将在模筒内的冲压后的蜂窝煤脱模；（5）将冲压成型的蜂窝煤输送。,冲头、脱模盘、扫屑刷、模筒转盘位置示意图,工作原理和工艺动作分解,（1）加料：这一动作可利用粉煤重力自动加料；（2）冲压成型：要求冲头上下往复运动；（3）脱模：要求脱模
7、盘上下往复运动，可以将它与冲头一起固结在上下往复运动的滑梁上；（4）扫屑：要求在冲头、脱模盘向上移动过程中完成；（5）模筒转盘间歇转动：以完成冲压、脱模、加料的转换；（6）输送：将成型脱模后的蜂窝煤落在输送带上送出成品。,机构选型,机构的形态矩阵,N3 X 2 X 318,机械运动方案简图,五千年前已开始使用简单的纺织机械；晋朝时在连机椎和水碾中应用了凸轮原理；西汉时应用轮系传动原理制成了指南车和记里鼓车；东汉张衡发明的候风地动仪是世界上第一台地震仪。目前许多机械中仍在采用的青铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我国东汉年代的文物中都可以找到它们的原始形态。,我国古代在机械研制方面有许多杰出的发明创造
8、。,1-2 机械发展史简介,18世纪初以蒸汽机的出现为代表产生了第一次产业革命，人们开始设计制造各种各样的机械，例如纺织机、火车、汽轮船。,哈格里沃斯发明的“珍妮纺纱机”,This is called Jean spinning machineIt is a symbol of Industry revolution,The first steam engine invented by a French Military officer,法国陆军技术军官古诺发明了世界上第一辆蒸汽动力车,19世纪到20世纪初的第二次产业革命，随着内燃机的出现，促进了汽车、飞机等运输工具的出现和发展。,1898年
9、问世的“雷诺”牌汽车,The invention of inner-combustionEngine induced the second industryrevolution,In 1927 An American called Lindberg flied Across the Atlantic Ocean with this air planeThe inner combustion engine pushed the invention of Automobile and airplane forward,“圣路易斯精神”号飞机1927年美国人林德伯格驾驶着它完成了人类首次不着陆飞越大
10、西洋的壮举。,20世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器人，航空航天，海洋舰船等领域开发出了众多高新机械产品，如火箭、卫星、宇宙飞船、空间站、航空母舰、深海探测器等,国际太空站,The space station,The Space shuttle deploy The Hobbler Radio Telescope A space age symbol,航天飞机正在利用机械臂施放哈勃空间望远镜,展望刚刚到来的21世纪，智能机械、微型机构、仿生机械的蓬勃发展，将促进材料、信息、计算机技术、自动化等领域的交叉与融合，进一步丰富和发展机械基础学科知识。,用光刻技术做成的微米尺寸的微机械,The
11、 miniature gear,A spider Robot,蜘蛛形探雷机器人,一、认识机械，了解机械二、掌握方法，分析机械三、开阔思路，设计和创新机械四、更新观念，发展机械学科,1-3 机械原理课程的学习目的和作用,学习方法,1.多做练习。2.参观实验室。3.注意观察身边的机械。4.更多讨论。,1.授课2.家庭作业 3.实验4.讨论和习题课,课程组织,评分,作业-20%实验-5%出勤 5%期末考试-70%,教材,1.机械设计 彭文生,李志明,高等教育出版社2.机械原理 孙恒,陈作模,高等教育出版社3.机械设计习题集 候玉英,孙立鹏,高等教育出版社,参考书,1.Design of Machinery An Introduction to the Synthesis and Analysis of Mechanism and Machine,Robert L.Norton2.Mechanisms and Dynamics of Machinery,Hamilton H.Mabie,Charles F.Reinholtz3.Theory of Machines and Mechanisms,J.E.Shigley,4.黄纯颖，机械创新设计，高等教育出版社，1999.12,本章结束,
