機(jī)械原理

TheoryofMachinesandMechanisms

教材：楊家軍主編《機(jī)械原理》華中科技大學(xué)出版社課程安排：三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)講課:50學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn):6學(xué)時(shí)聯(lián)系：62405120/87540870（h）黃老師（女）課程設(shè)計(jì):2周作業(yè):先修課程：高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、金屬工藝學(xué)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、工程力學(xué)機(jī)械原理課程的性質(zhì)與任務(wù)是介紹機(jī)械設(shè)計(jì)基本知識(shí)、基本理論、基本方法的重要技術(shù)基礎(chǔ)課。機(jī)械原理的教學(xué)內(nèi)容主要內(nèi)容：機(jī)械設(shè)計(jì)的一般原則與程序常用機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、間歇機(jī)構(gòu)等其他常用機(jī)構(gòu)）的工作原理運(yùn)動(dòng)特性及設(shè)計(jì)方法機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)本課程的基本學(xué)習(xí)方法著重基本概念的理解和基本設(shè)計(jì)方法的掌握，不強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的理論分析；著重理解公式建立的前提、意義和應(yīng)用，不強(qiáng)調(diào)對(duì)理論公式的具體推導(dǎo)；注意密切聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，努力培養(yǎng)解決工程實(shí)際問題的能力?！?.1

機(jī)械設(shè)計(jì)概述

0.1.1

設(shè)計(jì)的本質(zhì)設(shè)計(jì)是復(fù)雜的思維過程，設(shè)計(jì)過程蘊(yùn)涵著創(chuàng)新和發(fā)明的源泉。設(shè)計(jì)就是盡可能少地消耗以材料、能源、勞動(dòng)力、資金等形態(tài)存在的資源，創(chuàng)造出滿足預(yù)先設(shè)想功能要求的物質(zhì)實(shí)體，設(shè)計(jì)是人類進(jìn)行的一種有目的、有意識(shí)、有計(jì)劃的創(chuàng)造活動(dòng)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造能力開發(fā)和充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性；重視原理方案的設(shè)計(jì)、開發(fā)和創(chuàng)新產(chǎn)品?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)已不再把時(shí)間花費(fèi)在煩瑣的計(jì)算推導(dǎo)及平面圖紙的設(shè)計(jì)上，現(xiàn)代設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中，綜合考慮、分析市場需求、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、使用、銷售能各方面的因素；綜合運(yùn)用優(yōu)化系統(tǒng)工程、可靠性理論、價(jià)值工程、技術(shù)等學(xué)科的知識(shí)，探索多種解決設(shè)計(jì)問題的科學(xué)途徑。在這樣一個(gè)迅猛發(fā)展的時(shí)代

,人們的要求越來越高,也就對(duì)設(shè)計(jì)工作者提出了更高的水準(zhǔn)。設(shè)計(jì)向什么方向發(fā)展,設(shè)計(jì)如何解決現(xiàn)代人的需求,已經(jīng)成為重要的研究課題。機(jī)械原理課程在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的作用?CAB創(chuàng)新設(shè)計(jì)是指充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力，利用人類已有的相關(guān)科學(xué)技術(shù)成果（含理論、方法、技術(shù)原理等）進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思設(shè)計(jì)出，具有新穎性、創(chuàng)造性及實(shí)用性的機(jī)構(gòu)或機(jī)械產(chǎn)品的一種實(shí)踐活動(dòng)。①創(chuàng)新設(shè)計(jì)是涉及到多種學(xué)科,包括設(shè)計(jì)學(xué)、創(chuàng)造學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、心理學(xué)等的復(fù)合性工作,其結(jié)果的評(píng)價(jià)也是多指標(biāo)、多角度的；②創(chuàng)新設(shè)計(jì)中相當(dāng)一部分工作是非數(shù)據(jù)性、非計(jì)算性的,而是要依靠對(duì)各學(xué)科知識(shí)的綜合理解與交融,對(duì)已有經(jīng)驗(yàn)的歸納與分析,運(yùn)用創(chuàng)造性的思維方法與創(chuàng)造學(xué)的基本原理開展工作；③創(chuàng)新設(shè)計(jì)不只是因?yàn)閱栴}而設(shè)計(jì),更重要的是提出問題,解決問題；④創(chuàng)新設(shè)計(jì)是多種層次的,不在乎規(guī)模的大小,也不在乎理論的深淺,注重的是新穎性、獨(dú)創(chuàng)性；⑤創(chuàng)新設(shè)計(jì)必須具有實(shí)用性，其最終目的在于應(yīng)用。學(xué)起于思，思緣于疑，如生活中會(huì)出現(xiàn)飲水機(jī)在倒水時(shí)手推開關(guān)會(huì)把一次性水杯壓扁；臺(tái)燈寫字時(shí)手會(huì)遮住光線留下影子；用墨水瓶吸墨水時(shí)會(huì)把筆弄臟；電梯按鈕不適合不同身高的人，且只有視覺提示，沒有考慮盲人等特殊人群等問題，將這些問題解決就是創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

歸納起來創(chuàng)新設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn)

:設(shè)計(jì)進(jìn)程本身是一個(gè)不斷反饋循環(huán)的過程,設(shè)計(jì)者在每一步都可能獲得新的信息,從而反饋到前面的步驟。因此,一個(gè)出色的設(shè)計(jì)者往往要經(jīng)歷多次反復(fù)才能真正達(dá)到其最優(yōu)效果。機(jī)械原理課程在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的作用---概念設(shè)計(jì)（方案創(chuàng)新）0.1.2設(shè)計(jì)的原則1、創(chuàng)新原則創(chuàng)新概念:創(chuàng)新就是通過引入新概念、新思想、新方法、新技術(shù)等．或?qū)σ延挟a(chǎn)品的革新來創(chuàng)造具有相當(dāng)社會(huì)價(jià)值的事物或形式。【案例分析】洗衣機(jī)的發(fā)展與創(chuàng)新單缸單洗洗衣機(jī)雙缸半自動(dòng)洗衣機(jī)全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)

雖有乎千金之玉卮，至貴而無當(dāng)，漏不可盛水……——韓非子2、實(shí)用原則木桶

塑料水桶3、經(jīng)濟(jì)原則4、美觀原則武器槍5、道德原則道德是觀念，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮它與人、社會(huì)、環(huán)境的關(guān)系，要尊重他人知識(shí)產(chǎn)權(quán)、技術(shù)的成果。發(fā)明的產(chǎn)品不能傷害別人的身體，不能污染環(huán)境，如：帶高壓電的防盜網(wǎng)激光致盲防盜鎖恐怖玩具就不滿足道德原則，也是法律不允許的。6、技術(shù)規(guī)范原則技術(shù)規(guī)范是有關(guān)開發(fā)產(chǎn)生技術(shù)的知識(shí)、領(lǐng)域、方法和規(guī)定的總和。技術(shù)規(guī)范有強(qiáng)制性的，也有推薦性的；技術(shù)規(guī)范是隨科學(xué)技術(shù)發(fā)展而發(fā)展的。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中要求系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，以便滿足零部件之間方便互換的要求，如螺栓、螺母、墊片與港口運(yùn)貨的集裝箱、標(biāo)準(zhǔn)齒輪等，都滿足技術(shù)規(guī)范原則。而各種手機(jī)電池、充電器沒有采用統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，給用戶使用中帶來許多麻煩。螺栓技術(shù)設(shè)計(jì)的可持續(xù)性發(fā)展原則是指產(chǎn)品的設(shè)計(jì)既滿足當(dāng)代發(fā)展的需求，又考慮未來發(fā)展的需求，不以犧牲后人的利益和長遠(yuǎn)的利益為代價(jià)來滿足當(dāng)代人的需求，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要考慮到人類長遠(yuǎn)的發(fā)展，資源與能源的合理利用，生態(tài)的平衡等可持續(xù)發(fā)展的因素。白色污染7、可持續(xù)發(fā)展原則太陽能汽車8、安全原則安全是人類對(duì)產(chǎn)品最基本的需求，產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須考慮安全問題。機(jī)械安全基本要求是有足夠的抗破壞能力、良好的可靠性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，可靠有效的安全防護(hù)，履行安全人機(jī)學(xué)的要求，通過選用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)盡可能避免或減少危險(xiǎn)，采用本質(zhì)安全技術(shù)，避免銳邊、尖角和凸出部分，防止超載應(yīng)力，避免交變應(yīng)力，進(jìn)行回轉(zhuǎn)件的平衡，采用機(jī)械化和自動(dòng)化技術(shù)，減少操作者涉入危險(xiǎn)區(qū)的時(shí)間，并設(shè)置安全裝置。9、科學(xué)性原則設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)符合自然規(guī)律（科學(xué)性原則），否則產(chǎn)品就沒有其生存空間。如靈巧機(jī)械手、航天飛機(jī)的發(fā)明符合科學(xué)性原則。電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)遵循了電磁感應(yīng)的科學(xué)原理，永動(dòng)機(jī)構(gòu)想則違背能量守恒定律和轉(zhuǎn)化原理，不符合科學(xué)性原則。靈巧機(jī)械手航天飛機(jī)0.1.3

設(shè)計(jì)與創(chuàng)新開展機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究不僅具有重要的理論學(xué)術(shù)價(jià)值，而且具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的深入研究將為人類發(fā)明創(chuàng)造新機(jī)器、新機(jī)械提供有效的理論和方法。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究涉及人的思維過程、創(chuàng)造機(jī)理、創(chuàng)造過程等研究內(nèi)容，因此，機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的研究能加速機(jī)械專家智能化，在加速機(jī)械設(shè)計(jì)水平向自動(dòng)化、智能化、最優(yōu)化、集成化實(shí)現(xiàn)過程中作出貢獻(xiàn)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品，在功能原理方案選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等都蘊(yùn)含著創(chuàng)造性，含有較高的關(guān)鍵技術(shù)附加值因此新產(chǎn)品不僅具有優(yōu)越的使用性能，而且具有較完美的造型性能，新產(chǎn)品包括科學(xué)技術(shù)原理與藝術(shù)性的完美結(jié)合、人機(jī)系統(tǒng)的良好協(xié)調(diào)性以及良好的經(jīng)濟(jì)性等。這樣無疑提高了新產(chǎn)品在同類產(chǎn)品中的競爭力特別是當(dāng)新產(chǎn)品形成產(chǎn)業(yè)化的時(shí)候，可以創(chuàng)造出較高的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)踐還培養(yǎng)了設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性思維，增強(qiáng)了其創(chuàng)新能力，提高了設(shè)計(jì)人員進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的自覺性及技術(shù)上的可操作性，使機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)成為一種常用的設(shè)計(jì)工具或手段，創(chuàng)新設(shè)計(jì)促進(jìn)了新產(chǎn)品的繁榮與更新，并為社會(huì)創(chuàng)造了財(cái)富。。新產(chǎn)品是指在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、性能、材質(zhì)、技術(shù)特征等某一方面或幾個(gè)方面有顯著改進(jìn)、提高或個(gè)性化的產(chǎn)品凡是能給用戶帶來某種新的滿足、新的利益的產(chǎn)品，都可稱為新產(chǎn)品。從新產(chǎn)品的創(chuàng)新程度分類有全新產(chǎn)品、換代產(chǎn)品、改進(jìn)產(chǎn)品。創(chuàng)新程度高的產(chǎn)品在開發(fā)過程中需要投資的時(shí)間、人力和資金數(shù)量大，收益大、市場風(fēng)險(xiǎn)大。創(chuàng)新程度低的產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)小、投資少，但容易被競爭對(duì)手模仿，難以獲得超額利潤。新產(chǎn)品開發(fā)主要是尋求創(chuàng)意，創(chuàng)意是指開發(fā)新產(chǎn)品的構(gòu)思、設(shè)想。用戶是尋求新產(chǎn)品創(chuàng)意的一個(gè)最好來源，用戶的愿望和要求是開發(fā)新產(chǎn)品的起點(diǎn)和歸宿，他們的創(chuàng)意往往最有生命力，在此基礎(chǔ)上開發(fā)的新產(chǎn)品成功率最高?？蒲袡C(jī)構(gòu)和大學(xué)的新發(fā)明、新技術(shù)，是生產(chǎn)新產(chǎn)品構(gòu)思的重要來源。企業(yè)向競爭對(duì)手的新產(chǎn)品中了解新的設(shè)想方案，從報(bào)刊信息媒體中也可以尋找到許多中重要的情報(bào)和創(chuàng)意靈感。多功能病床的發(fā)明就是根據(jù)病人的愿望和要求開發(fā)的新產(chǎn)品?！?.2

機(jī)械系統(tǒng)

機(jī)械系統(tǒng)

動(dòng)力系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)蒸汽機(jī)內(nèi)燃機(jī)水輪機(jī)燃?xì)鈾C(jī)電動(dòng)機(jī)液動(dòng)機(jī)氣動(dòng)機(jī)液體動(dòng)力傳遞機(jī)械傳遞電力或磁力傳遞摩擦傳動(dòng)嚙合傳動(dòng)推動(dòng)傳動(dòng)液壓傳動(dòng)液力傳動(dòng)氣動(dòng)傳動(dòng)電力拖動(dòng)電磁離合或制動(dòng)傳動(dòng)按預(yù)定運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)冷卻,潤滑,計(jì)數(shù),照明等裝置操縱控制裝置機(jī)械系統(tǒng)的組成JVX絲杠軸承電機(jī)聯(lián)軸節(jié)工作臺(tái)銑刀導(dǎo)軌工件伺服驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)

動(dòng)力源光柵尺數(shù)控機(jī)床由動(dòng)力系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五個(gè)要素組成。機(jī)電一體化系統(tǒng)§0.3

機(jī)械的組成

機(jī)械(machinery)

機(jī)器machine機(jī)構(gòu)mechanism機(jī)構(gòu)：人為的實(shí)物組合體；各實(shí)物組合體之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。機(jī)器：人為的實(shí)物組合體；各實(shí)物組合體之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；它們或者做機(jī)械功或者進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。機(jī)械：機(jī)構(gòu)與機(jī)器的統(tǒng)稱。物料：是指被加工的對(duì)象、被搬運(yùn)的重物。機(jī)器(machine)執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，它用來變換和傳遞能量、物料與信息機(jī)器種類動(dòng)力機(jī)器工作機(jī)器信息機(jī)器是能量變換的裝置，即可將某種形式的能量變換成機(jī)械能，或者把機(jī)械能變換成其他形式的能量。例如：內(nèi)燃機(jī)、壓氣機(jī)、渦輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)等。是完成有用的機(jī)械功或者是搬運(yùn)物品。例如：軋鋼機(jī)、織布機(jī)、縫紉機(jī)、汽車、飛機(jī)和金屬切削加工機(jī)床等。是用來獲得和變換信息。例如：機(jī)械式積分儀、計(jì)帳機(jī)、打字機(jī)和繪圖儀。機(jī)器與其它裝置的主要區(qū)別是：機(jī)器一定要作機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并通過運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)能量、物料和信息的變換槽輪機(jī)構(gòu)（待完成）用來傳遞運(yùn)動(dòng)和力或改變運(yùn)動(dòng)形式的構(gòu)件系統(tǒng)機(jī)構(gòu)(mechanism)機(jī)構(gòu)和機(jī)器的區(qū)別機(jī)構(gòu)只是一個(gè)構(gòu)件系統(tǒng)，而機(jī)器除構(gòu)件系統(tǒng)外，還包含電氣、液壓等其它系統(tǒng)機(jī)構(gòu)只用來傳遞運(yùn)動(dòng)和力，而機(jī)器除傳遞運(yùn)動(dòng)和力外，還具有變換或傳遞能量、物料和信息的功能例：內(nèi)燃機(jī)連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)機(jī)器是由機(jī)構(gòu)組成的機(jī)構(gòu)的組成要素是構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副構(gòu)件和零件構(gòu)件

機(jī)器中的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元零件

機(jī)器中的制造單元構(gòu)件實(shí)例——連桿由若干零件組成的構(gòu)件連桿體螺栓螺母連桿蓋連桿體螺栓螺母連桿蓋構(gòu)件分成以下幾種機(jī)架（固定構(gòu)件）活動(dòng)構(gòu)件主動(dòng)件從動(dòng)件其中，運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的活動(dòng)構(gòu)件稱為原動(dòng)件，輸出運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力的從動(dòng)件稱為輸出件。構(gòu)件的種類0.3.2運(yùn)動(dòng)副及其分類構(gòu)件自由度：構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目。一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件具有3個(gè)自由度。運(yùn)動(dòng)副：機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件直接接觸的可動(dòng)聯(lián)接。運(yùn)動(dòng)副元素：兩構(gòu)件上參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的部分，如點(diǎn)、線、面。約束：兩構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接后，彼此的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到某些限制。運(yùn)動(dòng)副的分類據(jù)運(yùn)動(dòng)副的接觸形式，可分為兩類:低副: