《东南大学机械原理》课件

《东南大学机械原理》课程简介机械原理课程是机械工程专业的重要基础课本课程主要介绍机械运动的基本规律，包括运动学和动力学的基础理论机械原理的研究范围机构的运动分析机械传动12机构的运动分析涉及运动规律机械传动包括各种形式的传动、速度、加速度等，例如齿轮传动、带传动、链传动等机械设计机械动力学34机械设计包括机械部件的设计机械动力学研究机械系统的运、选择和计算，并考虑各种因动规律、力学特性以及各种因素素的影响机械原理的基本概念运动和力机构机械原理研究的是机器的运动和机构是由多个构件组成的，用于力的相互作用实现特定运动和力传递的系统运动分析力分析研究机构各构件的运动规律，包研究机构各构件所受的力和力矩括位移、速度、加速度，以及力的传递和平衡约束概念及其分类约束的概念约束是指限制物体运动的条件物体在运动时，受到外部或内部的限制，使其不能自由运动机械原理中，约束是限制机构运动的重要因素约束的分类约束可以分为几何约束和运动约束几何约束限制物体的位置和形状，而运动约束限制物体运动的方向和速度约束的作用约束可以使机构按照预期的方式运动，并实现预定的功能例如，齿轮副可以使机构实现旋转运动，而滑动副可以使机构实现直线运动自由度和约束方程机械系统中，每个刚体都有六个自由度，表示其在空间中的运动自由但是，由于零件之间的连接和约束，系统实际的自由度会减少，称为约束度约束方程是用来描述约束关系的数学方程约束方程可以通过分析零件之间的连接方式和约束条件来建立每个约束对应一个约束方程，系统自由度等于刚体自由度减去约束度机构的运动分析运动分析1机构的运动分析是机械原理的重要内容，它是研究机构中各构件运动规律的过程运动分析方法2常见的运动分析方法包括图解法、解析法和数值法，不同方法适用于不同类型的机构和分析目的运动分析应用3运动分析结果可以用于确定机构的运动特性，如速度、加速度、位移等，从而为机构设计和优化提供依据平面机构的运动分析平面机构的运动分析是机械原理课程的核心内容之一，是研究机械运动规律的基础机构类型1确定机构、不定机构、过约束机构运动分析方法2图解法、解析法、矩阵法运动参数3速度、加速度、角速度、角加速度运动轨迹4点、线、面通过运动分析，我们可以掌握机构的运动规律，为后续的设计和制造提供理论依据转动副和滑动副转动副滑动副转动副是两种构件之间允许相对转动而不滑动副是两种构件之间允许相对平移而不能相对平移的连接例如，轴承和轴之间能相对转动的连接例如，活塞和气缸之的连接转动副通常由两个零件组成，一间的连接滑动副通常由两个零件组成，个为轴，另一个为轴承轴承可以是滚动一个为滑块，另一个为导轨滑块可以在轴承或滑动轴承导轨上滑动，但不能旋转齿轮副的基本参数模数压力角齿数中心距齿轮模数是齿轮尺寸的基本参压力角是齿轮啮合过程中齿面齿数是齿轮上齿的个数，它是中心距是两个齿轮中心之间的数之一，它决定着齿轮的大小压力线与齿轮中心线之间的夹决定齿轮传动比和齿轮运动规距离，它是决定齿轮传动机构和强度模数越大，齿轮尺寸角，它是影响齿轮传动效率和律的重要参数安装尺寸的重要参数越大，强度也越高齿轮寿命的重要参数齿轮传动的几何分析齿廓形状1齿廓形状决定传动比和效率齿轮参数2模块、齿数、压力角等影响齿轮传动性能齿轮啮合3啮合关系影响齿轮传动的平稳性和效率齿轮传动比4齿轮传动比影响转速和扭矩的分配几何分析是齿轮传动设计的关键，确保齿轮传动效率和精度齿轮副传动比和效率齿轮传动比是指输出轴转速与输入轴转速之比，表示齿轮传动的增速或减速能力效率是指输出功率与输入功率之比，表示能量传递的效率传动比和效率是齿轮传动设计中重要的参数传动比决定了传动装置的增速或减速功能，效率决定了传动装置的能量损耗

10.95传动比效率传动比越大，增速或减速效果越明显效率越高，能量损耗越低10100齿轮应用齿轮设计复杂，需要考虑传动比和效率齿轮传动广泛应用于汽车、机械等领域滚动接触副的基本原理滚动轴承齿轮蜗轮蜗杆滚动轴承由滚动体、内圈、外圈、保持架等齿轮副通过齿轮间的啮合实现动力传递和运蜗轮蜗杆副由蜗轮和蜗杆组成，可实现大幅组成动变换减速和扭矩增大滚动接触副的应力分析滚动接触副承受的载荷类型包括径向载荷和轴向载荷滚动接触副的应力分析主要包括接触应力、弯曲应力和疲劳应力分析接触应力由接触面之间的压力产生弯曲应力由滚动体和滚道之间的弯曲变形产生疲劳应力由重复载荷引起的材料内部微观裂纹扩展产生轴系的设计原理轴的强度轴的刚度

11.

22.轴系设计必须保证足够的强度轴的刚度是指抵抗弯曲和扭转和刚度，以承受工作载荷和防变形的能力，确保轴在工作过止过早失效程中保持稳定和精度轴的稳定性轴的寿命

33.

44.轴在高速运转时要避免产生振轴系设计应考虑轴的疲劳寿命动，因此轴系设计要考虑轴的，选择合适的材料和表面处理稳定性和共振频率工艺，提高轴的耐用性键连接的设计与计算键连接的基本概念键连接是一种常见的机械连接方式，用于传递转矩并防止轴上零件的轴向移动键连接的设计步骤•确定键型•计算键的尺寸•设计键槽键连接的强度计算键连接的强度主要取决于键的抗剪强度和轴的抗压强度键连接的应用键连接广泛应用于各种机械传动系统，例如齿轮、轴承、联轴器等螺纹连接的设计与计算螺纹连接类型常见螺纹连接类型包括螺栓连接、螺钉连接和螺母连接等不同的连接类型适用于不同的应用场景，需要根据实际情况选择螺纹连接尺寸选择螺纹连接的尺寸选择需要考虑承载能力、连接强度和工作环境等因素选择合适的螺纹尺寸能够确保连接的可靠性和安全性螺纹连接强度计算螺纹连接的强度计算主要包括螺栓的拉伸强度和螺纹的剪切强度，需要根据材料特性和连接方式进行计算螺纹连接紧固力计算螺纹连接的紧固力计算需要考虑螺栓的预紧力、螺纹摩擦系数和工作环境等因素，确保连接的可靠性和紧固程度螺纹连接疲劳寿命分析螺纹连接的疲劳寿命分析需要考虑螺纹的应力集中和循环载荷等因素，确保连接的长期可靠性和安全性焊接连接的设计与计算材料选择1焊接材料的种类和性能直接影响焊接接头的强度和可靠性焊接工艺2焊接方法和工艺参数决定着焊接接头的质量和性能结构设计3焊接接头的形状和尺寸要根据受力情况和工艺要求进行合理设计液压传动的基本原理压力能量封闭系统液压传动利用液体的压力变化来传递液压系统是一个封闭的系统，液体在能量管道中循环流动能量转换执行机构液压泵将机械能转换为液体的压力能液压马达将液体的压力能转换为机械能液压传动系统的组成动力元件执行元件提供液压能量，如液压泵将液压能转化为机械能，如液压缸和液压马达控制元件辅助元件控制液压油的流量、压力和方向为系统提供辅助功能，如油箱、，如方向阀、压力阀和流量阀过滤器、冷却器等液压泵的工作原理能量转换1将机械能转换为液压能流体压力2通过旋转或往复运动输出液压油3驱动液压系统执行动作液压泵是液压系统中最重要的元件之一，它将机械能转换为液压能，为液压系统提供动力液压泵通过旋转或往复运动将液压油加压，并将其输送到液压系统中，驱动液压缸或液压马达等执行元件执行工作液压马达的工作原理液压能转化为机械能1液压马达将液压能转化为机械能旋转运动2液压马达主要输出旋转运动工作原理3工作液压油进入马达旋转输出4马达内部的旋转元件旋转液压马达内部有旋转元件，工作液压油进入马达后推动旋转元件旋转旋转元件连接到输出轴，从而输出机械能电动机的基本结构转子转子是电动机的旋转部件，它由转子铁芯和转子绕组组成定子定子是电动机的外壳，它由机座、端盖、定子铁芯和定子绕组组成电动机的速度特性空载速度电机不负载时的转速，通常为最大转速额定速度电机在额定负载下的转速，一般为铭牌上标明的速度临界速度电机达到额定转速后，如果负载继续增加，转速将下降，当下降到临界速度时，电机可能会停转电动机的转矩特性制动装置的分类和选择制动装置分类选择制动装置制动装置按结构分为摩擦式制动器和电磁制动器摩擦式制动器制动装置的选择需要考虑多种因素，包括制动力矩、响应速度、依靠摩擦力来实现制动，常见于机械设备中电磁制动器利用电可靠性、工作环境以及成本等根据具体应用场景，选择合适的磁力来实现制动，通常应用于高精度控制系统制动装置以确保系统安全可靠地运行驱动装置的组成结构动力源传动机构

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22.动力源为驱动装置提供动力，传动机构将动力源的动力传递例如电动机、内燃机等给工作机，例如齿轮传动、链传动、带传动等控制装置安全装置

33.

44.控制装置控制驱动装置的速度安全装置确保驱动装置的安全、方向和运行状态，例如变速运行，例如制动器、限位开关箱、离合器等等机械传动系统的效率分析机械传动系统的效率是指输入功率与输出功率之比效率是衡量传动系统性能的重要指标之一90%10%机械损耗机械传动系统效率一般在90%左右传动系统效率降低主要是由于摩擦、漏气、漏油等损耗导致的2-5%5-10%齿轮摩擦齿轮传动效率一般在95%以上，而链传动和摩擦损失是传动系统的主要能量损失来源之带传动效率则相对较低一，其大小与摩擦表面接触面积、摩擦系数以及压力有关机械传动系统的可靠性分析可靠性指标定义影响因素平均无故障时间（MTBF）设备正常运行的平均时间材料、加工精度、润滑故障率（）单位时间内发生故障的概率环境温度、振动、冲击λ维修时间（MTTR）设备发生故障后修复所需的时间维修人员技能、备件供应机械传动系统的维修保养定期检查清洁保养部件更换维护记录检查润滑油位，检查齿轮磨损定期清洁传动系统，清除灰尘及时更换磨损的部件，如齿轮记录每次维修保养的时间、内，检查轴承是否松动和杂物，防止部件腐蚀、轴承、密封件等，确保系统容和更换的部件，方便后续维正常运行护和故障分析机械传动系统的安全性分析安全操作规范安全防护装置安全警示标志安全培训制定详细的安全操作规程，包安装安全防护装置，例如紧急设置清晰的警示标志，提醒操定期对操作人员进行安全培训括启动、停止、维护等步骤，停止按钮、安全栅栏等，以防作人员注意潜在的危险，提高，提高安全意识和操作技能，以确保操作人员的安全止意外事故发生安全意识减少事故发生课程总结和展望本课程全面系统地讲解了机械原理的基本理论、基本概念、基本方法和基本应用着重介绍了现代机械传动与控制系统、机电一体化技术等相关内容。