《机械原理入门教程》课件

机械原理入门教程什么是机械原理定义核心内容机械原理是研究机器和机构运动规律和工作原理的一门学科，是机械工程的基础理论机械原理在工程中的重要性设计基础性能分析12为各种机械设备的设计和制造帮助工程师分析机械系统的运提供理论依据动、力学和能量特性故障诊断课程学习目标掌握基本概念应用原理理解机械原理的核心概念，如运能够运用机械原理知识解决实际动副、自由度、速度分析等问题，例如机构设计、传动选择等提升技能培养工程设计和分析的能力，为未来职业发展打好基础机械系统的基本组成机构传动执行机构由多个运动构件通过运动副连接组成的可将动力从一个构件传递到另一个构件，实直接完成机械系统的工作任务，例如夹具动系统，实现预定的运动功能现能量转换和传递、刀具等运动副的概念与分类定义1运动副是指两个构件之间允许相对运动的连接分类2按照运动副的约束方式，可分为低副和高副低副3指两个构件的接触面为面接触，例如铰链副、滑块副高副4指两个构件的接触面为点接触或线接触，例如凸轮副、齿轮副平面机构的基本类型连杆机构由多个连杆通过铰链副连接而成的机构，应用广泛曲柄滑块机构一种常见的连杆机构，用于将旋转运动转换为直线运动凸轮机构通过凸轮的特定形状控制从动件的运动，常用于自动控制齿轮机构利用齿轮的啮合实现传动，可改变转速和转矩连杆机构的工作原理运动副运动关系1连杆机构由多个连杆通过铰链副连接而各连杆的运动关系由运动副约束决定，2成形成封闭的运动链传动比运动规律4连杆机构可以实现不同的传动比，用于3连杆机构的运动规律受机构的几何形状改变速度和扭矩和尺寸的影响平面四杆机构分析定义1由四个连杆通过四个铰链副连接而成的机构，是最简单的连杆机构类型2根据机构各杆的长度关系，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构等分析方法3利用几何方法、矢量方法、矩阵方法等分析机构的运动特性曲柄滑块机构详解定义1由曲柄、连杆、滑块和机架组成的连杆机构特点2可以将旋转运动转换为直线运动，广泛应用于内燃机、往复泵等分析3通过几何方法或矢量方法分析机构的运动特性机构的自由度计算平面机构空间机构自由度是指机构能够独立运动的个数，是衡量机构运动能力的重要指标速度分析基础速度概念相对速度速度是指物体在单位时间内的位移变化量，是一个向量两个物体之间的相对速度等于它们各自速度的向量差速度瞬心法12定义作用速度瞬心是指两个物体在某一瞬间相对静止的点利用速度瞬心法可以简化机构速度分析速度传递原理定义应用速度传递是指动力从一个构件传递到另一个构件的速度变化规律根据速度传递原理可以设计出不同传动比的机构，实现速度的改变加速度分析方法加速度概念1加速度是指物体速度在单位时间内的变化量，也是一个向量方法2常用的加速度分析方法有加速度瞬心法、加速度图法等动力学基础知识牛顿定律1牛顿定律是描述物体运动与力的关系的物理定律功和能2功是指力对物体做功，能是指物体做功的能力动量和动量矩3动量是物体质量和速度的乘积，动量矩是物体动量对某点矩机械效率概念定义影响因素机械效率是指机械装置输出功与机械效率受摩擦、运动副间隙、输入功的比值材料等因素影响提高效率可以通过减少摩擦、提高材料性能等措施提高机械效率摩擦与传动原理摩擦力传动原理指两个接触物体之间由于相对运动或通过摩擦力实现动力传递的原理，例有相对运动趋势而产生的阻力如皮带传动、摩擦轮传动常见机械传动类型齿轮传动利用齿轮的啮合实现传动，效率高、传动比稳定链传动通过链条和链轮实现传动，适用于重载和高速传动带传动通过带和轮实现传动，柔性传动，可用于距离较远的传动螺旋传动利用螺纹之间的摩擦力实现传动，用于直线运动和旋转运动的转换齿轮传动基础定义特点1利用齿轮的啮合实现动力传递的传动方传动比准确，效率高，工作稳定可靠，2式应用广泛分类应用43根据齿轮形状可分为圆柱齿轮、锥齿轮广泛应用于汽车、机床、航空等领域、蜗轮等齿轮几何特征模数1齿轮尺寸的基本参数，决定齿轮的尺寸大小齿数2每个齿轮的齿数决定了齿轮传动比压力角3齿轮啮合时，齿廓上的压力线与法线之间的夹角齿顶高4齿顶到齿根的距离，影响齿轮的强度齿轮传动计算传动比1齿轮传动比等于输出齿轮的齿数与输入齿轮齿数之比齿轮强度2需要根据齿轮材料、齿形、传动速度等因素计算齿轮的强度齿轮寿命3根据齿轮的强度和工作条件，可以预测齿轮的使用寿命链传动与带传动链传动和带传动都是利用摩擦力实现传动的传动方式，各有优缺点，在不同的应用场景下选择不同的传动方式螺旋传动原理定义应用利用螺纹之间的摩擦力实现传动的传动方式用于直线运动和旋转运动的转换，例如螺杆升降机、压紧装置等机械设计基本原则功能性1设计要满足机械系统的功能需求，实现预定的运动和工作要求可靠性2设计要保证机械系统的可靠性，确保其在规定的工作条件下正常运行经济性3设计要考虑成本因素，在保证性能的前提下，尽可能降低成本安全性4设计要符合安全标准，确保机械系统操作安全，防止事故发生零件强度计算应力分析1根据零件的受力情况，计算零件内部的应力分布强度校核2将零件的应力值与材料的许用应力值进行比较，判断零件是否安全疲劳强度3分析零件在反复载荷作用下的强度，防止疲劳破坏材料选择与配合材料选择配合类型根据零件的用途、工作条件和成根据零件之间的装配要求，选择本等因素选择合适的材料合适的配合类型，例如间隙配合、过盈配合配合公差配合公差是指允许零件尺寸偏差的范围，确保零件之间的配合精度公差与配合公差配合允许零件尺寸偏差的范围，用来控制两个零件之间相互装配的尺寸关系，零件的加工精度决定了零件之间的装配精度常见机械元件轴与轴承轴是机械系统中重要的旋转部件，轴承用于支撑轴的旋转运动联轴器与离合器联轴器用于连接两个轴，离合器用于控制轴的连接和分离齿轮齿轮用于实现传动，改变转速和扭矩弹簧弹簧用于存储和释放能量，实现缓冲和减震轴与轴承轴轴承1机械系统中重要的旋转部件，传递扭矩用于支撑轴的旋转运动，减小摩擦，提2，支撑负载高轴的寿命选择原则4轴承类型根据轴承的尺寸、承载能力、工作条件3滚动轴承、滑动轴承、磁性轴承等等因素选择合适的轴承联轴器与离合器联轴器1用于连接两个轴，使两个轴同步旋转离合器2用于控制轴的连接和分离，实现动力传递的控制类型3联轴器和离合器有多种类型，例如刚性联轴器、弹性联轴器、液力离合器机械系统动态特性振动1机械系统在工作过程中产生的周期性运动，可能会影响系统性能和寿命动平衡2机械系统在旋转过程中是否平衡，影响系统的稳定性冲击3机械系统受到突然的外部力或冲击，会导致系统的应力集中运动的简谐特性时间位移简谐运动是指物体在弹性力作用下做的一种周期性运动，具有特定的数学模型和物理特性谐波运动分析傅里叶级数谐波分析利用傅里叶级数可以将任何周期信号分解成不同频率的简谐波通过谐波分析可以了解机械系统中不同频率的振动成分刚度与柔度概念12刚度柔度物体抵抗形变的能力，可以用弹性模量表示物体在外力作用下发生形变的程度，是刚度的倒数振动基础理论自由振动受迫振动12系统在无外力作用下发生的振系统在周期性外力作用下发生动，由系统的固有频率决定的振动，频率与外力频率一致共振3当外力频率接近系统的固有频率时，振幅会急剧增大，称为共振机械系统动平衡定义1指机械系统在旋转过程中，各旋转部件的质量分布均匀，避免产生振动和噪声动平衡方法2常用的动平衡方法有静平衡、动平衡、旋转平衡等动平衡机3动平衡机用于检测和校正机械系统的动平衡失效分析基础定义方法指对机械系统失效原因进行分析失效分析的方法包括目视检查、，找出失效机制，并提出改进措材料分析、疲劳分析等施目的提高机械系统的可靠性，延长机械系统的使用寿命疲劳破坏机理疲劳裂纹疲劳断裂指在反复载荷作用下，零件内部产生的微观裂纹指疲劳裂纹扩展到一定程度，最终导致零件断裂磨损与腐蚀磨损指两个接触表面由于相对运动而产生的材料损失腐蚀指材料与周围环境发生化学反应，导致材料表面被破坏影响因素磨损和腐蚀受材料、环境、载荷等因素影响防治措施通过表面处理、润滑、防腐等措施防治磨损和腐蚀润滑与密封润滑密封1指在摩擦表面之间加入润滑剂，降低摩指阻止液体或气体泄漏的措施，保证机2擦系数，减少磨损械系统的工作环境4密封类型润滑类型3静密封、动密封、机械密封等液态润滑、固体润滑、气体润滑等机械系统设计流程需求分析1明确机械系统的功能需求和技术指标方案设计2根据需求分析结果，设计出多种可行的方案方案评价3对各方案进行评价，选出最佳方案详细设计4对选定方案进行详细设计，确定零件的形状、尺寸、材料等图纸绘制5绘制机械系统的设计图纸，包括零件图、装配图等在机械设计中的应用CAD概念1计算机辅助设计（CAD）是利用计算机技术进行机械设计的一种方法功能2CAD软件可以帮助工程师进行零件建模、装配、分析、绘图等工作优势3提高设计效率，提高设计精度，减少设计错误计算机辅助分析计算机辅助分析（CAE）是利用计算机技术对机械系统进行分析和模拟的一种方法，可以帮助工程师预测系统的性能和可靠性有限元分析基础概念应用有限元分析是一种数值方法，用于求解连续体结构的力学问题广泛应用于结构强度分析、振动分析、热分析等领域工程实践案例介绍工业机器人汽车变速箱机床进给机构123工业机器人广泛应用于制造业，其汽车变速箱是汽车动力传动系统的机床进给机构用于控制刀具的运动机构设计涉及机械原理的各个方面重要部件，涉及齿轮传动、链传动，涉及曲柄滑块机构等等工业机器人机构关节型机器人1由多个旋转关节连接而成，灵活性高，工作范围广直角坐标机器人2由三个直线运动的关节组成，工作空间为矩形，精度高SCARA机器人3专为平面运动设计的机器人，结构简单，速度快汽车变速箱机构手动变速箱自动变速箱通过手动换挡实现不同的传动比通过电子控制实现自动换挡，舒，结构简单，成本低适性好，但结构复杂双离合变速箱兼具手动变速箱的效率和自动变速箱的舒适性，应用越来越广泛机床进给机构齿轮进给丝杠进给液压进给利用齿轮传动实现进给运动，精度高，工利用螺纹之间的摩擦力实现进给运动，适利用液压系统实现进给运动，速度快，可作可靠用于高精度、高负载的进给实现复杂的运动轨迹现代机械系统发展趋势智能化机械系统与人工智能技术结合，实现自主控制和优化决策网络化机械系统与互联网连接，实现远程控制、数据采集和故障诊断微型化机械系统朝着小型化、轻量化方向发展，应用于微电子、生物医学等领域绿色化机械系统设计更加注重节能环保，减少对环境的影响智能制造与机械原理智能制造机械原理作用1利用人工智能、大数据、云计算等技术机械原理为智能制造系统的设计和开发2实现制造过程的自动化、智能化提供理论基础和技术支撑发展前景应用领域4智能制造将进一步推动机械工程的发展3智能制造应用于汽车、航空、电子等多，改变人类的生产和生活方式个领域微纳机电系统概念1微纳机电系统是将微纳米技术与机械工程相结合的新兴领域特点2尺寸小、精度高、功能集成度高应用3应用于传感器、执行器、微型机器人等领域挑战4微纳机电系统的设计和制造面临着材料、加工、控制等方面的挑战新材料对机械设计的影响新型材料1例如碳纤维、纳米材料、生物材料等，具有独特的性能优势应用2新型材料的应用推动了机械设计领域的创新和发展挑战3新型材料的设计和应用也带来了新的挑战，需要工程师不断学习和探索绿色设计理念绿色设计理念是将环保理念融入机械设计中，设计出对环境友好的机械产品可持续发展与机械工程节能环保循环经济机械工程领域积极探索新能源和节能技术，降低能源消耗发展循环经济模式，实现资源的循环利用，减少资源浪费课程总结机械原理课程内容12是机械工程的基础理论，为机涵盖了机构运动分析、动力学械系统设计和分析提供了理论分析、传动理论、机械设计等依据方面学习目标3掌握基本概念，应用原理，提升技能学习建议与资源推荐学习建议资源推荐认真听课，积极思考，多做练习，并结合实际应用进行学习推荐一些相关的书籍、网站和视频资源，帮助学生更深入地学习未来发展前景智能制造1机械系统将更加智能化，实现自主控制和优化决策新材料2新型材料的应用将推动机械设计领域的创新和发展绿色设计3机械设计将更加注重节能环保，减少对环境的影响。