§0-1 机械原理的研究对象

一、机器

1、内燃机实例

内燃机工作原理:燃汽由进气管通过进气阀3被下行的活塞2吸入汽缸,然后3关闭,2上行压缩燃气,点火使燃气在汽缸中燃烧,膨胀产生压力,推动2下行,通过连杆5带动曲柄6回转,向外输出机械能。当2再次上行时,排气阀4打开,废气由排气管排出。图中,凸轮7和顶杆8是用来启、闭进气阀的。齿轮910是用来保证进气阀、排气阀、活塞之间形成一定规律的运动。

    以上各部分的协同配合动作,便能把燃气燃烧时的热能转变为曲柄转动时的机械能。

    内燃机分析小结:

组成:由一系列人造的机件组成;

运动确定性:组成的各部分之间有确定的运动;

功、能关系:将燃气燃烧的热能转化为有用的机械能。

2、机械手实例

机械手工作原理:电动机通过减速装置(图中未画出)减速后通过链轮1带动分配轴2转动,通过齿轮1716把运动传递给盘形凸轮19,使摆杆18绕固定轴O2摆动,通过杆件20和杆件9(它们之间可以相对转动)以及杆件101112和连杆13使手指14张开,以等待夹持工件,手指的复位夹紧是由弹簧来实现的。

同时,分配轴2上的盘形凸轮5的转动,通过摆杆21和圆桶7使大臂15O3轴上下摆动(O3轴支撑在轮盘8上)。此外,分配轴2上的圆柱凸轮3的转动,通过齿条4和齿轮传动使轮盘8往复回转。以上各部分的协同动作,便能使机械手依次完成手指张开、手指夹料、手臂上摆、手臂回转一角度、手臂下摆、手指张开放、手臂再上摆、反转、下摆、复位等动作。从而代替人完成有用的机械功。

机械手分析小结:

组成:由一系列人造的机件组成;

运动确定性:组成的各部分之间有确定的运动;

功、能关系:代替人完成有用的机械功。

    从以上两个实例以及日常生活中所接触过的其它机器不难看出,虽然各种机器的构造、用途和性能各不相同,但都具有以下几个共同特征:

组成:由一系列人造的机件组成;

运动确定性:组成的各部分之间有确定的运动;

功、能关系:能完成有用的机械功或转换械能。

    * 凡同时具有以上三个特征的实物组合体就称为机器。

二、机构

 

 

 

 

 

 

    机件2、5、6组合后将一个机件的往复移动变成了另一个机件的回转运动,实现了运动形式的转变。每个机件都有确定的运动。

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    事实上,还有一些机件的组合具有相同的特征,这些机件的组合就是机构。(在工程实际中,人们常根据实现某些运动形式的机件的外形特点,把相应的一些机件的组合称为机构。如凸轮机构、齿轮机构、连杆机构等)。下面是一些工程机械上常用的机构:

    由以上例子可以看出,机构仅具有机器的前两个特征。

    从结构和运动的观点来看,两者之间并无区别,因此,人们常用“机械”一词作为它们的总称。

3、机械:机构和机器的总称。一台机器可以由一个简单的机构组成,也可以由多个机构组成。

机械一般由以下几部分组成:

  • 原动部分:是机械动力的来源。常用的原动机有电动机、内燃机、液压及气动缸等。

  • 执行部分:处于整个传动线路的终端,完成机械预期的动作。

  • 传动部分:介于原动机和执行部分之间,把原动机的运动和动力传递给执行部分。

  • 控制部分:控制机械的其它基本部分,使操作者能随时实现或终止各种预期的功能。包括机械控制系统和电子控制系统。
  • 构件:组成机构的各个相对运动的部分,是刚性组合,可以是单一的整体,也可以由几个零件组成-----运动单元。
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        近代机械概念的扩展

    某些情况下,组成机构的构件不能再简单地视为刚体,如气体和液体可参与实现预期运动;

    有些机器还包含有使其内部各机构协调动作的控制系统和信息处理和传递系统;

    在某些方面,机器不仅可以代替人的体力劳动,还可以代替人脑力劳动(如智能机器人)。

    零件:制造单元。

    通用零件:在各种机械中都能用到,如齿轮、螺栓等。

    专用零件:只在某些机械中出现,如气轮机叶片,内燃机活塞。

    三、机械原理的研究对象

        机械原理是机器机构理论的简称,以机器和机构为研究对象,是研究机构的结构、运动学和机器动力的科学。

     

    §0-2 机械原理课程的研究内容

        主要介绍机构的组成原理及各种机构的类型、特点、功能和运动设计方法。

    一、机构的运动设计(上篇)

        分析和研究机构的组成原理以及常用机构的类型、运动特点、功能及设计方法。

        从结构和运动的观点看,机器和机构并无区别。机器虽然复杂,但机构的种类有限,复杂的机器往往只由一些常用的机构组合而成。所以,本课程将机构的运动设计作为重要内容之一加以研究,它将为机械系统的方案设计打下必要的运动学基础。

    二、机械的动力设计(中篇)

        主要介绍机械运转过程中所出现的若干动力学问题,以及如何通过合理设计和实验改善机械动力性能的途径。

    分析和研究机械在外力作用下的真实运动规律和速度波动问题,以及如何设计调速装置来降低速度波动的不良影响;

    分析和研究机械运动时惯性力和惯性力矩的平衡问题,以及如何通过设计合理及试验来消除或减小不平衡力引起的有害振动;

    分析和研究影响机械效率的主要因素和机械效率的计算方法,以及在设计机械时如何合理地选择机构的尺寸参数以提高机械效率。

        通过这些内容的学习,将为机械系统的方案设计打下必要的动力学基础。

    三、机械系统方案设计(下篇)

        主要介绍系统方案设计的内容、设计过程、设计思想和设计方法。

    机械总体方案的拟订

    机械执行系统的设计

    重点是机械执行系统的原理方案设计,包括:

        根据机械预期实现的功能,确定机械的工作原理;

        根据工艺动作的分解,确定机械的运动方案;

        合理地选择机构的形式并将其恰当地组合起来,实现机械的预期动作。

        根据工艺动作的要求,使各机构协调配合工作。

     

     

    §0-3 机械原理课程的地位及学习本课程的目的

     

     

     

     

     

     

    一、机械原理课程的地位

        机械原理是高等院校机械类专业的一门十分重要的主干技术基础课程,在机械设计系列课程体系中占有非常重要的地位。

    二、学习本课程的目的

        1、 为学习机械设计及机械类有关专业打好理论基础

        2、 为机械产品的创新设计打下良好基础

        3、 为现有机械的合理使用和革新改造打基础

    三、学习本课程的方法

    1、在学习知识的同时,注重能力的培养;

    2、在注重逻辑思维的同时,加强形象思维能力的培养;

    3、注意运用理论力学的有关知识;

    4、注意将所学知识用于实际,做到举一反三。