国家精品课程机械原理-01-概论

机械原理(TheoryofMechanismsandMachines)第一章概论(Introduction)我国古代在机械研制方面有许多杰出的发明创造。指南车地动仪水碾机械发展的历史是一部创新的历史。哈格里沃斯发明的“珍妮纺纱机”法国陆军技术军官古诺发明了世界上第一辆蒸汽动力车1898年问世的“雷诺”牌汽车“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西洋的壮举。国际太空站航天飞机正在利用机械臂施放哈勃空间望远镜用光刻技术做成的微米尺寸的微机械蜘蛛形探雷机器人科学技术的发展，使得机械设计不断向宏观、微观、智能、多学科交叉等领域延伸。机器蟑螂视频机器恐龙视频仿人机器人视频第一节本课程的研究内容第二节机构的分析与综合及其方法第三节学习本课程的目的与方法本章内容第一节本课程的研究内容一、*什么是机器、机构二、*构件与零件三、常用的机构四、研究内容内燃机1-1-01PPT带*号的是重点内容，下同一、*什么是机器、机构*机器的三特征：1）由一系列的运动单元体所组成。2）各运动单元体之间都具有确定的相对运动。3）能转换机械能或完成有用的机械功以代替或减轻人们的劳动。*具有以上1、2两个特征的实体称为机构第一节本课程的研究内容一、*什么是机器、机构*机器的三特征：1）由一系列的运动单元体所组成。2）各运动单元体之间都具有确定的相对运动。3）能转换机械能或完成有用的机械功以代替或减轻人们的劳动。构件构件与零件有什么不同？构件与零件1-1-02PPT第一节本课程的研究内容二、*构件与零件连杆体1连杆头2轴套螺栓6螺母5垫圈7*零件——机器中的制造单元体43第一节本课程的研究内容二、*构件与零件343*构件:由一个或多个零件连接而成的运动单元体。第一节本课程的研究内容二、*构件与零件介绍几种常用的机构凸轮机构1-1-04PPT齿轮机构1-1-03PPT连杆机构1-1-05PPT第一节本课程的研究内容三、常用的机构1）机构的结构分析、运动分析、动力分析；2）几种典型机构的分析与设计。连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、轮系。并介绍一些特殊机构、组合机构等方面的知识；3）机器力学性能和机器动力学方面的内容。《机械原理》研究的内容机器的运转、摩擦、效率、平衡等有关第一节本课程的研究内容四、研究内容第二节机构的分析与综合及其方法*机构分析：*机构综合：机构分析和机构综合的关系：机构分析是机构综合的基础，机构综合的优劣要用机构分析来检验，两者是相辅相成的。对已知机构的结构和各种特性进行分析。根据工艺要求来确定机构的结构形式、尺寸参数及某些动力学参数。一、机构分析与综合第二节机构的分析与综合及其方法*机构综合的内容:1.机构的结构综合2.机构的尺度综合3.机构的动力学综合二、机构综合的内容第二节机构的分析与综合及其方法1．机构的结构综合*主要研究机构的组成规律。2.机构的尺度综合（或运动学综合）*研究已知机构如何按给定的运动要求确定其尺寸参数。二、机构综合的内容第二节机构的分析与综合及其方法*概括为四类（1）刚体导引（2）函数变换（3）轨迹复演（4）瞬时运动量约束2.机构的尺度综合（或运动学综合）二、机构综合的内容第二节机构的分析与综合及其方法震实台的三位置导引（1）刚体导引(震实台)1-2-01PPT当机构的原动件做简单运动时，要求刚体连续地变换其位置。这类问题在工程机械、包装机械、机械手等方面的机械设计中可以遇到（2）函数变换1-2-02PPT使机构某从动件的运动参数为原动件运动参数的给定函数。这类问题在解算机构、仪表显示装置的设计中可以遇到。CBADE（3）轨迹复演1-2-03PPT使连杆上某点的轨迹能近似地与给定曲线复合。飞剪运动演示（4）瞬时运动量约束（飞剪机）1-2-04PPT按构件在某些特定位置时的运动量来设计机构的结构参数。如带有间停的机构综合即属此类。飞剪1-2-04AVI按机构的某些动力学参数进行的尺寸设计。如使机构达到动力平衡时如何确定构件质量及其位置尺寸。3.机构的动力学综合二、机构综合的内容第二节机构的分析与综合及其方法本课程采用三种方法准点法数值迭代法优化方法三.机构综合方法第二节机构的分析与综合及其方法给定位置：y=f(x)三.机构综合方法第二节机构的分析与综合及其方法1．准点法XYy=f(x)OXYy=f(x)Oxax1x2x3xn…..y=f(x,rk)机构能实现的位置：y'=f'(x,rk),(k=1,2,……m)m-机构结构参数的个数xb三.机构综合方法第二节机构的分析与综合及其方法1．准点法给定位置：y=f(x)y=y-y'YXy=f(x)Oxax1x2x3xnxb…..差值y=y-y’称为机构的结构误差。y‘=f’(xrk)*准点符合预定条件的几个位置三.机构综合方法第二节机构的分析与综合及其方法1．准点法*只要求几个位置处符合给定条件的机构综合方法称为准点法。三.机构综合方法第二节机构的分析与综合及其方法1．准点法1）增加准点的数目。yi=fi(xi,rk)(i=1,2,……n)(k=1,2,…m)当n≠m时无解三.机构综合方法第二节机构的分析与综合及其方法1．准点法减小结构误差的途径是：减小结构误差的途径是：x1x2x3xaxbx4/2/20x2)12(cos2)(2)(ixxxxxabbai三.机构综合方法第二节机构的分析与综合及其方法1．准点法*2）合理确定准点的分布。可按契比谢夫零值公式配置准点。设多变量非线性函数fi(X)=0三.机构综合方法第二节机构的分析与综合及其方法2．数值迭代法多元非线性方程的问题的近似求解法。在点处各阶导数均存在时，其在的邻域内的泰勒公式为(取其线性项)：[]),....2,1(,,,)0()0(2)0(1)0(nixxxXTnL)0(X在点处各阶导数均存在时，其在的邻域内的泰勒公式为(取其线性项)：[]),....2,1(,,,)0()0(2)0(1)0(nixxxXTnL)0(XnnnnnnnnfffxxxxfxfxfxfxfxfxfxfxfLLL2121212221212111niXXXfXfXfiii,.....2,10))(()()()0()0(')0()())(()0()0()0('XfXXXfiinnnnnnnnfffxxxxfxfxfxfxfxfxfxfxfLLL2121212221212111XXX)0()1(代入fi(X)是否=0？多变量非线性函数fi(X)=0nnnnnnnnfffxxxxfxfxfxfxfxfxfxfxfLLL2121212221212111k+1次迭代的Xk()1XXXkkk()()()1)()()(rkrkjXXf此种逼近求解方法通常称为牛顿－拉普森算法（Newton-Raphson）三.机构综合方法第二节机构的分析与综合及其方法3．优化方法优化方法是建立在规划论、计算数学和计算机技术基础上的最通用的机构近似综合方法。在其数学模型中可以考虑各类设计条件以满足工艺要求是一种适应性很强的现代设计第三节学习本课的方法1．注意基本理论与基本方法之间的联系：基本理论机构综合机构的结构分析、运动分析、力分析2．用工程观点学习理论与基本方法比较的观点分析与实验的观点结合实际的观点可能不是唯一解机构的优劣通过分析甚至用实验检验近似解3．注意加强感性认识和实践性环节对实际的机构和机器有深刻的感性认识机构陈列机构动态演示实验课程设计《机械原理》课外作业要求3）三次未交作业者以本课不及格论。2）作业题用钢笔书写，图用仪器、铅笔绘制，未抄题、绘图者以未交作业论。1）上课要准备一个笔记本，主要和重点内容应记笔记。