《東南大學(xué)機(jī)械原理》課程簡(jiǎn)介機(jī)械原理課程是機(jī)械工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)課。本課程主要介紹機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，包括運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論。機(jī)械原理的研究范圍1機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析涉及運(yùn)動(dòng)規(guī)律、速度、加速度等。2機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)包括各種形式的傳動(dòng)，例如齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)等。3機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)包括機(jī)械部件的設(shè)計(jì)、選擇和計(jì)算，并考慮各種因素。4機(jī)械動(dòng)力學(xué)機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、力學(xué)特性以及各種因素的影響。機(jī)械原理的基本概念運(yùn)動(dòng)和力機(jī)械原理研究的是機(jī)器的運(yùn)動(dòng)和力的相互作用。機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)是由多個(gè)構(gòu)件組成的，用于實(shí)現(xiàn)特定運(yùn)動(dòng)和力傳遞的系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)分析研究機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，包括位移、速度、加速度。力分析研究機(jī)構(gòu)各構(gòu)件所受的力和力矩，以及力的傳遞和平衡。約束概念及其分類約束的概念約束是指限制物體運(yùn)動(dòng)的條件。物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到外部或內(nèi)部的限制，使其不能自由運(yùn)動(dòng)。機(jī)械原理中，約束是限制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的重要因素。約束的分類約束可以分為幾何約束和運(yùn)動(dòng)約束。幾何約束限制物體的位置和形狀，而運(yùn)動(dòng)約束限制物體運(yùn)動(dòng)的方向和速度。約束的作用約束可以使機(jī)構(gòu)按照預(yù)期的方式運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。例如，齒輪副可以使機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而滑動(dòng)副可以使機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。自由度和約束方程機(jī)械系統(tǒng)中，每個(gè)剛體都有六個(gè)自由度，表示其在空間中的運(yùn)動(dòng)自由。但是，由于零件之間的連接和約束，系統(tǒng)實(shí)際的自由度會(huì)減少，稱為約束度。約束方程是用來描述約束關(guān)系的數(shù)學(xué)方程。約束方程可以通過分析零件之間的連接方式和約束條件來建立。每個(gè)約束對(duì)應(yīng)一個(gè)約束方程，系統(tǒng)自由度等于剛體自由度減去約束度。機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析1運(yùn)動(dòng)分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析是機(jī)械原理的重要內(nèi)容，它是研究機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的過程。2運(yùn)動(dòng)分析方法常見的運(yùn)動(dòng)分析方法包括圖解法、解析法和數(shù)值法，不同方法適用于不同類型的機(jī)構(gòu)和分析目的。3運(yùn)動(dòng)分析應(yīng)用運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果可以用于確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，如速度、加速度、位移等，從而為機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供依據(jù)。平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析是機(jī)械原理課程的核心內(nèi)容之一，是研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)。1機(jī)構(gòu)類型確定機(jī)構(gòu)、不定機(jī)構(gòu)、過約束機(jī)構(gòu)2運(yùn)動(dòng)分析方法圖解法、解析法、矩陣法3運(yùn)動(dòng)參數(shù)速度、加速度、角速度、角加速度4運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)、線、面通過運(yùn)動(dòng)分析，我們可以掌握機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為后續(xù)的設(shè)計(jì)和制造提供理論依據(jù)。轉(zhuǎn)動(dòng)副和滑動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副是兩種構(gòu)件之間允許相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而不能相對(duì)平移的連接。例如，軸承和軸之間的連接。轉(zhuǎn)動(dòng)副通常由兩個(gè)零件組成，一個(gè)為軸，另一個(gè)為軸承。軸承可以是滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承。滑動(dòng)副滑動(dòng)副是兩種構(gòu)件之間允許相對(duì)平移而不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的連接。例如，活塞和氣缸之間的連接。滑動(dòng)副通常由兩個(gè)零件組成，一個(gè)為滑塊，另一個(gè)為導(dǎo)軌。滑塊可以在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，但不能旋轉(zhuǎn)。齒輪副的基本參數(shù)模數(shù)齒輪模數(shù)是齒輪尺寸的基本參數(shù)之一，它決定著齒輪的大小和強(qiáng)度。模數(shù)越大，齒輪尺寸越大，強(qiáng)度也越高。壓力角壓力角是齒輪嚙合過程中齒面壓力線與齒輪中心線之間的夾角，它是影響齒輪傳動(dòng)效率和齒輪壽命的重要參數(shù)。齒數(shù)齒數(shù)是齒輪上齒的個(gè)數(shù)，它是決定齒輪傳動(dòng)比和齒輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律的重要參數(shù)。中心距中心距是兩個(gè)齒輪中心之間的距離，它是決定齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝尺寸的重要參數(shù)。齒輪傳動(dòng)的幾何分析1齒廓形狀齒廓形狀決定傳動(dòng)比和效率2齒輪參數(shù)模塊、齒數(shù)、壓力角等影響齒輪傳動(dòng)性能3齒輪嚙合嚙合關(guān)系影響齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性和效率4齒輪傳動(dòng)比齒輪傳動(dòng)比影響轉(zhuǎn)速和扭矩的分配幾何分析是齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，確保齒輪傳動(dòng)效率和精度。齒輪副傳動(dòng)比和效率齒輪傳動(dòng)比是指輸出軸轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速之比，表示齒輪傳動(dòng)的增速或減速能力。效率是指輸出功率與輸入功率之比，表示能量傳遞的效率。傳動(dòng)比和效率是齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中重要的參數(shù)。傳動(dòng)比決定了傳動(dòng)裝置的增速或減速功能，效率決定了傳動(dòng)裝置的能量損耗。1傳動(dòng)比傳動(dòng)比越大，增速或減速效果越明顯。0.95效率效率越高，能量損耗越低。10齒輪齒輪設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要考慮傳動(dòng)比和效率。100應(yīng)用齒輪傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械等領(lǐng)域。滾動(dòng)接觸副的基本原理滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承由滾動(dòng)體、內(nèi)圈、外圈、保持架等組成。齒輪齒輪副通過齒輪間的嚙合實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞和運(yùn)動(dòng)變換。蝸輪蝸桿蝸輪蝸桿副由蝸輪和蝸桿組成，可實(shí)現(xiàn)大幅減速和扭矩增大。滾動(dòng)接觸副的應(yīng)力分析滾動(dòng)接觸副承受的載荷類型包括徑向載荷和軸向載荷。滾動(dòng)接觸副的應(yīng)力分析主要包括接觸應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和疲勞應(yīng)力分析。接觸應(yīng)力由接觸面之間的壓力產(chǎn)生彎曲應(yīng)力由滾動(dòng)體和滾道之間的彎曲變形產(chǎn)生疲勞應(yīng)力由重復(fù)載荷引起的材料內(nèi)部微觀裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生軸系的設(shè)計(jì)原理11.軸的強(qiáng)度軸系設(shè)計(jì)必須保證足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受工作載荷和防止過早失效。22.軸的剛度軸的剛度是指抵抗彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的能力，確保軸在工作過程中保持穩(wěn)定和精度。33.軸的穩(wěn)定性軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要避免產(chǎn)生振動(dòng)，因此軸系設(shè)計(jì)要考慮軸的穩(wěn)定性和共振頻率。44.軸的壽命軸系設(shè)計(jì)應(yīng)考慮軸的疲勞壽命，選擇合適的材料和表面處理工藝，提高軸的耐用性。鍵連接的設(shè)計(jì)與計(jì)算鍵連接的基本概念鍵連接是一種常見的機(jī)械連接方式，用于傳遞轉(zhuǎn)矩并防止軸上零件的軸向移動(dòng)。鍵連接的設(shè)計(jì)步驟確定鍵型計(jì)算鍵的尺寸設(shè)計(jì)鍵槽鍵連接的強(qiáng)度計(jì)算鍵連接的強(qiáng)度主要取決于鍵的抗剪強(qiáng)度和軸的抗壓強(qiáng)度。鍵連接的應(yīng)用鍵連接廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，例如齒輪、軸承、聯(lián)軸器等。螺紋連接的設(shè)計(jì)與計(jì)算螺紋連接類型常見螺紋連接類型包括螺栓連接、螺釘連接和螺母連接等。不同的連接類型適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇。螺紋連接尺寸選擇螺紋連接的尺寸選擇需要考慮承載能力、連接強(qiáng)度和工作環(huán)境等因素。選擇合適的螺紋尺寸能夠確保連接的可靠性和安全性。螺紋連接強(qiáng)度計(jì)算螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算主要包括螺栓的拉伸強(qiáng)度和螺紋的剪切強(qiáng)度，需要根據(jù)材料特性和連接方式進(jìn)行計(jì)算。螺紋連接緊固力計(jì)算螺紋連接的緊固力計(jì)算需要考慮螺栓的預(yù)緊力、螺紋摩擦系數(shù)和工作環(huán)境等因素，確保連接的可靠性和緊固程度。螺紋連接疲勞壽命分析螺紋連接的疲勞壽命分析需要考慮螺紋的應(yīng)力集中和循環(huán)載荷等因素，確保連接的長(zhǎng)期可靠性和安全性。焊接連接的設(shè)計(jì)與計(jì)算1材料選擇焊接材料的種類和性能直接影響焊接接頭的強(qiáng)度和可靠性。2焊接工藝焊接方法和工藝參數(shù)決定著焊接接頭的質(zhì)量和性能。3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)焊接接頭的形狀和尺寸要根據(jù)受力情況和工藝要求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。液壓傳動(dòng)的基本原理壓力能量液壓傳動(dòng)利用液體的壓力變化來傳遞能量。封閉系統(tǒng)液壓系統(tǒng)是一個(gè)封閉的系統(tǒng)，液體在管道中循環(huán)流動(dòng)。能量轉(zhuǎn)換液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能。執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成動(dòng)力元件提供液壓能量，如液壓泵。執(zhí)行元件將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如液壓缸和液壓馬達(dá)。控制元件控制液壓油的流量、壓力和方向，如方向閥、壓力閥和流量閥。輔助元件為系統(tǒng)提供輔助功能，如油箱、過濾器、冷卻器等。液壓泵的工作原理1能量轉(zhuǎn)換將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能2流體壓力通過旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)3輸出液壓油驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)執(zhí)行動(dòng)作液壓泵是液壓系統(tǒng)中最重要的元件之一，它將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。液壓泵通過旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)將液壓油加壓，并將其輸送到液壓系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)液壓缸或液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件執(zhí)行工作。液壓馬達(dá)的工作原理1液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能2旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)液壓馬達(dá)主要輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)3工作原理工作液壓油進(jìn)入馬達(dá)4旋轉(zhuǎn)輸出馬達(dá)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)元件旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)內(nèi)部有旋轉(zhuǎn)元件，工作液壓油進(jìn)入馬達(dá)后推動(dòng)旋轉(zhuǎn)元件旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)元件連接到輸出軸，從而輸出機(jī)械能。電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)定子定子是電動(dòng)機(jī)的外殼，它由機(jī)座、端蓋、定子鐵芯和定子繞組組成。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件，它由轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組組成。電動(dòng)機(jī)的速度特性空載速度電機(jī)不負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速，通常為最大轉(zhuǎn)速。額定速度電機(jī)在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速，一般為銘牌上標(biāo)明的速度。臨界速度電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，如果負(fù)載繼續(xù)增加，轉(zhuǎn)速將下降，當(dāng)下降到臨界速度時(shí)，電機(jī)可能會(huì)停轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性是指電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下輸出的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩特性曲線通常呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這意味著隨著轉(zhuǎn)速的增加，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩會(huì)逐漸減小。轉(zhuǎn)矩特性曲線是電動(dòng)機(jī)性能的重要指標(biāo)之一，可以幫助人們了解電動(dòng)機(jī)在不同負(fù)載下的運(yùn)行狀態(tài)。制動(dòng)裝置的分類和選擇制動(dòng)裝置分類制動(dòng)裝置按結(jié)構(gòu)分為摩擦式制動(dòng)器和電磁制動(dòng)器。摩擦式制動(dòng)器依靠摩擦力來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，常見于機(jī)械設(shè)備中。電磁制動(dòng)器利用電磁力來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，通常應(yīng)用于高精度控制系統(tǒng)。選擇制動(dòng)裝置制動(dòng)裝置的選擇需要考慮多種因素，包括制動(dòng)力矩、響應(yīng)速度、可靠性、工作環(huán)境以及成本等。根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景，選擇合適的制動(dòng)裝置以確保系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)裝置的組成結(jié)構(gòu)11.動(dòng)力源動(dòng)力源為驅(qū)動(dòng)裝置提供動(dòng)力，例如電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。22.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將動(dòng)力源的動(dòng)力傳遞給工作機(jī)，例如齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)等。33.控制裝置控制裝置控制驅(qū)動(dòng)裝置的速度、方向和運(yùn)行狀態(tài)，例如變速箱、離合器等。44.安全裝置安全裝置確保驅(qū)動(dòng)裝置的安全運(yùn)行，例如制動(dòng)器、限位開關(guān)等。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的效率分析機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的效率是指輸入功率與輸出功率之比。效率是衡量傳動(dòng)系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一。90%機(jī)械機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)效率一般在90%左右。10%損耗傳動(dòng)系統(tǒng)效率降低主要是由于摩擦、漏氣、漏油等損耗導(dǎo)致的。2-5%齒輪齒輪傳動(dòng)效率一般在95%以上，而鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)效率則相對(duì)較低。5-10%摩擦摩擦損失是傳動(dòng)系統(tǒng)的主要能量損失來源之一，其大小與摩擦表面接觸面積、摩擦系數(shù)以及壓力有關(guān)。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性分析可靠性指標(biāo)定義影響因素平均無故障時(shí)間（MTBF）設(shè)備正常運(yùn)行的平均時(shí)間材料、加工精度、潤滑故障率（λ）單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率環(huán)境溫度、振動(dòng)、沖擊維修時(shí)間（MTTR）設(shè)備發(fā)生故障后修復(fù)所需的時(shí)間維修人員技能、備件供應(yīng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的維修保養(yǎng)定期檢查檢查潤滑油位，檢查齒輪磨損，檢查軸承是否松動(dòng)。清潔保養(yǎng)定期清潔傳動(dòng)系統(tǒng)，清除灰塵和雜物，防止部件腐蝕。部件更換及時(shí)更換磨損的部件，如齒輪、軸承、密封件等，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。維護(hù)記錄記錄每次維修保養(yǎng)的時(shí)間、內(nèi)容和更換的部件，方便后續(xù)維護(hù)和故障分析。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的安全性分析安全操作規(guī)范