哈工大機械原理哈爾濱工業大學（簡稱哈工大）是一所歷史悠久、享譽國內外的著名高等學府。機械原理是機械工程專業的重要基礎課程，介紹機器的運動規律、結構特點和工作原理。課程簡介機械原理機械原理是機械工程的基礎學科，為后續的機械設計、機械制造等課程奠定基礎。課程目標掌握機械運動的基本規律了解常見機械傳動機構的工作原理具備對簡單機械進行分析設計的能力課程內容課程內容包括力學基礎、機構學、機械傳動學等，涵蓋了機械運動、傳動、設計等方面。機械系統組成傳動系統傳動系統負責傳遞和轉換動力，將動力源的能量傳遞到執行機構，實現機械運動。動力系統動力系統是機械系統的核心，負責產生機械運動所需的能量。執行機構執行機構是機械系統的終端，負責完成機械運動，實現機械的功能。控制系統控制系統負責對機械系統的運動進行控制，保證機械系統按照預定的方式運行。基礎力學知識回顧1牛頓運動定律牛頓運動定律是經典力學的基礎，描述了物體在力作用下的運動規律，包括慣性定律、加速度定律和作用力與反作用力定律。2功和能功和能是描述物體運動和能量轉化關系的重要概念，包括功的定義、能的分類和能量守恒定律等。3動量和沖量動量和沖量是描述物體運動狀態變化的重要概念，包括動量的定義、沖量的定義和動量定理等。4力學模型力學模型是將實際問題抽象成理想模型，以便于進行力學分析，包括質點模型、剛體模型和變形體模型等。力的概念和分類力的定義力是物體之間的相互作用。力可以改變物體的運動狀態，也可以改變物體的形狀。力的分類力的分類方法有很多，可以按力的性質、力的作用方式、力的方向等分類。力的性質按力的性質可以分為重力、彈力、摩擦力、壓力、浮力等。力的作用方式按力的作用方式可以分為接觸力、非接觸力。力的加和和平衡條件1力的加和力的加和遵循平行四邊形法則或三角形法則，可利用向量加和進行計算。2平衡條件靜止物體受力平衡，合力為零，即各力的矢量和為零。3平衡方程平衡條件可用于求解物體受力分析，推導出平衡方程，進而求解未知力。力矩和平衡條件力矩定義力矩是力對旋轉軸的轉動效應，它等于力的大小乘以力臂的長度。力矩方向力矩的方向由右手定則決定，即右手四指指向力的方向，拇指指向力臂方向，則拇指指向力矩的方向。平衡條件系統處于平衡狀態，當所有作用在系統上的外力矩的矢量和為零時，系統處于平衡狀態。摩擦力和受力分析摩擦力的概念接觸面之間相對運動或有相對運動趨勢時，產生的阻礙運動的力。摩擦力的類型靜摩擦力：阻止物體開始運動的力。滑動摩擦力：阻礙物體相對滑動運動的力。影響摩擦力的因素接觸面的材質，法向力，接觸面的粗糙程度。受力分析將物體分解為多個部分，分別分析每個部分所受的力。機構的基本概念機械機構由若干運動副組成的運動鏈，用于實現規定的運動傳遞和力傳遞。運動副兩個構件之間直接接觸且發生相對運動的連接，例如鉸鏈副、滑動副等。自由度機構中獨立運動的數目，決定機構運動的可能性和范圍。平面機構的定義和分類定義平面機構是指所有運動部件都位于同一平面內，且運動軌跡也都在同一平面內的機構。機構運動由一系列剛性構件組成，通過運動副連接，實現特定的運動功能。分類根據運動副類型和機構結構，平面機構可分為以下幾類：鉸鏈機構凸輪機構齒輪機構螺旋機構鏈傳動機構帶傳動機構機構自由度分析機構自由度是指機構能夠獨立運動的程度，是機構運動學分析的重要參數。自由度定義計算公式機構自由度機構能夠獨立運動的個數F=3n-2p-hn機構中運動副的數目p機構中低副的數目h機構中高副的數目平面連桿機構運動分析1運動學分析位置、速度、加速度2動力學分析受力分析、平衡分析3機構設計運動軌跡規劃、尺寸設計4仿真模擬虛擬環境模擬平面連桿機構運動分析是機械原理的重要內容。通過分析機構的運動規律，可以了解機構的運動特性，進而設計出滿足特定功能的機構。曲柄滑塊機構運動分析1機構類型曲柄滑塊機構2運動分析位移、速度、加速度3運動規律周期性、非勻速運動4應用內燃機、往復泵曲柄滑塊機構由曲柄、連桿和滑塊組成。曲柄的旋轉運動通過連桿傳遞給滑塊，使滑塊產生往復直線運動。分析曲柄滑塊機構的運動，需要確定其各部件的位移、速度和加速度隨時間的變化規律。這種機構在內燃機、往復泵等機械中有著廣泛的應用。凸輪機構的運動分析1確定運動規律根據凸輪輪廓，確定從動件的運動規律。2繪制速度曲線基于運動規律，繪制從動件速度隨時間變化的曲線。3繪制加速度曲線基于運動規律，繪制從動件加速度隨時間變化的曲線。4分析運動特點通過曲線分析，了解從動件的運動特點，如最大速度、最大加速度等。凸輪機構的運動分析，需要綜合考慮凸輪輪廓、從動件運動規律、速度、加速度等因素。齒輪傳動原理嚙合傳動齒輪傳動利用齒輪之間的嚙合實現動力的傳遞和速度的改變。運動規律齒輪的旋轉運動通過齒廓的相互接觸傳遞，遵循著嚴格的運動規律。廣泛應用齒輪傳動在機械設備中應用廣泛，如汽車變速箱、機床主軸等。齒輪傳動的基本參數齒輪傳動參數決定了傳動效率、精度和噪聲等性能指標。模數、齒數、壓力角等是關鍵參數，決定了齒輪的尺寸和強度。不同類型齒輪傳動11.圓柱齒輪傳動軸線平行，廣泛應用于各種機械設備，如汽車、機床、工業機器人等。22.錐齒輪傳動軸線相交，用于實現軸線不平行的傳動，常用于汽車后橋、轉向系統等。33.蝸輪蝸桿傳動用于實現大傳動比和低速傳動，常用于機床、起重機等。44.齒輪泵利用齒輪嚙合原理實現液體的輸送，廣泛應用于液壓系統。鏈條傳動基本原理1工作原理鏈條傳動利用鏈條的柔性和鏈輪的嚙合來傳遞動力。2主要部件鏈條、鏈輪、張緊裝置構成鏈條傳動系統。3應用場景鏈條傳動廣泛應用于自行車、摩托車、機械設備等。帶傳動基本原理及參數帶傳動原理帶傳動利用帶與帶輪之間的摩擦力來傳遞運動和能量。通過帶輪的旋轉，帶被帶動，進而帶動另一個帶輪旋轉。帶傳動類型常見的帶傳動類型包括平帶傳動、V帶傳動和同步帶傳動。每種類型的帶傳動在結構和應用場景上有所不同。帶傳動參數帶傳動參數包括帶的長度、寬度、厚度、材料、工作速度等。這些參數對帶傳動的性能和效率至關重要。帶傳動應用帶傳動廣泛應用于各種機械傳動系統中，例如汽車發動機、工業設備等。其優點包括傳動平穩、噪音低、結構簡單、易于維護等。摩擦傳動基本原理及應用摩擦傳動原理摩擦傳動利用兩個物體之間表面接觸時的摩擦力進行能量傳遞。摩擦力的大小取決于接觸面的材料、法向壓力和接觸面積。摩擦傳動的優點傳動平穩，噪聲低，結構簡單，易于實現無級調速。摩擦傳動的應用廣泛應用于各種機械，如汽車變速箱、機床主軸、起重機等。機械傳動效率分析機械傳動效率是衡量機械傳動系統能量損失的重要指標。傳動效率越高，能量損失越少，機械傳動系統運行更經濟高效。傳動效率受多種因素影響，如摩擦力、齒輪嚙合損失、帶傳動滑動損失等。90%理想效率理想情況下，機械傳動效率可達90%以上，但實際應用中很難達到。75%實際效率實際應用中，機械傳動效率一般在75%到90%之間。5%~10%能量損失機械傳動過程中，能量損失主要來自摩擦力、齒輪嚙合、帶傳動滑動等。機械傳動噪聲及控制噪聲來源機械傳動噪聲主要來自齒輪嚙合、鏈條傳動、帶傳動等部件的沖擊、摩擦和振動。噪聲危害過高的噪聲會對人體造成聽力損傷、神經系統損害、工作效率降低等負面影響，也會影響機械設備的正常運行和使用壽命。噪聲控制機械傳動噪聲控制方法主要包括：減小傳動部件的沖擊和摩擦，提高傳動部件的剛度，采用吸音和隔音措施等。應用實例在汽車發動機傳動系統、工業生產線傳動系統、精密機械設備傳動系統等領域，都需要對傳動噪聲進行有效控制。機械沖擊載荷分析沖擊載荷的定義沖擊載荷是指突然作用在機械零件上的瞬時載荷，沖擊力的大小和作用時間都比較短。沖擊載荷的來源常見的沖擊載荷來源包括啟動、制動、碰撞、振動等。例如，發動機啟動時的沖擊力、汽車剎車時的沖擊力、機器部件之間的碰撞力等。沖擊載荷的影響沖擊載荷會造成機械零件的疲勞損傷、塑性變形甚至斷裂。因此，在機械設計中必須考慮沖擊載荷的影響，并采取相應的措施來減小沖擊載荷對機械零件的影響。分析方法常見的沖擊載荷分析方法包括沖擊系數法、能量法、動力學分析等。這些方法可以幫助我們了解沖擊載荷的大小、方向、作用時間等參數，并為機械設計提供理論依據。機械疲勞與壽命預測疲勞損傷累積反復載荷下，材料內部會產生微裂紋，并逐漸擴展。S-N曲線通過實驗獲得材料的疲勞強度，預測零件在不同載荷下的壽命。疲勞壽命評估結合應力分析、材料特性、載荷條件等，綜合評估機械零件的疲勞壽命。部件配合和潤滑技術1配合部件配合是指兩個或多個零件之間相互配合，實現特定功能。配合類型包括間隙配合、過渡配合和過盈配合。2潤滑潤滑是為了減少摩擦，提高效率，延長部件壽命，潤滑方法包括油潤滑、脂潤滑和氣體潤滑。3潤滑油的選擇潤滑油的選擇需考慮工作條件、摩擦副材料、環境溫度等因素。4潤滑系統設計潤滑系統設計需考慮潤滑油的供給、循環和冷卻，并確保潤滑油能有效地到達摩擦副表面。常見機構機構的設計要點精度和強度機構設計必須兼顧精度和強度要求，保證機械在工作過程中能夠正常運行。運動協調機構各部件的運動應協調一致，避免干涉和碰撞，保證機器平穩高效運行。可靠性和壽命機構設計應考慮可靠性和壽命要求，選擇合適的材料和工藝，確保機械能夠長期穩定運行。成本和制造機構設計要考慮成本和制造的可行性，選擇合理的材料和結構，確保機械能夠經濟有效地生產。小型機械的設計與制造1功能需求分析明確功能、性能、可靠性要求2方案設計選擇機構、傳動方式、材料等3結構設計繪制圖紙、標注尺寸、材料等4