《机械原理绪论》PPT课件.ppt
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1、第一章绪论郭为忠郭为忠 博士博士 教授教授上海交通大学上海交通大学 机械与动力工程学院机械与动力工程学院重大装备设计与控制工程研究所重大装备设计与控制工程研究所第第一一章章 绪绪论论|机器实例机器实例(Case Study)|机械设计机械设计(Mechanical Design)|机械原理机械原理(Mechanism&Machine Theory)|本课程的地位和作用本课程的地位和作用|机械原理学科的发展动向机械原理学科的发展动向|思考题思考题目录本章教案机器实例港口起重机港口起重机港口起重机港口起重机 牛头刨床牛头刨床牛头刨床牛头刨床 机器实例机器螃蟹本院学生课程设计作品机器实例青蛙游泳本院
2、学生课程设计作品机器实例汽车雨刮器本院学生课程设计作品机器实例摇摆波浪床本院学生课程设计作品申报了国家发明专利申报了国家发明专利1项,项,2009.01机器实例机器动物本院学生课程设计作品机器实例罐装机本院学生课程设计作品现代机器实例义肢:骑车义肢:骑车义肢:骑车义肢:骑车 义肢:搬运义肢:搬运义肢:搬运义肢:搬运 现代机器实例机器鸭机器鸭机器鸭机器鸭机器人表演机器人表演机器人表演机器人表演现代机器BackBack实例Big Dog(Boston Dynamics)Big Dog(Boston Dynamics)Big Dog(Boston Dynamics)Big Dog(Boston Dy
3、namics)2003年4月3日,在日本横滨举行的2003年机器人博览会上,日本Tmsuk机器人制造公司的一名职员在向人们演示一种能充当警卫的机器狗。这种机器狗的售价为198万日圆(约合1.68万美元)。实例现代机器斗轮挖掘机bucketwheelexcavator利用斗轮旋转和臂架回转的复合运动,使铲斗连续挖掘较硬物料的多斗挖掘机。斗轮挖掘机配以汽车或带式输送机组成的挖掘运输系统,是一种高效率的采掘设备,主要用于露天矿中煤炭、油母页岩等的剥离和采掘及大型水利、建筑等工程的土方开挖。斗轮挖掘机的主要技术参数是生产率、挖掘高度和单位切割力。简史斗轮挖掘机是在单斗挖掘机和环轮挖掘机(见多斗挖掘机)
4、的基础上发展起来的。1916年出现了轨道式斗轮挖掘机。1919年前后,德国制造了第一台履带式斗轮挖掘机。至50年代,中、小型斗轮挖掘机获得了较快的发展。1975年,联邦德国生产了20万米3日的斗轮挖掘机;1977年又研制成功24万米3日的巨型斗轮挖掘机,整机约为1300吨。这是80年代初世界上最大的斗轮挖掘机。分类斗轮挖掘机按卸料装置的形式可分为悬臂式和连接桥式两类。悬臂式斗轮挖掘机通常称为普通型斗轮挖掘机(图1),多属中、小型设备,生产率在2500米3时以下。连接桥式的称为斗轮挖掘机组(图2),由斗轮挖掘机、连接桥和转载机3部分组成,多属大型设备,生产率在2500米3时以上。现代机器实例空间
5、机械手空间机械手空间机械手空间机械手 水下机器人水下机器人水下机器人水下机器人 火星探路者火星探路者火星探路者火星探路者 自治机器人自治机器人自治机器人自治机器人 多种星际探测器多种星际探测器现代机器实例空中客车空中客车A380的最大载客量为的最大载客量为840人,最大人,最大航程航程16,000 km,是目前全球载客量最大的,是目前全球载客量最大的飞机。飞机。波音波音777-200LR客机的载客量为客机的载客量为301人,人,最大飞行距离为最大飞行距离为17,500 km,是目前世界,是目前世界上航程最远的客机。上航程最远的客机。现代机器实例我国第三架我国第三架ARJ21新支线新支线ARJ2
6、1-700喷气式民用客机,喷气式民用客机,2009年年9月月12日在上海成功首飞(日在上海成功首飞(70-110座)座)我国国产大客机我国国产大客机C919外形亮相香港,单通道外形亮相香港,单通道150座级,最大载座级,最大载客量为客量为190座(座(2009年年9月月4日)日)形形色色的水下机器人形形色色的水下机器人60006000米水下机器米水下机器人人现代机器实例6000米深海拖曳观察系统(SJTU)人体器官内的微型机器人人体器官内的微型机器人医疗医疗机器机器人正人正辅助辅助心脏心脏病手病手术术现代机器实例本章教案|什么是机械设计什么是机械设计|对企业发展的重要意义对企业发展的重要意义|
7、一般进程一般进程|机械运动方案设计机械运动方案设计|机电一体化技术的冲击机电一体化技术的冲击BackBack机械设计设计设计_在正式做某项工作之前,根据一定的目的要求,在正式做某项工作之前,根据一定的目的要求,预先制定方法、图样等。预先制定方法、图样等。现代汉语词典,现代汉语词典,1999机械设计机械设计_是是创造性地实现具有预期功能的新设备或创造性地实现具有预期功能的新设备或机器机器,或,或改进现有机器和设备,使其具有新的性能改进现有机器和设备,使其具有新的性能。卢玉明,机械设计基础,第卢玉明,机械设计基础,第6版版BackBack机械设计什么是机械设计1.1.经济竞争归根结底是设计和制造能
8、力竞争经济竞争归根结底是设计和制造能力竞争工业化国家的财富工业化国家的财富6080%是制造业创造的是制造业创造的 制造是将科技转化为财富的最后环节制造是将科技转化为财富的最后环节各发达国家重新重视制造业各发达国家重新重视制造业中小批量、个性化、中小批量、个性化、柔性生产管理模式柔性生产管理模式2.2.机械制造业生产管理模式的转变机械制造业生产管理模式的转变大批量、单一化、流水大批量、单一化、流水 作业生产管理模式作业生产管理模式这种转变意这种转变意味着什么?味着什么?设计工作至设计工作至关重要关重要机械设计对企业发展的重要意义订单驱动式订单驱动式订单驱动式订单驱动式 3.3.企业竞争的焦点之一
9、是设计企业竞争的焦点之一是设计成功的设计赢得了市场成功的设计赢得了市场设计是科技成果转化为生产力的纽带设计是科技成果转化为生产力的纽带设计是引进技术实现国产化的重要环节设计是引进技术实现国产化的重要环节没有现代化设计就没有现代化产品没有现代化设计就没有现代化产品4.4.设计在生产中的地位设计在生产中的地位设计是影响产品技术与经济指标的关键设计是影响产品技术与经济指标的关键设计占成本设计占成本 5%设计决定成本设计决定成本 75%75%BackBack机械设计对企业发展的重要意义现代企业活动现代企业活动橄榄球橄榄球/腰鼓型企业(两头小、中间大)腰鼓型企业(两头小、中间大)哑铃型企业(两头大、中间
10、小)哑铃型企业(两头大、中间小)开发设计开发设计制造制造市场营销市场营销机械设计对企业发展的重要意义企业产品开发的一般流程企业产品开发的一般流程机械设计一般进程机械机械机械机械原理原理原理原理BackBack机械运动简图机械运动简图型综合型综合运动总功能运动总功能尺度综合尺度综合机械运动示意图机械运动示意图根据产品根据产品功能要求功能要求、工作性质工作性质和和工作过程工作过程等基本要求进行新机等基本要求进行新机械的方案设计,在方案设计阶段应该完成械的方案设计,在方案设计阶段应该完成机械运动简图机械运动简图的设计。的设计。所谓所谓机械运动简图设计机械运动简图设计,就是按机械的工作过程和动作要求设
11、,就是按机械的工作过程和动作要求设计出由若干计出由若干机构机构组成的组成的机构系统运动简图机构系统运动简图。一般情况下,它往。一般情况下,它往往是往是机械最核心的部分机械最核心的部分,最富创造性最富创造性。机械设计什么是机械运动方案设计BackBack机械机械机械机械原理原理原理原理机构是机构是天天造机器的造机器的“骨骼系统骨骼系统”机构是天造机器的机构是天造机器的“骨骼系统骨骼系统”机构是天造机器的机构是天造机器的“骨骼系统骨骼系统”机构是天造机器的机构是天造机器的“骨骼系统骨骼系统”机构是天造机器的机构是天造机器的“骨骼系统骨骼系统”机构是天造机器的机构是天造机器的“骨骼系统骨骼系统”机构
12、是天造机器的机构是天造机器的“骨骼系统骨骼系统”机构是天造机器的机构是天造机器的“骨骼系统骨骼系统”机构是天造机器的机构是天造机器的“骨骼系统骨骼系统”l生命的进化:生命的进化:无骨无骨-软骨软骨-硬骨硬骨(内骨骼、外骨骼内骨骼、外骨骼)-软硬融合的发展历程软硬融合的发展历程l骨骼系统发展水平的高低:骨骼系统发展水平的高低:生命等级的主要标志之一生命等级的主要标志之一l骨骼系统不断发展,智能控制同步进化骨骼系统不断发展,智能控制同步进化l“上帝上帝”掌握了机构学的精髓掌握了机构学的精髓几个观点:几个观点:结构仿生结构仿生性能仿生性能仿生功能仿生功能仿生什么是机械原理|机械原理机械原理:机构与机
13、器理论机构与机器理论(Mechanism&Machine Theory,Mechanism&Machine Science)|机械原理是机械原理是研究机构和机器的运动及动力特性,研究机构和机器的运动及动力特性,以及机械运动方案设计的一门基础技术学科以及机械运动方案设计的一门基础技术学科。|机械原理的研究对象是机械原理的研究对象是机械机械。而机械是。而机械是机构与机机构与机器器的总称。的总称。|机器机器是一种是一种由人为物体组成由人为物体组成由人为物体组成由人为物体组成的、的、能产生期望的机能产生期望的机能产生期望的机能产生期望的机械运动械运动械运动械运动的装置,用来的装置,用来完成一定的工作过
14、程完成一定的工作过程完成一定的工作过程完成一定的工作过程,以,以代代代代替人类的劳动替人类的劳动替人类的劳动替人类的劳动。(包括体力劳动和脑力劳动包括体力劳动和脑力劳动)|机器有时又称为机械系统、机械产品、机电(一机器有时又称为机械系统、机械产品、机电(一体化)系统或机电(一体化)产品。体化)系统或机电(一体化)产品。|根据工作类型的不同,机器一般可以分为根据工作类型的不同,机器一般可以分为动力机动力机器器、工作机器工作机器和和信息机器信息机器三类。三类。本课程研究的机器,其本质特征是能实现一定的机械运动,本课程研究的机器,其本质特征是能实现一定的机械运动,并以机械运动为手段实现其功用。并以机
15、械运动为手段实现其功用。w动力机器动力机器的功用的功用w机械能机械能 其他形式的能量其他形式的能量w内燃机、电动机、发电机、汽轮机内燃机、电动机、发电机、汽轮机w工作机器工作机器的功用的功用w完成有用的机械功或搬运物品完成有用的机械功或搬运物品w金属切削机床、轧钢机、织布机、包装机、汽车、机车、飞金属切削机床、轧钢机、织布机、包装机、汽车、机车、飞机、起重机、数控机床机、起重机、数控机床w信息机器信息机器的功用的功用w完成信息的传递和变换完成信息的传递和变换w照相机、复印机、打印机、传真机、绘图机照相机、复印机、打印机、传真机、绘图机海浪发电装置海浪发电装置磁悬浮列车、压力机、盾构、油田抽油机
16、、磁悬浮列车、压力机、盾构、油田抽油机、工业喷涂机器人、焊接机器人、空间站机工业喷涂机器人、焊接机器人、空间站机械臂、深海探测机器人、电动玩具猫械臂、深海探测机器人、电动玩具猫信息处理子系统信息处理子系统控制子系统控制子系统广义执行机构子系统广义执行机构子系统传感检测子系统传感检测子系统传动部分传动部分动力部分动力部分执行机构系统执行机构系统现代机器机器与其他装置的主要不同点是产生期望的机械运动,完成有用的工作过程。因此实现机械运动的执行机构系统是机器的核心。机器的组成课程定位和教学理念:课程定位和教学理念:n 现代机械产品(机电产品与系统)现代机械产品(机电产品与系统)机械运动系统机械运动系
17、统-三子系统、单元与系统三子系统、单元与系统信息处理与控制信息处理与控制传感检测广义执行机构广义执行机构1 1信息处理与控制信息处理与控制广义执行机构广义执行机构mm广义执行机构广义执行机构n n传感检测传感检测子系统子系统信息处理与控制信息处理与控制执执行行单单元元1 1执执行行单单元元mm执执行行单单元元n n信息处理子系统信息处理子系统控制子系统控制子系统广义执行机构子系统广义执行机构子系统传感检测子系统传感检测子系统现代机器机电一体化技术的冲击机电一体化技术的冲击l简化了机器的结构l可编程性好,柔性大l工艺动作易于协调,控制容易l机构广义机构(光、机、电等)内燃机内燃机内燃机内燃机:曲
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