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1、工程机械,1、工程机械定义及在国民经济中的地位 就一般意义上来说，凡是用于工程施工的机械、设备统称为工程机械。广泛应用于：公路铁道工程施工；建筑工程施工；水利工程施工；港口码头建设；矿山开采；国防工程建设等。因此、现代经济建设离不开工程机械。,2、本课程内容：施工机械的基本知识、各种施工机械的类型、结构特点、使用性能、施工方法、生产率核算等。,目的：了解工程建设中可采用的机械化施工手段，构筑从事工程机械专业技术工作所必要的专业基础知识。目标:通过学习，掌握各类工程机械的基本用途、机型种类、作用、各种工作装置的基本工作原理及其性能特点。,3、本课程目的及目标：,第一章 机械基础,18世纪后期：蒸
2、气机19世纪中叶：发电机20世纪初：内燃机二战后：机械与电脑结合20世纪80年代：机械信息化,第一章 机械基础,一、概述,工程一词源于拉丁语ingeniere，意为设计或发明。它是科学的某种应用，使自然界的物质和能源的特性能够通过各种结构、机器、产品、系统以最短的时间和精而少的人力做出高效、可靠且对人类有用的东西。科学定义：是研究机械产品（或系统）的性能、设计和制造的基础理论和技术的科学。,1.1 机械工程定义及地位,机械,人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的组合体。以下哪些属于机械？火车、飞机、枪炮、动物、车站、石头、立交桥、流星、太阳系、收音机、电视机,任何机械都经历了：简单复杂的发展
3、过程。,起重机的发展历程：斜面杠杆起重轱辘滑轮组手动(电动)葫芦现代起重机（包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、电梯电脑控制）。,机械的类型,动力机器：实现机械能与其它形式之间的转换。如内燃机、涡轮机、发电机、电动机,机械的类型,器械或装备：做机械功或搬运物品，即变换物料。如机床、收割机、汽车、起重机、机械手等,信息机器（仪器）：传递、获取或传递信息。如照相机、打印机、复印机、放映机、绘图机等,机械的类型,机械工业在现代化建设中的作用,解放人（体力、部分脑力劳动、提高生产率、改善劳动条件）；便于实现产品标准化、系列化和通用化、便于实现高度的机械化、电气化和自动化；体现国家现代化建设水平
4、，为国民经济各个部门提供装备和促进 技术改造；大量地设计制造和广泛采用各种先进的机器，可大大加强国民经 济发展的力度，加速我国的现代化建设。,机械：由一些标准或者非标准零部件构成的用来传递能量、力或者运动的装置。是机构和机器的总称。,1.2 机械定义,机械是物体的组合。物体必须实现相互的、单一的、确定的运动。把施加的能量转变为最有用的形式，或转变为有效的机械功。,典型机器实例全自动洗衣机：,机械控制式,电气控制式,模糊控制式,除了控制方式以外，上述三种洗衣机的主要传动系统没有很大的差别。,潘存云教授研制,1、机器与机械零件,典型机械实例,减速器,潘存云教授研制,典型机械实例,工业机器人,潘存云
5、教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,示教盒用于输入控制命令或控制程序。,控制系统用于控制操作机各关节内伺服电机的运动。,工业机器人的组成,操作手在控制系统的指挥下，完成各种复杂的作业。,操作手控制系统示教盒（编程器）,典型机器实例,全自动洗衣机；减速器；工业机器人,由以上实例，可归纳得出：,润滑、显示、照明等辅助系统,原动机,控制系统,传动装置在原动机与执行机构之间传递运动、转换运动方式的装置。机械传动装置是本章研究的主要内容之一。,机 器,机器：既能实现确定的机械运动，又能做有用的机械功，或者能传递或转换能量、物料、信息等。如,车 床实现确定的机械运动，又作有用的机械功 内燃机转换能量
6、 机械手传递物料照相机传递信息,机构：仅能传递或转换运动。如,齿轮机构传递运动摇头风扇连杆机构 凸轮机构转换运动,机械：是机器和机构的总称。,由此可见：,定义：GB10853-89 机器理论与机构学术语机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。机构是用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统。,构件：组成机器的各个相对运动的实物。是机器中独立运动的单元体，由一个或几个零件组成。,2、构件和零件,单一零件曲轴,多个零件的刚性组合连杆,构件是机械中运动的单元体，零件是机械中制造的单元体。,零件：机械中不可拆的制造单元体。,零件可分为两类：专
7、用零件：特定机器中所使用的零件，如活塞、曲轴、叶片通用零件：各类机器中普遍使用的零件，如齿轮、轴、螺栓等,部件：为完成同一使命在结构上组合并协同工作的零件如轴承、减速器。,机器与机械零件的关系 对于一台机器这个总体来说，一切零件都是它的局部，他们必须受全局的制约。各个零件在机器中，或按确定的位置相互连接，或按给定的规律做相对运动，共同为完成机器的功能而发挥各自的作用。所以任何机器的性能都是建立在它的主要零件的性能或某些关键零件的综合性能的基础之上的。所以，要想设计制造出好的机器，必须很好地设计或选择它的零部件。,明确设计要求,信息反馈,以减速器设计制造为例,在设计过程中，这些步骤是相互交错、反
8、复进行的。设计者要从实际出发，注重调查研究，善于学习，在实践中不断积累设计经验，以期取得最佳成果。,从一个设计实例看机械设计的一般过程,社会需求,设计任务,方案设计,结构设计,编制技术文件,机械设计中常用材料,1、金属材料力学性能好，能满足机械多种性能和用途要求，应用广泛2、高分子材料原料丰富，耐腐蚀性好，主要用于化工设备和冷冻设备中3、陶瓷材料硬度高、耐磨、耐腐蚀、熔点高。主要用于切削刀具等结构中。4、复合材料具有较高的强度和弹性模量，主要用于航空、航天领域中。,机械设计中常用材料,1、金属材料力学性能好，能满足机械多种性能和用途要求，应用广泛2、高分子材料原料丰富，耐腐蚀性好，主要用于化工
9、设备和冷冻设备中3、陶瓷材料硬度高、耐磨、耐腐蚀、熔点高。主要用于切削刀具等结构中。4、复合材料具有较高的强度和弹性模量，主要用于航空、航天领域中。,二、常用机构,1.连杆机构,二、常用机构,2.凸轮机构,二、常用机构,3.齿轮机构,二、常用机构,4.带传动机构,二、常用机构,5.链传动机构,二、常用机构,6.棘轮步进机构,二、常用机构,7.螺旋机构,2.1 机构运动简图及运动幅,运动副：机构中两构件互作一定相对运动的活动联接。,按接触情况分：有面接触的低副和点或线接触的高副。,按平面或空间机构分，属于平面机构的有转动副、移动副和平面高副，属于空间机构中的有球面副、球销副、螺旋副和圆柱副等。,
10、2.1 机构运动简图及运动幅,2.2 连杆机构,机器的主体部分由许多运动构件组成，用于传递运动和力。平面连杆机构是许多构件用低副连接组成的平面机构。铰链四杆机构是平面连杆机构的基本形式。由此可演变成：,曲柄滑块机构,导杆机构,2.2 连杆机构,定块机构,摇块机构,齿轮的用途很广，是各种机械设备中的重要零件，如机床、飞机、轮船及日常生活中用的手表、电扇等都要使用各种齿轮。齿轮的种类很多，有圆柱直齿轮、圆柱斜齿轮、螺旋齿轮、直齿伞齿轮、螺旋伞齿轮、蜗轮等。直齿圆柱齿轮是最基本，最简单、且 使用最多的齿轮。,2.3 齿轮机构,齿轮传动的特点：,传动效率高可达99；在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为
11、最高,结构紧凑;与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间一般较小；,工作可靠，寿命长；与各类传动相比,传动比稳定;无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一；,功率和速度范围应用广。,制造及安装精度要求高，价格较贵。与带传动、链传动相比,精度低时，振动和噪音较大。,不宜于轴间距离大的场合。,作用：不仅用来传递运动、而且还要传递动力。,分类,开式传动,有简单防护罩，大齿轮浸入油池，润滑得到改善、适于非重要应用；,裸露、灰尘、易磨损，适于低速传动。,半开式传动,闭式传动,全封闭、润滑良好、适于重要应用。,按类型分,按装置形式分,按使用情况分,硬齿面齿轮（齿面硬
12、度350HBS）,直齿圆柱齿轮传动,斜齿圆柱齿轮传动,锥齿轮传动,人字齿轮传动,动力齿轮,传动齿轮,按齿面硬度分,软齿面齿轮（齿面硬度350HBS）,以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。,以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。,按照轮齿的位置,外齿轮,内齿轮,齿轮的内外啮合形式,齿轮齿条,直齿圆锥齿轮传动,蜗轮蜗杆传动,传动比,直径较小的钢质齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮与轴做成一体，称为齿轮轴。否则可能引起轮缘断裂。,1.齿轮轴,常见的结构形式,潘存云教授研制,1.齿轮轴,二、常见的结构形式,2.实心齿轮,当齿顶圆直径da160mm时，可以做成实心结构；但航空用齿轮，虽d
13、a160mm，也有做成腹板式的。,3.腹板式齿轮,dh=1.6 ds;lh=(1.21.5)ds,并使lh bc=0.3b;=(2.54)mn,但不小于8 mm d0和d 按结构取定。,潘存云教授研制,适用于中型尺寸的齿轮。,dh=1.6 ds;lh=(1.2.1.5)ds,并使lhbc=0.3b;=(2.54)mn,但不小于8 mm d0和d 按结构取定，当d 较小时可不开孔,3.腹板式齿轮,潘存云教授研制,齿顶圆直径da500mm；腹板上开孔的数目按结构尺寸大小及需要而定。,dh=(1.61.8)ds;lh=(1.2.1.5)ds；c=(0.20.3)b;s=0.8c;C1=0.8C;d
14、按结构取定带加强肋板的腹板式锥齿轮 da300mm的铸造锥齿轮。,C1,潘存云教授研制,dh=1.6 ds(铸钢);dh=1.6 ds(铸铁)lh=(1.21.5)ds,并使lh b c=0.2b;但不小于10 mm=(2.54)mn,但不小于8 mm h1=0.8 ds;h2=0.8 h1;s=1.5 h1;但不小于10 mm e=0.8 ds;h2=0.8 h1,4.轮辐式齿轮,这种结构适用于大型尺寸的齿轮。,2.4带传动和链传动,带传动的组成,主动轮1、从动轮2、环形带3。,工作原理：安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力使得带与带轮之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩擦力拖动从动轮一起同向
15、回转。,类型,平带,V 型带,多楔带,摩擦型,啮合型,圆形带,带传动的类型,潘存云教授研制,普通平带（帆布芯平带、编织平带）,片基平带,传递效率较高，带轮制造容易，适于传递中心距较大的情况下应用。,应用最广,类型,平带,V 型带,多楔带,摩擦型,啮合型,圆形带,普通平带,片基平带,普通带,窄带,齿形带,宽带,普通带是应用最广泛的一种传动带，其传动功率大，结构简单，价格便宜。由于带与带轮槽之间是V型槽面摩擦，故可以产生比平型带更大的有效拉力（约3倍）。,联组带,大楔角带,平型带,普通平带,片基平带,普通带,窄带,齿形带,宽带,类型,V 型带,多楔带,摩擦型,啮合型,圆形带,联组带,大楔角带,潘存
16、云教授研制,抗拉体,平型带,普通平带,片基平带,普通带,窄带,齿形带,宽带,类型,V 型带,多楔带,摩擦型,啮合型,圆形带,联组带,大楔角带,带传动的形式：,带传动的特点,(1)适用于中心距较大的传动；(2)间接的柔性传动，挠性好，可缓和冲击、吸收振动；(3)过载时带与带轮之间会出现打滑，避免了其它零件的损坏；(4)结构简单、成本低廉。,优点：,缺点：传动的外廓尺寸较大，需要张紧装置，传动比不稳定、效率较低，寿命较短，传动功率一般P50kW、线速度v=525(40)m/s、传动比35(10),带传动的应用,摩擦带传动适用于要求传动平稳、传动比要求不准确、中小功率的远距离传动。,潘存云教授研制,
17、建筑机械,潘存云教授研制,潘存云教授研制,调整螺钉,调整螺钉,滑道式张紧装置,摆架式张紧装置,2、带传动的张紧方法,(1)定期张紧,带传动的张紧装置,(1)根据摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作；,1、张紧的目的,(2)运转一定时间后，带会松弛，为了保证带传动的能力，必须重新张紧，才能正常工作。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,张紧轮,(3)张紧轮张紧,(2)自动张紧,自动张紧装置,链传动由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成，以链作中间挠性件，靠链与链轮轮齿的啮合来传递动力。,4）链传动,链传动的形式,链传动广泛应用于工况较为恶劣、传动比精度要求不是很高的农业、矿业
18、、冶金、起重、运输、石油、化工、森工和环卫机械及摩托车中。,组成,链传动是以链条为中间挠性件的啮合传动。,优、缺点,1、优点,与带传动相比：,1）,2）高,3）结构紧凑（带传动要求1120a）,4）压轴力小（啮合传动张紧力小）。,5）可在高温、潮湿等恶劣环境下工作。,与齿轮传动相比：,1）适于远距离传动。,2）成本低（制造、安装精度）。,2、缺点,1）只能用于平行轴间的传动，且同向转动。,3）成本比带传动高。,三、应用,Pmax5000kW，vmax40m/s，imax15，amax8m,一般：P100kW，v 15m/s，i 8,不宜用于载荷变化大和急促反向的传动。,用于a较大，要求i平均不
19、变，而不宜采用齿轮或带传动场合。,自行车、摩托车,挖掘机（恶劣工作条件）,其它低速重载场合,链的种类,链传动的零件,一、传动链,按结构不同，分为：,滚子链（套筒滚子链）,、齿形链,承受冲击能力比滚子链好，噪音低，平稳“无声链”,带外导板,带内导板,套筒滚子链构造,内、外链板呈“8”字形：?等强度，惯性力,主要参数：,1）链节距p基本参数,p尺寸,p=链号25.4/16（mm）,2）链节数Lp,整数，一般为偶数。,3）排数zp,排数承载,多排链,链轮结构：,轮辐式（轮毂处采用了胀紧联结）,整体式,孔板式,组合式,三、轴和轴毂连接,轴,轴承,轴,1.支承做回转运动的零件（如凸轮、齿轮、带轮及联轴器
20、等），并保证其具有确定的工作位置。2.传递运动和动力。,用途,1.根据轴线形状分（1）直轴,分类,光轴阶梯轴特殊用途轴,齿轮轴空心轴,（2）曲轴,（3）挠 性 轴,2.根据轴所受载荷性质分类（1）心轴,转动心轴固定心轴,转动心轴,固定心轴,只承受弯矩的轴,火车轮轴属于什么类型？,自行车轴属于什么类型？,（2）传动轴 只承受转矩的轴,（3）转轴,既承受弯矩也承受转矩的轴,问：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？,传动轴,转轴,转动心轴,转轴,转轴,转动心轴,如何判断轴是否传递转矩：,从原动机向工作机画传动路线，若传动路线沿该轴轴线走过一段距离，则该轴传递转矩。,如何判断轴是否承受弯矩：,该轴上除
21、联轴器外是否还有其它传动零件，若有则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。,轴承：用于支撑轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度，减轻轴与轴承间的摩擦和磨损。,滚动轴承,滑动轴承,二者相比，滚动轴承具有传动灵活、摩擦阻力小、效率高、润滑简便、易于互换等优点，因此应用广泛。缺点是抗冲击能力差，高速运转时有噪音，工作寿命不如滑动轴承。,滚动轴承,滚动轴承的结构,滚动体,滚动轴承主要类型有：球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承、滚针轴承等。,滚动轴承分类,联轴器是各种机械传动中常用的部件，通常由两个半联轴器及联接件组成。其作用是用来联接两根轴，使两轴一同回转并传递转矩。,四、联轴器,联接两轴一起运转，传
22、递运动和转矩（只传递T,不传递M）。有的可用作安全装置。,联轴器联接的两轴只有停车后经拆卸才能分离离合器联接的两轴可在机器工作中方便地实现分离与接合,一、功用,二、区别,三、应用,可将整机分为部件，便于制造、装卸、运输。离合器还可操纵机器 的启动、制动、换向和变速。联轴器和离合器种类很多，有些已经标准化，本章仅介绍常见的类型,刚性联轴器,联轴器分类：,弹性联轴器,凸缘联轴器,套筒联轴器,夹壳式联轴器,剪销式安全联轴器,齿轮联轴器,十字滑块联轴器,万向联轴器,簧片联轴器,蛇形弹簧联轴器,弹性套柱销联轴器,弹性柱销联轴器,梅花形弹性联轴器,轮胎式联轴器,刚性固定式,要求两轴严格对中，工作时两轴不能移动。,无弹性元件挠性联轴器,允许两轴有一定位移,靠运动副组成得动联接补偿轴的偏移。,靠金属弹性元件的变形补偿两轴的偏移,非金属弹性元件联轴器,利用非金属弹性元件的变形补偿轴的偏移。,强度高，承载能力大,E大且稳定,受T影响小,但成本高。,E变化范围大,阻尼效应好,重量轻,成本低,但强度低,承载能力小,寿命较短。,万向联轴器,本章内容结束,Thank you！,
