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1、第1章 绪论,1.1机械的基本概况 1.2机械工程的涵义 1.3机械工程发展,第1章 绪论, 1.4机械工业的地位 1.5我国机械制造业现状 1.621世纪的机械工程,1.1机械的基本概况,1.机构 机构是由两个以上的构件通过活动连接以实现规定运动的组合体,其各组成部分之间具有一定的相对运动用来传递、转换运动与动力,或实现某种特定的运动。 2.机器 机器是由一个或一个以上的机构组成,具有确定机械运动并完成一定有用工作过程的装置。,1.1.1机械的基本名词,1.1机械的基本概况,图1-1所示为内燃机机构,活塞2在气缸1内做直线往复运动,通过连杆3带动曲轴4做回转运动,输出动力,同时通过齿轮5、6
2、带动凸轮轴7旋转,由凸轮轴7推动顶杆8做上下运动,开启或关闭进、排气门。,图1-1内燃机机构 a)模型b)简图 1气缸2活塞3连杆4曲轴5、6齿轮7凸轮轴8顶杆,1.1机械的基本概况,3.机械 机械是机构和机器的总称。 设计机械的目的是完成预定的机械运动及特定的动作。一般来说,每一种复杂机械都由三大部分组成:一是原动部分,它是机械动力的来源;二是工作部分,它处于传动路线的终点,完成机械的预定动作;三是传动部分,它是把原动机件的运动和功率传递给工作部分的中间环节。现代机械中又增加了第四个部分,即自动控制部分。,1.1机械的基本概况,机械是由零件、构件和部件组成的。 1)零件。零件分为两类:一类是
3、组成机械的不可拆的基本单元,也是机械制造过程中的单个制件,如齿轮、轴等;另一类则是专用零件,它仅适用于一定类型的机械中,并能表示此种机械的特点. 2)构件。构件是在机构中组成机构彼此间具有一定相对运动关系的基本单元。 3)部件。部件是机械的一部分,为可以完成同一功能而在结构上连接在一起、能协同工作的零件的组合体。,1.1机械的基本概况,如图1-2所示,活塞连杆部件由17种零件组成,它的功能就是把活塞的往复运动通过连杆转换为曲轴的旋转运动。,图1-2活塞与连杆结构,1顶部2环槽部3裙部4环岸5环槽6销座7加强筋8卡环槽9泄油孔与泄油槽10活塞销套11连杆小头12连杆身 13连杆大头14连杆轴承1
4、5连杆螺母16连杆轴承盖17连杆螺栓,1.1机械的基本概况,两个共同特征: 1)它们是一种人为的实物构件的组合。 2)它们各部分之间具有确定的相对运动。 机器除了具备上述两个特征外,还必须具备第三个特征:能代替人类完成有用的机械功或转换机械能。所以,机器是能转换机械能或完成有用机械功的机构。,1.1.2机械的特征及种类,1.1机械的基本概况,机械的种类繁多,机械制造产品遍及人们的生活、生产、社会活动的方方面面。当今,机械几乎已进入到人类活动的一切领域,从简单小巧的剃须刀到复杂庞大的航天飞机,门类繁多、结构不同、用途各异。机械按功能,可分为动力机械、油料搬运机械、粉碎机械等;按服务的产业,可分为
5、农业机械、矿山机械、纺织机械等;按工作原理,可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。,1.1机械的基本概况,考虑到分类的科学性和普适性,以及科学原理应用于多个行业的共性,这里以“大工程”为背景,参照中国大百科全书机械工程卷,采用混合分类法将机械进行分类。具体分类见表1-1。,表1-1机械的种类,1.1机械的基本概况,1.1机械的基本概况,1.制造与制造业 所谓制造,即为人类按照市场需求,运用主观掌握的知识和技能,借助于手工或可以利用的客观物质工具,采用有效的工艺方法和必要的能源,将原材料转化为最终物质产品并投放市场的全过程。 制造业是指将制造资源,包括物料、设备、工具、资金、技术、信息和人力等,
6、通过制造过程转化为可供人们使用和消费的产品的行业。,1.1.3制造业与机械工业,1.1机械的基本概况,根据国民经济行业分类(GB/T 47542002)的规定,我国制造业分为农副食品加工业、食品制造业、饮料制造业等30个种类,见表1-2。,表1-2我国制造业分类,1.1机械的基本概况,2.机械工业 机械工业是指制造业中从事机械设备或机械装置生产的行业,属于制造业,是制造业的重要组成部分,它与制造业是分不开的,在很多方面往往将机械工业与制造业联系在一起,甚至会把制造业的作用与机械工业的作用看成是一回事。机械工业在国民经济中居主导地位,是工业体系的核心部门。它包括各种机械、工具、机床、仪器及仪表等
7、行业,其作用是为国民经济、国防建设以及科学技术的进步和发展提供先进的手段和装备。人们通常把机械工业称为国民经济的装备部门。,1.2机械工程的涵义,机械工程以有关的自然科学和技术科学为其理论基础,结合生产实践中积累的实际经验,研究和解决在开发、设计、制造、安装、应用和维修各种机械中的全部理论和技术。它是以机构和机器为基本对象的科学,各类和各种不同机械均属机械工程技术的范畴。 从动态观点看,机械工程又是一个技术过程。它包含了人类的主要技术活动:发明与革新;设计与测试;制造(加工与制作);使用与维修。因此,各种机械的发明、设计、加工与制造以及使用与维修均属机械工程技术的范畴。,1.2机械工程的涵义,
8、机械从构思到实现要经历设计和制造两个性质不同的阶段。按照经历的阶段不同,机械工程科学包含机械学和机械制造两大学科。 机械学是对机械及其系统进行功能综合并定量描述与控制其性能的基础技术学科。机械学是把各种信息,经过人的思维和设计,加工成机械制造系统能接受的信息,输入机械制造系统。,1.2机械工程的涵义,机械制造是研究制造系统、制造过程和制造方法的学科。制造过程就是按照给定的信息,利用向制造系统提供的能量,使材料改变成符合预想的机械产品及其系统的过程。,图1-3机械工程包括的内容,1.2机械工程的涵义,机械工程的工作内容基本相同,按其工作性质可分为以下六个方面: 1)建立和发展可以直接应用于机械工
9、程的工程理论基础。 2)研究、设计和发展新的机械产品,不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品,以适应当前和将来的需要。 3)机械产品的生产。 4)机械制造企业的经营和管理。,1.2机械工程的涵义,5)机械产品的应用。 6)研究机械产品在制造过程中,尤其是在使用中所产生的环境污染和自然资源过度耗费方面的问题及其处理措施. 一般认为,机械工程涵盖的内容有:机械设计工程学,主要解决做什么样的机械的问题,包括机械设计理论、方法;机械制造工程学,主要解决机械怎么做出来的问题,包括制造工艺、方法、自动化、管理等;机械基础学,主要解决机械的性能是怎么样的问题,包括机构、强度、振动、寿命、摩擦等基础理论。,
10、1.3机械工程发展,在人类历史的发展中,发生了几次决定人类命运的大转折,被史学誉为大革命。 第一次发生在大约200万年前,由于自然条件的突然变化,生活在树上的类人猿被迫到陆地上觅食,为了和各种野兽抗争,它们学会了用木棍和石块这些天然工具保卫自己,并用之猎取食物。使用天然工具,锻炼了它们的大脑和手指。,1.3.1社会发展与机械工程,1.3机械工程发展,第二次发生在大约50万年前,古猿人学会了制造和使用简单的木制和石制工具,从事劳动,继而发现了火,并学会了钻木取火。烧熟的食物不仅好吃,且利于吸收,为提高他们的体力和智力创造了条件,进而使古猿人的生活质量有了改善和提高。使用工具,携带食物、甚至“抱儿
11、带女”都需要他们的前肢从支撑行走中解脱出来,于是他们从地上站立起来,开启了从古猿到古人类的新纪元。,1.3机械工程发展,第三次发生在大约15000年前,古人类学会了制作和使用简单的机械,开始了农耕与畜牧。此后,大约5000年前,古人类进入新石器时代。4000年前发现金属,并学会了冶炼技术,金属器械逐步取代了石制、骨制的器械。继而约2000年前发现了铁金属,进入铁器时代,各种复杂的工具和简单机械相继发明出来。,1.3机械工程发展,第四次发生在1750年到1850年之间。1760年,瓦特经过十余年的努力和不断改进,在爱丁堡制造出第一台有实用价值的蒸汽机。1804年,英国人特莱维茨克发明并制造出第一
12、台蒸汽机车。1830年,在法国修筑了从圣亚田到里昂的铁路。蒸汽机车与铁路的普及,促进了西方工业生产的发展,促进了西方的机械文明,奠定了现代工业的基础。,1.3机械工程发展,第五次是计算机技术导致了一场现代工业革命。进入20世纪,计算机的发明与广泛应用,改变了人类传统的生活方式和工作方式。以集成电路为中心的微电子技术的广泛应用,给社会生活和工业结构带来了巨大的影响。机械工程与微处理机结合诞生了“机电一体化”的复合技术,使机械设备的结构、功能和制造技术等提高到了一个新的水平。机械工程学、微电子学和信息科学三者的有机结合,构成了一种优化技术,应用这种技术制造出来的机械产品结构简单、轻巧、省力和高效率
13、,并部分代替了人脑的功能,即实现了人工智能。机电一体化产品必将成为今后机械产品发展的主流。,1.3机械工程发展,进入21世纪,计算机技术、信息技术、网络技术以及由其带动的相关科学的发展,推动了科学迅速前进,机械工程学也发生了极大变化,制造业发展的重要特性是向全球化、网络化、虚拟化方向发展。,1.3机械工程发展,关于机械工程发展史,在许多研究机械工程史的著作中将其分为三个阶段:古代机械史、近代机械工程史和现代机械工程史。 1.3.2.1古代机械史(ancient history of machinery,1750年) 机械始于工具。公元前3000年以前(史前期),人类已广泛使用石制和骨制的工具。
14、公元前600年公元400年的古希腊和古罗马称为古典文化时期,这一时期木工工具有了很大改进,除木工常用的成套工具如斧、弓形锯、弓形钻、铲和凿外,还发展了球形钻、能拔铁钉的羊角锤、伐木用的双人锯等。,1.3.2机械工程发展史,1.3机械工程发展,公元400年1000年的欧洲地区,机械技术的发展因古希腊和古罗马的古典文化的消沉而陷于长期停顿。公元1000年1500年,随着农业和手工业的发展,意、法、英等国相继兴办大学,发展自然科学和人文科学,培养人才,同时又吸取了当时中国、阿拉伯和波斯帝国的先进科学技术,机械技术开始恢复和发展。 表是1500年前开始制造的。重要的改进是用螺旋弹簧代替重物以产生动力,
15、此外还加了棘轮机构。 公元1500年1750年,机械技术发展极为迅速。 这一时期工具机也获得不少成就:制造出水力辗轧机械和几种机床,如齿轮切削机床、螺纹车床、小型脚踏砂轮磨床及研磨光学仪器镜片的抛光机等。,1.3机械工程发展,在欧洲诞生了工程科学。许多科学家,如牛顿、伽利略、莱布尼兹、玻意耳和胡克等,为新科学奠定了多方面的理论基础。为了鼓励创造发明,意大利和英国分别在1474年和1561年建立了专利机构。17世纪60年代出现了科学学会,如英国皇家学会。英国于1665年开始出版科学报告会文献。法国约于同时建立了法国科学院。俄、德两国也分别于1725年和1770年建立了俄国科学院和柏林科学院。这些
16、学术机构冲破了当时教会的禁锢,展开自由讨论,交流学术观点和实验结果,因而促进了科学技术以及机械工程的发展。,1.3机械工程发展,1.3.2.2近代机械工程史(modern history of mechanical engineering) 在1750年1900年这一近代历史时期内,机械工程在世界范围内出现了飞速的发展,并获得了广泛的应用。1847年,在英国伯明翰成立了机械工程师学会,机械工程作为工程技术的一个分支得到了正式的承认。后来在世界其他国家也陆续成立了机械工程的行业组织。 工业革命是从出现机器和使用机器开始的。在工业革命中最主要的变革是: 1)用生产能力大和产品质量高的大机器取代手工工具和简陋机械。 2)用蒸汽机和内燃机等无生命动力取代人和牲畜的肌肉动力。 3)用大型的集中的工厂生产系统取代分散的手工业作坊。在这期间,动力机械、生产机械和机械工程理论都获得了飞速发展。,1.3机械工程发展,机械工程的发展,在工业革命的进程中起着主干作用。如18世纪中叶以后,英国纺织机械的出现和使用,使纺纱和织布的生产技术迅速提高。蒸汽机的出现和推广使用,不仅促进了当时煤产量的迅速增长,并且
