机械原理

魏原芳、宋卓、李自香、徐桂萍、史文谱、张铁军、李为昌

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 绪论
    • 1.2 章节测验
    • 1.3 案例导入及思政
    • 1.4 高铁变速箱齿轮
  • 2 平面机构的结构分析
    • 2.1 平面机构的基本概念及机构运动简图
    • 2.2 平面机构的自由度计算
    • 2.3 平面机构的组成原理和结构分析
    • 2.4 案例导入及思政
    • 2.5 章节测验
  • 3 平面机构的运动分析
    • 3.1 研究机构运动分析的目的和方法
    • 3.2 速度瞬心法及其在机构速度分析上的应用
      • 3.2.1 瞬心法和机构瞬心位置的确定
      • 3.2.2 瞬心法求速度示例
    • 3.3 用相对运动图解法求机构的速度和加速度
    • 3.4 案例导入及思政
    • 3.5 章节测验
  • 4 平面连杆机构及其设计
    • 4.1 平面连杆机构的特点及其设计的基本问题
    • 4.2 平面四杆机构的基本型式及其演化
    • 4.3 平面四杆机构的主要工作特性
    • 4.4 实现连杆给定位置的平面四杆机构运动设计
    • 4.5 实现已知运动规律的平面四杆机构运动设计
    • 4.6 案例导入及思政
    • 4.7 章节测验
  • 5 第四章凸轮机构及其设计
    • 5.1 凸轮机构的应用和分类
    • 5.2 从动件的运动规律
    • 5.3 按给定的运动规律设计图伦的轮廓曲线——作图法
    • 5.4 凸轮机构的基本尺寸的确定
    • 5.5 案例导入及思政
    • 5.6 章节测验
  • 6 第五章齿轮机构及其设计
    • 6.1 齿轮机构的应用和分类
    • 6.2 齿廓啮合的基本定律
    • 6.3 渐开线及渐开线齿廓
    • 6.4 渐开线齿轮的各部分名称及标准齿轮的尺寸
    • 6.5 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动
    • 6.6 渐开线齿廓的展成加工及根切现象
    • 6.7 变位齿轮
    • 6.8 平行轴斜齿圆柱齿轮机构
    • 6.9 蜗杆机构
    • 6.10 圆锥齿轮机构
    • 6.11 齿轮机构总结
    • 6.12 案例导入及思政
    • 6.13 章节测验
  • 7 第六章 轮系
    • 7.1 轮系及分类
    • 7.2 定轴轮系的传动比及应用
    • 7.3 周转轮系的组成及传动比
    • 7.4 复合轮系的传动比及应用
    • 7.5 行星齿轮各轮齿数和行星轮数的选择
    • 7.6 案例导入及思政
    • 7.7 章节测验
  • 8 其他常用机构
    • 8.1 万向联轴节
    • 8.2 螺旋机构
    • 8.3 棘轮机构
    • 8.4 槽轮机构
    • 8.5 不完全齿轮机构
    • 8.6 案例导入及思政
    • 8.7 章节测验
  • 9 平面机构的力分析
    • 9.1 研究机构力分析的目的和方法
    • 9.2 构件惯性力的确定
    • 9.3 运动副中摩擦力的确定
    • 9.4 不考虑摩擦力的机构力分析
    • 9.5 案例导入及思政
    • 9.6 章节测验
  • 10 平面机构的平衡
    • 10.1 平衡的目的和分类
    • 10.2 刚性回转件的平衡
    • 10.3 刚性回转件的平衡实验
    • 10.4 机架上的平衡
    • 10.5 案例导入及思政
    • 10.6 章节测验
  • 11 机器的运转及其速度波动的调节
    • 11.1 机器的运转及其速度波动的调节和调节的方法
    • 11.2 机器周期性速度波动的调节方法和设计指标
    • 11.3 案例导入及思政
    • 11.4 章节测验
  • 12 实验
    • 12.1 实验操作指南
    • 12.2 实验一  机构认知与组成实验
    • 12.3 实验二 机构应用、简图测绘及运动分析仿真实验
    • 12.4 实验三  渐开线外齿轮范成仿真实验
案例导入及思政

诸葛连弩的历史流传

诸葛连弩是三国时期蜀国的诸葛亮制作了一种连弩,又被称作元戎弩,一次能发射十支箭,火力很强,但是体积、重量偏大,单兵无法使用,主要用来防守城池和营塞。

汉末魏大发明家马钧欲对其进行改进,使之成为一种五十矢连弩,威力更大,但是因为生产很复杂,所用的箭矢也必须特制,所以没大量生产,后失传。

诸葛连弩有以下特点:

一是火力很强,一次能发射十支箭。

二是可以瞄准目标等到需要时再发射,有利于捕捉射击时机,命中率比弓高。

三是体积、重量大,单兵无法使用。

怎样理解"一弩十矢俱发",是十支箭同时击发,还是先后连续发出?这是认识、研制诸葛连弩的关键所在。事实上,中国古代在这两方面都进行过很多探索,各有硕果。正是他们的探索,为后人重新认识诸葛连弩提供了基础。

先看同时击发数矢的弩。一张大弓,同时击发两箭或三箭,这在秦汉时期已经出现,《史记·韩信卢绾列传第三十三》:"请令强弩傅两矢外向。"傅,通"附",附着,《左传·僖公十四年》"皮之不存,毛将焉傅"可证。把二矢同时附在弩机上,当为一击而同时发射两矢的弩。《后汉书·耿纯传》:"选敢死二千人,俱持强弩,各傅三矢,使衔枚间行。此当为同时发射三矢的弩。曹丕《饮马长城窟行》“发机若雷电,一发连四五”,说的也是一击而发四、五矢。明《武备志》卷103所载神臂床子连城弩(图七),可同时发射四、五只箭。这是我国古代关于"连弩"这个专用名祠的的第二种意思,即指同时发射二矢或多矢的弩。

首先,从现有资料看,还没有同时击发十矢的,更不可能象马均说的那样,“可令加五倍”,同时击发五十矢。事实上,这种床弩也不可能同时击发五十矢。发箭应对准目标,十个或五十全敌人排在一起进攻的情况并不多见。同时发十箭或五十箭,必造成极大的浪费!

第二,一弩同时发射十箭或五十箭,即一支弩机的动力平分十份或五十份后,其射程还能多远?还有什么杀伤力可言?

第三,这种笨重的弩床难以携带,根本不适宜南征北伐的地理条件,即不适宜西南与川陕交界地区的地理环境。第四,这种弩所用的矢,其长度在三尺以上,与诸葛连弩的“矢长八寸”差别太大。第五,这么长的矢,显然不可能"以铁为矢"。

连弩

再看连续发射的弩,这又可分为两大类。第一类是在弩床上架两张弓、或三张弓、或四张弓,战时可利用摇柄绳轴事先张弓扣箭,一般是由一名职业射手发射。发射时虽有先后之分,但这还不是严格意义上的"连续发射"。这种弩在宋代较为流行,《宋史·太宗一》:"十二月乙丑,幸讲武台观机石连弩。 "《宋史·真宗二》:"六年春二月戊寅,幸飞山雄武营,观发机石、连弩,遂宴射潜龙园。 "《宋史·礼志二十四·军礼·阅武条》:"其按阅炮场连弩及便坐日阅召募新军时,令习战如故事。 "《宋史·卢斌传》:"俄复大设机石、连弩、冲车、云梯,四面鼓噪乘城,矢石乱下,斌与州将随机设备。 "《宋史·蛮夷传三·抚水州传》:"蛮复连弩北岸。"《武经总要》记载了宋代的这几种大型床弩。其实质是将数张单发弩合而为一,由一人射击。它能在一定程度上实现连续射击,但我们认为这类连弩主要是强调连结的意思。它张弓时需要数十人、甚至上百人一齐出力才行。专家认为,这也不是诸葛连弩的类型。因为:1,迄今为止,在一张弩床上最多只能架四张弓,最高只能实现四矢连发,不可能连发十矢,更不可能象马均说的那样,"可令加五倍",连发五十矢。 2,这种笨重的弩床也难以携带,不适宜西南及川陕交界地区的地理环境。3,这种弩所用的矢,其长度在三尺以上。4,这种矢也不可能是"以铁为矢"。

另有一种连续发射的弩,明代茅元仪《武备志》记载,明人曾研制出"诸葛武侯弩",后来清人在此基础上,曾制造出"弹弩":

这种弩,我们认为就是失传甚久的诸葛连弩,至少是这种类型。首先,其"矢长八寸",能连续发射十矢,符合诸葛连弩的两个基本数据;又极为轻便,步兵、骑兵都能随身携带,适宜西南与川陕交界地区的地理环境。惜当时火炮已经使用,这一重要研究成果未能引起世人的高度重视,未能推广,不久再度失传。

根据2700年前战国时期连弩改进成一种十矢连发的杀伤性远程武器,战国时期的楚国已经有双发的连弩。类似于现代武器中的远程火箭炮连发的构思,也是基于单管火箭炮做的改进。

【科学思维:神秘的诸葛连弩】