第一章机械原理绪论

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第1章机械原理-绪论

的组合体。
2.零件－独立的制造单元(制造的单元体) 零件构件－独立的运动单元(运动的单元体) 内燃机曲柄滑块机构
一个构件是由一个零件如内燃机中活塞或多个零件刚性组成。彼此之间无相对运动。如内燃机中连杆
湘潭大学
套筒
螺栓
垫圈螺母
连杆体轴瓦
作为一名工程技术人员，同学们在今后的工作岗位上将会接触各种各样的通用或专用机械，因此必须掌握机械方面的基础知识。
设计出满足功能与制造要求的机构和机械零件任务研究的内容：
（1）机械设计基础知识
（2）常用机构及传动设计（3）通用零件设计（4）有关机械总体设计中的一些问题（5）机械现代设计方法与手段的概念和特点
内燃机
2.工件自动载送装置含带传动、蜗杆传动、凸轮机构、连杆机构等。
滑杆左移时，夹持器将工件夹住。
滑杆带着工件右移时，夹持器动爪受挡块的压迫将工件松开，工件落入载送器被传送到下一道工序。
动画
强调代替人类完成有用工作
机器的共有特征：
①人造的实物组合体；
工件定爪动爪装配夹具工件载送器
天然工具 ——→简单机器 ——→工业革命 ——→现代机器
人类在征服自然中
改革开放后：我国机械工业得到了长足发展。
任何机械都经历了：简单→复杂的发展过程。以起重机为例，它经历了：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）。
典型机器的分析： 1.内燃机活塞的往复运动通过连杆变位曲轴的连续转动，该组合体称为：曲柄滑块机构凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：凸轮机构两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，称为：齿轮机构各部分协调动作的结果，就将燃料中化学能转化为曲轴旋转的机械能。

机械原理第一章绪论PPT课件

机构(machanism)：用来传递运动和力或改变运动形式的构件系统
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机械是机构与机器的总称。
机构和机器的区别：
•机构只是一个构件系统，而机器除构件系统外，还包含电气、液压等其它系统
• 机构只用来传递运动和力，而机器除传递运动和力外，还具有变换或传递能量、物料和信息的功能
2)具有用瞬心法对高、低副机构进行速度分析，和用图解法或解析法对Ⅱ级机构进行运动分析的基本技能。
3)具有按已知的几何条件和运动条件对几种主要的平面机构进行运动设计的某些基本知识和能力。
4)初步具有确定简单机械运动方案的能力。
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第一章绪论
5)具有按已知动力学条件分析和设计机械的某些基本知识。
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第一章绪论 (Introduction) §1-1 本课程研究的对象及内容
机械原理又称为机器理论与机构学。机械原理 Theory of Machines and Mechanisms
机械原理的研究对象是机械(machinery) 。机械原理是研究机构和机器的运动及动力特性，以及
机
是完成有用的机械功或者是搬运物品。
工作机器例如：起重机、织布机、缝纫机、汽
器
车、飞机和金属切削加工机床等。
是用来获得和变换信息。例如：机械信息机器式积分仪、计帐机、机器人和绘图仪。
机器与其它装置的主要区别是：机器一定要作机械运动，并通过运动来实现能量、物料和信息的变换
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第一章绪论
现代机器通常由控制系统、信息测量和处理系统、动力部分、传动部分及执行机构系统等组成。机器的三个共同特点： 1、都是人为的实物组合； 2、各部分之间具有确定的相对运动； 3、用来变换或传递能量、物料和信息。

机械原理知识点归纳总结

第一章绪论基本概念：机器、机构、机械、零件、构件、机架、原动件和从动件;第二章平面机构的结构分析机构运动简图的绘制、运动链成为机构的条件和机构的组成原理是本章学习的重点;1. 机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制是本章的重点,也是一个难点;为保证机构运动简图与实际机械有完全相同的结构和运动特性,对绘制好的简图需进一步检查与核对运动副的性质和数目来检查;2.运动链成为机构的条件判断所设计的运动链能否成为机构,是本章的重点;运动链成为机构的条件是：原动件数目等于运动链的自由度数目;机构自由度的计算错误会导致对机构运动的可能性和确定性的错误判断,从而影响机械设计工作的正常进行;机构自由度计算是本章学习的重点;准确识别复合铰链、局部自由度和虚约束,并做出正确处理;1 复合铰链复合铰链是指两个以上的构件在同一处以转动副相联接时组成的运动副;正确处理方法： k个在同一处形成复合铰链的构件,其转动副的数目应为k-1个;2 局部自由度局部自由度是机构中某些构件所具有的并不影响其他构件的运动的自由度;局部自由度常发生在为减小高副磨损而增加的滚子处;正确处理方法：从机构自由度计算公式中将局部自由度减去,也可以将滚子及与滚子相连的构件固结为一体,预先将滚子除去不计,然后再利用公式计算自由度;3 虚约束虚约束是机构中所存在的不产生实际约束效果的重复约束;正确处理方法：计算自由度时,首先将引入虚约束的构件及其运动副除去不计,然后用自由度公式进行计算;虚约束都是在一定的几何条件下出现的,这些几何条件有些是暗含的,有些则是明确给定的;对于暗含的几何条件,需通过直观判断来识别虚约束；对于明确给定的几何条件,则需通过严格的几何证明才能识别;3. 机构的组成原理与结构分析机构的组成过程和机构的结构分析过程正好相反,前者是研究如何将若干个自由度为零的基本杆组依次联接到原动件和机架上,以组成新的机构,它为设计者进行机构创新设计提供了一条途径；后者是研究如何将现有机构依次拆成基本杆组、原动件及机架,以便对机构进行结构分类;第三章平面机构的运动分析1．基本概念：速度瞬心、绝对速度瞬心和相对速度瞬心数目、位置的确定,以及“三心定理”;2．瞬心法在简单机构运动分析上的应用;3．同一构件上两点的速度之间及加速度之间矢量方程式、组成移动副两平面运动构件在瞬时重合点上速度之间和加速度的矢量方程式,在什么条件下,可用相对运动图解法求解4．“速度影像”和“加速度影像”的应用条件;5．构件的角速度和角加速度的大小和方向的确定以及构件上某点法向加速度的大小和方向的确定;6．哥氏加速度出现的条件、大小的计算和方向的确定;第四章平面机构的力分析1．基本概念：“静力分析”、“动力分析”及“动态静力分析” 、“平衡力”或“平衡力矩”、“摩擦角”、“摩擦锥”、“当量摩擦系数”和“当量摩擦角”引入的意义、“摩擦圆”;2．各种构件的惯性力的确定：①作平面移动的构件；②绕通过质心轴转动的构件；③绕不通过质心的轴转动的构件；④作平面复合运动的构件;3．机构的动态静力分析的方法和步骤;4．总反力方向的确定：根据两构件之间的相对运动或相对运动的趋势方向,正确地确定总反力的作用方向是本章的难点之一;移动副斜面摩擦、槽面摩擦：总反力Rxy 总是与相对速度vyx之间呈90°+φ的钝角；斜面摩擦问题的分析方法是本章的重点之一;槽面摩擦问题可通过引入当量摩擦系数及当量摩擦角的概念,将其简化为平面摩擦问题;运动副元素的几何形状不同,引入的当量摩擦系数也不同,由此使得运动副元素之间的摩擦力不同;转动副：总反力Rxy 总是与摩擦圆相切;它对铰链中心所形成的摩擦力矩Mfxy=Rxy·ρ;方向与相对角速度ωyx 的方向相反;Rxy的确切方向需从该构件的力平衡条件中得到;第五章机械的效率和自锁1．基本概念：“自锁”;2．“机构效率”和“损失系数”以及具体机构效率的计算方法;3.“自锁”与“不动”这两个概念有何区别“不动”的机构是否一定“自锁”机构发生自锁是否一定“不动”为什么4. 自锁现象及自锁条件的判定无论驱动力多大,机械都无法运动的现象称为机械的自锁;其原因是由于机械中存在摩擦力,且驱动力作用在某一范围内;一个自锁机构,只是对于满足自锁条件的驱动力在一定运动方向上的自锁；而对于其他外力,或在其他运动方向上则不一定自锁;因此,在谈到自锁时,一定要说明是对哪个力,在哪个方向上自锁;自锁条件可用以下3种方法求得：1对移动副,驱动力位于摩擦角之内；对转动副,驱动力位于摩擦圆之内;2 令工作阻力小于零来求解;采用图解解析法或解析法求出工作阻力与主动力的数学表达式,然后再令工作阻力小于零,即可求出机构的自锁条件;3 利用机械效率计算式求解,即令η<0;第六章机械的平衡本章的重点是刚性转子的平衡设计;1. 刚性转子的平衡设计根据直径D与轴向宽度b之比的不同,刚性转子可分为两类：1 当b / D≤时,可以将转子上各个偏心质量近似地看作分布在同一回转平面内,其惯性力的平衡问题实质上是一个平面汇交力系的平衡问题;2 当b /D >时,转子的轴向宽度较大,首先应在转子上选定两个可添加平衡质量的、且与离心惯性力平行的平面作为平衡平面,然后运用平行力系分解的原理将各偏心质量所产生的离心惯性力分解到这两个平衡平面上;这样就把一个空间力系的平衡问题转化为两平衡平面内的平面汇交力系的平衡问题;2. 刚性转子的平衡试验当b / D≤时,可在平衡架上进行静平衡试验;当b /D >时,则需要在动平衡机上进行动平衡试验;第七章机械的运转及其速度波动的调节本章主要研究两个问题：一是确定机械真实的运动规律；二是研究机械运转速度的波动调节;1. 机械的运转过程机械在外力作用下的运转过程分为启动、稳定运转和停车等3个阶段;注意理解3个阶段中功、能量和机械运转速度的变化特点;2. 机械的等效动力学模型1 对于单自由度的机械系统,研究机械的运转情况时,可以就某一选定的构件即等效构件来分析,将机械中所有构件的质量、转动惯量都等效地转化到这一构件上,把各构件上所作用的力、力矩也都等效地转化到等效构件上,然后列出等效构件的运动方程式来研究其运动规律;这就是建立所谓的等效动力学模型的过程;2 建立机械系统等效动力学模型时应遵循的原则是：使机械系统在等效前后的动力学效应不变,即① 动能等效：等效构件所具有的动能,等于整个机械系统的总动能;② 外力所做的功等效：作用在等效构件上的外力所做的功,等于作用在整个机械系统中的所有外力所做功的总和;3. 机械速度波动的调节方法1 周期性速度波动的机械系统,可以利用飞轮储存能量和释放能量的特性来调节机械速度波动的大小;飞轮的作用就是调节周期性速度的波动范围和调节机械系统能量;2 非周期性速度波动的机械系统,不能用飞轮进行调节;当系统不具有自调性时,则需要利用调速器来对非周期性速度波动进行调节;4. 飞轮设计1 飞轮设计的基本问题,是根据等效力矩、等效转动惯量、平均角速度,以及机械运转速度不均匀系数的许用值来计算飞轮的转动惯量;无论等效力矩是哪一种运动参数的函数关系,最大盈亏功必然出现在ωmax 和ωmin所在两位置之间;2 飞轮设计中应注意以下2个问题：① 为减小飞轮转动惯量即减小飞轮的质量和尺寸,应尽可能将飞轮安装在系统的高速轴上;② 安装飞轮只能减小周期性速度波动,但不能消除速度波动;第八章平面连杆机构及其设计1. 平面四杆机构的基本型式及其演化方法铰链四杆机构可以通过4种方式演化出其他形式的四杆机构：①取不同构件为机架；②改变构件的形状和尺寸；③运动副元素的逆换；④运动副的扩大;2. 平面连杆机构的工作特性1 急回特性有时某一机构本身并无急回特性,但当它与另一机构组合后,此组合后的机构并不一定亦无急回特性;机构有无急回特性,应从急回特性的定义入手进行分析;2 压力角和传动角压力角是衡量机构传力性能好坏的重要指标;对于传动机构,应使其α角尽可能小γ尽可能大;连杆机构的压力角或传动角在机构运动过程中是不断变化的,在从动件的一个运动循环中,α角存在一个最大值αmax ;在设计连杆机构时,应注意使αmax≤α;3 死点位置此处应注意：“死点”、“自锁”与机构的自由度F≤0的区别;自由度小于或等于零,表明该运动链不是机构而是一个各构件间根本无相对运动的桁架；死点是在不计摩擦的情况下机构所处的特殊位置,利用惯性或其他办法,机构可以通过死点位置,正常运动；自锁是指机构在考虑摩擦的情况下,当驱动力的作用方向满足一定的几何条件时,虽然机构自由度大于零,但机构却无法运动的现象;死点、自锁是从力的角度分析机构的运动情况,而自由度是从机构组成的角度分析机构的运动情况;3. 平面连杆机构的设计曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、导杆机构平面连杆机构运动设计常分为三大类设计命题：刚体导引机构的设计、函数生成机构的设计和轨迹生成机构的设计;在设计一个四杆机构使其两连架杆实现预定的对应角位置时,可以用“刚化反转法”求解此四杆机构;这个问题是本章的难点之一;第九章凸轮机构及其设计本章的重点是凸轮机构的运动设计;1. 凸轮机构的类型及其特点2. 从动件运动规律的选择或设计运动规律：a：名词术语：推回程运动角、远近休止角、推程、基圆等;b：常用的运动规律：方程式的推导仅要求等速、运动线图及其变化规律、运动特点刚柔性冲击及其发生的位置、时刻和应用的场合;c：运动规律的选择依据：满足工作对从动件特殊的运动要求；满足运动规律拼接的边界条件,即各段运动规律的位移、速度和加速度值在连接点处应分别相等；使最大速度和最大加速度的值尽可能小;3. 凸轮廓线的设计凸轮廓线设计的反转法原理是本章的重点内容之一;无论是用图解法还是解析法设计凸轮廓线,所依据的基本原理都是反转法原理;4. 凸轮基本尺寸的确定a：压力角：定义、不同位置时机构压力角的确定以及对压力角所提出限制的原因αmax 不超过许用压力角αb：基圆半径：确定原则：αmax ≤α或者ρmin≥ρ=3～5 mmc：滚子半径：取决于凸轮轮廓曲线的形状,对于内凹的曲线形状,保证最大压力角αmax 不超过许用压力角α；对于外凸的曲线形状,保证凸轮实际廓线的最小曲率半径ρa min = ρmin-rr≥ 3～5 mm,以避免运动失真和应力集中;运动失真：增大基圆半径、减小滚子半径以及改变机构的运动规律;d平底尺寸：图解法：l=2lmax+5~7mm解析法：l=2|ds/dδ|max+5~7mm5. 凸轮机构的分析在设计移动滚子从动件盘形凸轮机构时,若发现其压力角超过了许用值,可以采取以下措施：1 增大凸轮的基圆半径r;2 选择合适的从动件偏置方向;在设计凸轮机构时,若发现采用对心移动从动件凸轮机构推程压力角过大,而设计空间又不允许通过增大基圆半径的办法来减小压力角时,可以通过选取从动件适当的偏置方向,以获得较小的推程压力角;即在移动滚子从动件盘形凸轮机构的设计中,选择偏置从动件的主要目的,是为了减小推程压力角;当出现运动失真现象时,可采取以下措施：1 修改从动件的运动规律;2 当采用滚子从动件时,滚子半径必须小于凸轮理论廓线外凸部分的最小曲率半径ρmin ,通常取rr≤ρmin;若由于结构、强度等因素限制,rr不能取得太小,而从动件的运动规律又不允许修改时,则可通过加大凸轮的基圆半径rb,从而使凸轮廓线上各点的曲率半径均随之增大的办法来避免运动失真;对于移动平底从动件盘形凸轮机构来说,偏距e并不影响凸轮廓线的形状,选择适当的偏距,主要是为了减轻从动件在推程中过大的弯曲应力;第十章齿轮机构及其设计渐开线直齿圆柱齿轮机构的传动设计是本章的重点;1. 易混淆的概念本章的特点是名词、概念多,符号、公式多,理论系统性强,几何关系复杂;学习时要注意清晰掌握主要脉络,对基本概念和几何关系应有透彻理解;以下是一些易混淆的概念;1 法向齿距与基圆齿距2 分度圆与节圆3 压力角与啮合角4 标准齿轮与零变位齿轮5 变位齿轮与传动类型6 齿面接触线与啮合线7 理论啮合线与实际啮合线8 齿轮齿条啮合传动与标准齿条型刀具范成加工齿轮2. 什么是节点、节线、节圆以及齿廓啮合基本定律定传动比的齿廓曲线的基本要求3. 渐开线齿廓：形成、特性以及其在传动过程中的优点;4. 标准齿轮：概念、名称符号、基本参数以及几何尺寸;5. 渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件、安装条件和连续啮合传动条件;6. 标准齿轮的标准安装中心距,标准安装有什么特点；非标准安装中心距,非标准安装有什么特点;7. 齿轮的变位修正：渐开线齿轮的切制方法仿形法和范成法及其原理;加工标准齿轮的条件、轮齿齿廓的根切定义、条件以及不发生根切的最少齿数Zmin 变位修正法：为了切制齿数少于17且不发生根切的齿轮、在无齿侧间隙的条件下拼凑中心矩以及改善传动性能强度性能和啮合性能所采用的改变刀具与轮坯相对位置的加工方法;变位齿轮：正变位、负变位齿轮的概念以及与标准齿轮的尺寸差别;8. 斜齿轮：渐开线螺旋曲面齿廓的形成、基本参数端面与法面参数的关系以及几何尺寸的计算;9. 斜齿轮传动：正确啮合条件、中心矩条件和连续传动条件;10. 斜齿轮的当量齿轮和当量齿数：概念、意义和作用;11. 直齿圆锥齿轮：基本参数和尺寸特点;圆锥齿轮传动的背锥、当量齿轮、当量齿数;第十一章齿轮系及其设计本章的重点是轮系的传动比计算和轮系的设计;1 定轴轮系虽然定轴轮系的传动比计算最为简单,但它却是本章的重点内容之一;定轴轮系传动比的大小,等于组成轮系的各对啮合齿轮中从动轮齿数的连乘积与主动轮齿数的连乘积之比,关于定轴轮系中主、从动轮转向关系的确定有3种情况;1 轮系中各轮几何轴线均互相平行：在这种情况下,可用-1m来确定轮系传动比的正负号,m为轮系中外啮合的对数;2 轮系中齿轮的几何轴线不都平行,但首末两轮的轴线互相平行：仍可用正、负号来表示两轮之间的转向关系：二者转向相同时,在传动比计算结果中标以正号；二者转向相反时,在传动比计算结果中标以负号;需要特别注意的是,这里所说的正负号是用在图上画箭头的方法来确定的,而与-1m无关;3 轮系中首末两轮几何轴线不平行：首末两轮的转向关系不能用正、负号来表示,而只能用在图上画箭头的方法来表示;2 周转轮系周转轮系的传动比计算是本章的重点内容之一;,使系杆周转轮系传动比计算的基本思路：假想给整个轮系加上一个公共的角速度-ωH固定不动,将周转轮系转化成一个假想的定轴轮系再进行传动比或者运动参量的求解;3 混合轮系混合轮系传动比计算既是本章的重点,也是本章的难点;混合轮系传动比计算的基本思路：首先,将各个基本轮系正确地划分开来,分别列出计算各基本轮系传动比的关系式,然后找出各基本轮系之间的联系,最后将各个基本轮系传动比关系式联立求解;第十二章其它常用机构及其设计本章的重点是掌握各种常用间歇运动机构棘轮机构、槽轮机构、螺旋机构和万向铰链机构的工作原理、结构组成、运动特点和功能,并了解其适用的场合,以便在进行机械系统方案设计时,能够根据工作要求正确地选择执行机构的型式;。

机械原理简答题总结

6.既然虚约束对于机构的运动实际上不起约束作用，那么在实际机构中为什么又常常存在虚约束？
虚约束是指对机构运动起不到实际约束作用的约束。虚约束可以改善构件的受力情况，提高机构的刚度和强度，有于保证机械顺利通过某些特殊位置。(尽量减少虚约束)
7.机构具有确定运动的条件是什么？
机构具有确定运动的条件就是机构的原动件数目等于机构自由度的数目。当机构不满足这一条件时，如果原动件数目小于机构的自由度，则机构的运动不确定;若原动件数目大于机构的自由度，则导致机构的最薄弱环节破坏。
4.如何减少直动推杆盘状凸轮机构的推程压力角？
当直动推杆凸轮机构的推程压力角超过许用值时，可通过增大基圆
半径减小压力角。
5.什么是凸轮的理轮廓线和实际廓线？滚子推杆的理论廓线和实际廓线有什么关系？
将滚子中心当作从动件的尖端设计出的凸轮廓线称为理论廓线，以理论廓线上各点为圆心作一系列滚子圆，该圆的包络线为凸轮的实际廓线。
第五章机械的效率和自锁
1.串联、并联及混联机组的效率如何计算？从中得出了什么重要结论？
串联系统的总效率等于各机器的效率的连乘积，结论：①串联机器数目越多，机械效率越低。 ②串联机组某一机器效率低，会使整个机组效率降低；并联机组的效率为各机器输入效率之和与输出效率之和的比值，①机组效率围：也礼级'"'并wu②要提高并联机组的效率，应着重提高传递功率大的传动路线效率。；混联机组的效率分部计算。
2.机械自锁
机械自锁的定义：由于摩擦的存在，作用在机械上的驱动力无论如何增大，也无法使其运动的现象称为机械的自锁。
①作用于机构上的生产阻力G在驱动力无限增大的条件下恒小于0;
②单个运动副的自锁条件：运动副，驱动力作用在摩擦角之；转动副，

机械原理课件：第1章绪论

研究机械运动的规律和特性。
力学
研究机械受力和运动的关系。
动力学
研究机械力的产生和传递。
机械的自由度及数目。
2 类型
包括平动副、回转副和滚动副等。
机械的机构及其分类
齿轮机构
通过齿轮传递和变换运动。
凸轮机构
通过凸轮来控制运动。
连杆机构
通过连杆来传递运动。
机械传动方式的分类及特点
齿轮传动带传动链传动
效率高，传动精度高。结构简单，吸振能力强。传动稳定，承载能力大。
机械的运动规律
机械运动遵循牛顿运动定律，同时机械能守恒和机械功的计算也是机械运动规律的重要内容。
机械简化分析方法
1
静态平衡法
分析物体处于静止状态下的平衡条件。
2
动态平衡法
分析物体在运动状态下受力和力矩的平衡条件。
机械原理课件：第1章绪论
机械原理是研究机械的基本概念、运动规律和设计原则的科学。本章介绍了机械原理的研究对象、基本量和关系，以及机械的自由度、机构和传动方式的分类。
什么是机械原理？
机械原理是一门研究机械运动规律和相互作用原理的学科，对于机械设计和工程实践具有重要意义。
机械的基本概念
运动学
3
虚功原理
利用物理量的变化来求解未知数量。
机械设计的目标和要求
机械设计的目标是根据实际需求设计出满足功能和性能要求的机械产品。

机械原理绪论

飞机
工件自动载送装置
档块
含带传动、蜗杆传动、凸轮机构、连杆机构等。
工件定爪动爪装配夹具工件载送器蜗杆传动
滑杆连杆机构
滑杆左移时，夹持器将工件夹住。
滑杆带着工件右移时，夹持器动爪受挡块的压迫将工件松开，工件落入载送器被传送到下一道工序
带传动
凸轮机构电动机
动画演示
二、本课程研究的主要内容：
三.现代机械
20世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器人，航空航天，海洋舰船等领域开发出了众多高新机械产品，如火箭、卫星、宇宙飞船、空间站、航空母舰、深海探测器等。
国际太空站
航天飞机正在利用机械臂施放哈勃空间望远镜
21世纪，机械学科在迅猛发展, 新概念、新理论、新方法、新工艺不断涌现。智能机械、微型机构、仿生机械的蓬勃发展，将促进材料、信息、计算机技术、自动化等领域的交叉与融合，进一步丰富和发展机械基础学科知识。
执行部分
现代机器一般由如下四个部分组成：
原动部分
传动部分控制部分
执行部分
机械应用实例
内燃机
活塞的往复运动通过连杆变位曲轴的连续转动，该组合体称为：曲柄滑块机构凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：凸轮机构
两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之称为：齿轮机构间形成协调动作，各部分协调动作的结果，就将燃料中化学能转化为曲轴旋转的机械能。内燃机

一.古代机械
五千年前已开始使用简单的纺织机械；晋朝连机椎和水碾中应用了凸轮原理；西汉时应用轮系传动原理制成了指南车和记里鼓车；东汉张衡发明的候风地动仪是世界上第一台地震仪。目前许多机械中仍在采用的青铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我汉年代的文物中都可以找到它们的原始形态。

机械原理第一章

机械原理
第一章绪论
哈尔滨工业大学
2004年2月
§1-1 机械原理课程的研究对象与内容
研究对象：
机器
机
械机构
机械是机器与机构的总称。
什么是机器呢？什么是机构呢？
普通车床
数控车床
主轴
数控铣床，这是一种机器，主要用来加工平面和曲面。
安装铣刀工作台Biblioteka 锯床并联机床原型机
数控剪板机
控制系统用于实现机器执行机构之间的工作协调，
或者各机器之间的工作协调。
控制模式
原动机传动机构控制系统原动机传动机构控制系统原动机传动机构执行机构执行机构执行机构
§1-3 设计与创新
一、设计
设计本身就是一种创造性劳动
设计是基础理论，应用技术和实践经验综合应用的过程
超声波发生器
50mm
直流伺服电机（100W）重量<0.7 kg 额定输出扭矩 45 Nm 最大输出扭矩 80 Nm 电动机转速 4200 rpm 输出转速 13 rpm
执行机构用于实现机器的功能，如机床的刀架、机器人的手爪等。
该机器人的手爪协调运动夹持球体实现任意运动，这是一种智能型机器人。
全方位准椭球齿轮柔性关节
连杆机构
凸轮机构
齿轮机构
一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含一种机构。
什么是机构呢？
机构可以定义为：是一个具有确定的机械运动的构件
系统，或称它是用来传递运动和动力的可动装置。
“机械原理”是一门从力学原理的角度研究机械的组成、分析与设计基本理论的课程，是一门技术基础课。
在《机械原理》课程中要研究以下内容： 1、机构的分析（1）机构的结构分析研究机构的组成原理，即机构组成的一般规律。研究机构运动的可能性与确定性的条件。（2）机构的运动分析研究在给定原动件运动的条件下，机构各点的轨迹、位移、速度、加速度等运动特性。

机械原理第1章绪论

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平衡转动定理
给定物体受力矩和转动惯量，可以计算物体的角加速度。
机械原理第1章绪论
机械原理是研究物体运动和力的作用规律的科学。通过历史发展和应用，了解机械原理在设计物品中的重要性。
机械原理的分类
静力学
研究物体在静力平衡下的力学性质。
运动学
研究物体的运动规律，不考虑力的作用。
动力学
研究物体在运动状态下的力学性质。
牛顿三大定律
1 第一定律：惯性定律
物体在外力作用下保持匀速或静止状态。
速度
描述物体在平面上的运动快慢。
加速度
描述物体在平面上的运动变化。
转矩和转动惯量
转矩的概念
力在垂直于力臂的方向上的作用。
力臂的念
力作用的垂直距离。
转动惯量的概念
描述物体对转动运动的惯性大小。
平衡转动定理
1
力矩
物体在转动过程中受到的力矩。
2
平衡条件
当物体受到的力矩为零时，物体处于平衡状态。
2 第二定律：运动方程
力与加速度之间的关系为F = ma。
3 第三定律：作用与反作用
相互作用的两个物体对彼此施加的力大小相等、方向相反。
刚体的运动类型
直线运动
刚体的质心运动沿直线。
转动运动
刚体绕固定轴进行旋转。
平动运动
刚体既有质心的平移运动，又有绕质心的转动运动。
平面运动学
位置
描述物体在平面上的位置。

机械原理第1章绪论new

上午8:30-11:30，下午1:30-4:30 要求：学生自行选择参观，不计入成绩负责：李晓利，助教
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绪论
绪论
机器、机构与机械机械发展史概述本课程的研究内容机构设计过程与创新设计
有关机械的几个问题
➢什么是机械？其含义包括哪些？ ➢各行各业的机器组成有没有共同的特点？
能否进行总结？ ➢其共同特征或者共同之处在何处？
机器人
国际太空站
航天飞机正在利用机械臂施放哈勃空间望远镜
展望刚刚到来的21世纪，智能机械、微型机构、仿生机械的蓬勃发展，将促进材料、信息、计算机技术、自动化等领域的交叉与融合，进一步丰富和发展机械基础学科知识。
用光刻技术做成的微米尺寸的微机械
仿生机械与仿生机器人
随着科学技术的发展，机械概念得到了进一步的扩展：
传统机械由如下三个部分组成：
原动部分传动部分执行部分
心脏、躯干、手现代机械一般由如下四个部分组成：
原动部分传动部分执行部分
控制部分
大脑（眼睛）
现代机构的几个例子
纵观机械发展史，许多机器的创新都源于机构的创新。
r1=2
B r2=1
C
A
r3=2
AC=BC=0.5
O1
r4=4
O3
指南车 (差速齿轮机构)
能否进行专门研究？
机器与机构
➢ 机器（machine）
内燃机实例
考虑：
（1）该机器是如何组成的？
（2）它有哪些特征？
单缸四冲程内燃机
机器人实例考虑：（1）该机器是如何组成
的？（2）它有哪些特征?
机器举例：老三件、新三件
从以上实例及日常接触的机器可以看出，机器的共同特征：

机械原理第一章绪论

研究常用机构齿轮机构（7章）、连杆机构（5章）、凸轮机构（6章）、间歇运动机构（9章）、轮系（8章）的类型、功能及运动特性，以及机构设计的基本理论和方法。
3．机械动力学问题研究在已知外力作用下机械的真实运动规律；机械运转过程中速度波动的调节问题（第11章）以及机械运转过程中所产生的惯性力、惯性力矩的平衡问题（第10章）。 4．机械系统的方案设计第12章讨论在进行具体机械设计时机构的选型、组合、变异及机械系统运动方案的设计等。
机构是由构件组成的具有确定相对运动的系统，起着运动的传递和运动形式转换的作用。常见的机构如：齿轮机构、凸轮机构、平面连杆机构、带传动机构、链传动机构等。机器和机构的关系：一部机器可能含有一个或多个机构。（2）构件、零件构件：运动的单元体。零件：制造的单元体构件和零件的关系：一个构件可能含有一个或多个零件。二、研究内容
实例一
组成：带传动机构、蜗轮蜗杆机构、凸轮机构、连杆机构等。
工作原理：电动机带动各机构使滑杆左移时，滑杆夹持器的动爪和定爪将工件夹住；当滑杆带着工件向右移动到夹持器的动爪碰到上面的挡块时，将工件松开，落到载送器中。工件自动装卸装置
实例二、内燃机组成
进活连曲汽机凸顶机齿排气塞杆轴缸体轮杆体轮气 9 阀阀 2 5 6 体 1 7 8 1 10 4 3 1 曲柄滑块机构凸轮机构
内部结构
1 轴传动链主要由伺服电机、减速器、轴构成； 2 轴传动链由伺服电机、同步带、减速器、轴构成； 3 轴传动链主要由伺服电机、同步带、丝杠构成； 4 轴传动链主要由步进电机、减速器构成，在机器人末端还有一个气动的夹持器。
机器按其用途可分为两类：凡将其他形式的能量转换为机械能的机器称为原动机；凡利用机械能来完成有用功的机器称为工作机。机器的结构传统的机器由如下三个部分组成：

机械原理绪论

两者之间也有联系：机器是由若干个机构组成的系统，最
简单的机器只有一个机构。
一、研究对象 •构件：组成机械的各个相对运动部分称为构件机构中构件的分类：
1、机架（支撑运动构件的构件。描述运动的参考系） 2、原动件（在工作的机构中，驱动力作用的构件） 3、从动件（跟随原动件运动而运动的其余构件）
构件 : 可以是单一的整体，也可以是由几个零件组成的刚性结构
§1-1本课程研究的对象及内容
一、研究对象
• 机械Machinery: 机器和机构的总称。 • 机器 Machine ：是执行机械运动的装置，用变换或传递能量、物料、信息。分为原动机、工作机。
原动机 — 凡是将其他形式的能量转化为机械能的机器如内燃机、电动机工作机 —凡利用机械能去变换或传递能量、物料、信息的机器如发电机、采油机、牛头刨床
注意：
机器（三个特征）：
人为的实物组合（不是天然形成的）；各部分之间具有确定的相对运动；能作有用功，完成物流、信息的传递及能量的转换。
机构（两个特征）：
人为的实物组合（不是天然形成的）；各部分之间具有确定的相对运动；
机器和机构的区别：机器能作有用功，而机构不能，机构
仅能实现预期的机械运动。
构件和零件的区别：
构件零件运动的单元制造的单元
零件: 通用零件和专用零件
通用零件: 各种机器中都经常用到；如齿轮、螺钉等
专用零件: 特定类型机器才能用到的零件:如机架、手柄、
曲轴等

机械原理第一章

三、计算机构自由度时应注意的事项
1. 复合铰链: 两个以上的构件同时在一处以
转动副相联接, 就构成了复合铰链。若m 个构件以复合铰链相联接时, 其构成的转动副数应等于(m-1)个。图
例2－2：图2-12
2. 局部自由度: 某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动, 这种局部运动的自由度称为局部自由度。在计算机构自由度时, 应将机构中的局部自由度除去不计。处理方法：把滚子焊死，成为一个构件。图2-13 3. 虚约束: 对机构运动实际上不起约束作用的约束称为虚约束。（1）两构件间组成多个运动副转动副：图移动副：图高副：图
二、机构具有确定运动的条件（1）F≤0时，机构蜕化成刚性桁架，构件间不可能产生相对运动。图（2） F>0时，原动件数大于机构自由度，机构遭到破坏；原动件数小于机构自由度，机构运动不确定，只有当原动件数等于机构自由度时机构才具有确定的运动。机构具有确定运动的条件： F>0且原动件数等于机构的自由度。例：判断是不是机构图例：图2－11 例：图
圆弧接触高副低代
任意曲线接触高副低代
直线与曲线接触高副低代
两构件形成多个转动副
两构件形成多个移动副
高副
两构件形成多个高副
计算自由度
点与曲线接触高副低代
结构分析
Ⅲ级杆组
Ⅱ级杆组
计算自由度，高副低代
计算自由度
n=4,PL=5,PH=1
拆杆组
机构的组成
机构的分解
五杆机构
汽车
连杆机构
运动副类型
齿轮机构
连杆
开闭式运动链
空间运动链
平面机构
空间机构
压力机
四杆机构

《机械原理》绪论及第一章讲稿

机械原理讲稿宋立权绪论§0-1 机器的功能结构及机构一、机械原理的研究对象：机器与机构实例：单缸四冲程发动机单缸四冲程发动机动画二、基本概念（有关名词）1、机器特征： a)一种人为的实物组合 b)各构件间具有确定的相对运动 c)能为人类作功或转换机械能电动机：电能→机械能 →电能机器定义：特征a)+b)+c) 能进行能量转换、各部分间具有确定相对运动的人为实物组合。

2．机构定义：各部分（构件）间具有确定相对运动的人为实物组合机构：平面机构、空间机构3．机械机构器与机构的总称4．构件与零件构件－运动的单元1. 机架2.滑块3.进气阀4.排气阀5.连杆6.曲柄7.凸轮 8.从动杆9、10．齿轮一个工作循环内（四个阶段） 1．进汽， 2．压缩， 3．膨胀， 4．排汽2、5、6、1--曲柄滑块机构 9、10、1--齿轮机构，7、8、1--凸轮机构零件－加工制造的单元5．其他原动件（主动件）、从动件、原动机、工作机、机组§0-2机械总体方案设计的内容及机械原理课程的定位与任务一、机械总体方案设计1．功能原理设计牛头刨床：平面切削(不同的机构结构形式)方案1 方案2 方案3方案4 方案5 方案6 压缩机：介质压缩（往复式、旋叶式、涡旋式等）2．系统运动方案设计根据机器的功能要求，确定机构的结构形式、结构尺寸，最终完成机构运动简图。

3．系统运动方案设计的内容1）型综合机构选型2）数综合定尺寸3）运动学动力学综合分析，与2）交替进行机构运动方案设计凸轮机构设计二、机械原理课程的定位与任务机构形式种类繁多，结构各不相同在对机构进行分类的基础上，研究各类机构所具有的共性问题，并由此建立起分析设计的一般方法。

以高等数学、物理、制图、理力为基础的技术基础课，与专业课有紧密联系，起着承上启下的作用。

相对于基础课，更接近于工程实际；相对于专业课，研究的是机械所具有的共性问题。

担负着培养机械工程师的重要任务§0-3 机械原理课程的主要内容、基本要求与学习方法一、机械原理课程的主要内容1．机构的结构和运动学研究机构的组成原理，机构运动可能性和机构具有确定相对运动的条件。

第1章绪论

§1-1 本课程研究的对象及内容
一、研究对象
机械机械: ◆ 机械: 机器和机构的总称什么叫机械？什么叫机械？
◆ 机器
机器是根据某种使用要求而设计的机械系统，可以用机器是根据某种使用要求而设计的机械系统，来变换或传递能量、物料与信息。来变换或传递能量、物料与信息。切削机床、运输机械、切削机床、运输机械、建筑机械、轻工机械、建筑机械、轻工机械、动力机器、医用机械、动力机器、医用机械、家用机械、机器人等家用机械、机器是由什么组成的？机器是由什么组成的？机器具有那些特征？机器具有那些特征？
学习方法：学习方法：
1. 在学习知识的同时，注重能力的培养。在学习知识的同时，注重能力的培养。 2. 在重视逻辑思维的同时，加强形象思维能力的培养。在重视逻辑思维的同时，加强形象思维能力的培养。 3. 注意先修课程的应用。注意先修课程的应用。 4. 理论联系实际，能够做到举一反三。理论联系实际，能够做到举一反三。
机械原理
参考教材：参考教材： 1. 孙桓陈作模主编机械原理 1998年年
高教出版社第6版 2. 申永胜主编机械原理教程
清华大学出版社清华大学出版社 3. 邹惠君等主编机械原理
20年
第一章绪
本章教学内容
◆ 本课程研究的对象及内容 ◆ 学习本课程的目的 ◆ 如何进行本课程的学习 ◆ 机械原理学科发展现状
§1-2 学习本课程的目的
◆机械原理课程的地位
1. 机械原理是机械类各专业的一门主干技术基础课程。机械原理是机械类各专业的一门主干技术基础课程。 2. 与一般的基础课比更接近工程实际。与一般的基础课比更接近工程实际。 3. 与专业课比具有更宽的研究面和更广的适应性。与专业课比具有更宽的研究面和更广的适应性。

第一章_绪论机械原理

机械原理第一讲绪论一、学什么？——本课程的研究对象及内容二、为何学？——学习本课程的目的三、如何学？——学习本课程的方法1．研究对象机械机构机器实例单缸内燃机工件自动装卸装置—— 机器和机构的总称—— 一种用来传递与变换运动和力的可动装置—— 一种用来变换或传递能量、物料与信息的机构的组合2．研究内容●机构结构分析的基本知识●机构的运动分析●机器动力学●常用机构的分析与设计●机械系统的方案设计研究有关机械的基本理论问题：各种机构和机器所具有的一般共性问题各种机器中常用机构的性能及其设计方法问题机械系统的方案及创新设计问题1．本课程的性质及任务任务：性质：机械类各专业的一门主干技术基础课程。

研究机械基础理论的一门科学；掌握机构学和机器动力学的基本的理论、知识和技能学会各种常用基本机构的分析和综合方法培养机械传动系统方案设计的初步能力2．学习本课程的目的学习相关技术基础和专业课程的基础增强今后从事机械设计和研究工作的适应能力和开发创新能力有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）1．掌握本课程的特点2．注重理论联系实际3．逐步建立工程观念具有一定的理论系统性及逻辑性和较强的工程实践性理解需有一定的实际感性知识，注意理论如何在工程实际中的应用与工程有关的术语、公式及标准和简化方法多，问题解法多及多解性要有分析、判断、决策的能力和综合分析、全面考虑问题的习惯还要有科学严谨和一丝不苟的工作作风4.认真对待各教学环节自学、听课、作业、讨论、答疑和考试，以及实验课和课程设计本课程的理论教学 : 讲授48学时有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）。

机械原理第一章绪论

§1-1 研究对象及内容1.研究对象：本课程研究的对象是机械。

所谓机械就是机构与机器的总称。

2.机构：用来传递与变换运动和力的可动装置。

它可以变换和传递机器之间的运动形式（比如往复移动变为转动）及速度（比如高速变低速）。

比如自行车要通过链条传动把脚踏的旋转运动变为后轮的旋转运动，链条就是一种机构；指针手表通过齿轮保持时、分、秒针之间的比例关系，齿轮也是一种机构；还有折叠式家具及门铰链大多采用的是连杆机构；还有一定功率下电机的输出力矩很小，不能直接使用，也是采用齿轮机构来获得所需的力矩。

常见的机构有带传动机构、链传动机构、齿轮机构、凸轮机构、连杆机构、曲柄滑块机构、蜗轮蜗杆传动机构、螺旋机构。

3.机器：由原动部分、传动部分（机构）、执行部分和控制部分组成的、执行机械运动的装置，它可以转换和传递能量、物料和信息。

比如缝纫机可以缝合衣服，它是机器；汽车可以运送物料，它也是机器；打印机可以把电子信息变为纸上可见的信息，它还是机器；这些机器的共同点就是它们都是由多个机构组成的，且都是通过做有用功来完成机械运动的。

4.机器的分类：机器按其用途可分为两类：①原动机凡将其他形式的能量转换为机械能的机器称为原动机；②工作机凡利用机械能来完成有用功的机器称为工作机。

5.机器的结构：①传统的机器由如下三个部分组成：②现代的机器由如下四个部分组成：③现代先进的机器由如下五个部分组成：6.实例：①内燃机内燃机就是把燃油的热能（化学能）转换为机械能的机器。

它由活塞、连杆、曲轴组成的连杆机构进行动力驱动，并由一对大小齿轮机构、凸轮机构组成配气系统。

其原理如下：当气缸内的气体受热膨胀后，气体产生的压力会使活塞作上下往复运动，连杆把活塞的往复运动变为连续旋转的运动并传递给曲轴，使其对外输出动力，同时装在曲轴上的小齿轮又将曲轴的旋转传递给相邻的大齿轮，带动大齿轮轴上的凸轮按另一种速度旋转，进一步推动配气系统的阀杆上下往复运动，使阀门按一定的时间要求启闭实现配气，从而让活塞能周而复始地进行往复运动，机器能连续地实现能量的转换。

机械原理01绪论

虑运动性能过渡到同时考虑其动力性能。
第十五页，编辑于星期二：一点十二分。
多种星际探测器
第十六页，编辑于星期二：一点十二分。
和
国
平
际
号
空
空
间
间
站
站
第十七页，编辑于星期二：一点十二分。
波音777-200LR 客机的载客量为 301人，最大飞行距离为 17,500 km ，是目前世界上航程最远的
第十二页，编辑于星期二：一点十二分。
1.3 如何进行本课程的学习
搞清基本概念，理解基本原理，掌握机构分析和综合的基本
方法。
着重研究以下两大部分内容：
1、研究各种机构和机器所具有的一般共性问题。
2、研究各种机器中常用的一些机构的性能及其设计方法，
以及机械系统方案设计的问题。
注意培养运用所学基本理论和方法去发现、分析和解决工
程实际问题的能力。养成综合分析、全面考虑问题的习惯。坚持科学严谨、一
丝不苟的工作作风，讲求实效的工程观点。
第十三页，编辑于星期二：一点十二分。
具体要求：
① 深刻理解课程中的基本概念。 ② 掌握机械运动简图的画法，并习惯用简图来认识机构和机
器。
③ 掌握本课程的基本研究方法，如速度瞬心法、矢量方程图
第一章绪论
1.1 本课程研究的对象及内容 1.2 学习本课程的目的 1.3 如何进行本课程的学习 1.4 机械原理学科发展现状简介
第一页，编辑于星期二：一点十二分。
本章重点、难点
本章主要介绍本课程的研究对象和主要内容。重点是熟悉本课程的研究对象以及研究内容，对学科发展动向有一定了解。难点是掌握机构、机器、机械的基本概念、它

机械原理讲义

机械原理讲义第一章绪论机器特征：一、多个构件人为组合而成二、构件间具有确定的相对运动三、能减轻或代替人类的劳动或者实现能量的转换同时具备三个特征的即为机器,具备前两个特征的为机构；机构可以是一个零件也可以是多个零件的刚性组合。

第二章机构的结构分析基本要求：１、掌握机构运动简图的绘制方法。

２、掌握运动链成为机构的条件.３、熟练掌握机构自由度的计算方法。

４、掌握机构的组成原理和结构分析的方法。

重点:１、机构具有确定运动的条件.２、机机构运动简图及其绘制。

３、机构自由度的计算.难点:１、机构运动简图的绘制。

２、正确判别机构中的虚约束。

本章口诀诗：活杆三乘有自由，两低一高减中求；认准局复虚约束，简式易记考无忧。

本章作业:２－８（要求用五个方案改进）、２－１０、２－１２、２－１４２－１５（a)、２－１６（b）、２－１７、２－１９§2-1 平面机构运动简图一、机构及其组成1、机构的两大类型:平面机构、空间机构2、机构的两组成要素:①构件②运动副3、构件类型：①活动构件②固定构件（又称机架）二、运动副及其分类1、活动构件的自由度与约束自由度：作为独立运动单元可能的独立运动数约束：对物体运动自由度的限制2、运动副及其分类定义：构件间的可动联接。

类型：高副、低副。

三、平面机构运动简图1、定义及意义定义：用简单的线条和规定符号分别代表构件和运动副、用以表示各构件之间相对位置和相互运动关系的图形。

意义：方便进行运动学和动力学分析，便于技术出差时很快画出你所感兴趣的机器或机构的结构与运动特点。

2、绘制步骤从原动件开始、顺藤摸瓜（构件为藤，运动副为瓜）依次用线条和符号表示之(按尺寸比例）。

总结：低副产生两个约束即限制两个自由度。

高副，限制沿公法线方向的移动，但可沿切向移动和绕接触点转动。

§2-2 平面机构自由度计算一、平面机构具有确定运动的条件1、平面机构自由度公式的推导N个构件，1个机架,n=N-1为活动件数低副包括移动副和转动副自由度计算公式： F=3n—2Pl—Ph2、机构具有确定运动的条件：机构的原动件数等于机构的自由度数；Ｆ≥１二、自由度计算时的注意事项:1、认准复合铰链、局部自由度和虚约束1）复合铰链：多构件在同一处用回转副联接时，真正的回转副个数等于构件数—1。

第一章 机械原理绪论

第1章机械原理-绪论

机械原理第一章绪论PPT课件

机械原理知识点归纳总结

机械原理简答题总结

机械原理课件：第1章绪论

机械原理绪论

机械原理第一章

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机械原理第1章 绪论new

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机械原理 第一章

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机械原理第一章 绪论

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