机械原理绪论
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。
机械原理知识
机械原理参考资料（仅供参考）第一章（绪论）1 机构：指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。
2 机器：指一种可用来变换和传递能量、物料与信息的机构的组合。
第二章1. 零件：机器中的一个独立制造单元体；2 构件：机器中每一个独立的运动单元体。
构件是组成机构的基本要素之一。
3 运动副：是两构件直接接触而构成的可动联接。
高副：凡两构件通过单一点或线接触而构成的运动副，（凸副，齿轮副）一个约束：低副：通过面接触而构成的运动副。
（移动副，转动副）两个约束。
空间两构件构成的运动副，其自由度f 和约束数s 满足f+s=6。
4 机构运动简图根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。
绘制方法及步骤：（1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，查明组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置；（2）选定视图平面；（3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运动副和机构的符号，最后用简单线条连接，即得机构运动简图。
5 机构的自由度机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目，其数目用F表示。
6 机构具有确定运动的条件（1）机构的原动件数目应等于机构的自由度数目。
（2）如果原动件数<F, 则机构的运动将不完全确定；（3）如果原动件数>F, 则会导致机构最薄弱环节的损坏。
7 机构自由度的计算（平面机构）每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度；每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。
计算公式：F=3n-2PL-Ph机构自由度F 取决于活动构件的件数与运动副的性质（高副或低副）和个数。
（1）复合铰链：两个以上构件在同一处用转动副相连接，该处则构成复合铰链。
复合铰链处的运动副数目为：K－1（K为构成复合铰链的构件数目）。
（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。
（一般处理方法为焊死）（3虚约束机构中某些运动副带入的对机构运动起重复约束作的约束，以p′表示。
第1章机械原理-绪论
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-绪论
学习相关技术基础和专业课程起到承前起后的作用，而且为今后 从事机械设计和研究工作起到增强适应能力和开发创新能力的作 用。
掌握本课程的特点
本课程要用到物理、数学、力学、机械制图和工程材料及机 械制造基础等先修课程的知识，尤其是理论力学的知识。但并不 是这些课程的简单重复和堆砌，而是要引导学生如何应用所学的 知识解决工程实际中所遇到的问题。所以本课程的学习不同于理 论课程的学习，也不同于专业课，而具有一定的理论系统性及逻 辑性和较强的工程实践性的特点。
初步建立工程观点
本课程要用到很多与工程有关的名词、符号、公式、标准及 参数和对机械研究的一些常用的简化方法，如倒置、反转、转化、 当量、等效、代换等。 在机构分析与综合中，除解析法外还介 绍图解法、实验法以及试凑等一些工程中实用的方法。
在学习时，对名词应正确理解其含义，对公式应着重于应用， 而对方法则着重掌握其基本原理和作法。
另外，实际工程问题涉及多方面的因素，其求解可采用多种 方法，其解一般也不是唯一的。这就要求设计者具有分析、判断、 决策的能力，要养成综合分析、全面考虑问题的习惯和科学严谨、 一丝不苟的工作作风。
认真对待教学的每一个环节
本课程全部教学工作的完成，需要自学、听课、习题课、实 验课、课后作业、答疑和考试，以及课程设计等教学环节。要学 好这门课，必须对每个教学环节予以充分重视。
（1）机构
机构 是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。 如常 见的机构有带传动机构、链传动机构、齿轮机构、凸轮机构、螺 旋机构等。
这些机构一般认为是由刚性件组成的。而现代机构中除了刚 性件以外，还可能有弹性件和电、磁、液、气、声、光……等元 件。故这类机构称为广义机构；而由刚性件组成的机构就称为狭 义机构。
机械原理课件：第1章绪论
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
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
3
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
14
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 绪论
机械原理绪论
机械原理的概念
机械原理是机械工程中的基础部分，是指研究机械运动、力学和能量转化等基本规律的科学理论和方法。
它涉及到力学、动力学、静力学、运动学等多个学科领域，是机械工程师必须掌握的重要基础知识。
机械原理的研究对象是机械系统。
机械系统可以是任何由零部件、构件、机构组成的具有一定功能的装置或设备，例如汽车、机床、起重机等。
通过对机械系统的分析和研究，可以揭示其中的运动规律、受力情况以及能量转化过程，从而为机械设计和优化提供理论依据。
机械原理的核心是力学原理。
力学原理是描述物体运动和受力的基本规律，分为静力学、动力学和运动学。
在机械原理中，静力学主要研究物体静止时的受力平衡和力的分析；动力学研究物体运动时受到的力和加速度之间的关系；运动学则研究物体的运动规律和路径。
除了力学原理，机械原理还涉及到材料力学、机械振动、流体力学等方面的知识。
因此，机械工程师在应用机械原理时需要掌握这些相关的知识，以便更好地理解和解决实际工程问题。
综上所述，机械原理是机械工程中的重要理论基础，它的研究对象是机械系统，核心是力学原理。
通过对机械原理的学习和
应用，可以为机械设计和优化提供理论支持，实现机械系统的高效运行和性能提升。
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
机械原理课件绪论共33页
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
机械原理课件绪论
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
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）。
机械原理简答题总结
第一章绪论基本概念1.机械：机器和机构的总称。
2.机构：用来传递与变化运动和力的可动装置。
3.机器：根据某种使用要求设计的执行机械运动的装置，可用来变换或传递能量、物料和信息。
第二章机构的结构分析1.何谓构件?构件与零件有何区别?试举例说明其区别。
构件是由一个或多个小零件刚性联接的独立运动单元体，它是机构组成的基本要素；而零件则是独立的制造单元，所有机器均由零件构成。
2.何谓运动副和运动副元素?运动副是如何进行分类的?由直接接触形成的可动联接为运动副；其接触表面称作运动副元素；运动副根据接触特性分为高副与低副；按照相对运动形式，可分为移动副、转动副、齿轮副、凸轮副和螺旋副；此外，依据引入的约束数目对它们进行分类。
I级副-V级副3.何谓高副?何谓低副?在平面机构中高副和低副一般各带入几个约束?齿轮副的约束数目应如何确定?点线接触为高副，面面接触为低副；各带入1个和2个约束；若两齿轮（条）固定则引入一个约束，不固定引入2个约束。
4.何谓运动链?运动链与机构有何联系和区别?通过运动副的联接而构成的可相对运动的系统；机构是具有固定构件的运动链。
5.何谓机构的自由度?在计算平面机构的自由度时，应注意哪些问题?机构具有确定运动是所必须给定的独立运动参数的数目，亦及必须给定的独立的广义坐标的数目，称为机构的自由度。
注意复合铰链（包含机架），去除局部自由度（某些构件产生的局部运动并不影响其他构件的运动），去除虚约束（在机构中，有些运动副带入的约束对机构的运动只起重复约束作用）。
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是其原动件数目等于机构自由度的数目。
当不满足此条件时，若原动件少于自由度，机构运动将不确定；反之，若原动件多于自由度，则可能导致机构最薄弱环节的破坏。
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。
机械原理课件绪论部分内容介绍
典型机器的分析：
3
4 2
1.内燃机
组成： 汽缸体1、 活塞2、 排气阀4、 连杆5、 凸轮7、 进气阀3、 曲轴6、
8 7
潘存云教授研制
1 5 6
顶杆8、 齿轮9、10
9 10
工作原理： 1.活塞下行，进气阀开启，混合气体 内燃机 进入汽缸； 2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩， 在顶部点 火燃烧； 循环运动的结果，使曲轴 3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭； 输出连续的旋转运动 4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。
Y y=f(x)
y=f (x rK)
m - 机构结构参数的个数
O
X
xa x1 x2 x3 …..xn xb
y=y-y'
差值
y=y-y’ 称为机构的结构误差。
Y y=f(x) y‘=f’(x rK)
*准点符合预定 条件的几个位置
X
O
xa x1 x2 x3 …..xn xb
1．准点法
*只要求几个位置处符 合给定条件的机构综合方 法称为准点法。
3.机构的动力学综合
按机构的某些动力学参数进行的尺寸设计。
如使机构达到动力平衡时如何确定构 见质量及其位置尺寸。
二. 机构综合方法
本课采用三种方法—— *准点法 数值迭代法 优化方法
1．准点法
给定位置：y=f(x)，
y=f (x) Y
X O
机构能实现的位置： y '=f '(x, rk), (k=1,2,……m)
D
A
C B
E1 E2 E3 E4 E5 E6 E 7
D
A
C
B
E1 E2 E3 E4 E5 E6
机械原理 绪论
绪 论 开阔思路,设计与创新机械 三、开阔思路 设计与创新机械
本课程讲授的机构分析与设计的基本理论与方法，不仅用于课 程所学的机构设计，还为以后的机械设计打下基础。课程的目的 是提供基本方法，开阔思路，便于学习者运用它。根据实际要求 分析比较各种机构的优缺点，合理地选择机构，构思并设计基本 机构和机械系统。例如，以下几种机构可以实现直线运动，什么 情况下用哪种机构更好些，这要由设计者进行创造性运用。
2. 谈谈你对机械学科及机械原理课程的认识。 谈谈你对机械学科及机械原理课程的认识。
绪
论
1.课程研究对象和内容； 1.课程研究对象和内容； 课程研究对象和内容 2.课程有关的重要名词述语； 2.课程有关的重要名词述语； 课程有关的重要名词述语 机器、机构、机械、构件、零件
1.什么是运动副？结合实际举例说明。 2.什么是机构运动简图？怎样绘制？ 3.机构如何具有确定的相对运动？
绪
论
§2. 机械原理课程的学习目的和作用
认识机械,了解机械 一、 认识机械 了解机械
本课程对机械的组成原理、工作原理、运动分析以及设计理 论与方法都作了基本介绍，这对于在以后实习、专业课学习以及 工作中认识机械、了解机械和进一步学习与掌握机械都大有好处。 例如：蒸汽机车的驱动机构实质上就是平行曲柄机构与曲柄滑块 机构的应用。
绪
论
四、更新观念,发展机械学科 更新观念 发展机械学科 当今机械学学科的发展已离 不开计算机的计算技术，在学习 过程中，要充分利用机构分析与 计算机快速计算、存贮和比较的 功能去解决较为复杂的机构设计 问题，要把对机械的研究与其他 学科的技术（电、液、气、计算 机、控制等）充分地结合起来， 去推动机械学科的发展。例如利 用六自由度空间平台机构可以实 现任意位置和姿态的特点，把它 开发成一种新型的数控机床--并 联机床，用以加工空间复杂曲面， 推动了机械学学科和工业生产的 发展。
机械原理绪论
绪论
机械原理的研究对象
机器和机构 (Machines and Mechanisms) 习惯上总称“机械”
2019/1/8
机械原理
“机”和“械”的本义
机（機）
本义:弓弩上的发射机关 本义:脚镣手铐一类的Leabharlann 具 利用力学原理构成的装置械
机械
2019/1/8
机械原理
机械原理
2019/1/8
机器的特征
1）是人造的实物组合体，具有运动单元(构 件)。 2）实现预期功能（如运动轨迹）。 3）能完成有用机械功，或转换机械能，或传 递信息（如钟表、打字机、发报机等）。
2019/1/8
机械原理
机构的概念
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。
机器的概念
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。
——《机器理论与机构学术语》GB10853-1989
2019/1/8
机械原理
内燃机
活塞下行，进气阀打开， 燃气被吸入气缸 活塞上行，进气阀关闭， 压缩燃气 点火后燃气燃烧膨胀，推 动活塞下行， 经连杆带动曲轴输出转动 活塞上行，排气阀打开， 排出废气
——《机器理论与机构学术语》GB10853-1989
2019/1/8
机械原理
构件的概念
构件：从运动的观点 分析机械时，构件是 参加运动的最小单元 体。 连杆由连杆体、连杆 头、轴瓦、螺栓、螺 母和轴套等零件组成。
2019/1/8
机械原理
构件的概念
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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 本章重点 通过机械原理课程 将要学习什么？
为什么要学 机械原理？
本章教学目的
◆ 使学生了解本课程研究的对象、内容 ◆ 了解本课程的地位、作用和任务 ◆ 了解机械原理学科的发展现状 ◆ 调动学生学习本课程的兴趣和积极性
机械发展的历史回顾
机械----是人类用以转换能量和借以减轻体力劳动、提 高生产率的主要工具。
高度物质文明 生活水平的改善
机械工业的发展
当今社会高度的物质文明是以近代机械工业的飞速发 展为基础建立起来的，人类生活的不断改善也与机械工 业的发展紧密相连。
机械工业是国民经济的支柱工业之一 机械工业是社会生产力发展水平的重要标志
▲ 注意把一般原理和方法与具体运用密切联系起来。 并用所学知识观察日常生活与生产遇到的各种机械。
▲注意培养运用所学基本理论与方法去分析和解决工 程实际问题的能力。
▲注意培养综合分析、全面考虑问题的能力。解决同 一实际问题，往往有多种方法和结果，要通过分析、 对比、判断和决策，做到优中选优。 ▲注意培养科学严谨、一丝不苟的工作作风。在今后 的工作中要与各种武器装备打交道，稍有不慎，即 可能造成损失。
本课程研究重点：通用机构 机器与机构的关系：由两个实例推广到一般 任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而 成的。实际机器的种类有成千上万种，但机构的种类确有限。类似关系：化合物与化学元素 由机器与机构的共有特征可知：
机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不
同） ，故统称为机械。人造的组合体、有确定的相对运动
用光刻技术做成的微米尺寸的微机械
蜘蛛形探雷机器人
促进国防、科技工业的发展
造福人类
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？
能否进行专门研究？
机械原理课程授课目的是什么？
§0－1
本课程研究的对象
本课程研究对象为：机械 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。 机器、机构是由什么组成的？有那些特征？ 机械=机器+机构 任何机械都经历了：简单→复杂的发展过程。 起重机的发展历程： 斜面 →杠杆 →起重辘轳 →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）。 研究内容：是有关机械的基本理论
0.4 机械原理课程的地位及学习课程的目的
机械工业是国民经济的基础
运动方案的设计和更新直接影响机械产品或设备设计的成败、 优劣以及生产效率的提高 产品设计和开发过程中最关键、最难的便是功能原理创新
基础课程
技术基础课程 机械原理
专业课程
更接近工程实际
知识面更宽、适应性更广
机械原理教学的总目标： 培养学生在信息技术时代条件下的综合设计能力、创新设 计能力和工程实践能力。 强调工程教育的科学化，着眼于培养站得高、看得远，能 进行总体策划和系统设计、主持产品设计的工程大师。
侯风地动仪
指南车：齿轮传动 和离合器
计里鼓车：齿 轮及凸轮机构
机械发展的历史回顾
18世纪初以蒸汽机的出现为代表产生了第一次产业革命， 人们开始设计制造各种各样的机械，例如纺织机、火车、汽 轮船。
哈格里沃斯发明的 “珍妮纺纱机”
法国陆军技术军官古诺发明了世 界上第一辆蒸汽动力车
机械发展的历史回顾
19世纪到20世纪初的第二次产业革命，随着内燃机的 出现，促进了汽车、飞机等运输工具的出现和发展。
2.工件自动载送装置
工件 定爪 轮机构、连 杆机构等。 滑杆左移时，夹持器 将工件夹住。
装配夹具 工件载送器
潘存云教授研制
蜗杆传动 连杆机构
带传动
凸轮机构 电动机
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。
机构 机械
机器 原动机
工作机
工作机组的组成：
原动部分－是工作机动力的来源，最常见的是电动机 和内燃机。 工作部分－完成预定的动作，位于传动路线的终点。 传动部分－联接原动机和工作部分的中间部分。
控制部分－保证机器的启动、停止和正常协调动作。
其关系如下
原动机
传动 控制
工作
分析自动洗衣机的组成：
控制器(控制)
机械发展的历史回顾
杠杆
滑轮 现代起重设备
我国古代在机械研制方面有许多杰出的发明创造 中 国 古 代 杰 出 的 发 明 创 造
中国公元前3世纪，欧洲 公元11-12世纪
连机碓：中国公元3世 纪，欧洲公元1600年
五千年前已开始使用简单的纺织机械；晋朝时在连机椎和水碾中应 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，在我国东汉年代的文物中都可以 找到它们的原始形态。
内燃机的工作过程：
进气 压缩 爆炸
排气
潘存云教授研制
设计：潘存云
内燃机各部分的作用：
活塞的往复运动通过连杆转变为曲 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： 化学能 机械能
4) 四多：内容多、概念多、符号多、公式多。
不要求死记硬背，关键在于理解，重点在于应用。会用自然能记住。
本课程研究机械的途径： ▲ 研究机械所具有的一般共性问题。如机构的组成 原理、机构运动学、机器动力学。
▲ 研究各种常用机构的运动和动力性能，以及它们 的设计 方法。
如何学习本课程？ ▲ 着重搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握机构 分析与综合的基本方法。
的转换
机器的作用
动力机器 机 工作机器 器
是能量变换的装置，即可将某种形 式的能量变换成机械能，或者把机 械能变换成其他形式的能量（如内 燃机、蒸汽机、电动机） 。 是完成有用的机械功或者是搬运 物品（如机床等） 。 是用来获得和变换信息。
信息机器
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、物料和信息的变换和传递。
按解决问题的性质，研究内容又可分为两大类：
▲机构分析－对已有机构的研究。包括结构、运动 和力分析。 ▲机构综合－设计新的机构。包括型综合、尺度综 合、运动和动力综合。
称综合而非设计的理由： 在解决机构的设计问题时， ▲仅限于根据运动和动力要求，确定机构各部分与运 动相关的尺寸； ▲不涉及各个具体零件的强度计算，具体形状和结构、 材料选择等因素； ▲设计结果是机构运动简图，而非工程化的设计图。 方案设计 本课程要解决的问题 机械设计 结构设计 属于机械设计课程的范畴
4.机械系统方案设计
1）设计内容 2）设计方法 3）设计思想 4）设计过程
创新的主要阶段
最优？
最合理方案
可行方案
§0－3 课程的性质和学习方法
课程性质： 技术基础课 作用： 承前启后
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。
强调代替人类完成有用工作
机器：
指执行机械运动的装置，它用来变换(transmit)和传递(transform) 能量(energy)、物料(materials)与信息(information)。
王树才 The single-cylinder four-stroke internal combustion engine
机械图是基础 Engineering Graphics Representation 机械原理 （机械系统方案设计） Mechanical System Conceptual Design 机械系统结构设计 Engineering Design of Mechanical System
学习目的：
为学习机械设计和机械类有关专业课以及掌握新的科 学技术打好工程技术的理论基础 为机械的合理使用和革新改造打好良好基础 为产品的创新设计奠定基础
潘存云教授研制 潘存云教授研制
波轮(工作)
电动机(原动)
带(传动)
减速器(传动)
机构的共有特征： ①人造的实物组合体；
同理，通过对典型机构进行分析可知：
②各部分有确定的相对运动； ③用来传递力或实现运动的转换。 机构的分类：通用机构和专用机构。
通用机构---用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。 专用机构---只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。
先修课程：高等数学、普通物理、工程制图、理论力学
同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如机械 设计、机床夹具设计、机床、机械制造工艺学等专 业课程打下基础， 课程的特点： 本课程是一门技术基础课，其研究对象是在生产实际中广泛应用的机械，所要解决的问题大
1）实践性强 2）综合性强 3）独立性强
多数是工程中的实际问题（与理论力学的不同点），因此要求学生加强基本技能的训练，如 简图测绘、齿轮参数测量等。要培养工程素养，作图应严格按要求进行。要重视实验课。 本课程学习要综合运用已学过的知识，约有1/3的内容与理论力学有关。有些内容可以说 是理论力学的延续与扩展（用理论力学的原理分析具体的机械）。因此，一定要复习号理 论力学中的有关内容，如运动学、摩擦学等。 各章内容彼此独立，前后联系不甚密切。因此，要经常复习前面已学过的内容，以免 出现猴子扮苞米的现象。
§0－2 本课程的研究内容
1. 机构结构分析 基本知识 ▲研究机构运动的可能性; ▲机构运动的确定性； ▲机构运动简图的绘制方法； ▲机构的组成原理和结构分类。 2. 机构的运动学 ▲机构上某些特殊点的位置、速度、加速度的求法 和机构的运动规律； 不考虑引起机构运动的力的作用，仅从几何的观点来研究 ▲设计新机构的方法。按一定几何条件和运动条件 3. 机器动力学 ▲分析机构的受力情况及力做功的情况； ▲分析机器在已知外力作用下的运动； ▲机器的调速和平衡方法。