机械原理绪论尤晶晶
机械原理与仿真软件的捆绑教学模式探索
创新教育科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald227DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.15.227机械原理与仿真软件的捆绑教学模式探索①尤晶晶 刘英(南京林业大学机械电子工程学院 江苏南京 210037)摘 要：机械原理课程理论性强，实践学时有限且类型单一，学生容易产生“知识抽象、遥不可及”的认识；仿真软件课程的教学中心倾向于控件的使用，而训练实例较分散，学生容易产生“软件工具无用武之地”的认识。
针对该现状，通过机械原理与ADAMS软件捆绑、机械原理与AutoCAD软件捆绑这两个实例，探索了一种捆绑教学模式。
经分析，该模式理论上能够解决机械原理重理论轻实践、仿真软件重实践轻理论的不足；经检验，该模式对进一步发挥学生的主观能动性,提高其创新意识有较大帮助。
关键词：机械原理 虚拟仿真 四杆机构 凸轮机构中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)05(c)-0227-03①基金项目：国家自然科学基金资助项目（项目编号:51405237）；南京林业大学教学质量提升工程资助项目（项目编号:00644-03-01105）。
作者简介：尤晶晶（1985—），男，汉族,江苏南通人，博士，讲师，主要从事机械原理、机械设计方面的教学工作与并联 机器人方面的研究工作。
《机械原理》是一门培养学生具有机械基本设计能力的专业基础课，研究的是各种机械所具有的共性问题[1]。
一方面，它较物理和理论力学等基础课更加结合工程实际；另一方面，它又不同于汽车设计、过程设备等专业课。
机械原理在机械设计系列课程体系中占有非常重要的地位，对今后的课程设计、毕业设计以及解决工作中遇到的技术问题，都会提供必要的理论知识，为机械产品的创新设计打下良好的基础。
为了打好这一基础，在学习本课程的过程中，一方面要着重弄清基本定义，理解基本原理，掌握基本方法；另一方面要领悟这些原理、方法在工程上应用的范围和条件。
《机械原理》课件第1章绪论说课材料
常用机构的研究 已经非常深入 自动控制机构、机器人机构、仿生机构、机电光液 综合机构等进展也非常大 计算机的应用：计算机辅助设计、优化设计、大 型通用或专用的软件等
机械原理课程的性质与任务
是研究机械性能分析与设计的基本理论与 方法的专业基础课程之一。
机械原理的教学内容（归纳起来三大点）
动力机器
发电机等是能量变换的装置，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。例如：内燃机、 压气机、涡轮机、电动机等。
机器
工作机器 是完成有用的机械功或者是搬运物品。
例如：轧钢机、织布机、缝纫机、汽
车、飞机和金属切削加工机床等。
信息机器 是用来获得和变换信息的。例如：机 械式积分仪、计帐机、打字机和绘图 仪。
§1-3 如何进行本课程的学习
教学环节：
理论教学 课程设计
学习方法：
1. 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。 3. 注意先修课程的应用。 4. 理论联系实际，能够做到举一反三。
§1-4 机械原理学科的发展现状及趋势
机械工业发展方向：
高速、高精度、重载、高效率、低噪声 先进制造技术的应用、激光制造 自动生产线机器与其它来自置的主要区别是：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
机构（mechanism） 用来传递运动和力或改变运动形
式的构件系统
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
1、研究机构的组成及具有确定运动的条件。
机械原理课件第1章绪论
与其它学科的交叉渗透作用增强：与电子工程、计算 机科学、控制工程、材料科学、生物医学相互渗透， 诞生了若干新学科。如机械电子学、仿生机械学、机 器人机械学、机械CAD。
本学科的研究课题与日俱增: 新机构不断涌现-----如自控机构、机器人机构、仿生 机构、柔性及弹性机构、机电气液综合机构等。
湖南理工学院专用
作者： 潘存云教授
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。
▲ 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。
▲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。
湖南理工学院专用
作者： 潘存云教授
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。
湖南理工学院专用
作者： 潘存云教授
注重理论联系实际
本课程并不是研究某种具体的机械，而是着重研究 一般机械的共性问题，即机构的结构分析和综合的基 本理论和基本的方法。这些基本理论和方法是紧密为 工程服务的。因此，在本课程的学习过程中，一方面 要注意这些理论和方法在理论上建立和推演的严密性 和逻辑性，另一方面更要注意这些理论和方法如何在 工程实际中的应用。此外还应随时留意日常生活和生 产中遇到的各种机械，以丰富自己的感性认识；并用 所学到的理论和方法认识分析这些机械，以加深理解， 使理论和实践相互促进。
机械原理第一章
机构的能力。
学习本课程获得的知识是分析现有的机器和
设计新机器所必须的基本知识。
§1.3 机械原理课程的学习目的和方法
一、机械原理课程的学习目的 二、机械原理课程的学习方法
§1.3 机械原理课程的学习目的和方法
一、机械原理课程的学习目的
1. 认识机械、了解机械； 2. 掌握方法、分析机械； 3. 开阔思路、设计和创造新机械。
阶段设计目标 设计任务书 可行性研究报告 任务要求明细表
机 械 运 动 方 案 设 计 的 一 般 流 程
产 品 规 划
概 念 设 计
工艺动作分析执行动作确定 执行机构选择和机 械运动方案的设计 最佳机械运动方案 的尺度综合
确定机器的组成
引入人-机 系统分析 机器总体布局
机械运动方案 机 械 方 案
4. 英国原版教材：R.S.KHURMI, J.K.GUPTA. Theory of Machines. First Multicolor Revised and Updated Edition, published by Eurasia Publishing House Ltd., 2005. 5. 邹慧君等主编. 机械原理学习与考研指导. 北京: 科学出版社, 2004.6.
起重机
牛头刨床
包装机
构件与零件
构件(Links)是指机器中具有独 立运动的单元体。 构件可以是单一的零件，也 可以是由几个零件组成的刚性结 构。 零件是制造的单元。
构件与零件
例如：右图的连 杆构件由连杆体 , 大端盖, 螺母 , 螺栓等多个零 件组成。
§1.1 机械原理的研究对象和研究内容
机器的分类 1.动力机器
将任何一种能量变换成机械能，或将机械能 变换成其他形式的能量。
机械原理第一章绪论PPT课件
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13
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15
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。
-
21
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。
-
1
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
-
7
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。
机械原理第1章绪论
4.机械原理学科的发展
应用领域扩大——上天(太空探险)、入地(水平钻探)、下海(深海勘
探、打捞作业)、甚至钻入人体内(血管清理)
与其他学科的交叉渗透作用增强——与电子工程、计算机科学、控
机械原 理学科 的发展
制工程、材料科学、生物医学等相互渗透，诞生了若干新学科。如 机械电子学、仿生机械学、机器人机械学、机械CAD
第
章 一
章
绪
节
论
一
二一 ．．
本内 章容 重提 点要 、及 难基 点本
概 念
单击此处添加大标题内容
1.1
内容提要及基本概念
机械原理又称机器理论与机构学。是机械工程各专业的一门重要的技术基础课程。本课程的理论知识对于机械的设计、制造、运行、维修等方面具有十分重要的作用。
1.1.1 内容提要
机械原理的研究对象
3）凸轮机 构
1 为了改善凸轮机构的动 力性能，凸轮曲线由等 加-等减速运动规律、 正弦加速度运动规律、 余弦加速度运动规律改 用改进正弦加速度运动 规律、改进梯形加速度 运动规律和代数多项式 运动规律。
2 寻找高速运转时具有良好动 力性能的凸轮曲线是一个重 要的研究内容。按动力学要 求设计凸轮廓线除了采用动 力多项式凸轮曲线外，现在 较多采用某些符合动力特性 要求的凸轮曲线。这种曲线 使凸轮从动件系统残留振动 的振幅在全部工作速度范围 内不超过某一极限值。
本章内容包括
机器的定义：由人为物体组成的具有确定机械运动的装置，完成一定的工作 过程，以代替人类的劳动。
实例：缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。
机器与机构之间的关系——机器是由机构组成的。例如图示单缸内燃机中就 包含了三种常用机构：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构。
机械原理ch01绪论
投 产 以 后
计 划 阶 段
投产以后
方 案 设 计 阶 段
技 术 设 计 阶 段
试 制 试 验 阶 段
投 产 以 后
收集用户反馈意见，研究使用中发现的问 题，进行改进。 收集市场变化的情况，为可能提出新的设 计计划准备资料。
计 划 阶 段
方 案 设 计 阶 段
技 术 设 计 阶 段
试 制 试 验 阶 段
连 磨〃晋 代
用一头牛驱动八台磨盘，其中应用了齿轮系。
中世纪 欧洲
用脚踏板驱动的
加工木棒的车床
中世纪 欧洲
利用曲轴的研磨机
13世纪以后，机械钟表在欧洲发展起来。
连杆机构、齿轮机构和凸轮机构等在古代机械中
即已经有所应用。在达•芬奇时代，现在最常用的一些 机构型式即已基本知晓。
近 代： 18世纪中叶 － 20世纪中叶
方 案 设 计 阶 段
技 术 设 计 阶 段
试 制 试 验 阶 段
投 产 以 后
计 划 阶 段
试制试验阶段
修改某一部分设计结果。
计 划 阶 段 方 案 设 计 阶 段 技 术 设 计 阶 段 试 制 试 验 阶 段
方 案 设 计 阶 段
技 术 设 计 阶 段
试 制 试 验 阶 段
投 产 以 后
通过试制和试验，发现问题，加以改进，
常称为原动机，是机器 的动力来源。 常用：电动机、内燃机 、液压缸和气动缸， 以各种电动机的应用最 为普遍。
处于整个传动路线的终端，按 照工艺要求完成确定的运动， 是直接完成机器功能的部分。 执行装置随机器的用途不同而 不同，它属于各种专业机械课 程研究的内容。
润滑、显示、照明等辅助系统
驱动装置
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(全套课件339P)
5
桔槔
一根竖立的架子上加上一根细长的杠杆，当中是支 点，末端悬挂一个重物，前段悬挂水桶。一起一落，汲 水可以省力。当人把水桶放入水中打满水以后，由于杠 杆末端的重力作用，便能轻易把水提拉至所需处。桔槔 早在春秋时期就已相当普遍，而且延续了几千年，是中 国农村历代通用的旧式提水器具。这种简单的汲水工具 虽简单，但它使劳动人民的劳动强度得以减轻。
机械原理
机械原理教学课件
第一章 绪论 第二章 机构的结构分析 第三章 平面机构的运动分析 第四章 平面机构的力分析 第五章 机械的效率和自锁 第六章 机械的平衡 第七章 机械的运转及其速度波动的调节 第八章 平面连杆机构 第九章 凸轮机构及其设计 第十一章 轮系及其分类
第一章 绪论
信息，以代替或减轻人类的劳动。
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原动机与工作机
原动机：凡将其他形式能量变换为机械能的机 器称为原动机，如内燃机、电动机（分别将热 能和电能变换为机械能）等都是原动机。
工作机：凡利用机械能去变换或传递能量、物 料、信息的机器称为工作机，如发电机（机械 能变换为电能）、起重机（传递物料）、金属 切削机床（变换物料外形）、录音机（变换和 传递信息）等都属于工作机。
使用机器的水平是衡量一个国家现代化程 度的重要标志。
8
机器图例
自动换刀机构
滚珠螺杆传动
机构
9
轿车的总体构造
10
内燃机——用途最广的热力机械
11
柴油机与汽油机
12
小型精密之伺服冲床
13
§0-1机械原理课程的研究对象和内容
机械原理是一门研究机械的运动学和 动力学分析与设计基本理论问题的课 程。
一、机械原理课程的研究对象 机械(Machinery)是机器(Machine)与机
机械原理各章指导(南京航天)
第1章绪论本章讲述了机械原理研究的对象与内容、机械原理课程的重要性与学习方法、机械原理学科的发展概况，主要内容如下：１．“机械”是“机器”和“机构”的总称。
机器具有三个特点，即（１）都是人为的实体组合；（２）在工作中，其中各实体具有确定的运动；（３）在生产劳动中，能实现能的转换、代替或减轻人类的劳动以完成有用的功。
机构具有机器的前两个特点。
２．本课程是研究机器和机构理论的一门科学，主要内容有：各种机构共同的基本问题、几种常用机构所特有的问题、机器动力学问题、机械系统运动方案的设计。
３．本课程在专业教学计划中占有十分重要的地位，在发展国民经济方面也具有重要意义；机械原理是一门技术基础课程，为以后学习机械设计和有关专业课程，以及掌握机械方面的最新成就打下理论基础。
复习思考题1．什么叫机构? 什么叫机器? 什么叫机械? 它们之间有何联系? 试举例说明之。
2．机械原理的课程内容是什么? 学习本课程应注意哪些方面?第2章平面机构的结构分析本章讨论平面机构的结构分析的有关问题，主要内容如下：１．从运动的角度来看，机构是由具有确定的相对运动的构件组成的，而构件之间是通过运动副联接的。
根据运动副元素是面、点或线，有低副、高副之分。
两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统称为运动链，机构可以看作具有机架和原动件且有确定的相对运动的运动链。
２．机构运动简图是用简单的线条和规定的符号表示构件和运动副，并按一定比例表示出各运动副相对位置的简单图形。
运动副的符号和常用机构的运动简图都有规定画法。
机构运动简图要表示出机构中构件的相对运动关系。
３．机构具有确定的相对运动的条件是机构自由度等于原动件数目。
自由度Ｆ的基本计算公式为：F＝３n－２PL－PH在利用机构运动简图计算机构自由度时要注意复合铰链、局部自由度及虚约束等问题。
４．引入基本杆组的概念后，机构是由原动件、机架和若干基本杆组所组成。
常用的基本杆组有Ⅱ级杆组、Ⅲ级杆组和Ⅳ级杆组。
机械原理课件第八版ppt课件
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。
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“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
机械原理
第一章 绪论
哈尔滨工业大学对象与内容
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？
2
普通车床
3
数控车床
4
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
5
锯床
6
7
数控剪板机
31
50mm 38mm
短程地对地导弹电舵机
50mm
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
32
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。
12
美国山迪亚国家实 验室的科学家，成 功研制了相信是世 界最小的微型机械 人，这微型机械人 体积只有四分之一 立方寸，体重小於 一盎司。
世界最小的微型机械人 World's smallest robot
13
什么是机器呢？ 机器是一种人为实物组合的具有确定机械运动
机械原理(经典版)-机械原理经典
由度：构件含有独立运动的数目
约束：对独立运动的限制
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例：轴1与轴承2的配合（图2-1）；
图 2-1 运动副元素：圆柱面、圆孔面
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滑块1与导轨2的接触（图2-2）；
图 2-2 运动副元素：棱柱面、棱孔面
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两齿轮轮齿的啮合（图2-3，a）； 运动副元素：两齿廓曲面 球面与平面的接触（图2-3，b）；运动副元素：球面与平面 圆柱与平面的接触（图2-3，c）。 运动副元素：圆柱面与平面
（级 ）（ 级 ）
（级 ）
副圆
柱 副
（级 ）
（级 ）
球
面 球 副 面
及 销 （级 ） （级 ） （级 ） （级 ）
螺 旋 副
（级 ）
（级 ）
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３.运动链
构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统称为运动链。 （1）闭链：组成运动链的构件构成了首末封闭的系统，
如图2-6， a、b
（2）开链：组成运动链的构件未构成首末封闭的系统，
如图2-6，c、d
此外，根据运动链中各构件相对运动为平面还 是空间运动，分 为：
平面运动链（如图2-6所示） 空间运动链（如图2-7所示）
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4、机构
机构：如果运动链中的一个构件固定作为机架时 则这种运 动链称为机构。
机构中各构件的名称： 机 架：设定固定不动的构件。 原动件：机构中按给定的已知运动规律独立运动的构件。 从动件：构件中其余的活动构件。
机械原理教学课件
第一章 绪论 第二章 机构的结构分析 第三章 平面机构的运动分析 第四章 平面机构的力分析 第五章 机械的效率和自锁 第六章 机械的平衡 第七章 机械的运转及其速度波动的调节 第八章 平面连杆机构 第九章 凸轮机构及其设计 第十一章 轮系及其分类
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
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舂米 古代水碓
自行车
车闸 后轮
车架
飞轮 （内接棘轮）
曲柄
链条
脚踏 轮盘
前叉
前轮
内啮合棘轮机构
洗衣机
电风扇
飞行模拟器
内燃机
汽缸体1、 活塞2、 进气阀3、 排气阀4、
3
4
连杆5、 曲轴6、 凸轮7、 顶杆8、 齿轮9、10
2
8
1
<1> 进气阀开，排气阀闭，活塞下行，混合气体 7
5
进入汽缸；
6
<2> 进气阀闭，排气阀闭，活塞上行，混合气体 被压缩；
<3> 进气阀闭，排气阀闭，点火燃烧，高压燃烧 气体推动活塞下行；
<4> 进气阀闭，排气阀开，活塞上行，废气被排 出汽缸体。
9 10
进气
压缩
做功
排气
其它
机器的共同特性：
（1）组成角度：人为的实物组合 （2）运动角度：各部分之间具有确定的相对运动 （3）功能角度：能够代替人的劳动完成有用功或者实现
原动件：也称为主动件或输入构件，是驱动力或驱动力矩 作用的构件。一个机构可以有一个或多个原动件。
从动件：被原动件驱动的构件。一个机构常有多个从动件。 其中能实现预期运动的构件称为输出构件。
任何机构都可以看成是由机架、原动件和从动件组成的。
2
1 3
4
4—机架
1—原动件
2、3—从动件
§0-2 机械原理课程的内容
1. 机构的结构
▲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
2. 机构的运动 ▲机构上某些特殊点的位置、速度、加速度的求法 以及机构的运动规律 ▲设计新机构的方法
3. 机器动力学 ▲分析机器在运转过程中各构件的受力情况，以及这些 力的做功情况 ▲分析机器在已知外力作用下的运动 ▲对机器速度波动调节和不平衡惯性力的平衡问题
4. 常用机构的分析与设计 分析研究连杆、凸轮、齿轮等常用机构的运动与工作
特性，以及相应的设计方法。
平面机构：所有构件都在相互平行的平面内运动的机构。
空间机构：不是所有构件都在相互平行的平面内运动的机构。
我们称这些基本组合体为机构。
可见，机构也是人为的实物组合体，各部分 之间具有确定的相对运动。
内燃机
常用机构
间隙步进机构
蜗轮蜗杆
凸轮机构
机构的共同特性： （1）组成角度：人为的实物组合 （2）运动角度：各部分之间具有确定的相对运动
机构：具有确定机械运动的构件系统，用来传递运动和力。
➢ 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。 ➢ 机器的研究重点是功能问题，与应用有密切的关系。 ➢ 机构的研究重点是在其结构、运动和力作用等基本方面。
机械原理
尤晶晶 二○一四年
尤晶晶 邮箱: youjingjing251010@ 手机: 951884520（短信） 研究方向：并联机器人；
六维加速度传感器
2003-2007 南京林业大学 本科 2007-2010 南京航空航天大学 硕士 2010-2013 南京航空航天大学 博士 2013- 南京林业大学 教学、科研
构件与零件
螺栓
垫圈 螺母
连杆衬套 连杆体
轴瓦
内燃机连杆
连杆盖
➢ 构件是运动的单元 ➢ 零件是制造的单元 ➢ 构件可以是单一的零件，也可以是由几个零件组成 的刚性结构
机构中的三种构件
机架：本身固定不动，或相对地球运动但固结于给定坐 标参考系可被视为固定不动的构件，一个机构有且只有 一个机架；如固定在地基上的机座和车辆的车架等。
能量的转换或者传递信息
机器是一种人为实物组合的具有确定机械运动的装置，它 用来完成有用功、转换能量或处理信息，以代替或减轻人类 的劳动。
2. 机构
机器的特征中，主要是这些人为的实物组 合体能实现预期的动作；然而，机器还不是能 实现预期动作的最基本的组合体。
内燃机中基本组合体的名称及作用：
（1）活塞的往复运动通过连杆转变为曲柄的 连续转动 —— 曲柄滑块机构 （2）凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀 —— 凸轮机构 （3）两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之 间形成协调工作 —— 齿轮机构
§0-1 机械原理的研究对象
机械 (Machinery)
机器 (Machine)
机构 (Mechanism)
➢“机械”是“机器”和“机构”的总称。 ➢“机械原理”指的是机器和机构的原理。 ➢机械原理的研究对象——机器和机构。
机器和机构的概念
1. 机器
人类社会发展至今，已经创造了许多机器 —— 古代：指南车、记里鼓车、地动仪等； 近代：蒸汽机、纺织机等； 现代：潜艇、导弹、自动火炮、宇宙飞船等。 在日常生活中，我们周围有各种各样的机器，而且越来 越离不开它们，例如：汽车、自行车、手表、电风扇、冰 箱、洗衣机、缝纫机、录音机、打印机、扫描仪等。