机械原理概述
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线和新型传动,加速了对高速齿轮、精密齿轮、微形齿轮的 研制。
(4)十分重视对高速凸轮机构的研究。 为了获得动力性能好的凸轮机构,在凸轮机构推杆运动规
律的开发、选择和组合上作了很多工作。
(5)在组合机构方面： 为了适应现代机械高速度、快节拍、优性能的需要,还发
展了高速高定位精度的分度机构,具有优良综合性能的组合 机构,以及各种机构的变异和组合等等。
专业课
比基础课更 加接近工程
实际
机械原理
承上启下
比专业课有更 宽的研究面和 更广的适应性
学习本课程的目的
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。
连杆机构
装配夹具 工件载送器
蜗杆传动 连杆机构
工作原理
1. 滑杆左移，夹持器将 工件夹住。
带传动 凸轮机构 电动机
2. 滑杆带着工件右移，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。
工件自动装卸装置
2、机器的组成：
一台发展完善的现代化机器可由四部分组成：原动机、传动机 构、执行机构和控制系统。
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，不仅用于本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，这要由设计者根据具体的应用与制造条件进行创 造性运用。
齿轮等速回转带动齿 条作直线移动
凸轮带动从动件作直 线运动
曲柄带动滑块作直线 运动
四、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。
气体被排出汽缸。
9 10
内燃机
内燃机的工作过程
进气 压缩 爆炸 排气
内燃机的机构组成
曲柄滑块机构 实现移动与转动之间的运动转换 凸轮机构 启闭进气阀、排气阀。 齿轮机构 保证进气阀、排气阀和活塞之间的 协调动作。
2. 工件自动装卸装置
机构组成
工件 定爪 动爪
挡块
滑杆
带传动机构 蜗杆传动机构 凸轮机构
2）研究机构的组成原理及机构的结构分类。
3）如何绘制机构运动简图的问题。
机构的运动分析
介绍对机构进行运动分析（包含位移、速度及加 速度分析）的基本原理及方法。
机构的力分析和机器动力学分析
1）分析机器在运转过程中其各构件的受力情况，以 及这些力的作功情况。
2)研究要机器在已知外力作用下的运动、机器速度波 动的调节和不平衡惯性力的平衡问题。
3 4
1.进气行程： 活塞下行，进气阀开启，排 8
2
气阀关闭，可燃混合气被吸入气缸内；
1
2. 压缩行程：活塞上行，进、排气阀关闭， 7
5
混合气体被压缩，在顶部点火燃烧；
6
3. 作功行程：点火使可燃混合气在气缸中
燃烧膨胀，产生压力推动活塞迅速下行，
并通过连杆使曲轴旋转而对外作功。
4. 排气行程：活塞上行，排气阀开启，废
轿车内部机械结构
普通车床
数控车床
发射塔、运载火箭都是庞大的机器。
典型机器分析
1. 单缸四冲程内燃机
主要构成
1–气缸体、 2–活塞、 3–进气阀、 4–排气阀、 5–连杆、 6–曲轴、 7–凸轮、 8–气门顶杆、 9–小齿轮、 10–大齿轮、
3 4
8
2ห้องสมุดไป่ตู้
1
7
5
6
9 10
内燃机
典型机器分析
1. 单缸四冲程内燃机 工作原理
§1-3 如何进行本课程的学习
掌握本课程的特点 注重理论联系实际 逐步建立工程观点 认真对待每个教学环节
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 只是解决工程实际中所遇到的问题。
另外，实际工程工程问题都是涉及多方面的因素的问题，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。
§1-4 机械原理学科发展现状简介
当今世界正经历着一场新的技术革命。新概念、新理论、 新方法、新工艺不断出现。作为向各行各业提供装备的机械 工业,也得到了迅猛的发展。
一、现代机械发展的方向及要求
现代机械工业日益向高速、重载、高精度、高效率、低 噪声等方向发展。
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。
因此，在学习本课程时应注意掌握基本的概念、原理及 机构的分析与综合的方法。
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。
初步建立工程观点
(4) 控制系统：用来处理机器各组成部分之间，以及与外部其 它机器之间的工作协调关系，它通常由各种计算机和控制器组 成。
动力机
传动机构
执行机构
控制系统
自动洗衣机
控制器(控制)
减速器(传动)
波轮(执行) 电动机(动力) 带(传动)
3、机构 它是一个具有相对机械运动的构件系统，用
来传递与变换运动和动力的可动装置。
常用机构的分析与设计
研究常用机构（如连杆机构、凸轮机构、齿轮 机构等）的类型、工作原理及运动特性分析和机构设 计的基本原理及方法。
机械传动系统运动方案的设计
研究在进行具体机械设计时机构的选型、组合、 变异及机械传动系统运动方案的设计等问题。
§1-2 本课程的地位及学习目的
基础课
主干技术基础课
例如：蒸汽机车的驱动机构实 质上就是平行双曲柄机构与曲 柄滑块机构的应用。
二、掌握方法，分析机构
各种机械的形态和用途各不相同，但它们都有一个共同 的特点：作机械运动。因而，运动几何学中的相对运动、相 互包络等基本概念和方法，在各种机构的分析和设计中都得 到广泛应用。
例如：用齿条刀具加 工齿轮时，齿轮的齿 形就是由刀具与轮坯 间相互包络形成的。
为适应生产发展的需要,当前在自控机构、机器人机构、 仿生机构、柔性机构和机、电、光、声、液、气、热的综合 机构等的研制上有很大进展。
(2)在连杆机构方面： 重视了对空间连杆机构、多杆多自由度空间机构、特殊
串联及多环并联机构、连杆机构的弹性动力学和连杆机构的 动力平衡的研究。
(3)在齿轮机构方面： 发展了齿轮啮合原理,提出了许多性能优异的新型齿廓曲
(1) 原动机：为机器运转提供动力。常用的原动机有电动 机、内燃发动机、液压机、气动机等。
(2) 传动机构：按执行机构作业的特定要求，把原动机的 运动和动力传递给执行机构。常用的各种减速和变速装置均可 作为传动机构。
带减速装置的电动机
三级圆柱齿轮减速器
(3) 执行机构：它是一部机器中最接近作业工作端的机构，它 通过执行构件与被作业件相接触，以完成作业任务。如：起重 机和挖掘机中的起重吊运和挖掘机构。
机械原理
(Mechanisms and Machine Theory)
§1-1 本课程研究的对象及内容
• 研究对象
机械
1、机器
是机器和机构的总称。
它是根据某种使用要求而设计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。
例如：电动机、内燃机用来变换能量； 机床用来变换物料的状态； 汽车、起重机用来传递物料； 计算机用来变换信息。
齿轮机构 保证进气阀、排气阀和
活塞之间的协调动作。
工件自动装卸装置
机构组成
带传动机构 蜗杆传动机构 凸轮机构 连杆机构
机器是一种要用来变换或传递能量、物料与信息的机构的组合。
机械原理课程将机构作为具体的研究对象。 研究内容
机构结构分析的基本知识
1）研究机构是怎样组成的，其组成对运动的影响，以 及机构具有确定运动的条件。
它是机器的重要组成部分。
常用的机构有：连杆机构、凸轮机构、齿轮 机构、间歇运动机构、带传动机构、链传动机构、 螺旋传动机构等。
连杆机构
凸轮机构
齿轮机构
棘轮机构
槽轮机构
螺旋机构
带
链
传
传
动
动
机
机
构
构
万 向 铰 链 机 构
鄂式破碎机
内燃机的机构组成
曲柄滑块机构
实现移动与转动之间 的运动转换
凸轮机构 启闭进气阀、排气阀。
本课程要用到很多与工程有关的名词、符合、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。
因此在学习时，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。
对机械提出的要求也越来越苛刻。如有的需用于宇宙探 测,有的要在深海作业；有的小到能沿人体血管爬行,有的又 是庞然大物；有的速度数倍于声速,有的又要作亚微米级甚 至纳米级的微位移,如此等等。
二、机械原理学科的发展的现状
处于机械工业发展前沿的机械原理学科，为了适应这种 情况，新的研究课题与日俱增，新的研究方法日新月异。 (1)在新机构研发方面：
(4)十分重视对高速凸轮机构的研究。 为了获得动力性能好的凸轮机构,在凸轮机构推杆运动规
律的开发、选择和组合上作了很多工作。
(5)在组合机构方面： 为了适应现代机械高速度、快节拍、优性能的需要,还发
展了高速高定位精度的分度机构,具有优良综合性能的组合 机构,以及各种机构的变异和组合等等。
专业课
比基础课更 加接近工程
实际
机械原理
承上启下
比专业课有更 宽的研究面和 更广的适应性
学习本课程的目的
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。
连杆机构
装配夹具 工件载送器
蜗杆传动 连杆机构
工作原理
1. 滑杆左移，夹持器将 工件夹住。
带传动 凸轮机构 电动机
2. 滑杆带着工件右移，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。
工件自动装卸装置
2、机器的组成：
一台发展完善的现代化机器可由四部分组成：原动机、传动机 构、执行机构和控制系统。
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，不仅用于本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，这要由设计者根据具体的应用与制造条件进行创 造性运用。
齿轮等速回转带动齿 条作直线移动
凸轮带动从动件作直 线运动
曲柄带动滑块作直线 运动
四、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。
气体被排出汽缸。
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内燃机
内燃机的工作过程
进气 压缩 爆炸 排气
内燃机的机构组成
曲柄滑块机构 实现移动与转动之间的运动转换 凸轮机构 启闭进气阀、排气阀。 齿轮机构 保证进气阀、排气阀和活塞之间的 协调动作。
2. 工件自动装卸装置
机构组成
工件 定爪 动爪
挡块
滑杆
带传动机构 蜗杆传动机构 凸轮机构
2）研究机构的组成原理及机构的结构分类。
3）如何绘制机构运动简图的问题。
机构的运动分析
介绍对机构进行运动分析（包含位移、速度及加 速度分析）的基本原理及方法。
机构的力分析和机器动力学分析
1）分析机器在运转过程中其各构件的受力情况，以 及这些力的作功情况。
2)研究要机器在已知外力作用下的运动、机器速度波 动的调节和不平衡惯性力的平衡问题。
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1.进气行程： 活塞下行，进气阀开启，排 8
2
气阀关闭，可燃混合气被吸入气缸内；
1
2. 压缩行程：活塞上行，进、排气阀关闭， 7
5
混合气体被压缩，在顶部点火燃烧；
6
3. 作功行程：点火使可燃混合气在气缸中
燃烧膨胀，产生压力推动活塞迅速下行，
并通过连杆使曲轴旋转而对外作功。
4. 排气行程：活塞上行，排气阀开启，废
轿车内部机械结构
普通车床
数控车床
发射塔、运载火箭都是庞大的机器。
典型机器分析
1. 单缸四冲程内燃机
主要构成
1–气缸体、 2–活塞、 3–进气阀、 4–排气阀、 5–连杆、 6–曲轴、 7–凸轮、 8–气门顶杆、 9–小齿轮、 10–大齿轮、
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2ห้องสมุดไป่ตู้
1
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内燃机
典型机器分析
1. 单缸四冲程内燃机 工作原理
§1-3 如何进行本课程的学习
掌握本课程的特点 注重理论联系实际 逐步建立工程观点 认真对待每个教学环节
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 只是解决工程实际中所遇到的问题。
另外，实际工程工程问题都是涉及多方面的因素的问题，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。
§1-4 机械原理学科发展现状简介
当今世界正经历着一场新的技术革命。新概念、新理论、 新方法、新工艺不断出现。作为向各行各业提供装备的机械 工业,也得到了迅猛的发展。
一、现代机械发展的方向及要求
现代机械工业日益向高速、重载、高精度、高效率、低 噪声等方向发展。
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。
因此，在学习本课程时应注意掌握基本的概念、原理及 机构的分析与综合的方法。
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。
初步建立工程观点
(4) 控制系统：用来处理机器各组成部分之间，以及与外部其 它机器之间的工作协调关系，它通常由各种计算机和控制器组 成。
动力机
传动机构
执行机构
控制系统
自动洗衣机
控制器(控制)
减速器(传动)
波轮(执行) 电动机(动力) 带(传动)
3、机构 它是一个具有相对机械运动的构件系统，用
来传递与变换运动和动力的可动装置。
常用机构的分析与设计
研究常用机构（如连杆机构、凸轮机构、齿轮 机构等）的类型、工作原理及运动特性分析和机构设 计的基本原理及方法。
机械传动系统运动方案的设计
研究在进行具体机械设计时机构的选型、组合、 变异及机械传动系统运动方案的设计等问题。
§1-2 本课程的地位及学习目的
基础课
主干技术基础课
例如：蒸汽机车的驱动机构实 质上就是平行双曲柄机构与曲 柄滑块机构的应用。
二、掌握方法，分析机构
各种机械的形态和用途各不相同，但它们都有一个共同 的特点：作机械运动。因而，运动几何学中的相对运动、相 互包络等基本概念和方法，在各种机构的分析和设计中都得 到广泛应用。
例如：用齿条刀具加 工齿轮时，齿轮的齿 形就是由刀具与轮坯 间相互包络形成的。
为适应生产发展的需要,当前在自控机构、机器人机构、 仿生机构、柔性机构和机、电、光、声、液、气、热的综合 机构等的研制上有很大进展。
(2)在连杆机构方面： 重视了对空间连杆机构、多杆多自由度空间机构、特殊
串联及多环并联机构、连杆机构的弹性动力学和连杆机构的 动力平衡的研究。
(3)在齿轮机构方面： 发展了齿轮啮合原理,提出了许多性能优异的新型齿廓曲
(1) 原动机：为机器运转提供动力。常用的原动机有电动 机、内燃发动机、液压机、气动机等。
(2) 传动机构：按执行机构作业的特定要求，把原动机的 运动和动力传递给执行机构。常用的各种减速和变速装置均可 作为传动机构。
带减速装置的电动机
三级圆柱齿轮减速器
(3) 执行机构：它是一部机器中最接近作业工作端的机构，它 通过执行构件与被作业件相接触，以完成作业任务。如：起重 机和挖掘机中的起重吊运和挖掘机构。
机械原理
(Mechanisms and Machine Theory)
§1-1 本课程研究的对象及内容
• 研究对象
机械
1、机器
是机器和机构的总称。
它是根据某种使用要求而设计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。
例如：电动机、内燃机用来变换能量； 机床用来变换物料的状态； 汽车、起重机用来传递物料； 计算机用来变换信息。
齿轮机构 保证进气阀、排气阀和
活塞之间的协调动作。
工件自动装卸装置
机构组成
带传动机构 蜗杆传动机构 凸轮机构 连杆机构
机器是一种要用来变换或传递能量、物料与信息的机构的组合。
机械原理课程将机构作为具体的研究对象。 研究内容
机构结构分析的基本知识
1）研究机构是怎样组成的，其组成对运动的影响，以 及机构具有确定运动的条件。
它是机器的重要组成部分。
常用的机构有：连杆机构、凸轮机构、齿轮 机构、间歇运动机构、带传动机构、链传动机构、 螺旋传动机构等。
连杆机构
凸轮机构
齿轮机构
棘轮机构
槽轮机构
螺旋机构
带
链
传
传
动
动
机
机
构
构
万 向 铰 链 机 构
鄂式破碎机
内燃机的机构组成
曲柄滑块机构
实现移动与转动之间 的运动转换
凸轮机构 启闭进气阀、排气阀。
本课程要用到很多与工程有关的名词、符合、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。
因此在学习时，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。
对机械提出的要求也越来越苛刻。如有的需用于宇宙探 测,有的要在深海作业；有的小到能沿人体血管爬行,有的又 是庞然大物；有的速度数倍于声速,有的又要作亚微米级甚 至纳米级的微位移,如此等等。
二、机械原理学科的发展的现状
处于机械工业发展前沿的机械原理学科，为了适应这种 情况，新的研究课题与日俱增，新的研究方法日新月异。 (1)在新机构研发方面：