优选机械原理绪论
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。
机械原理绪论课程设计论文
机械原理绪论课程设计论文一、课程目标知识目标：1. 了解机械原理的基本概念、研究对象及基本方法，掌握机械系统的基本组成部分；2. 理解机械原理在工程领域的应用，认识机械设计的重要性；3. 掌握机械原理的基本原理，如杠杆原理、齿轮传动原理等。
技能目标：1. 能够运用所学的机械原理知识，分析简单机械系统的结构和功能；2. 能够运用基本的机械原理解决实际问题，进行简单的机械设计；3. 能够通过团队合作，进行机械原理相关实验，提高动手操作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械原理学科的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生的创新意识和实践能力，使其认识到机械原理在科技发展中的重要作用；3. 培养学生严谨的科学态度，养成良好的学习习惯；4. 增强学生的团队协作意识，提高沟通与交流能力。
本课程针对初中年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果。
在教学过程中，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养其独立思考、解决问题的能力。
通过本课程的学习，使学生能够掌握机械原理的基本知识，具备一定的机械设计和分析能力，为后续相关课程打下坚实基础。
同时，注重培养学生的情感态度价值观，使其形成积极向上的人生态度，为我国机械领域的发展贡献力量。
二、教学内容1. 机械原理基本概念：包括机械、机构、机械系统等基本概念，以及机械原理的研究对象和基本方法。
教材章节：第一章第一节2. 机械系统的基本组成部分：介绍机械系统的五大组成部分（动力源、传动系统、执行机构、控制装置、辅助装置）及其功能。
教材章节：第一章第二节3. 机械原理基本原理：讲解杠杆原理、齿轮传动原理、摩擦原理等，并举例说明。
教材章节：第二章4. 机械原理在工程领域的应用：分析机械原理在各类机械设计和工程实践中的应用，展示机械原理的重要性。
教材章节：第三章5. 机械原理实验：开展杠杆实验、齿轮传动实验等，使学生亲身感受机械原理在实际中的应用。
机械原理第一章绪论PPT课件
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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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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
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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 绪论 教案
教案
【教学目的】
1、明确本课程的研究对象和内容以及它的地位、任务和作用。
2、对本学科的发展趋势有所了解。
【教学内容】
1、首先介绍本课程的教学环节的安排、考核方式、课程的参考书目以及本课程各章节的理论学时分配情况。
2、简单回顾机械的发展历史，阐明人类在文明进程中进行机械创新设计的知识积累和不断探索，为我们提供了认识和改造客观世界的基础。
3、通过有关机械的几个基本问题的探讨，阐述本课程的研究对象。
4、简单介绍机械原理课程的地位及学习课程的目的，介绍机械原理课程的学习方法。
5、本章节内容总结和参考书目的推荐。
【教学重点和难点】
机器、机构、机械的概念及其特征。
【教学方法】
1、课堂以讲授为主，结合PPT、多媒体视频及FLASH动画等文件进行分析讲解。
2、注重师生交流，提倡师生互动，上课时细心观察学生的反应，课间与学生交谈，了解学生的掌握情况，根据反馈的信息，适当地调整授课内容和方法等。
【教学时间】
2课时，90分钟
【教学流程】。
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。
第章绪论讲解PPT优选版
1.2 学习本课程的目的
机械原理所学的内容是有关机械的基础知识，是机械类各 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。
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、研究各种机构和机器所具有的一般共性问题。
着重专研究业以下必两大修部分的内容一： 门重要的技术基础课程。
常用的机构包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿 轮系、间歇运动机构、螺旋机构、万向联轴器等。
注意：机构的数量是有限的。
机器的定义：一种用来变换或传递能量、物料与信息 的机构的组合。
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。
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。
自动洗衣机的组成：
控制器(控制部分)
波轮(工作部分) 电动机(原动部分)
带(传动部分) 减速器(传动部分)
本课程是研究机构和机械运动简图设计的一门重要技术 基础课程。
本课程主要包括以下内容： ① 机构结构分析的基本知识。 ② 机构的运动分析。 ③ 机器动力学。 ④ 常用机构的分析与设计。 ⑤ 机械系统的方案设计。
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。
（4）现代世界各国间的竞争主要表现为综合国力的竞争。
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。
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
第1章机械原理 绪论
原动机
传动 控制
工作 1.汽车各组成部分 各组成部分
湘潭大学专用
2. 试分析洗衣机的各组成部分
定时器（控制部分） 定时器（控制部分）
叶轮（工作部分） 叶轮（工作部分）
电机（原动部分） 电机（原动部分） 皮带（传动部分） 皮带（传动部分）
湘潭大学专用
•
在实际生产过程中，还采用多种机器组合起来，完成比较复杂的过程，这种机器系统成为生产线。
湘潭大学专用
湘潭大学专用
复习 研究对象 机械 机构：构件间运动规律。 机构：构件间运动规律。 机器：转换能量，或作有用功或传递信息。 机器：转换能量，或作有用功或传递信息。
湘潭大学专用
常用机构 机构 机械 机器 工作机器 信息机器 专用机构 动力机器
机器与机构的关系：由两个实例推广到一般 机器与机构的关系： 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。 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。
动画
档块 滑杆 工件 定爪 动爪
装配夹具
蜗杆传动 工件载送器 连杆机构
带传动
凸轮机构
强调代替人类完成有用工作
电动机Βιβλιοθήκη 机器的共有特征： 机器的共有特征： 人造的实物组合体； ①人造的实物组合体； ②各部分有确定的相对运动； 各部分有确定的相对运动； 确定的相对运动 ③代替或减轻人类劳动完成有用 代替或减轻人类劳动完成有用 功或实现能量的转换或 完成物 实现能量的转换或
湘潭大学专用
1.1.3 机构的组成 名词术语解释: 名词术语解释 1.机构 －能够用来传递运动和力或改变运动形式的 机构 多件实物的组合体。 多件实物的组合体。 机器 － 根据某种具体使用要求而设计的多件实物 的组合体。 的组合体。 2.零件 －独立的制造单元 零件 构件 －独立的运动单元
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
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
机械原理绪论20190213
我国国产大客机C919外形亮相香港，单通道150座级，最大载 客量为190座（2009年9月4日）
实例
现
代
形形色色的水下机器人
机
器
(SJTU)
6000米深海拖曳观察系6统000米水下机器 人
实例
现 代 机 器
医疗 机器 人正 辅助 心脏 病手 术
人体器官内的微型机器人
机械设计 什么是机械设计 对企业发展的重要意义 一般进程 机械运动方案设计 机电一体化技术的冲击
《钦定授时通考》 《农书》 「水转连磨」 「卧轮水磨」
《农书》 「水转大纺车」
水磨：用水力作为动力的磨，大约在晋代就发明了。到三 国时代，多功能水磨机械已经诞生成型。 从机械角度来看，是由水轮、轴和齿轮联合传动的机械。
从古代绘画中的卧轮水磨、立轮水磨和立轮式水转大纺车 ，可见中国古代安装卧轮还是立轮的决定，已经是根据当 地水利资源、水势高低、齿轮与轮轴的匹配原则，从经济 、便利等角度予以解决的。
机 器 实 例
青蛙游泳－本院学生课程设计作品
机 器 实 例
汽车雨刮器－本院学生课程设计作品
机 器 实 例
摇摆波浪床－本院学生课程设计作品
机 器 实 例
申报了国家发明专利1项，2009.01
机器动物－本院学生课程设计作品
机 器 实 例
罐装机－本院学生课程设计作品
机 器 实 例
实例
现
代
机
器
义肢：骑车
机、起重机、数控机床 磁悬浮列车、压力机、盾构、油田抽油机、
信息机器的功用
工业喷涂机器人、焊接机器人、空间站机
完成信息的传递和变换 械臂、深海探测机器人、电动玩具猫
照相机、复印机、打印机、传真机、绘图机
《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。
机械原理 第一章 绪论
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。
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。
二.近代机械
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。
机
蒸汽机车
车
内燃机车 电力机车 磁悬浮机车
船
舶
船舶是指能航行或停泊于水域进行运输或作业工具，在国防、 国民经济和海洋开发等方面都占有十分重要的地位。 船舶经历了独木舟和木板船时代， 1879年世界上第一艘钢船问世后，又开 始了以钢船为主的时代。船舶的推进也 由19世纪的依 靠人力、畜力和风力(即 撑篙、划桨、摇橹、拉纤和风帆)发展 到使用机器驱动。
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，除解析法外还有 实验法以及试凑法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。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。
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
4、机械系统方案设计 （1）基本机构的转化、变异、组合及机构创新； （2）机械系统的运动方案设计及执行机构的型式设计和运动协调设计。
按解决问题的性质，机械原理课程研究的基本问题又可分为两大类：
各机构协调动 作的结果，就 将燃料中化学 能转化为曲轴 旋转的机械能。
机构的共同特征： （1）它们都是人为的实物(机件)的组合体。 （2）组成机构的各运动实体之间具有确定的相对运动。
常用机构类型：
连杆机构
凸轮机构
齿轮机构
螺旋机构
间歇运动机构
组合机构
机构具有机器的前两个特征。机构是能实现运动传递和运动形式转换的实物 （或机件）的组合体，而机器是由各种机构组成的能实现预期机械运动并完成有 用机械功或转换机械能的机构系统。
2、学习方法 （1）本课程内容多、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。要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。
（2）本课程理论严密，但同时又有工程特点，要注意把一般原理和方法与 具体运用密切联系起来。用所学知识观察日常生活与生产实际遇到的各种机械， 以加深对所学理论知识的理解。注意培养运用所学基本理论与方法分析和解决 工程实际问题的能力。
2、学习该课程的目的 （1）为现有机械的合理使用和革新改造打基础
对于机械工程师来说，掌握机构和机器的分析方法，才能进而了解机械的性能和更合 理地使用机械；掌握机构和机器的设计方法，才能对现有机械的革新改造提出方案。因而， 机械原理的知识又是必不可少的。
（2）为机械产品的创新设计打下良好基础
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§1-1 机械原理课程的研究对象和内容 §1-2 机械原理课程的学习目的和作用 §1-3 机械原理多媒体教材的特点 §1-4 本课程的教学方法
人类在长期的生产实践中，不断的创造 发明，这种发明的类型主要是以下两种
1、人类行为能力的延伸：工具、简单机 械、复杂机械、各种车辆、各种武器；
它是人为的实物组合体 各实物间具有确定的相对运动 能代替和减轻人类的劳动并完成有
优选机械原理绪论
1
机械原理课程特点
是机械类专业核心课程 是机械类专业后续课程的基础 通过本课程的学习，引导学生进
入机械科学的殿堂
机械原理学习的特点
是基于理解、而不是基于记忆； 本课程不适合短时间突击学习； 机械原理课程不及格率偏高，希
望大家加倍努力。
机械原理主要教学内容
第0章 绪论 第一章 机构的结构分析 第二章 平面机构的运动分析 第三章 平面连杆机构及其设计 第四章 凸轮机构及其设计 第五章 齿轮机构及其设计 第六章 轮系及其设计 第九章 平面机构的力分析
洗衣机的发明
19世纪中期，人们利用机械模仿人工洗 涤的动作，即通过翻滚、摩擦、水的冲 刷，并借助洗涤剂的去污作用达到洗净 衣物的目的。 随后，又出现了第一台蒸汽洗衣机
机器——行为能力的延伸
人类通过长期生产实践创造了机器，并使 其不断发展形成当今多种多样的类型。
在现代生产和日常生活中，机器已成为代 替或减轻人类劳动、提高劳动生产率的主 要手段。
电力装置和液压装置提供动力， 计算机实施控制。
从以上二例可以看出，机器的主 体部分是由许多运动构件组成的
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称为机构。
在一般情况下，为了传递运动和力， 机构各构件间应具有确定的相对运动。
机器具有以下三点共同特征
机器的组成(Composing of a Machine)
一台发展完善的现代化机器可由四部分 组成：
1、原动机、 2、传动机构、 3、执行机构 4、控制系统、
1、原动机： 为机器运转提供动力。
图0－1所示为单缸四 冲程内燃机，它是由 汽缸体1、活塞2、进 气阀3、排气阀4、连 杆5、曲轴6、凸轮7、 顶杆8、齿轮9和10等 组成。
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。
在日常生活和工程实践中随处都可见到各种各 样的机器，例如：
汽车
飞机
பைடு நூலகம்
胶片放映机
挖掘机
机床（牛头刨床）
切糕机
构(Mechanism)的总称。
1、机器 (Machine)的定义
机器是执行机械运动的装置， 机器用来变换或传递能量、物料、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， 机器用来完成有用功、转换能量或处理
信息，以代替或减轻人类的劳动。
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。
单缸四冲程内燃机
燃气推动活塞作往复移动，经连杆转变为曲轴的连 续转动。
凸轮和顶杆是用来启闭进气阀和排气阀的。 为了保证曲轴每转两周进、排气阀各启闭一次，曲
轴与凸轮轴之间安装了齿数比为1：2的齿轮。 这样，当燃气推动活塞运动时，各构件协调地动作，
进、排气阀有规律地启闭，加上汽化、点火等装置 的配合，就把热能转换为曲轴回转的机械能。
使用机器的水平是衡量一个国家现代化程 度的重要标志。
机器图例
自动换刀机构
滚珠螺杆传动机构
轿车的总体构造
内燃机——用途最广的热力机械
柴油机与汽油机
小型精密之伺服冲床
§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
内燃机的四个冲程
在图示内燃机中，活塞、连杆、 曲轴和气缸体组成一个曲柄滑 块机构，可将活塞的往复运动 变为曲柄的连续转动。
凸轮、顶杆和气缸体组成凸轮 机构，将凸轮轴的连续转动变 为顶杆有规律的间歇移动。
曲轴和凸轮轴上的齿轮与气缸 体组成齿轮机构，使两轴保持 一定的速比。
大功率内燃机
2、传动机构：
2、人类思维能力的延伸：数、算盘、计 算器、计算机
机械和机械设计发展的历史
由几种简单工具而来: 石器时代:石刀、石斧、桔槔、辘轳。省力或便于用力。
牲畜力、风力、火力。省力或扩大力。 18世纪60年代：蒸汽机。作为动力，促进了其它工业的
发展。 19世纪60年代：直流发电机。 19世纪80年代：交流发电机、交流电动机。 20世纪初：电动机取代了蒸汽机。蒸汽机是驱动各种工
作机械的基础。
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。
工业机器人
图0－2所示为一工业机器人，它由铰接 臂机械手1、计算机控制器2、液压装置3 和电力装置4组成。
机器人各部分的功用
当机械手的大臂、小臂和手按指令有规 律地运动时，手端夹持器（图中未示出） 便将物料搬运到预定的位置。
在这部机器中，机械手是传递运动和执 行任务的装置．是机器的主体部分，
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。如： 常用的各种减速和 变速装置均可作为 传动机构。
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。
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。