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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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;。
机械原理绪论
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二、学习目的
为学习后续课程和掌握专业知识打好基础； 为毕业设计提供机械设计知识； 为今后工作提供有关机械设计、设备管理、创新 设计等方面的知识。
§1.3
本课程的特点及学习时应注意的几个问题
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
§1.2
学习本课程的目的
一、机械原理的研究内容
机械原理是介于基础课和专业课之间的一 门技术基础课，专门讨论各种机械的共性 门技术基础课， 问题，其主要内容有下列几方面： 问题，其主要内容有下列几方面： 机构的结构分析 机构的运动分析 常用机构的分析设计 机构的动力学分析 机构的选型及机械传动系统的设计
船 舶
船舶是指能航行或停泊于水域进行运输或作业工具， 船舶是指能航行或停泊于水域进行运输或作业工具，按不同的使用要 求而具有不同的技术性能、装备和结构型式。船舶在国防、 求而具有不同的技术性能、装备和结构型式。船舶在国防、国民经济和海洋 开发等方面都占有十分重要的地位。 开发等方面都占有十分重要的地位。 船舶从史前刳木为舟起， 船舶从史前刳木为舟起，经历了独木舟和木 板时代， 年世界上第一艘钢船问世后， 板时代，1879年世界上第一艘钢船问世后，又开 年世界上第一艘钢船问世后 始了以钢船为主的时代。船舶的推进也由19世纪 始了以钢船为主的时代。船舶的推进也由 世纪 的依靠人力、畜力和风力(即撑篙 划桨、摇橹、 即撑篙、 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 发展到使用机器驱动。 拉纤和风帆 发展到使用机器驱动。
使用教材及学时安排
• 孙桓主编 《机械原理》（第六版） 机械原理》 第六版） • 总学时 • 理论学时 • 实验学时 • 课程设计 56 48 8 一周
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。
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
机械原理ppt
虚约束及其去除方法 虚约束是指机构中某些运动副代入得对机构运动
其重复约束作用的约束，其数目以p´表示。 除去虚约束的方法：
先将机构中引入虚约束的运动副或运动链部分除 去，再来计算机构的自由度。
或从机构的约束数中减去虚约束数目p´。 F = 3×n - （2pl+ph-p')-F'
位 置 ， 因 P13 为 机 构 3 的绝对瞬心，则有
3
vB l BP13
2l AB l
BP13
2.56rad / s
vC l CP133 0.4m / s vE l P13E3 0.357m / s
3）定出构件3的BC线上速度最小的点E的位置，因 BC线上速度最小之点必与P13点的距离最近，故 从P13 引BC的垂线交于点E。由图可得
4）定出VC =0 时机构的两个位置，量出
1 26.4
2 226.6
已 知 ： 图 示 导 杆 机 构 尺 寸 ： lAB=0.051m ， lAC=0.114m, ω1 =5rad/s。试用瞬心法确定：机构在 图示位置导杆3的角速度ω3的大小和方向。
通过自由度计算判断图示运动链是否有确定运动 （图中箭头所示构件为原动件）。如果不满足有确定 运动的条件，请提出修改意见并画出运动简图。
n=4, PL=6, PH=0, F= 3n-2PL -PH=3×4－2×6-1×0=0
F=3×10－2×13－2－1=1
计算下列各运动链的自由度，并指出其中是否 有复合铰链、局部自由度、虚约束（应说明属于哪 一类虚约束）。最后判断该机构是否有确定运动 （图中箭头所示构件为原动件），为什么？
若构成的是相对不可动的系统，则为珩架或结构 体，即蜕变为一个构件。运动链有首末封闭的闭链， 也有未封闭的开链。运动链还有平面运动链和空间运 动链之分。
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。
机械原理绪论
为了建立更符合实际情况的动力学模型和更精确的分析和设计方法， 考虑质量分布、弹性变形、间隙、阻尼、外界干扰的频率、不平衡力、表 面润滑等多方面的动力学问题正得到重视和加以研究。
3）机器的组成
控制系统
机器的 组成
信息测量和处理系统——由计算机来完成 动力部分
传动部分及执行机构系统——完成工作过程
其中实现机械运动的执行机构系统是机器的核心，机器中各个机构通 过有序的运动和动力传递来最终实现功能变换，完成工作过程。机器中的 运动单元体称为构件。因此，机构是把一个或几个构件的运动，变换成其 他构件所需的具有确定运动的构件系统。
10）机构系统设计
面对21世纪产品竞争日益加剧的挑战，人们越来越重视机械产品方案 设计的智能化。
3）凸轮机构
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。
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。
1）研究对象是机械.机械。机械是机构与机器的总称。
机构的定义:把一个或几个构件的运动变换成其他构件所需的具有确定运 动的构件系统。
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。机构种类有限。
机械原理复习要点
K V 2 C1C 2
V1
C1C 2
t2 t1
t1 t2
180 180
1、平面四杆机构有三种基本形式，即
机构， 机构
和
机构。
2、组成曲柄摇杆机构的条件是：最短杆与最长杆的长度之和
或
其他两杆的长度之和；最短杆的相邻构件为
，则最短杆为
。
3、在曲柄摇杆机构中，如果将
杆作为机架，则与机架
相连的两杆都可以作____
运动，即得到双曲柄机构。
4、在
机构中，如果将
杆对面的杆作为机
架时，则与此相连的两杆均为摇杆，即是双摇杆机构。
5.在
机构中，最短杆与最长杆的长度之和
其余两杆的长度之和时，则不论取哪个杆作为
，都可以
组成双摇杆机构。
6.导杆机构可看做是由改变曲柄滑块机构中的
C
B
A
D
θ 180°＋θ
B2
作者: 潘存云教授
A B 180°-θ
1
D
第1章 绪论
1、 机构与机器的区别 2、 零件与构件的区别 3、 机器的分类 4、 工作机的组成
第2章 平面机构的结构分析
1、运动副（高副、低副） 2、约束及自由度 3、运动链 4.机构具有确定运动的条件
机构具有确定运动的条件是原动件数＝自由度。
5、自由度的计算（虚约束、局部自由度、复合铰链）
6.机构分级
而演变来
的。
7、将曲柄滑块机构的
改作固定机架时，可以得到导杆
机构。
8、曲柄摇杆机构产生“死点”位置的条件是：摇杆为
件，曲柄为
件或者是把
运动转换成
机械原理课件-绪论
发 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
明 找到它们的原始形态。
创
侯风地动仪
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 指南车：齿轮传动
和离合器
计里鼓车：齿 轮及凸4 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。
3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；循输环出运连动续的的结旋果转，运使动曲轴 4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。 14
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
10
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？
11
§0－1 本课程研究的对象
本课程研究对象为：机械
什么叫机械？
机械－人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的
最优？ 最合理方案
27
§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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
可用来变换和传递能量、物料和信息。
实例：
示 教
内燃机
板
工件自动装卸的基本理论
控制系统
§1-2 学习本课程的目的
课程性质，任务及作用 学习目的
§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
机器和机构的概念
（3）机器的结构
传统的机器由如下三个部分组成： 原动部分 传动部分 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
机器和机构的概念(3/3)
执行部分
控制部分
而现代先进的机器则由以下五个部分组成：
位形检测
控制系统 驱动-传动机构 执行机构
智能系统
工作系统
有关机械的基本理论
（1）机构的结构分析 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。 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。 （2）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。
传动系统运动方案的设计等问题。
本课程的地位、任务及作用
（1）地位 机械原理是研究机械基础理论的一门科学，是机械类各专业
的一门主干技术基础课程，在创新设计机械所需的知识结构中也 占有核心地位。
（2）任务 本课程的任务是使学生掌握机构学和机器动力学的基本理论、 基本知识和基本技能，学会各种常用基本机构的分析和综合方法， 并具有按照机械的使用要求进行机械传动系统方案设计的初步能力。
（3）机器动力学 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。
有关机械的基本理论(2/2)
（4）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。
（5）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
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。
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
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§1-1 本课程研究的对象及内容
1．研究对象
机械是机构和机器的总称。
机构是指一种用来传递与变换运动
和力的可动装置。 机器是指一种执行机械运动装置，
操 作 机
（2）机器 机器 是指一种执行机械运动装置，可用来变换和传递能量、
物料和信息。 例如： 电动机、内燃机用来变换能量；
机器和机构的概念(2/3)
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。 由于各种机器的主要组成部分都是各种机构，所以可以说， 机器乃是一种可用来变换或传递能量、物料与信息的机构组合。 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。