南航机械原理第一章
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。
南航机械原理考试内容及重点
第一章绪论（1学时）* 主要内容：本课程研究的对象、内容，以及在机械设计和专业中的地位，学习方法．并简要介绍机械原理学科的新发展。
* 重点：机械、机构和机器、等基本概念第二章平面机构的组成分析（4学时）* 主要内容：平面机构的组成（构件、零件、运动副及其分类、运动链）；平面机构运动简图；平面机构自由度计算及其计算中的注意事项；机构具有确定运动的条件；平面机构的组成原理及结构分析。
* 重点：构件、零件、运动副的概念；平面机构的运动简图绘制和自由度计算。
第三章平面机构的运动分析（4学时）* 主要内容：对平面机构进行运动分析的目的和方法；平面机构的位置图和动点轨迹的求法；速度瞬心及其在速度分析中的应用；相对运动图解法及其在机构运动分析中应用；用解析法作机构的运动分析；机构运动线图。
* 重点：速度瞬心及“三心定理”的运用，一般平面机构的速度多边形及加速度多边形的作法。
第4章空间连杆结构的运动学基础简介（1学时）* 主要内容：空间连杆机构的组成、结构特点，运动副的分类；空间连杆机构的自由度计算；空间连杆机构的运动分析；机器人运动学简介。
第五章运动副中的摩擦和机械效率（4学时）*主要内容：研究运动副中摩擦的意义；移动副中的摩擦与自锁；螺旋副中的摩擦与自锁；转动副中的摩擦与自锁；机械的效率与自锁* 重点：自锁的概念与判断；摩擦圆的概念与应用。
第六章平面连杆机构及其设计（4学时）* 主要内容：平面四杆机构基本类型及其演化；平面四杆机构的工作特性；机构曲柄存在的条件，平面连杆机构的设计。
* 重点：行程速比系数、压力角、传动角和死点位置的概念；曲柄存在条件的应用四杆机构的基本设计方法（按连杆三位置、连架杆三对应位置、行程速比系数设计四杆机构等）。
第七章凸轮机构（4学时）* 主要内容：凸轮机构的类型及其应用，从动件常用运动规律，图解法和解析法（以一种方法为主，另一种方法简介）设计凸轮轮廓线；凸轮设计中压力角，基圆半径、滚子半径和平底长度的确定。
机械原理课程设计南航
机械原理课程设计 南航一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械原理的基本概念、定律和公式，如牛顿运动定律、能量守恒定律等。
2. 能够描述和分析简单机械系统的运动特点，理解其工作原理。
3. 了解机械系统设计的基本原则，能运用所学知识对简单机械系统进行设计和优化。
技能目标：1. 培养学生运用数学和物理知识解决实际机械问题的能力。
2. 提高学生团队协作和沟通能力，能在小组讨论中提出自己的见解，共同解决问题。
3. 培养学生运用计算机辅助设计软件（如CAD）进行机械系统设计和分析的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械原理和机械设计的兴趣，激发创新意识。
2. 培养学生严谨的科学态度，注重实践，勇于探索，面对问题能积极寻求解决方案。
3. 增强学生的环保意识，认识到机械设计在节能、减排方面的重要性。
课程性质：本课程为理论与实验相结合的课程，强调知识的应用和实践能力的培养。
学生特点：南航学生具有较强的数学和物理基础，思维活跃，具备一定的创新能力和动手能力。
教学要求：结合南航特色，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和工程设计能力。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际机械系统的设计与分析，为我国航空事业培养具有创新精神和实践能力的优秀人才。
二、教学内容1. 基本概念与定律：包括牛顿运动定律、能量守恒定律、摩擦定律等，涉及教材第1章和第2章内容。
2. 简单机械系统分析：讲解杠杆、滑轮、齿轮等简单机械的工作原理和运动特点，涉及教材第3章内容。
3. 机械系统设计原则：介绍机械设计的基本原则，如强度、刚度、稳定性、可靠性等，涉及教材第4章内容。
4. 计算机辅助设计：教授CAD软件的基本操作，以及运用CAD进行机械系统设计和分析的方法，涉及教材第5章内容。
5. 实践操作：组织学生进行机械系统设计实验，培养实际操作能力，结合教材第6章实验内容。
教学安排与进度：1. 第1-2周：基本概念与定律的学习。
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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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。
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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。
机械原理第一章绪论CH01
机器和机构的概念(2/4)
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；凡利用机械能来变换和传递物料和信息的 机器称为工作机。
机器和机构的概念(4/4)
机构 1. 由各种材料制成的制造单元 （零件）经装配而成的组合体 2. 由零件组成的各运动单元 （构件）间有确定的相对运动
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。
（1）机构
机器和机构的概念(1/4)
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。 （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；
（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
机器和机构的概念(3/4)
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
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 智能系统 执行机构 工作系统
机器和机构的特征 机器 1. 由各种材料制成的制造单元 （零件）经装配而成的组合体 2. 由零件组成的各运动单元 （构件）间有确定的相对运动 3. 变换和传递能量、物料和信 息。
机械原理第一章
机构具有确定运动的条件： 机构自由度数目大于零并等于原动件数目。
若F >原动件数，则机构运动将不确定； 若F <原动件数，则导致最薄弱处损坏。
1.4.1 平面机构自由度的计算
每个自由构件的自由度：3 (x，y, q ) 设平面机构由N个构件、PL个低副和PH 个高副组成。 设N个构件中有一个构件为机架，则机 构中的活动构件数为：n=N – 1 O
例：计算颚式破碎机的自由度，并 判断机构是否有确定的运动。 解： n =5 PL=7 PH=0
6 F 5 4 C
O 1 A
2 3 B D E
F =3n –2PL –PH =3×5 –2×7 =1
机构原动件为1，∴ 机构运动确定。
例：判断牛头刨床主体机构是否 有确定的运动。 解： n =5 PL=7 PH=0
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3
2
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2
3 4
1
3 两个转动副
1 2
2
4 两个转动副
两个转动副
关键：分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副。
2. 局部自由度
局部自由度：是指在机构中某些构件所产生的不影响其他构件 运动的局部运动的自由度。 F =3n–2PL–PH =3×3–2×3–1=2
B O
去除局部自由度后： F =3n–2PL–PH =3×2–2×2–1=1
C 5 D E 6
2 1
A
F
上图中C为复合铰链，由3个构件组成，转动副为2个，∴PL=7。 F =3n –2PL –PH =3×5 –2×7 =1 ， ∴ 机构运动确定。 若复合铰链由m个构件组成，则其转动副的数目为(m –1 )个。
正确识别复合铰链举例：
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。
机械原理课件第一章讲解
念概本基及象对究研的理原械机
机器的类别
? 动力机器 ：内燃机、压力机、电动机…… ? 工作机器 ：金属切削机床、织布机、印刷机、包装机 ? 信息机器 ：复印机、打字机、绘图机、传真机……
念概本基及象对究研的理原械机
动力机器：内燃机
念概本基及象对究研的理原械机
内燃机工作原理
?
燃气由进气管通过进气 阀3被下行的活塞2吸入气缸， 然后3关闭，2上行压缩燃气，
要提容内
基本概念
? 机械原理 ? 机构
连杆机构，凸轮机构，齿轮机构，间歇运动机构
? 机器
动力机器，工业机器，工作机器，信息机器
? 机械
要提容内
容内节本
重点与难点
一、重点内容：
1．机械原理的研究对象:机构、机器 2. 机械运动方案．机械运动方案设计 3．机械原理课程的主要内容包括典型机构的分析和设计，机械系统
常用机构
念概本基及象对究研的理原械机
常用机构
念概本基及象对究研的理原械机
常用机构
念概本基及象对究研的理原械机
常用机构
机械设计概述
? 机械设计的一般进程 ? 机械运动方案设计的主要内容 ? 机电一体化技术在机械运动方案设计中的作
用
述概计设械机
机械设计的一般进程
机械设计过程并没有一个通用的固定顺序， 而必须按具体情况确定。机械设计的一般进 程。可分为四个阶段： ? 产品规划阶段 ? 方案设计阶段 ? 详细设计阶段 ? 改进设计阶段
用作和位地的程课理原械机
机械原理课程学习方法
? 熟悉和掌握各种典型机构的结构和运动特点，深入理解 满足实际生产需要的机构分析和设计方法 。
? 熟悉和掌握机械运动简图的画法，要习惯于采用运动简 图来认识机构相机器，想象机构和机器的运动情况。
《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》笔记及必修内容 第一章 概论
1
输出构件——输出运动或动力的从动件 复合铰链——两个以上的构件构成的同轴线的转动副，其转动副个数等于构件数减 1。 局部自由度——与机构整体运动无关的自由度。 虚约束——对运动不起实际限制作用的约束。 第三节 机构的组成 F=0 的不可再拆分的最简单的运动链——基本杆组。 机构的组成原理——由若干基本杆组依次连接到原动件和机架上构成机构。 n=2;pl=3,——Ⅱ级组。 n=4;pl=6,且具有一个含三个低副的中心构件的基本组——Ⅲ级组。 n=4;pl=6,不含三个低副的中心构件的基本组——Ⅳ级组。 注意： 基本杆组中是没有高副的。 机构的级别是以其中含有的杆组的最高级别确定的。 机构拆组的一般原则 1.除掉虚约束和局部自由度，高副低代；2.从远离原动件开始拆组,先 Ⅱ级后Ⅲ级；3.杆与其上运动副一并拆下；4.剩余部分必为一机构，最后为机架、原动件. 第四节 平面机构的高副低代高副低代——将机构中的高副用低副代替。 高副低代的替代条件：1，机构的自由度不变；2，机构的瞬时运动不变。 将高副 C 用具有两个铰链的构件代替， 铰链的中心分别位于高副接触点的曲率中心处且与高 副元素的所属构件相连。 机构在不同位置其低副替代机构也不同——高副低代的瞬时性。 第三章 平面机构的运动分析 第一节 概述 第二节Ⅱ级机构的运动分析 运动分析的步骤： 建立机构的位置方程式；位置方程式对时间 t 求导一次、两次得速度方程式、加速度方程。 一、 铰链四杆机构的运动分析将坐标逆时针方向旋转求构件的角速度、角加速度 二、曲柄滑块机构的运动分析 导路平行坐标轴线时不可用坐标旋转法（为什么？） 二、 导杆机构的运动分析 第七节 速度瞬心及其位置确定瞬心——作一般平面运动的两构件上的瞬时等速重合点或瞬 时相对速度为零的重合点。 绝对瞬心——重合点的绝对速度为零. 相对瞬心——重合点的绝对速度不为零。 k=N(N-1)/2 k——瞬心的数目；N——机构的总构件数。 三心定理——彼此作平面运动的三个构件有三个速度瞬心，它们位于同一条直线上。 第四章 机构的力分析 第一节 概述 机构的静力分析—不计惯性力的机构力分析。 机构的动力分析—考虑惯性力的机构力分析。 如将惯性力视为一般外力加于产生该惯性力的构件上，该机械视为处于静力平衡状态。 驱动力—凡是驱使机械产生运动的力。阻抗力—凡是阻止机械产生运动的力。 平衡力—与作用在机械上的已知外力相平衡的未知外力。
机械原理第3版课件第一章
螺栓
连杆体
螺母
垫圈
曲轴
连杆头
真实连杆
从运动来看，任何机器都是由若干个
构件组合而成的。
气缸体 连杆体
连杆头
二、运动副与约束
运动副 是两构件直接接触而构成的可动联接。 运动副元素为两构件参与接触而构成运动副的表面。 例 轴与轴承、滑块与导轨 、两轮齿啮合。
圆柱面与圆孔面
棱柱面与棱孔面
两轮轮齿曲面
空间两构件构成的运动副，其自由度 f 和约束数 s 满足
（2）运动副符号
运动副常用规定的简单符号来表达（GB4460－84）。 各种常用运动副模型 常用运动副的符号表
3.运动链
构件通过运动副的联接而构成的相对可动的系统。
闭式运动链（简称闭链） 开式运动链（简称开链）
2
3
1
4
平面闭式运动链
2 3
1 4
空间闭式运动链
23
1
4
平面开式运动链
4
3
5
2 1
空间开式运动链
（1）分析机械的动作原理、组成情况和起动情况，确定其组 成的各构件，何为原动件、支架、执行部分和传动部分。
原动件 偏心轮1
齿轮1
杆件2
齿轮6`
杆件3
槽凸轮6
杆件4
滑块7
执行构件
压杆8
（2）沿着运动传递路线， 逐一分析每两个构件间相对 运动的性质，以确定运动副 的类型和数目。
转动副 移动副
平面高副
（3）恰当地选择运动简图的视图平面，通常可选择 机械中多 数构件的运动平面为视图平面，必要时也
原动件数目小于自由度数目，运动链运 动不确定。
F = 3×3 － 2×4 = 1 2 个原动件
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。
南航机械原理第一章
其功能是处理信息。
例如复印机、打印机、绘图机等。
虽然也作机械运动，但其目的是处理信息，而不是 完成有用的机械功，因而其所需的功率较小。
机械原理
动力机器 加工机器 运输机器 信息机器
第1 章 绪论
转换机械能 完成机械功 信息处理，做功少
机械原理
第1 章 绪论
机器的组成：
1.原动机： 机器动力的来源 2.执行部分： 能完成机器预期的动作
3.传动部分： 把原动机的运动和功率传递给工作机的中间环节
4.控制部分
辅助系统（如仪表、照明等）
原动机
传动部分
执行部分
控制部分
机械原理
第1 章 绪论
机械原理
第1 章 绪论
机构（mechanism） ：能实现预期的机械运动的构件（包括 机架）的基本组合体。
机器与机构的区别和联系：
机器是由机构组成的系统，最简单的机器只含有1个机构。 机器能做有用功，而机构不能，机构仅能实现预期的机械运动。
第1章 绪论
1.1 本课程的研究对象和内容 1.2 机械的发展历程 1.3 本课程的重要性和学习方法
机械原理
第1 章 绪论
1.1 本课程研究的对象和内容
机械原理
研究对象
第1 章 绪论
机械（machinery）： 机器和机构的总称。
机器（machine）： 执行机械运动的装置，用来变换或 传递能量、物料、信息。
曲柄滑块机构
Gear mechanism
第1 章 绪论
Cam
齿轮机构
凸轮机构
1
2
3 4
5 1
1 6
4'
5'
机械原理
第1 章 绪论
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第1 章 绪论
法国“恺撒 ”
机械原理
第1 章 绪论
瑞典FH-77BD
机械原理
第1 章 绪论
以 色 列
ATMOS 2000
机械原理
第1 章 绪论
南非T5-52
机械原理
第1 章 绪论
机械原理
第1 章 绪论
现 代：机械理论和设计方法面目一新
20世纪最后30年，计算机应用的普及极大地推动了机 械分析与设计方法的革新。 计算机计算代替了手工计算法和图解方法。 计算机辅助设计、优化设计、有限元法、动态设计等现代 设计方法迅速发展。 现代意义上的机械设计已经根本离不开计算机了。
机械原理
第1 章 绪论
特种机器人：在潜水、管道修理、外科手术、生物工程、 军事、星际探索等领域应用，承担着许多由人的直接操 作无法完成的工作。
几种特种机器人
军用昆虫机器人 水下扫雷机器人
机械原理
第1 章 绪论
计算机控制系统和伺服电机被引入到传统机器中来， 使其组成、面貌和功能发生了革命性的变化。
机械原理
第1 章 绪论
动力机器 加工机器 根据用途的不同，
机器可分为
运输机器 信息机器
机械原理
第1 章 绪论
动力机器 用途: 转换机械能。
其他形式的能量
原动机
机械能
如蒸汽机、内燃机、电动机
机械能
换能机
其他形式的能量
如空气压缩机
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机械原理
第1 章 绪论
加工机器
尺寸
用来改变被 加工对象的
如: 加工机床 轧钢机
第1 章 绪论
近 代： 18世纪中叶 － 20世纪中叶
动力的变革
材料的变革
加工手段的变革 生产模式的变革 机构与传动的变革 机械理论和设计方法的建立
机械原理
第1 章 绪论
近代 — 动力的变革
动力的变革推动了机械的飞速发展和广泛应用。
1765年，瓦特（Watt）发明了蒸汽机。 揭开了第一次工业革命的序幕。
机械原理
第1 章 绪论
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。 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。
Pinion 4'
Gear 5
Cam 5' Follower 6 第1 章 绪论 Frame 1 Cam 5" Follower 7
Frame 1 Frame 1
机械原理
第1 章 绪论
Slider-crank mechanism mechanism
曲柄滑块机构
1
2
Gear mechanism
齿轮机构
机械原理
第1 章 绪论
古代中国
公元一世纪 东汉 “水排”
用水力鼓风炼铁，其中应用
了齿轮和连杆机构
机械原理
第1 章 绪论
“侯风地动仪”
以青铜制成，状如卵形酒樽，仪 体内中心立有一根都柱，都柱旁 有八股杠杆机械装置，分别连接 到仪体外八条龙的龙头。地震波 传递过来时，都柱沿滑道倒向震 波方向，推动这一方向的杠杆， 引发牙机。仪体外相应方向的龙 张口吐出口中的铜珠，落入下方 的蟾蜍口中。监测人员根据声响 和方位可判断地震发生的方向。
4、机械系统运动方案的设计
机械原理
第1 章 绪论
1.2
机械的发展历程
机械原理
第1 章 绪论
机械的发展历程
古 代
近 代
现 代
机械原理
第1 章 绪论
远古时代 简单机械：杠杆、车轮、滑轮、斜面、螺旋等。 公元前3000年，在修建金字塔的过程中，就使用了 滚木来搬运巨石。 阿基米德用螺旋将水提升至高处，那就是今天的螺 旋式输送机的始祖。
19世纪，第二次工业革命 电动机和内燃机发明
电力代替了蒸汽。 集中驱动被抛弃， 每台机器都安装了独 立的电动机。
为汽车、飞机的 出现提供了可能性。
机械原理
第1 章 绪论
1886年，本茨发明的汽油发动机 为动力的三轮车被授予专利。
与此同时，戴姆勒也发明 了他的第一辆四轮汽车。
机械原理
第1 章 绪论
蒸汽机给人类带来了强大的动力，各种由动力驱 动的产业机械 — 纺织机、车床等，相继出现。
机械原理
第1 章 绪论
蒸汽机无法实现小型化，所以在当时的工厂里采用集中驱动的方式。 皮带 蒸汽机 皮带 天轴 皮带 皮带 生产机械 1 生产机械 2 生产机械 3
……
蒸汽机时代的纺织工厂
机械原理
第1 章 绪论
机械原理
第1 章 绪论
近代 — 机构与传动的变革 高速化 近 代 机 械 的 发 展 趋 势
精密化
自动化
机械原理
第1 章 绪论
近代 — 机械理论和设计方法的建立
机器的发展，呼唤着机械的理论和设计方法。 牛顿经典力学为此奠定了理论基础。
机械原理
第1 章 绪论
机 构 结 构 学
机 构 运 动 学
机 器 静 力 学
机械原理
第1 章 绪论
机械原理
第1 章 绪论
1.3
本课程的重要性及学习方法
机械原理
第1 章 绪论
要求的基础知识
高等数学、机械制图、普通物理、理论力学。
机械原理
第1 章 绪论
学习方法
掌握本课程学的特点 注重理论联系实际 逐步建立工程的观点 认真对待每个学习环节
机械原理
第1 章 绪论
掌握本课程的特点
凸轮轮廓的设计和凸轮机构尺寸参数的选择； （3）齿轮传动原理、齿轮参数与几何尺寸的计算； （4）齿轮系的传动比计算及设计中的若干问题； （5）其他几种常用机构的组成及其运动特性分析。
机械原理
第1 章 绪论
3、 机械动力学问题： (1) 机构中的惯性力平衡； (2) 机械的动力学模型、作用力和运动的关系和机械 的调速问题。
现 代： 机器人的出现
随着计算机和伺服电机的出现，机器人作为现代机 器的代表走上了历史舞台。 工业机器人 特种机器人
工业机器人：在工业生产中越来越广泛地应用。用于 搬运、装配、焊接、喷漆、凿岩等工作。
机械原理
第1 章 绪论
几
种
工业机器人
清洗飞机的机器人
第一汽车制造厂的汽车装配生产线
隧道凿岩的机器人
形状
性质
状态
纺织机
包装机等。
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第1 章 绪论
运输机器
用来搬运物品和人。 如汽车、飞机、起重机、运输机。
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机械原理
第1 章 绪论
信息机器 其功能是处理信息。 例如复印机、打印机、绘图机等。
虽然也作机械运动，但其目的是处理信息，而不是
完成有用的机械功，因而其所需的功率较小。
机械原理
第1 章 绪论
机械原理
第1 章 绪论
中世纪
欧洲
用脚踏板驱动的 加工木棒的车床
机械原理
第1 章 绪论
中世纪
欧洲
利用曲轴的研磨机
机械原理
第1 章 绪论
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已经 有所应用。 在达•芬奇时代，现在最常用的一些机构形式即已基本 知晓。
机械原理
动力机器 加工机器
转换机械能
完成机械功
运输机器 信息机器
信息处理，做功少
机械原理
第1 章 绪论
机器的组成：
1.原动机： 机器动力的来源
2.执行部分： 能完成机器预期的动作 3.传动部分： 把原动机的运动和功率传递给工作机的中间环节 4.控制部分
辅助系统（如仪表、照明等） 原动机 传动部分 控制部分 执行部分
Cam
凸轮机构
1 6
5
3 4
1
4'
5'
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第1 章 绪论
常用机构
在各种机械中广泛使用的一些机构
连杆机构 凸轮机构 齿轮机构 间歇运动机构
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第1 章 绪论
曲柄摇杆机构
机械原理 曲柄摇块机构
第1 章 绪论
机械原理
第1 章 绪论
凸轮机构
机械原理 齿轮机构
第1 章 绪论
机械原理
第1 章 绪论
机械原理
第1 章 绪论
机械原理
第1 章 绪论
机构（mechanism） ：能实现预期的机械运动的构件（包括 机架）的基本组合体。
机器与机构的区别和联系：
机器是由机构组成的系统，最简单的机器只含有1个机构。
机器能做有用功，而机构不能，机构仅能实现预期的机械运动。
机械原理 Piston 2
Coupler 3 Crank 4 Frame 1
棘轮机构
蜗杆间歇机构
机械原理
第1 章 绪论
构件（link）：运动单元体。 零件（machine element）：制造单元体。
构件可由一个或几个零件组成。例如，连杆是由几个零件组成。
机械原理
第1 章 绪论
一般来说，机构都是由以下三种构件组成：
机架（frame）：机构中相对不动的构件。 原动件（driving link）：驱动力（或力矩）所作用的构件。 →输入构件 从动件（driven link）：随着原动构件的运动而运动的构件。 →输出构件