第1章绪论机械原理

形形色色的水下机器人 6000米水下机器人
5. 机械原理学科的发展动向 1）机构的结构理论
由于机器人、步行机、人工假肢和新型机器的发展需要，以及机器的 动力源日益广泛采用液压与气动，因此近年来对多自由度、多闭环的多杆 平面连杆机构以及开式运动链的结构理论有了较多的研究。
同时，由于空间连杆机构应用日益广泛，对于空间连杆机构的公共约 束和过约束等问题也作了很多研究。在机构的结构理论研究中，近年来采 用了图论、网络分析、线性几何学、螺旋坐标等各种工程数学方法。利用 计算机系统地研究机构的机构类型及运动自由度问题也日益普遍。
2）机器的类别和功用
机器的 类别
动力机器——完成能量的转换 工作机器——完成有用的机械功或搬运物品 信息机器——完成信息的传递和变换
随着科学技术的发展，机器的内涵在不断变化。但是，机器完成运动 变换和动力传递或转换的本质属性不会改变。现代科技在机器中的应用， 只是使机器具有信息化、智能化和柔性化。
产品规划——根据市场需求确定产品设计要求。
方案设计——产品设计的关键。主要完成机械 运动方案的设计，本课程将为方案设计提供设 计理论与方法。
详细设计——将机械运动方案设计结果——运 动简图具体化为机器及零部件的合理结构。它 对产品的技术性能和经济指标有直接影响。该 步骤涉及机械设计、材料力学等课程的内容。
产品规划 方案设计 详细设计 加工制造 运行试验 产品定型
改进设计
改进设计——对试验或使用过程中发现的问题进行改进，使产品性能日益完善。
2）机械运动方案设计的主要内容
①机械运动简图的类型综合。
通常称为机构选型，即根据机械所要完成的一系列执行动作选择适宜的执行 机构类型，组合成完整的机械系统。
②机械运动简图的尺度综合。
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。
连杆机构
齿轮机构
凸轮机构
机构的作用：一是用来将一种运动形式（如旋转）变换成另外一种运动形式， 二是用来传递动力。
机器的作用：代替或减轻人类劳动，或将一种能量形式转换成另一种形式。
分析自动洗衣机的组成：
控制器(控制部分)
潘存云教授研制
潘存云教授研制
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)
2.机械设计概述
不了解机械设计的进程和内容，就不能深 刻理解机械原理课程的作用及其重要性。
1）机械设计的一般进程
一般而言，机械产品的研制过程包括设计、 制造、试验，定型等环节。其中机械设计阶段 又包括以下四个进程：
第一章 绪 论
1.1 内容提要及基本概念 1.2 本章重点、难点
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
本章内容包括
机械原理的研究对象 机械设计概述 机械原理课程的地位和作用 机械原理学科发展动向
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。
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
注重机械的动力性能——在机械分析与综合时，由只考虑运动性能
过渡到同时考虑其动力性能
多种星际探测器
和
国
平
际
号
空
空
间
间
站
站
神舟六号载人飞船
空中客车A380的最大载 客量为840人，最大航程 16,000 km，是目前全球 载客量最大的飞机。
波音777-200LR客机的载 客量为301人，最大飞行 距离为17,500 km，是目 前世界上航程最远的客机。
沙漠石油钻探作业
深井钻探设备 定向钻井是一种新技术，可不用移动井架就能实现远距离水平钻探。
海洋石油 钻探平台
海 底 探 索
救助打捞
பைடு நூலகம்
医疗 机器 人正 辅助 心脏 病手 术
人体器官内的微型机器人
1.机械原理的研究对象
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。
任务主要是使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技 能。培养学生初步拟定机械系统运动方案、分析和设计基本机构的能力。
2）课程的主要内容 机械原理课程主要包括以下内容： ① 机构的组成原理和类型综合。 ② 典型机构的设计。 ③ 机械系统的设计。 ④ 机械动力学。
3）本课程的学习方法 ① 掌握各种典型机构的结构、分析和设计方法。 ② 掌握机械运动简图的画法，并习惯用简图来认识机构和机器。 ③ 深刻理解课程中的基本概念。 ④ 掌握本课程的基本研究方法，如杆组法、转换机架法、机构演化法、
确定机构各部分的尺寸参数，以使机械能完成预定的执行动作，必要时，还 可以改变机构的类型。
3）机电一体化技术在机械运动方案设计中的应用
随着机电一体化技术的不断发展和广泛采用，一方面，使机械的性能得到极 大提高，另一方面，又大大简化了机械传动系统。因此，现代机械设计应该尽 可能采用机电一体化技术。
3.机械原理课程的地位和作用 1）课程的地位和作用 机械原理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，其
等效法等。 ⑤ 善于将前后内容联系，融会贯通。 ⑥ 复习有关例题，归纳总结解题思路。
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