机械原理教程 第二版 清华大学出版社第一章
机械原理教程全套课件pdf-2024鲜版
机构的结构设计方法与步骤
机构设计的基本要求
阐述机构设计需要满足的基本要求，如运动性能、动力性能、工 作寿命等。
机构设计的步骤
详细介绍机构设计的流程，包括明确设计任务、拟定设计方案、 进行结构设计、校核与优化等步骤。
机构设计的创新方法
介绍一些机构设计的创新思路和方法，如组合创新、变异创新等， 以激发读者的创新思维。
带传动的优缺点分析 优点包括传动平稳、噪音小、适用于中心距较大的场合等； 缺点包括传动效率低、带的寿命较短、需要定期张紧和维 护等。
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链传动
链传动的原理和特点
利用链条与链轮之间的啮合来传递运动和动力，具有结构紧凑、传 动效率高、适用于恶劣环境等特点。
链传动的应用和分类
广泛应用于各种机械传动系统中，根据链条的结构和传动原理可分 为滚子链传动、齿形链传动等。
设计步骤
明确设计任务和要求；选择机构类型；确定机构运 动学尺寸；进行动力学计算；校核机构性能；绘制 机构运动简图和装配图。
2024/3/28
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空间连杆机构简介
空间连杆机构的定义
空间连杆机构是指各构件不在同一平面内运动的连杆机构。根据构件之间的相对运动关系， 空间连杆机构可分为闭式空间连杆机构和开式空间连杆机构。
链传动的优缺点分析
优点包括传动效率高、结构紧凑、适用于恶劣环境等；缺点包括噪音 大、振动大、需要定期润滑和维护等。
2024/3/28
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齿轮传动
01
齿轮传动的原理和特点
利用两个或多个齿轮之间的啮合来传递运动和动力，具有传动效率高、
结构紧凑、适用于大功率传动等特点。
02
齿轮传动的应用和分类
广泛应用于各种机械传动系统中，根据齿轮的形状和传动原理可分为圆
机械原理(第二版 邹慧君)第1章绪论
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， 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。 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。 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。
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， 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、 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。 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 同时，由于空间连杆机构应用日益广泛， 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， 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 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。 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。 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。 为了创造和设计出更好的机构， 为了创造和设计出更好的机构，开展机构创新方法的研究已得到大家 的重视。为了深入研究机械运动简图设计理论和方法，机构分类方法、结 的重视。为了深入研究机械运动简图设计理论和方法，机构分类方法、 构类型知识库建立和机构选型的研究也日益受到重视。 构类型知识库建立和机构选型的研究也日益受到重视。为了广泛应用机电 一体化技术，开展包括液压、气动、电磁、电子、 一体化技术，开展包括液压、气动、电磁、电子、光电等非机械传动元件 的广义机构设计方法的研究已日益迫切。 的广义机构设计方法的研究已日益迫切。
电风扇摇头机构机械原理课程设计说明书
电风扇摇头机构机械原理课程设计说明书一、选题:电风扇摇头机构设计与选优1、选题背景自1908年，美国的埃克发动机及电气公司，研制成功世界上最早的齿轮驱动左右摇头的电风扇。
这种电风扇防止了不必要的三百六十度转头送风，而成为以后销售的主流。
2、设计要求本题目要求设计能电风扇叶片以1450r/min的速度转动送风，同时每10秒完成一次90?的摇头，且往复行程的急回系数k=1.02(方案号:3)，从而使电风扇能够匀速地向90?范围送风。
二、原始数据及设计要求分析1 电风扇叶轮直径=,300;2 叶轮转速=1450r/min;3 摇头周期T=10 s;4 行程的急回系数k=1.02;5 动力源是电动机;6 摇头过程要求尽量匀速且往复行程速度变化小;7 作为家用电器，要求噪声小、重量轻、结构紧凑，制造方便。
三、工艺动作分解1、电风扇工作可分为两个部分:(1) 风扇叶轮的旋转;(2) 风扇叶轮的摆头。
2、运动按性质分解:(1) 叶轮旋转叶轮回转运动(2) 摆头运动往复摆动四、机构设计步骤1、方案选型与评价综上分析，运动机构就是将连续旋转运动转化为连续往复摆动，可选择的的有曲柄摇杆机构，曲柄摇块机构，摆动导杆机构，摆动从动凸轮机构，，双摇杆机构，以及齿轮齿条机构。
经过选择组合之后，选出一下方案:1图1 双摇杆机构(1) 双摇杆机构采用双摇杆机构，电动机工作带动叶轮做回转运动，同时经过减速箱，蜗轮蜗杆减速后，带动连杆为双摇杆机构的主动件，将旋转运动转化为摇杆的摆动，带动叶轮主轴的摆动。
优点:四杆机构结构紧凑，重量轻缺点:具有急回特性，不够匀速。
(2) 齿轮齿条+圆柱凸轮机构图2齿轮齿条+圆柱凸轮机构2电动机转动直接带动蜗轮蜗杆运动，蜗轮再通过2k-H负号轮系机构减速再进过锥形齿轮进行换向，进而带动同轴的圆柱凸轮转动，凸轮的推杆带动齿轮做直线往复运动，使得与之啮合的齿轮做往复摆动90度运动。
优点:运动连续性好，采用凸轮可以准确实现预定运动。
机械设计基础教学日历
机械设计基础课程大纲、教学计划
（3学分，课内学时48）
教学目标：
以机构的运动设计，机械的动力设计和机械系统计划设计的基本知识为载体，培养学生机械系统计划创新设计的思维方式和主意及自主学习的能力，从而达到提高学生的综合设计能力，创新设计能力和工程实践能力的目的。
主要教学内容：
机构的运动设计：机构的组成与结构；连杆机构；凸轮机构；齿轮机构；轮系；间歇运动机构；其他常用机构；组合机构；开式链机构。
机械的动力设计：机械系统动力学；机械的平衡设计；（机械的效率）。
机械系统计划设计：机械总体计划的拟订；机械执行系统的计划设计；（机械传动系统的计划设计与原动机的挑选）；机械系统计划设计案例。
使用教材：《机械原理教程（第2版）》，申永胜主编，清华大学出版社；
《机械原理辅导与习题（第2版）》，申永胜主编，清华大学出版社
课程参考学时及教学日历
(单周4学时,双周2学时)
说明：该表安顿仅供参考。
机械原理 教材
机械原理教材机械原理教材。
机械原理是机械工程专业的基础课程，也是理解和掌握机械工作原理的重要基础。
本教材将系统地介绍机械原理的相关知识，帮助学生建立起对机械工作原理的深刻理解，为日后的学习和工作打下坚实的基础。
第一章，力的作用和力的分解。
力是机械运动的基本原因，了解力的作用和力的分解对于理解机械原理至关重要。
本章将介绍力的概念、力的作用点、力的方向和力的大小等基本概念，以及力的分解原理和分解方法。
通过学习本章内容，学生将能够准确理解力的作用和力的分解，并能够运用力的分解原理解决实际工程问题。
第二章，运动学。
运动学是研究物体运动的学科，对于机械工程专业的学生来说，掌握运动学知识是至关重要的。
本章将介绍直线运动、曲线运动、角运动等基本运动形式的运动规律和运动参数，以及运动学的基本原理和方法。
通过学习本章内容，学生将能够准确描述物体的运动状态，计算运动物体的速度、加速度等参数，并能够分析和解决实际工程问题中的运动学难题。
第三章，动力学。
动力学是研究物体受力和运动规律的学科，是机械原理中的重要内容。
本章将介绍牛顿运动定律、动量定理、动能定理等基本动力学原理，以及动力学在实际工程中的应用。
通过学习本章内容，学生将能够准确描述物体受力的情况，计算物体的加速度、动量、动能等参数，并能够分析和解决实际工程问题中的动力学难题。
第四章，工程力学。
工程力学是机械工程专业的核心课程，是机械原理的重要组成部分。
本章将介绍静力学、动力学、弹性力学等基本工程力学知识，以及工程力学在机械工程中的应用。
通过学习本章内容，学生将能够准确描述物体受力的情况，计算物体的受力和受力分布情况，并能够分析和解决实际工程问题中的工程力学难题。
第五章，机械结构。
机械结构是机械工程中的重要组成部分，对于机械工程专业的学生来说，掌握机械结构的基本原理和设计方法是至关重要的。
本章将介绍机械结构的基本原理、设计方法、分析技术等内容，以及机械结构在机械工程中的应用。
孙桓《机械原理》考研考点讲义
目 录考研分析１第一章 绪论７ 第１讲 机械原理概述７第二章 机构的结构分析９ 第１讲 运动副及自由度计算初步９ 第２讲 计算平面机构自由度时应注意的事项１３ 第３讲 机构运动简图与平面机构组成１７第三章 平面机构的运动分析２１ 第１讲 速度瞬心法２１ 第２讲 矢量方程图解法及综合法２５ 第３讲 矢量方程图解法中需说明的问题２８第四章 平面机构的力分析３３ 第１讲 构件惯性力以及运动副中总反力３３ 第２讲 考虑摩擦时机构受力分析３９第五章 机械的效率和自锁４３第六章 机械的平衡４８第七章 机械的运转及其速度波动的调节５３第八章 平面连杆机构及其设计５９ 第１讲 平面连杆机构基础知识６０ 第２讲 平面连杆机构的设计（一）６５ 第３讲 平面连杆机构的设计（二）６８第九章 凸轮机构及其设计７３ 第１讲 从动件运动规律及凸轮机构设计７３ 第２讲 凸轮机构设计中几个问题７８第十章 齿轮机构及其设计８４ 第１讲 齿轮相关定理等理论知识点８５ 第２讲 齿轮相关定理等理论知识点习题专练８９ 第３讲 齿轮的切制与变位修正９１ 第４讲 齿轮参数计算９５第十一章 齿轮系及其设计１０１第十二章 其他常用机构１０７考研分析教材说明 《机械原理》作 者：孙桓，陈作模，葛文杰出版社：高等教育出版社版 次：第七版其他参考书目：书名出版社作者机械原理教程清华大学出版社申永胜机械原理华中科技大学出版社杨家军主编机械原理高等教育出版社邹慧君张春林机械原理高等教育出版社王知行刘廷荣机械原理高等教育出版社郑文纬吴克坚机械原理国防工业出版社安子君机械设计基础高等教育出版社杨可桢试卷分析１．考试形式：①单考机械原理：以大题为主②机械原理＋机械设计合考时：机械原理部分在填空题、选择题、计算题、作图题方面分值分布较为均匀。
侧重于基础知识点及对知识点灵活运用的考核２．考试题型及分值分布：题型单考机械原理时分值分布机械原理＋机械设计时机械原理部分分值分布选择题３５分左右１５～２０分左右填空题判断题问答题２０分左右１０分左右计算题５０分左右２０分左右作图题３０分左右２０分左右设计综合分析题１５分左右与机械设计结构分析交叉出题３．考试内容及分值分布：章节重点难点必考点考试题型分值１绪论填空选择２机构的结构分析√√√计算填空选择问答１５～２５３平面机构的运动分析√√√作图填空１０～２０４平面机构的力分析√√√作图填空１０～２０５机械的效率和自锁√√计算填空１０～１５６机械的平衡√计算选择１０～１５７机械的运转及其速度波动的调节√计算填空选择问答１０～２０８平面连杆机构及其设计√√√作图计算问答１５～３０９凸轮机构及其设计√√作图填空１０～１５１０齿轮机构及其设计√√计算填空选择１５～２０１１齿轮系及其设计√√√计算１５～２０１２其他常用机构√填空选择设计１０４．考试题型及题型考核点分析题型考核点涉及章节备注计算题自由度计算２－２，２－６注意与轮系等组合机构的自由度计算机械效率５－１，４－３，４－４机械自锁条件５－２注意与第四章联合出题刚性转子平衡条件６－２飞轮转动惯量计算７－４等效转动惯量计算７－２，２－３齿轮机构参数计算轮系传动比计算１０－４，１０－５，１０－８，１０－９，１０－１０，１１－２，１１－３，１１－４，１１－７与《机械设计》中齿轮受力分析联合出题作图题瞬心法作机构速度分析矢量方程图解法作机构速度和加速度分析３－２，３－２，３－４注意综合法的运用运动副中摩擦力和支反力的分析４－３，４－４平面四杆机构的作图法设计８－４直动从动件凸轮机构轮廓曲线的设计９－３，９－４齿轮机构啮合区域作图１０－５设计分析综合题机构设计方案的合理性２－３，２－４１．自由度是否为零２．虚约束设计是否合理机构级别的确定２－７１．机构拆分２．机构综合续表题型考核点涉及章节备注设计分析综合题用间歇机构、常用机构组合进行方案设计８－１，８－２，８－３，１２－１，１２－２，１２－３，１２－５，１２－８，１２－９，１２－１０１．熟练掌握各种机构运动特点，注意四杆机构各种变形。
清华大学机械原理课程 学习指南
学习指南机械原理课程学习指南包括每一章的基本要求、重点难点指导、文献阅读指南和备考指南。
第1章机构的组成和结构基本要求1.熟练掌握机构运动简图的绘制方法。
能够将实际机构或机构的结构图绘制成机构运动简图；能看懂各种复杂机构的机构运动简图；能够采用机构运动简图表达自己的设计构思。
2.掌握运动链成为机构的条件。
3.熟练掌握机构自由度的计算方法。
能自如地运用自由度计算公式计算机构自由度，尤其是平面机构的自由度。
能准确识别出机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束，并作出正确处理。
4.掌握机构的组成原理和结构分析的方法。
了解高副低代的方法；会判断杆组、杆组的级别和机构的级别；学会根据机构组成原理，用基本杆组、原动件和机架创新构思新机构的方法；学会将Ⅱ级、Ⅲ级机构分解为机架、原动件和若干基本杆组的方法。
重点难点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一个重点，也是一个难点。
初学者一般可按下列步骤进行。
①分析机械的实际工作情况，确定原动件(驱动力作用的构件)、机架、从动件系统(包括执行系统和传动系统)及其最后的执行构件。
②分析机械的运动情况，从原动件开始，循着运动传递路线，分析各构件间的相对运动性质，确定构件的总数、运动副的种类和数目。
③合理选择投影面。
④测量构件尺寸，选择适当比例尺，定出各运动副之间的相对位置，用表达构件和运动副的简单符号绘出机构运动简图。
在机架上加上阴影线，在原动件上标上箭头，按传动路线给各构件依次标上构件号1，2，3，…将各运动副标上字母A，B，C，…。
⑤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。
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为：运动链相对于机架的自由度大于零，且原动件数目等于运动链的自由度数目。
机械原理教程 清华大学出版社第2章2.1
2.1 平面连杆机构的类型
2.1.2 平面四杆机构的演化
2.四杆机构的演化与变异 2.四杆机构的演化与变异 运动副的形状变异 偏心盘机构 曲柄滑块机构
2.1 平面连杆机构的类型
2.1.2 平面四杆机构的演化
2.四杆机构的演化与变异 2.四杆机构的演化与变异 转动副向移动副的演化 取不同构件为机架 含有两个移动副的四杆机构的演化 运动副的形状变异 构件形状变异
2.1 平面连杆机构的类型
2.1.2 平面四杆机构的演化
2.四杆机构的演化与变异 2.四杆机构的演化与变异 取不同构件为机架
AD、 为机架， 取AD、BC 为机架，均为曲柄摇杆机构
2.1 平面连杆机构的类型
2.1.2 平面四杆机构的演化
2.四杆机构的演化与变异 2.四杆机构的演化与变异 取不同构件为机架
2.四杆机构的演化与变异 2.四杆机构的演化与变异 转动副向移动副的演化 取不同构件为机架 含有两个移动副的四杆机构的演化 运动副的形状变异 构件形状变异
2.1 平面连杆机构的类型
2.1.2 平面四杆机构的演化
2.四杆机构的演化与变异 2.四杆机构的演化与变异 含有两个移动副的四杆机构的演化
双滑块机构
2.1 平面连杆机构的类型
基本形式： 基本形式：铰链四杆机构
演化方法：转动副向移动副的演化、 演化方法：转动副向移动副的演化、取不同构件为 机架、运动副的形状变异、构件形状变异、 机架、运动副的形状变异、构件形状变异、构件尺 寸的变异等。 寸的变异等。
2.1 平面连杆机构的类型
2.1.2 平面四杆机构的演化
2.四杆机构的演化与变异 2.四杆机构的演化与变异 构件形状变异
曲柄摇块机构
摆动导杆机构
江苏大学硕士研究生入学考试大纲-803机械原理
硕士研究生入学考试大纲《机械原理》考试大纲一、考试要求机械原理是机械类各专业中研究机械共性问题的一门主干技术基础课。
其考核目标是要求学生掌握机构学和机械动力学的基础理论、基本知识和基础技能，具有拟定机械运动方案、分析和设计常用机构的能力。
二、考试内容第一章机构的组成和结构了解机构的组成（包括构件、运动副概念，平面运动副的各种分类，平面高低副引入约束的情况）。
读懂平面机构运动简图（包括构件与各种运动副的表示，机构的组成和动作原理）。
掌握平面机构的自由度计算（包括机构自由度概念、自由度计算公式、运动链成为机构的条件、计算自由度时应注意的三类问题：复合铰链、局部自由度与虚约束的识别与处理）。
掌握平面机构的高副低代。
第二章平面连杆机构了解铰链四杆机构的三种基本型式（曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆机构），平面四杆机构的演化方法。
掌握四杆机构的曲柄存在条件（主要是根据机构的几何参数判断其具体类型）。
掌握四杆机构的急回特性、传力特性和死点位置（包括机构极限位置的作图，图上标注极位夹角、摇杆摆角，计算行程速比系数，机构压力角、传动角、死点等基本概念；能对曲柄摇杆机构和偏置曲柄滑块机构进行急回运动特性分析，用压力角或传动角表达机构的传力性能，并找到机构的最小传动角或最大压力角的位置；了解机构死点位置的特点）。
掌握用瞬心法对简单高、低副机构进行运动分析（如四杆机构、凸轮机构）。
掌握刚体导引机构设计以及急回机构的设计（主要是曲柄摇杆机构或曲柄滑块机构的设计）。
第三章凸轮机构了解凸轮机构的组成及分类；理解从动件常用运动规律及其特点（包括凸轮机构的运动学设计参数（如基圆，升距，推、回程运动角，远、近休止角等），常用运动规律的线图和冲击特性）。
掌握图解法设计盘形凸轮轮廓曲线（主要是尖顶或滚子移动从动件盘形凸轮轮廓设计）。
了解凸轮机构的压力角和自锁概念，了解凸轮机构压力角与机构基本尺寸的定性关系（如压力角与基圆半径之间的关系，从动件偏置方位的合理选择，滚子半径的确定原则）。
机械原理
39
40
牛头刨床
转 动 副
1、 2 1、 3 1、 4 3 '、 5 4、 6 6、 7 4、 5 7、 1
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移 动 副
平面高副：齿轮3 平面高副：齿轮3 、 2
合理选择投影面。 ⒉ 合理选择投影面。 测出每个构件上的运动学尺寸。 ⒊ 测出每个构件上的运动学尺寸。 曲柄3 r2 ' 、、r3 ' ； lBC（曲柄3‘）、lED（导杆4）、 导杆4 连杆6 lEF（连杆6） 。
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学习目的： 学习目的：
为学习机械设计和机械类有关专业课以 及掌握新的科学技术打好工程技术的理 论基础； 论基础； 为机械的合理使用和革新改造打好良好 基础； 基础； 为产品的创新设计奠定基础。 为产品的创新设计奠定基础。
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四、机械原理课程的学习方法
注意将理论力学等课程的知识与本课程学习的 灵活结合； 灵活结合； 学习知识的同时，注重能力的培养； 学习知识的同时，注重能力的培养； 注重实践和实验，增强动手能力。 注重实践和实验，增强动手能力。 重视逻辑思维能力培养的同时， 重视逻辑思维能力培养的同时，加强形象思维 能力的培养； 能力的培养； 适应本课程的概念、术语、 适应本课程的概念、术语、特有的一些简化方 法和实用方法， 法和实用方法，将课程的分析方法和实际相结 合。
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机构运动简图的绘制方法及步骤
分析机构运动；分清机架、原动件及从动件， ⒈分析机构运动；分清机架、原动件及从动件，并按 连接顺序给构件用数字编号（ 连接顺序给构件用数字编号（1，2，3…） 。 认清运动副的类型和数目， ⒉认清运动副的类型和数目，依次用大写英文字母编 (A,B,C… 号(A,B,C…）， 合理选择投影面。 ⒊合理选择投影面。 测出每个构件上的运动尺寸。 ⒋测出每个构件上的运动尺寸。 运动尺寸（确定各运动副相对位置的尺寸， 运动尺寸（确定各运动副相对位置的尺寸，影响 机构的运动） 机构的运动）
机械原理教程
机械原理教程机械原理是机械工程的基础学科，它研究机械运动的规律和相互作用的原理，是机械设计和制造的理论基础。
本教程将介绍机械原理的基本概念、原理和应用，帮助读者深入了解机械原理的重要性和实际应用。
第一章，机械原理基础。
机械原理是机械工程的基础学科，它主要研究力、运动和能量之间的相互关系。
在机械原理的研究中，我们需要了解力的概念、作用、计算和分解，以及运动的描述、分析和规律。
同时，能量在机械系统中的转换和传递也是机械原理的重要内容。
通过对机械原理基础知识的学习，我们可以更好地理解机械系统的工作原理和运动规律。
第二章，机械原理的应用。
机械原理的应用非常广泛，它涉及到各种各样的机械系统和设备。
例如，自行车、汽车、飞机、电梯等都是基于机械原理设计和制造的。
在工程实践中，我们需要运用机械原理的知识来设计和优化各种机械系统，以满足不同的工程需求。
同时，机械原理也在工业生产中发挥着重要作用，例如在机械加工、传动装置、液压系统等方面都有广泛的应用。
第三章，机械原理的发展。
随着科学技术的不断进步，机械原理也在不断发展和完善。
新的材料、新的工艺和新的理论不断涌现，为机械原理的研究和应用提供了新的思路和方法。
同时，机械原理的发展也推动了机械工程领域的进步，促进了各种机械设备和系统的创新和改进。
在未来，随着人工智能、大数据和物联网等新技术的发展，机械原理将会迎来更广阔的发展空间。
结语。
机械原理是机械工程领域的重要学科，它对于理解和应用机械系统具有重要意义。
通过本教程的学习，希望读者能够对机械原理有更深入的理解，同时也能够将机械原理的知识运用到实际工程中。
机械原理的不断发展将为人类社会的进步和发展提供强大的支持，希望大家能够在机械原理的研究和应用中取得更多的成就。
机械原理第一章cup英文版
Course information and requirements
Information
Shimin Zhang（张仕民） Office: Rm. 602, New Bldg. Tel.: 89733835(o) E-mail: smzhang@
Course information and requirements
How to analyze mechanism & How to synthesize mechanism？
What are we going to study in this course?
The Content of our course
It is broadly divided into two parts. 1. Kinematics of Mechanism: the study of motion
mechanisms & How to synthesize mechanisms
What are we going to study in this course?
Example of the Machines and Mechanisms
Mechanisms: pencil sharper, clock, folding chair, adjustable desk lamp, bike Machines: robots, bulldozer, park rides, elevator, engine. Can you give more examples? Some Mechanisms widely used in our life.
How to become an engineer
机械原理教程_第二版_清华大学出版社第一章
闭式链机构
开式链机构
具有确定的相对运动
机构 桁架 运动链
运动链
无相对运动
相对运动不确定
分析现有机构
新机械的运动方案设计
1.2 机构运动简图
用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按
一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图
形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。
R
按接触部分的几何形状分类：转动副 按接触形式分类： 低副
按引入的约束数目分类： 五级副
按相对运动形式分类： 平面运动副
P
按接触部分的几何形状分类：移动副 按接触形式分类： 低副
按引入的约束数目分类： 五级副
按相约束数目分类：四级副
按相对运动形式分类：平面运动副
1.1.1 构件 1.1.2 运动副
运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接
两个相邻构件直接接触
两者之间允许一定的相对运动 每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接
副元素：两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、面）
自由度：构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所
需的独立变量的数目
相对运动不确定
1.3 运动链成为机构的条件
运动链的自由度：确定运动链中各构件相对与其中某一构件 的位置所需要的独立参变量的数目。
K
机架1
F=0
级 运 动 副
活动构件 2
F=6
F=6-k 运动链的自由度
F = 6n - 5P5 - 4P4 - 3P3 - 2P2 – P1
n 为活动构件数目，Pk 表示 k 级副的数目
机架
A B
机架和活动构件通过转动副联接 (内副)
第1章 绪论
§1-1 本课程研究的对象及内容
一、研究对象
机械 机械: ◆ 机械: 机器和机构的总称 什么叫机械？ 什么叫机械？
◆ 机器
机器是根据某种使用要求而设计的机械系统，可以用 机器是根据某种使用要求而设计的机械系统， 来变换或传递能量、物料与信息。 来变换或传递能量、物料与信息。 切削机床、运输机械、 切削机床、运输机械、 建筑机械、轻工机械、 建筑机械、轻工机械、 动力机器、医用机械、 动力机器、医用机械、 家用机械、机器人等 家用机械、 机器是由什么组成的？ 机器是由什么组成的？ 机器具有那些特征？ 机器具有那些特征？
学习方法： 学习方法：
1. 在学习知识的同时，注重能力的培养。 在学习知识的同时，注重能力的培养。 2. 在重视逻辑思维的同时，加强形象思维能力的培养。 在重视逻辑思维的同时，加强形象思维能力的培养。 3. 注意先修课程的应用。 注意先修课程的应用。 4. 理论联系实际，能够做到举一反三。 理论联系实际，能够做到举一反三。
机 械 原 理
参考教材： 参考教材： 1. 孙桓 陈作模主编 机械原理 1998年 年
高教出版社 第6版 2. 申永胜主编 机械原理教程
清华大学出版社 清华大学出版社 3. 邹惠君等主编 机械原理
20年
第一章 绪
本章教学内容
◆ 本课程研究的对象及内容 ◆ 学习本课程的目的 ◆ 如何进行本课程的学习 ◆ 机械原理学科发展现状
§1-2 学习本课程的目的
◆机械原理课程的地位
1. 机械原理是机械类各专业的一门主干技术基础课程。 机械原理是机械类各专业的一门主干技术基础课程。 2. 与一般的基础课比更接近工程实际。 与一般的基础课比更接近工程实际。 3. 与专业课比具有更宽的研究面和更广的适应性。 与专业课比具有更宽的研究面和更广的适应性。
机械原理教程 清华大学出版社第1章1.3
第1章典型例题
例2： 计算图示机构的自由度 ： 首先分析机构中有无局部自由度、 首先分析机构中有无局部自由度、复合 铰链和虚约束，而后计算机构自由度。 铰链和虚约束，而后计算机构自由度。
局部自由度 虚约束
n = 6, P5 =8, P4 = 1 F = 3n－ 2P5－ P4 = 3×6－ 2×8－ 1＝1 × － × － ＝
解题思路: 解题思路 首先搞清设计者的意 图，画出机构运动简图、计算其自 画出机构运动简图、 由度，然后分析能否实现设计意图， 由度，然后分析能否实现设计意图， 最后提出修改方案。 最后提出修改方案。
第1章典型例题
1）绘制机构运动简图。选定一适当的比例尺和视图平面，并依次定出 ）绘制机构运动简图。选定一适当的比例尺和视图平面， 各转动副的位置和移动副导路的方位；画出各运动副的符号， 各转动副的位置和移动副导路的方位；画出各运动副的符号，并用线条 连接，即得该初拟方案的运动简图如图所示。 连接，即得该初拟方案的运动简图如图所示。
1.复合铰链 1.复合铰链
两个以上的构件在同一处以转动副联接，则构成复合铰链。 两个以上的构件在同一处以转动副联接，则构成复合铰链。
几种典型的复合铰链
1.3运动链成为机构的条件 1.3运动链成为机构的条件
1.3.3计算自由度时应注意的问题 1.3.3计算自由度时应注意的问题
2.局部自由度 2.局部自由度
1.3.1 平面运动链的自由度计算
在平面运动链中， 在平面运动链中，各构件相对于某一构件所需独立运动的 参变量数目，称为运动链的自由度。 参变量数目，称为运动链的自由度。它取决于运动链中活动构 件的数目以及连接各构件的运动副类型和数目。 件的数目以及连接各构件的运动副类型和数目。 平面运动链自由度计算公式： 平面运动链自由度计算公式：
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教材与学时安排总学时：48时内容讲授：36时习题讲解：12时20032003第一章绪论第二章机构的组成及其自由度的计算第三章平面机构的速度分析第四章机械的摩擦及机械效率第五章机械的平衡第六章机械的运转及其速度波动的调节第七章平面连杆机构及其设计第八章凸轮机构及其设计第九章齿轮机构及其设计第十章轮系第十一章其他常用机构第十二章机构的选型与组合目录第一章绪论§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本课程的特点及学习时注意的几个问题思考题20032003§1-1 本课程研究的对象及内容1．研究对象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，可用来变换和传递能量、物料和信息。
机械是机构和机器的总称。
机械应用实例机械应用实例仿生机械机车飞机汽车船舶内燃机工件自动装卸装置六自由度关节式工业机器人2003内燃机2003工件自动装卸装置2003六自由度关节式工业机器人控制系统示教板操作机2003蒸汽机车内燃机车电力机车2003汽车是指能自带能源的机动轮式无轨车辆，它是使用最广泛的交通运输工具。
按运输对象汽车可分为客运汽车和货运汽车(简称货车)两大类2003船舶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、国民经济和海洋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，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。
2003飞机2003焊接机器人主要研究：焊接机器人（把弧焊与点焊机器人作为负载不同的一个系列机器人，可兼作弧焊、点焊、搬运、装配、切割作业）产品的标准化、通用化、模块化、系列化设计。
弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发：激光发射器的选用，CCD成象系统，视觉图象处理技术，视觉跟踪与机器人协调控制。
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第1章 机构的组成和结构
例：计算大筛机构自由度
复合铰链？ 局部自由度？ 虚约束？
n=7
P4 = 1 P5 = 9 F = 3×7 - 2×9 –1 = 2
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
1.4 机构的组成原理和结构分析
机架 构件 + 运动副 运动链 机构 原动件
从动件组合
F= 0
场合一：两个构件之间形成多个运动副
F = 3×1 - 2×2 = -1
解决方案 计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用，认为
两个构件之间只形成一个运动副
F = 3×1 - 2×1 = 1
两个构件之间形成多个与导路重合或平行的移动副
第1章 机构的组成和结构
等宽凸轮机构
等径凸轮机构
第1章 机构的组成和结构
解决方案 计算机构自由度时，假想滚子和安装滚子 的构件固接为一个整体，成为一个构件
或在计算结果中去除局部自由度
第1章 机构的组成和结构
问题3：虚约束
在特定的几何条件或结构条件下，某些运动副所引入 的约束可能与其它运动副所起的限制作用是一致的。这 种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。
第1章 机构的组成和结构
偏心轮
第1章 机构的组成和结构
A B
1
2
2
A1 B
第1章 机构的组成和结构
三副构件 (一个构件和三个外副)
第1章 机构的组成和结构
三副构件 (一个构件和三个外副)
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
原动机
第1章 机构的组成和结构
1.2.2 运动简图的绘制
第1章 机构的组成和结构
1.1.1 构件 1.1.2 运动副
运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接
两个相邻构件直接接触 两者之间允许一定的相对运动 每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接
第1章 机构的组成和结构
副元素：两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、面）
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
F = 3×3 - 2×4 = 1 2 个原动件
F > 0，但原动件数目大 于自由度数目，运动链 被破坏，不能成为机构。
第1章 机构的组成和结构
运动链成为机构的条件：
运动链中取一个构件相对固定作为机架，运动链 相对于机架的自由度必须大于零，且原动件数目 等于运动链自由度数。 满足此条件的运动链即成为机构，机构自由度的 计算可采用运动链自由度的计算公式。
P3 = 1 P4 = 1 P5 = 2
1 4
3
2
第1章 机构的组成和结构
n= 3
P3 = 1 P4 = 1 P5 = 2
1 4
3
2
F = 6n - 5P5 - 4P4 - 3P3 - 2P2 – P1 = 6×3－5×2－4×1－3×1
=1
第1章 机构的组成和结构
公共约束作用下的运动链自由度
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论
重点在于机构的运动分析 构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响 机构的运动特性 运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式 构件的运动尺寸是运动分析的基础 不严格按比例可绘制机构示意图
第1章 机构的组成和结构
国标规定的构件和运动副的表示符号 运动简图的绘制方法
个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链 中其余各活动构件都有确定的相对运动，则此运动链称为机构。
机构是具有确定运动的运动链。
第1章 机构的组成和结构
原动件
从动件
机架
在运动链中，将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按 给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各构件都 有确定的相对运动，则此运动链成为机构。
问题1：复合铰链
两个以上的构件在同一处以转动副 联接所构成的运动副。
解决方案 k 个构件在同一处构成复合铰链， 实际上构成了 ( k-1 ) 个转动副。
F = 3×5 - 2×7 = 1
第1章 机构的组成和结构
问题2：局部自由度
某些构件具有的只影响自身局部运动而不影响其它构件运动的自 由度，经常发生在将滑动摩擦变为滚动摩擦的场合。
若干基本杆组
第1章 机构的组成和结构
机架和原动件
Ⅱ级杆组
八 杆 机 构
四杆机构 Ⅲ 级杆组
第1章 机构的组成和结构
机构的组成：
在机架和原动件上每增加一个基本杆组，并不改变原来的 自由度，每次增加都可以获得一个新机构； 设计新机构时，在满足相同工作要求的前提下，机构的结 构越简单越好，杆组级别越低越好，运动副数目越少越好。
自由度：构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所
需的独立变量的数目
自由构件(空间)：F = 6 自由构件(平面)：F = 3 约束：运动副对构件独立运动所加的限制
第1章 机构的组成和结构
运动副的分类方法：
1 按照运动副的相对运动形式分类 平面运动副、空间运动副
2 按照运动副的接触形式分类 低副、高副
平面运动链自由度
q=3 平面运动链的自由度
n 为活动构件数目
平面运动链中只有4 级副 和5级副（转动副、移动 副和平面高副）
F = 3n - 2P5 - P4
第1章 机构的组成和结构
例：计算平面运动链自由度
2 1
3 4
5
n=4 P4 = 1 P5 = 5 F = 3×4 – 2×5 – 1 = 1
低副机构
高副机构
第1章 机构的组成和结构
1.1.3 运动链 运动链：两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统
闭式运动链（闭链）
运动链的各构件构成首末封闭的系统
开式运动链（开链）
运动链的各构件未构成首末封闭系统
第1章 机构的组成和结构
1.1.4 机构 机 构：在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一
第1章 机构的组成和结构
P
按接触部分的几何形状分类：移动副 按接触形式分类： 低副 按引入的约束数目分类：五级副 按相对运动形式分类：平面运动副
第1章 机构的组成和结构
按接触形式分类： 高副 按引入的约束数目分类：四级副 按相对运动形式分类：平面运动副 按接触部分的几何形状分类： 平面高副
第1章 机构的组成和结构
F = 6n - 5P5 - 4P4 - 3P3 - 2P2 – P1
n 为活动构件数目，Pk 表示 k 级副的数目
第1章 机构的组成和结构
1.3.1 运动链的自由度计算
自动驾驶仪操作装置
1 4
3
2
第1章 机构的组成和结构
构件数目：N = 4 活动构件数目：n = 3 运动副：
机架1和活塞2：圆柱副（4级副） 活塞2和连杆3：转动副（5级副） 连杆3和摇杆4：球面副（3级副） 摇杆4和机架1：转动副（5级副）
“机构”的定义：在运动链中，将某一个构件加以固定，而让另 一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动 链中其余各构件都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。
第1章 机构的组成和结构
F= 1 1 个原动件：活塞 实现摇杆的往复摆动
第1章 机构的组成和结构
1.3.3 计算机构自由度时应注意的问题
第1章 机构的组成和结构
❖ 闭式链机构 ❖ 开式链机构
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
运动链
具有确定的相对运动 机构
无相对运动
桁架
相对运动不确定 运动链
第1章 机构的组成和结构
分析现有机构 新机械的运动方案设计
第1章 机构的组成和结构
1.2 机构运动简图
用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按 一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图 形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
机构：具有确定运动的实物组合体 1.1 机构的组成 1.2 机构运动简图 1.3 机构具有确定运动的条件 1.4 机构的组成原理和结构分析
第1章 机构的组成和结构
1.1 机构的组成
零件：单独加工的制造单元体
构件：每一个独立影响机构功能 并且能单独运动的单元体, 一个构件可以由一个或多 个零件组成。
场合二：两构件上某两点之间的距离在运动中保持不变
AB CD AF DE 点E、F距离在运动过程中始终不变
5
E
F
F = 3×1 - 2×2 = -1
A
BБайду номын сангаас
杆式联轴器
第1章 机构的组成和结构
AB = BC = BD <DAC = 90° 除 B、C、D点，各点轨迹为一椭圆 D点轨迹是沿 Y 轴的直线
场合三：联接构件和被联 接构件上联接点的轨迹重 合
F = 3×1 - 2×2 = -1
第1章 机构的组成和结构
场合四：机构中存在不起作用的对称部分
为了传递较大功率，保持机构受 力平衡，在机构中增加对称部分
第1章 机构的组成和结构
虚约束问题小结：
虚约束的引入，一般是为了改善机构受力，增大传递功率 或者其它特殊需求； 计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用； 虚约束的成立，要满足一定的几何条件或者结构条件，如果 这些条件被破坏，将转化了实约束，影响机构运动； 机械设计中如果需要采用虚约束，必须保证设计、加工、装 配精度，以确保满足虚约束存在的条件。
第1章 机构的组成和结构
1.3.2 运动链成为机构的条件
Fa = 3×2 - 2×3 = 0 Fb运= 3动×链3的- 2自×由5度= -F1= ?