机械原理课程论文

机械原理学科的现状及发展趋势

（仲恺农业工程学院机电学院）

摘要：机械原理是研究机械中机构的结构和运动，以及机器的结构、受力、质量和运动的学科。人们一般把机构和机器合称为机械。机构是由两个以上的构件通过活动联接以实现规定运动的组合体，是用来传递与变换运动和力的可动的装置。机器是由一个或一个以上的机构组成、根据某种使用要求而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。这一学科的主要组成部分为机构学和机械动力学。

关键词：机械原理；机构；机械；机械设计；机械制造

引言：近年来，机械原理学科的发展是非常迅速的，不论是在基本原理方面，还是在研究方法方面，都有较大的进展。在机构的类型方面也有一些新的创造，有些已突破传统机构学的范畴，而进入所谓“广义机构学的”领域，创造了具有气、液、光、电等环节的机构。当前尚有由三本基本机构组成的组合机构，和包括挠性构件的组合机构。对空间组合机构的研究也已进行了不少工作。此外，对于一些具有特殊运动及动力性能的组合机构也有所研究。

随着机械向高速、重载方向的发展，机械动力学的研究发展很快。由于电子计算机的普遍应用，机构的计算机辅助分析和计算机辅助设计得到较快发展。从机械原理学科的发展可以看出，生产发展的需要是学科发展的动力。而学科的发展又反过来促进了生产的发展，提高了生产的水平。可以期望，随着生产对技术现代化的要求不断提高，机械原理学科也会继续迅速的得到发展。

一、机械原理学科与先进制造技术

1.机械原理学科的概述

不同的机器往往由有限的几种常用机构组成，如内燃机、压缩机和冲床等的主体机构都是曲柄滑块机构。这些机构的运动不同于一般力学上的运动，它只与其几何约束有关，而与其受力、构件质量和时间无关。1875年，德国的 F.勒洛把上述共性问题从一般力学中独立出来，编著了《理论运动学》一书，创立了机构学的基础。书中提出的许多概念、观点和研究方法至今仍在沿用。1841年，英国的R.威利斯发表《机构学原理》。19世纪中叶以来，机械动力学也逐步形成。进入20世纪，出现了把机构学和机械动力学合在一起研究的机械原理。1934年，中国的刘仙洲所著《机械原理》一书出版。1969年，在波兰成立了国际机构和机器原理协会，简称IFTOMM。

机构学的研究对象是机器中的各种常用机构，如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、螺旋机构和间歇运动机构（如棘轮机构、槽轮机构等）以及组合机构等。它的研究内容是机构结构的组成原理和运动确定性，以及机构的运动分析和综合。机构学在研究机构的运动时仅从几何的观点出发，而不考虑力对运动的影响。

机械动力学的研究对象是机器或机器的组合。研究内容是确定机器在已知力作用下的真实运动规律及其调节、摩擦力和机械效率、惯性力的平衡等问题。

按机械原理的传统研究方式，一般不考虑构件接触面间的间隙、构件

的弹性或温差变形以及制造和装配等所引起的误差。这对低速运转的机械一般是可行的。但随着机械向高速、高精度方向发展，还必须研究由上述因素引起的运动变化。因而从40年代开始，又提出了机构精确度问题。由于航天技术以及机械手和工业机器人的飞速发展，机构精确度问题已越来越引起人们的重视，并已成为机械原理的不可缺少的一个组成部分。

2.机械学科的内涵

机械学是对机械进行功能综合并定量描述以及控制其性能的基础技术科学。它的主要任务是把各种知识、信息注入设计，将其加工成机械系统能够接受的信息并输入机械制造系统，以便生产出满足使用要求和能被市场接受的产品。机械学包括机构学、机械振动学、机械结构强度学、摩擦学、设计理论与方法学、传动机械学、微机械学和机器人机械学等。

机械制造是将设计输出的指令和信息输入机械制造系统，加工出合乎设计要求的产品的过程。机械制造科学是研究机械制造系统、机械制造过程和制造手段的科学。它包括机械制造冷加工和机械制造热加工两大部分。

3.机械学科和机械制造在国民经济中的地位和作用

机械学科是一门有着悠久历史的学科，是国家建设和社会发展的支柱学科之一。

机械制造业是制造业的重要组成部分，是国家工业体系的重要基础和国民经济各部门的装备部。机械制造技术水平的提高与进步对整个国民经济的发展，以及科技、国防实力的提高有着直接的重要的影响，是衡量一个国家科技水平和综合国力的重要标志之一。

在相当长的时期里，中国经济还得靠制造业牵引。制造业增加值在国内生产总值中所占的比重一直维持在40%以上；中国财政收入的一半来自于制造业；制造业吸引了一半的城市就业人口，农村剩余劳动力转移也有将近一半流入了制造业；20世纪90年代以来，我国制造业出口额一直维持在总出口额的80%以上，创造了接近3/4的外汇收入。

没有制造业的提高和发展，我国其他产业也不可能良性发展，就业问题就更为尖锐，人民生活水平难以普遍提高，我国的现代化就难以实现。无论科学技术怎样进步，发展先进的制造业是我国抓住“发展”这个主题的关键。

二、机械原理学科的发展形势

1.机械原理发展现状

当今世界正经历着一场新的技术革命，新概念、新理论、新方法、新工艺不断出现。作为向各行各业提供装备的机械工业也得到了迅猛的发展。

现代机械工业日益向高速、重载、高精度、高效率、低噪音等方向发展，对机械提出的要求也越来越苛刻。有的需用于宇宙空间，有的要在深海作业，有的小到能沿人体血管爬行，有的又是庞然大物，有的速度数倍于音速，有的又要做亚微米级甚至纳米级的微位移，如此等等。处于机械工业发展前沿的机械原理学科，为了适应这些情况，新的研究课题与日俱增，新的研究方法日新月异。

为了适应生产发展的需要，当前在自控机构、机器人机构、仿生机构、柔性及弹性机构和机电光液广义机构等的研制上有很大进展。在机械的分析与综合中也由只考虑其运动性能过渡到同时考虑其动力性能；考虑到机械在运转时，构件的振动和弹性变形，运动副中的间隙和构件的误差对机械运动及动力性能的影响；以及如何对构件和机械进一步做好动力平衡的问题等等。