机械原理知识点汇总

绪论

1．机械原理是一门以机器与机构为研究对象的学科。机械又是机器与机构的总称。

2．一般机器具有三个特征，现代机器可以定义为：机器是执行机械运动的装置，用

来转换或传递能量、物料与信息。

3．凡用来完成有用机械功的机器称为工作机，凡将其他形式的能量转换为机械能的

机器称为原动机。工程中大多是工作机和原动机互相配合应用，有时再加上独立的传动

装置，则称为机组。

4．从功能的角度讲，机器一般主要由动力系统、执行系统、传动系统、操纵和控制

系统四部分组成。

5．机构是能实现预期的机械运动的各构件(包括机架)的基本组合体。

6．机器是由各种机构组成的，它可以完成能量的转换或做有用的机械功；而机构则仅仅

起着运动及动力传递和运动形式转换的作用。从结构和运动的观点来看，两者之间并无区别。7．机械原理课程的主要研究内容有机构的组成原理与结构分析、机构运动分析和力

分析、常用机构及其设计、机械系统运动方案设计及机械系统动力学设计等五个方面。8．机械原理是机械类各专业的一门主干技术基础课程。它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，学会常用机构的分析和综合方法，

并具有进行机械系统设计的初步能力。在培养高级机械工程技术人才的全局中，为学生

从事机械方面的设计、制造、研究和开发奠定重要的基础，并具有增强学生适应机械技

术工作能力的作用。

第 1 章机构组成原理及机构结构分析

1．凡两构件直接接触而又能产生一定形式的相对运动的连接称为运动副，常用的平

面运动副有回转副、移动副和高副。如果两构件脱离接触，运动副就随着消失。

2．由两个或两个以上的构件用运动副连接构成的构件系统称为运动链。各构件用运

动副首尾连接构成封闭环路的运动链称为闭式链，否则就称为开式链。

3．为便于机构的设计与分析，常撇开构件、运动副的外形和具体构造，而用规定的

线条和符号代表构件和运动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成和传动情况，这样绘制出能够准确表达机构运动特性的简明图形就称为机构运动简图。如果不严

格按比例来绘制简图，这样的简图称为机构示意图。

4．由3个及3个以上的构件同在一处以转动副相连接，就构成了复合铰链。当有m个

构件(包括固定构件)以复合铰链相连接时，其转动副的数目应为(m- 1)个。

5．平面机构自由度的计算公式为，用公式计算机构的自由度时，要注意复合铰链处的运动副数及去掉局部自由度和虚约束。

6．对整个机构运动无关的自由度称为局部自由度。

7．对机构的运动不起独立限制作用而只起到重复限制作用的约束，则称为虚约束。

在自由度计算中应将其去掉不计。常见的虚约束发生在：两构件组成多个转动副且其轴

线相重合时；两构件组成多个移动副且其移动导路方向平行时；两构件上连接点的轨迹

在连接前已是相重时；机构存在对运动不起作用的对称部分。

8．机构具有确定运动的条件是：机构的原动件的数目应等于机构的自由度的数目。

9．在平面高副机构中，高副可用“一个构件两个低副”代替而成全含低副的机构。

高副低代的关键是找出构成高副的两轮廓曲线在接触点处的曲率中心。

10．自由度为零并且不能再拆分的平面低副构件组称为基本杆组或阿苏尔杆组。基本

杆组应满足的条件。

11．任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次连接于原动件和机架上所组成的系

统，这就是机构的组成原理。

12．机构结构分析就是将已知机构分解为原动件、机架和若干个基本杆组，进而了解

机构的组成，并确定机构的级别。进行结构分析时，应从远离原动件的构件开始拆分，

每次都先试拆Ⅱ级组，没有Ⅱ级组时才拆Ⅲ级组，同时每拆下一个基本杆组后剩下的部

分仍为机构且自由度数与原机构相同，直至全部拆分成杆组且最后只剩下原动件和机架。13．根据对机构的结构、运动学和动力学要求进行机构设计的过程通常称为机构综

合。机构结构综合就是对机构结构形式的研究和设计的过程。

第 2 章平面机构的运动分析

平面机构的运动分析要解决的问题是根据机构的运动学尺寸、机构位置和原动件的运

动规律，确定机构中其余构件上任一点的轨迹、位移、速度和加速度以及这些构件的角

位移、角速度和角加速度。分析的方法如下。

1. 图解法

当用图解法进行机构的运动分析时，首先要选用适当的比例尺绘制出机构位置图。

1) 速度瞬心法

速度瞬心法是利用速度瞬心进行机构的速度分析。当求构件的角速度或其上一点的速

度时，首先要找出机构中相应的相对速度瞬心和绝对速度瞬心，再由速度瞬心的概念，

根据待求构件的运动情况，即可求出构件的角速度或速度。

瞬心法适用于简单平面机构的速度分析，不能求解加速度。

2) 相对运动图解法

相对运动图解法用于分析机构的速度和加速度。首先写出机构上某些点的速度(或加

速度)矢量方程式，然后作速度(或加速度)多边形，求出构件上某一点的速度(或加速度)

最后再求该构件的角速度(或加速度)。

(1) 同一构件上两点间的速度(或加速度)关系是：构件上任一点C 的速度(或加速度

等于基点B 的速度(或加速度)与C 点对基点B 的相对速度(或加速度)的矢量和，故其速

度关系为，加速度关系为。

(2) 在组成移动副的两构件中，一个构件上任一点B 的绝对速度等于另一构件上重合

点B2 的绝对速度(牵连速度)与B3相对于B2 的相对速度的矢量和，故其速度关系为

；一个构件上任一点B3 的绝对加速度等于另一构件上重合点B2 的绝对加速度(牵连加速度)与 B 相对于 B 的相对加速度的矢量和，故其加速度关系为

。哥氏加速度的大小等于两倍牵连角速度与瞬时重合点的相对速度的乘积，其方向为相对速度的方向沿牵连角速度的转向转过90°，当牵连运动为平动时，哥氏加速度为零。

相对运动图解法适用于求解机构某个位置的运动参数。

3) 运动线图

运动线图可以表示机构在一个运动循环过程中各个运动参数的变化规律。

2. 解析法

用于分析机构的位置参数(位移或角位移)、速度参数(速度或角速度)以及加速度参数