第1讲总论资料
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14/108
内燃机
活塞的往复移动
连杆机构
曲轴的转动
15/108
牛头刨床
圆盘的转动
连杆机构
滑枕的往复移动
16/108
内燃机与牛头刨床中的连杆机构的共 同点：
构件间都形成可相对转动或相对移动 的活动连接。
都是实现运动形式的变换。 它们都属于连杆机构。
凸轮机构、齿轮机构和棘轮机构实现 的运动转换与连杆机构不同，构件之 间的连接形式也不同，构件的形状也 不同。
……
驱动装置 传动装置
控制装置
脑
执行装置
眼
机器人 数控机床 ……
28/108
1.1.3 机械的发展历程概述
机械的发展历程 机械设计及理论的发展历程 古代 近代 现代
29/108
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。
8/108
加工机器
尺寸
用来改变被 加工对象的
形状 性质
状态
如: 加工机床 轧钢机 纺织机 包装机等。
9/108
运输机器
用来搬运物品和人。 如汽车、飞机、起重机、运输机。
10/108
信息机器
其功能是处理信息。 例如复印机、打印机、绘图机等。 信息机器虽然也作机械运动，但其目的是处理信息 ，而不是完成有用的机械功，因而其所需的功率甚 小。
第1讲 总 论
本讲是课程的总论
1/108
摘要
• 1.1 机械原理有关基本概念
• 1.1.1 认识机器 • 1.1.2 机器的分类和组成 • 1.1.3 机械的发展历程概述
• 1.2 机械设计有关基本概念
• 1.2.1 机械设计的要求和内容 • 1.2.2 机械设计的过程和方法
2/108
1.1 机械原理有关基本概念
是人为实物的组合体， 具有确定的机械运动， 可以用来转换能量、
完成有用功 或处理信息， 以代替或减轻人的劳动。
6/108
动力机器
根据用途的不同， 机器可分为
加工机器 运输机器
信息机器
7/108
动力机器
其用途是转换机械能。
其他形式的能量
机械能
原动机 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
22/108
Biblioteka Baidu
机器的组成
传统机器都包含如下三个部分：
驱动装置
传动装置
执行装置
常称为原动机，是机器 的动力来源。 常用：电动机、内燃机 、液压缸和气动缸， 以各种电动机的应用最 为普遍。
处于整个传动路线的终端， 按照工艺要求完成确定的运 动，是直接完成机器功能的 部分。 执行装置随机器的用途不同 而不同，它属于各种专业机 械课程研究的内容。 23/108
传动装置
令调节
伺服电
机的运
检测伺服电机
动
的输出转角
传
执行装置
感
器
检测执行装置 的运动输出
控制装置
由程序给定 运动规律
前馈控制
反馈控制
测量运动构件真 实运动情况，并 将测量结果随时 反馈给控制系统
27/108
传统机器
驱动装置 传动装置
心脏 躯干，臂
现代机器
执行装置
手
普通车床 牛头刨床 空气压缩机 起重机 掘土机 皮带运输机
驱动装置
传动装置
执行装置
将原动机的运动和动力传递给执行装置， 并实现运动速度和运动形式的转换。
运动速度的转换
运动形式的转换
24/108
运动速度的转换
传动装置解决原动机速度和执行装置速度不匹配的问题。
一般的普通交流电动机速度是固定的。
一般机器执行部分速度低于原动机的转速, 需要减速。
鼠笼式 交流电动机的
构件
零件
构件是运动的单元，而零件是制造的单元。
21/108
通用零件与专用零件
各种机械中广泛使用的零件称为通用零件。 如螺栓、轴、齿轮、弹簧等。 只在某一类机械中使用的零件称为专用零件。 如内燃机中的活塞、曲轴等。 通用零件中主要包括三大类零件： 传动零件 （齿轮、带、链等） 联接零件 （螺栓、键等） 轴系零件 （轴、轴承等） 此外: 弹簧等零件。
17/108
因此，可给出机构的如下定 义： 机构： 人为实物的组合体， 具有确定的机械运动， 可以用来传递和转换运动。
机器：
人为实物的组合体， 具有确定的机械运动， 可以用来转换能量、
完成有用功 或处理信息， 以代替或减轻人的劳动。
18/108
机器是由机构组成的。 简单的机器，可能只含有一个机构, 但一般都含有 多个机构。
机器中的单个机构不具有转换能量或完成有用功的功能。
机械 机器和机构的总称
19/108
常用机构
在各种机械中广泛使用的一些机构称为 常用机构。 如：
连杆机构、 凸轮机构、 齿轮机构、 间歇运动机构。
20/108
构件
我们已经多次使用了“构件”这个术语。 活塞、连杆、曲轴、滑枕等都是构件。
构件是组成机构的有确定运动的单元。
30/108
古代中国
公元一世纪 东汉
“水排”
用水力鼓风炼铁，其中应用
认识机器 机器的分类和组成 机械发展历程概述
3/108
1.1.1 认识机器
典型的机器： 内燃机、汽车、各类加工机床、工程机 械、工业机器人，等等。 常被称作设备。
4/108
1.1.2 机器的分类和组成
机器及其分类 机器的几个基本概念 机器的组成
5/108
机器及其分类
机器的定义 机器是指：
转换运动形式 的各种机构
连杆机构 凸轮机构
连杆机构 凸轮机构
间歇运动机构
变速回转 往复摆动 往复移动 间歇运动
连杆机构
特定轨迹
26/108
别控各是制部随控装分着制置的2理0的运世论作动纪的用。后发是半展控叶和制以计机来算器现机代在科工学业技上术的的应发用展，，机特器
的组成更复杂了。
传 感
器
发出指 驱动装置
同步转速 （r/min）
带、5链00 传动600 各种175齿5000 轮1传300000动0
减速器
（也有相反的情况，需要增速）。
例如自行车链传动
许多机器还需要执行装置有多种不同的速度。
例如汽车、机床的变速器25/108
运动形式的转换
一般的原动机 作回转运动
机器执行部分可能 有各种运动形式：
连杆机构
11/108
动力机器 加工机器 运输机器 信息机器
转换机械能 完成机械功 作功很小
12/108
现代机器的出现使机器按功能的分类变得模糊
机器人： 进行焊接和装配，是加工机器； 用来搬运物品，也是运输机械； 而且是按照一定的信息来搬运；也是信息机械。
13/108
机器的几个基本概念 机构 几种常用机构： 连杆机构、凸轮机构、 棘轮机构、螺旋机构、齿轮机构
内燃机
活塞的往复移动
连杆机构
曲轴的转动
15/108
牛头刨床
圆盘的转动
连杆机构
滑枕的往复移动
16/108
内燃机与牛头刨床中的连杆机构的共 同点：
构件间都形成可相对转动或相对移动 的活动连接。
都是实现运动形式的变换。 它们都属于连杆机构。
凸轮机构、齿轮机构和棘轮机构实现 的运动转换与连杆机构不同，构件之 间的连接形式也不同，构件的形状也 不同。
……
驱动装置 传动装置
控制装置
脑
执行装置
眼
机器人 数控机床 ……
28/108
1.1.3 机械的发展历程概述
机械的发展历程 机械设计及理论的发展历程 古代 近代 现代
29/108
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。
8/108
加工机器
尺寸
用来改变被 加工对象的
形状 性质
状态
如: 加工机床 轧钢机 纺织机 包装机等。
9/108
运输机器
用来搬运物品和人。 如汽车、飞机、起重机、运输机。
10/108
信息机器
其功能是处理信息。 例如复印机、打印机、绘图机等。 信息机器虽然也作机械运动，但其目的是处理信息 ，而不是完成有用的机械功，因而其所需的功率甚 小。
第1讲 总 论
本讲是课程的总论
1/108
摘要
• 1.1 机械原理有关基本概念
• 1.1.1 认识机器 • 1.1.2 机器的分类和组成 • 1.1.3 机械的发展历程概述
• 1.2 机械设计有关基本概念
• 1.2.1 机械设计的要求和内容 • 1.2.2 机械设计的过程和方法
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1.1 机械原理有关基本概念
是人为实物的组合体， 具有确定的机械运动， 可以用来转换能量、
完成有用功 或处理信息， 以代替或减轻人的劳动。
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动力机器
根据用途的不同， 机器可分为
加工机器 运输机器
信息机器
7/108
动力机器
其用途是转换机械能。
其他形式的能量
机械能
原动机 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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Biblioteka Baidu
机器的组成
传统机器都包含如下三个部分：
驱动装置
传动装置
执行装置
常称为原动机，是机器 的动力来源。 常用：电动机、内燃机 、液压缸和气动缸， 以各种电动机的应用最 为普遍。
处于整个传动路线的终端， 按照工艺要求完成确定的运 动，是直接完成机器功能的 部分。 执行装置随机器的用途不同 而不同，它属于各种专业机 械课程研究的内容。 23/108
传动装置
令调节
伺服电
机的运
检测伺服电机
动
的输出转角
传
执行装置
感
器
检测执行装置 的运动输出
控制装置
由程序给定 运动规律
前馈控制
反馈控制
测量运动构件真 实运动情况，并 将测量结果随时 反馈给控制系统
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传统机器
驱动装置 传动装置
心脏 躯干，臂
现代机器
执行装置
手
普通车床 牛头刨床 空气压缩机 起重机 掘土机 皮带运输机
驱动装置
传动装置
执行装置
将原动机的运动和动力传递给执行装置， 并实现运动速度和运动形式的转换。
运动速度的转换
运动形式的转换
24/108
运动速度的转换
传动装置解决原动机速度和执行装置速度不匹配的问题。
一般的普通交流电动机速度是固定的。
一般机器执行部分速度低于原动机的转速, 需要减速。
鼠笼式 交流电动机的
构件
零件
构件是运动的单元，而零件是制造的单元。
21/108
通用零件与专用零件
各种机械中广泛使用的零件称为通用零件。 如螺栓、轴、齿轮、弹簧等。 只在某一类机械中使用的零件称为专用零件。 如内燃机中的活塞、曲轴等。 通用零件中主要包括三大类零件： 传动零件 （齿轮、带、链等） 联接零件 （螺栓、键等） 轴系零件 （轴、轴承等） 此外: 弹簧等零件。
17/108
因此，可给出机构的如下定 义： 机构： 人为实物的组合体， 具有确定的机械运动， 可以用来传递和转换运动。
机器：
人为实物的组合体， 具有确定的机械运动， 可以用来转换能量、
完成有用功 或处理信息， 以代替或减轻人的劳动。
18/108
机器是由机构组成的。 简单的机器，可能只含有一个机构, 但一般都含有 多个机构。
机器中的单个机构不具有转换能量或完成有用功的功能。
机械 机器和机构的总称
19/108
常用机构
在各种机械中广泛使用的一些机构称为 常用机构。 如：
连杆机构、 凸轮机构、 齿轮机构、 间歇运动机构。
20/108
构件
我们已经多次使用了“构件”这个术语。 活塞、连杆、曲轴、滑枕等都是构件。
构件是组成机构的有确定运动的单元。
30/108
古代中国
公元一世纪 东汉
“水排”
用水力鼓风炼铁，其中应用
认识机器 机器的分类和组成 机械发展历程概述
3/108
1.1.1 认识机器
典型的机器： 内燃机、汽车、各类加工机床、工程机 械、工业机器人，等等。 常被称作设备。
4/108
1.1.2 机器的分类和组成
机器及其分类 机器的几个基本概念 机器的组成
5/108
机器及其分类
机器的定义 机器是指：
转换运动形式 的各种机构
连杆机构 凸轮机构
连杆机构 凸轮机构
间歇运动机构
变速回转 往复摆动 往复移动 间歇运动
连杆机构
特定轨迹
26/108
别控各是制部随控装分着制置的2理0的运世论作动纪的用。后发是半展控叶和制以计机来算器现机代在科工学业技上术的的应发用展，，机特器
的组成更复杂了。
传 感
器
发出指 驱动装置
同步转速 （r/min）
带、5链00 传动600 各种175齿5000 轮1传300000动0
减速器
（也有相反的情况，需要增速）。
例如自行车链传动
许多机器还需要执行装置有多种不同的速度。
例如汽车、机床的变速器25/108
运动形式的转换
一般的原动机 作回转运动
机器执行部分可能 有各种运动形式：
连杆机构
11/108
动力机器 加工机器 运输机器 信息机器
转换机械能 完成机械功 作功很小
12/108
现代机器的出现使机器按功能的分类变得模糊
机器人： 进行焊接和装配，是加工机器； 用来搬运物品，也是运输机械； 而且是按照一定的信息来搬运；也是信息机械。
13/108
机器的几个基本概念 机构 几种常用机构： 连杆机构、凸轮机构、 棘轮机构、螺旋机构、齿轮机构