【精品】清华大学机械原理各章重点
（完整版）机械原理笔记
（完整版）机械原理笔记第⼀章平⾯机构的结构分析1.1 研究机构的⽬的⽬的：1、探讨机构运动的可能性及具有确定运动的条件2、对机构进⾏运动分析和动⼒分析3、正确绘制机构运动简图1.2 运动副、运动链和机构1、运动副：两构件直接接触形成的可动联接（参与接触⽽构成运动副的点、线、⾯称为运动副元素）低副：⾯接触的运动副（转动副、移动副），⾼副：点接触或线接触的运动副注：低副具有两个约束，⾼副具有⼀个约束2、⾃由度：构件具有的独⽴运动的数⽬（或确定构件位置的独⽴参变量的数⽬）3、运动链：两个以上的构件以运动副联接⽽成的系统。
其中闭链：每个构件⾄少包含两个运动副元素，因⽽够成封闭系统；开链：有的构件只包含⼀个运动副元素。
4、机构：若运动链中出现机架的构件。
机构包括原动件、从动件、机架。
1.3 平⾯机构运动简图1、机构运动简图：⽤简单的线条和规定的符号来代表构件和运动副并按⼀定的⽐例表⽰各运动副的相对位置。
机构⽰意图：不按精确⽐例绘制。
2、绘图步骤：判断运动副类型，确定位置；合理选择视图，定⽐例µｌ；绘图（机架、主动件、从动件）1.4 平⾯机构的⾃由度1、机构的⾃由度：机构中各活动构件相对于机架的所能有的独⽴运动的数⽬。
F=3n - 2p L - p H（n指机构中活动构件的数⽬，p L指机构中低副的数⽬，p H指机构中⾼副的数⽬)⾃由度、原动件数⽬与机构运动特性的关系：1）：F≤0时，机构蜕化成刚性桁架，构件间不可能产⽣相对运动2）：F > 0时，原动件数等于F时，机构具有确定的运动; 原动件数⼩于机构⾃由度时，机构运动不确定; 原动件数⼤于机构⾃由度，机构遭到破坏。
2、计算⾃由度时注意的情况1）复合铰链：m个构件汇成的复合铰链包含m-1个转动副（必须是转动副，不能多个构件汇交在⼀起就构成复合铰链，注意滑块和盘类构件齿轮容易漏掉，另外机架也是构件。
2) 局部⾃由度：指某些构件（如滚⼦）所产⽣的不影响整个机构运动的局部运动的⾃由度。
清华大学.机械原理9精编版
第9章 开式链机构
9.1 开式链机构的特点及应用 9.2 开式链机构的结构分析 9.3 开式链机构的运动学
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9.1 开式链机构特点及应用
9.1.1 开式链机构的特点
• 开式运动链要成为有确定运动的 机构，常要更多的原动机。
• 开式运动链中末端构件的运动与闭式运动 链中任何构件的运动相比，更为任意和复 杂多样。
的重复的作业。
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9.1.2 开式链机构的应用
利用开式运动链的特点，结合伺服控制和计算机的使用，开 式链机构在各种机器人和机械手中得到了广泛的应用。
多操作器协调工作 本田公司机器人
铆接机器人
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9.2 开式链机构的结构分析
本节以机器人操作器为例， 介绍开式链机构的组成和结构．
器的一个给定位置和姿态，确定 一组关节参数，使末端执行器达 到给定的位置和姿态。
解的存在性? 多重解？
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9.3.1 研究的主要问题
3）工作空间
在机器人运动过程中其操作 器臂端所能达到的全部点所构 成的空间，其形状和大小反映 了一个机器人的工作能力。
可达到的工作空间：机器人末 端执行器至少可在一个方位上 能达到的空间范围。
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9.2.2操作器的自由度 1. 臂部自由度组合
直线及回转运动（1）
直线及回转运动（2）
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9.2.2 操作器的自由度
结论：
• 为了使操作器手部能够达到空间任一指定位置，通用 的空间机器人操作器臂部应至少具有3个自由度。
机械原理清华12机械的平衡
当转子以等角速度w转动时，各 偏心质量所产生的离心惯性力分别 为：F1，F2，F3。
11.2.1 刚性转子的静平衡设计
增加一个平衡质量mb，其向径为rb 所产生的离心惯性力为Fb。
要求平衡时，Fb, F1, F2, F3所形成的合 力F应为零：
（1）静平衡的条件：分布于转子上的各个偏心质量的离 心惯性力的合力为零或质径积的向量和为零。
（2）对于静不平衡的转子，无论它有多少个偏心质量， 都只需要适当地增加一个平衡质量即可获得平衡, 即对于静不平衡的转子，需加平衡质量的最少数 目为1。
11.2.2 刚性转子的动平衡设计
动不平衡问题：
在转子运动的情况下才能显示 出来的不平衡现象。
11.1 平衡的分类和平衡方法
11.1.1 机械平衡的分类
1)转子的平衡
转子：绕固定轴转动的构件。
转子的平衡：其惯性力和惯性力矩 的平衡问题。 （1）刚性转子的平衡： 作转速低于一阶临界转速的转子平衡。
（2）挠性转子的平衡： 当工作转速大于一阶临界转速的转 子平衡。
2) 机构的平衡
机构的平衡：一般是指存在有往复运 动或平面复合运动构件的机构平衡。
。
11.2.2 刚性转子的动平衡设计
刚性转子的动平衡设计问题可 以用静平衡设计的方法来解决！
对于平面 T ：
mb rb m1r1 m2r2 m3r3 0
对于平面 T ：
mbrb m1r1 m2r2 m3r3 0 无论是用解析法还是图解法，均可解出 mb rb，mbrb
的大小及方位。
l l
m1r1
2
m1
m2
m3
l1 l
《机械原理》笔记
《机械原理》*号内容第一章概论第一节本课程的研究内容什么是机器、机构?机器的三特征：１)由一系列的运动单元体所组成。
2)各运动单元体之间都具有确定的相对运动。
3）能转换机械能或完成有用的机械功以代替或减轻人们的劳动。
具有以上1、2两个特征的实体称为机构。
构件——由一个或多个零件连接而成的运动单元体。
零件——机器中的制造单元体。
第二节机构的分析与综合及其方法机构分析:对已知机构的结构和各种特性进行分析。
机构综合:根据工艺要求来确定机构的结构形式、尺寸参数及某些动力学参数。
机构综合的内容: 1.机构的结构综合2.机构的尺度综合3.机构的动力学综合。
机构的结构综合：主要研究机构的组成规律。
机构的尺度综合（或运动学综合）：研究已知机构如何按给定的运动要求确定其尺寸参数.概括为四类:(1)刚体导引:当机构的原动件做简单运动时，要求刚体连续地变换其位置。
(2)函数变换：使机构某从动件的运动参数为原动件运动参数的给定函数。
（3）轨迹复演：使连杆上某点的轨迹能近似地与给定曲线复合。
（4)瞬时运动量约束:按构件在某些特定位置时的运动量来设计机构的结构参数。
准点——符合预定条件的几个位置。
只要求几个位置处符合给定条件的机构综合方法称为准点法。
减小结构误差的途径是：合理确定准点的分布。
可按契比谢夫零值公式配置准点。
第三节学习本课的方法1．注意基本理论与基本方法之间的联系2. 用工程观点学习理论与基本方法3．注意加强感性认识和实践性环节第二章机构的结构分析第一节概述构成机构的基本要素——构件运动副运动链运动副:两构件间直接接触且能产生某些相对运动的联接称为运动副。
约束---对构件间运动的限制。
运动副元素—运动副参加接触的部分。
空间运动副和约束的关系。
平面机构中只有Ⅳ级副和Ⅴ级副。
(为什么？）低副－-－副元素为面接触(如移动副、转动副);高副－－-－副元素为点(线）接触。
运动链---构件由运动副连接而成的系统。
机构—选定机架,给相应的原动件，其余构件作确定运动的运动链。
机械原理考试重点总结.ppt
§ 5-3渐开线及渐开线齿廓
1.渐开线的形成
发生线
K
N
rb
A
第一章
平面机构的结构分析
一 基本概念
1 运动副：两构件直接接触形成的可动联接 2 运动副元素：参与接触而构成运动副的点、
线、面。
3 自由度：构件所具有的独立运动的数目
4 机构自由度:机构中各活动构件相对于机架 的独立运动数目。
5 杆组：不可再分的、自由度为零的运动链
二.平面机构的自由度
两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到 某些约束,自由度随之减少。
1) 复合铰链(Compound Hinge) 2)局部自由度 Passive DOF
3）虚约束RedundantConstraints
3.常见的虚约束：
1) 当不同构件上两点间的距离保持恒定，若在 两点之间加上一个构件和两个转动副，虽不 改变机构运动，但却引入一个虚约束。
y
x
虚约束一
2）两构件组成的若干个导路中心线互相平 行或重合的移动副。
b)动力条件（如γmin）;
c)运动连续性条件等。
3-4实现连杆给定位置的平面四杆机构 运动设计
• 1.连杆位置用动铰链中心B、C两点表示 • 连杆位置用动铰链中心B、C两点表示连杆经过三
个预期位置序列的四杆机构的设计。
C1
B1
B2
B3
C2 C3
按给定行程速度变化系数设计四杆机构
行程速度变化系数
１）机构自由 度 F≥1。 2）原动件数目等于机构自由度F。
例题6 计算图示机构自由度。
① 1
⑥
⑦
⑨
7
6⑧
②
2 4
④
53
《清华大学机械原理》课件
汇报人：日期:•绪论•机构的结构分析•机构的运动分析•机构的力分析•机械效率与自锁•常用机构及其设计•机械系统的动力学设计•机械系统的运动控制目录绪论机械原理的研究对象030201机械原理课程的重要性基础理论设计与制造创新能力培养机械原理的发展历程古代机械文明18世纪工业革命后，机器逐渐取代了手工劳动，机械原理得到了广泛应用和发展。
工业革命现代发展机构的结构分析机构的组成机构的特点机构的组成及特点机构的分类机构可根据其结构分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。
结构分类详解每种机构的分类都有其特定的结构特点和使用范围。
机构的结构分类机构的结构组成要素机构的组成要素机构的组成要素包括构件、运动副和运动链等。
结构组成要素详解每个组成要素都有其特定的含义和作用，对机构的运动和受力性能有着重要影响。
机构的运动分析机构运动的基本概念解析法通过对机构进行数学建模，利用数值计算方法求解机构中各点的位置、速度和加速度等运动参数。
仿真的应用利用计算机仿真软件对机构进行模拟，可视化机构运动过程，方便快捷地分析机构的运动特性。
矢量图解法法分析机构中各构件之间的相对位置关系和运动特性。
1 2 3基于牛顿第二定律，分析机构中各构件之间的作用力和反作用力，以及它们之间的加速度和速度等运动参数。
牛顿力学法分别用于分析机构在运动过程中质量和力对时间和空间的积累效应，导出机构的运动微分方程。
动量定理和动量矩定理用于分析机构在运动过程中能量的转换与守恒关系，以及机构的功率和效率等性能指标。
能量守恒机构的力分析机构力分析的基本概念机构力分析的基本方法平衡状态下的力分析运动状态下的力分析动力学分析03惯性力分析机构力分析的特殊问题01摩擦力分析02重力分析机械效率与自锁机械效率是指机械在单位时间内输出功率与输入功率的比值。
定义机械效率可以通过测量机械输出端和输入端的功率，然后求比值得到。
计算方法机械效率受到多种因素的影响，如摩擦、构件之间的间隙、润滑状况等。
《机械原理》第九版
机械原理第九版简介《机械原理》是机械工程专业的基础教材之一，通过全面而系统地介绍机械原理的基本概念和原理，培养学生对机械系统运动学和动力学的分析能力，为后续的专业课程打下坚实的基础。
本文档将对《机械原理》第九版进行简要介绍，内容涵盖了书中的主要章节和重点内容。
第一章机械原理概述第一章主要介绍了机械原理的基本概念和发展历史。
包括机械原理的定义、研究内容、应用领域等方面的内容，帮助读者初步了解机械原理的重要性和研究方向。
第二章刚体的力学性质第二章介绍了刚体的力学性质，包括质心、力矩、力矩定理等基本概念和原理。
通过学习这些内容，读者可以了解刚体在力学系统中的运动规律和相互作用。
第三章运动学基础第三章是机械原理中的重要章节，介绍了运动学的基本原理和分析方法。
内容包括直线运动、曲线运动、角度运动等方面的内容，通过这些知识，读者可以准确描述和分析机械系统的运动规律。
第四章动力学基础第四章介绍了动力学的基本概念和原理，包括力、力的合成与分解、牛顿定律等内容。
通过学习这些知识，读者可以分析和计算机械系统中的运动和力学性能。
第五章力与速度的分析第五章是机械原理中的重点章节，介绍了力和速度的分析方法。
内容包括速度和加速度的分析、力的分析和合成等方面的内容，通过这些方法，读者可以准确地分析力和速度的关系，并应用于机械设计和分析中。
第六章惯性力分析第六章介绍了惯性力的概念和分析方法。
内容包括离心力、科里奥利力、向心力等惯性力的计算和作用规律。
通过学习这些内容，读者可以深入理解惯性力的作用原理，在机械系统的设计和分析中考虑到惯性力的影响。
第七章动力学分析方法第七章介绍了机械系统的动力学分析方法，包括拉格朗日方程、哈密顿原理等内容。
通过学习这些分析方法，读者可以更加深入地掌握机械系统的运动规律和动力学性能。
第八章力学系统的振动第八章介绍了力学系统的振动理论和分析方法。
内容包括单自由度系统的振动、多自由度系统的振动、阻尼振动等方面的内容。
清华大学机械原理课件第2章连杆机构
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1. 解析法（略） 2. 图谱法简介 轨迹形状相同或相 似的连杆曲线→相 应的各构件的相对 长度→比例放大 (或缩小)
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3. 实验法
设计一个四杆机构，使其连杆上一点M的轨迹 与给定轨迹近似。
构件AB为长度可调的构件， 构件BC为具有若干分支杆的构件， 其各分支杆不仅长度可调，且相 互之间的夹角也可调。
例1：鹗式起重机
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例2：飞机起落架机构
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曲柄摇杆机构 三种基本形式双曲柄机构
双摇杆机构
如何形成这三种基本形式？
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2.1.2 平面连杆机构的演化 1.转动副转化为移动副
当CD趋于无穷大时，机构变成了什么样？
相互作平面相对运动的两构件上在任意瞬时 其相对速度为零的重合点—速度瞬心 (1) 绝对瞬心与相对瞬心 若构件1不动时，P 2 1 为绝对瞬心， 否则，P 2 1 为相对瞬心。
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2. 机构中瞬心的数目
n个构件组成的机构：
N n(n 1) 2
3. 机构中瞬心位置的确定 (1)通过运动副直接相联的两构件的瞬心 1)转动副相联
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清华大学机械原理课件第2章连杆机构
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1. 曲柄摇杆机构
基本运动形式：
等速回转→往复摆动
特性 （1）急回运动—行程速比系数K
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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：
清华大学机械原理课件第1章 机构的组成和结构
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1. 低副—面接触
（1）回转副：铰联接，轴和轴承； 问题：自由度如何变化？
消去两个自由度，剩下一 个相对回转
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（2）移动副：滑块与导轨，活塞与气缸
同样，消去两个自由度， 剩下一个相对移动
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不同级别的杆组组成机构，通常以机构中包含 的基本杆组的最高级别命名
II级机构 I级机构
III级机构
一个原动件 和机架组成
1个II级杆组 4个II级杆组 1个III级杆组
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区别
思考：原动件更换后对机构级别的影响
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本章参考书
1. 孟宪源等编著. 机构构型与应用(上册).
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2. 机构运动简图的绘制
例：小型压力机
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方法：
（1）分析机构的组成情况，动作原理和运动情况； （2）分析各构件之间相对运动的性质，确定各运动 副的类型； （3）选择视图投影面及比例尺，绘制出机构运动简
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例3 ：
F 3 2 2 3 0 F 3 3 2 5 1
F≤0，运动链约束过多，已成为桁架，不能 成为机构
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2. 运动链成为机构的条件
（1）运动链 F > 0；
（2）F=原动件数目； （3）满足(1)、(2)的运动链即为机构，机构 自由度的计算可用运动链自由度的计算 公式。
清华大学机械原理课件--第5章轮系机构
1
1
2
3
32
SK360普通车床
4
4
走刀丝杠的三星轮换向机构
平面定轴轮系（各齿轮轴线相互平行）
第5章 轮系
i12
1 2
z2 z1
i34 4 3zz3 4
i2'3
2 3
z3 z2'
i45 5 4z z5 4
i15 15 (1)3
z2z3z5
z1z2'z3'
z2 z3 z5 z1 z2' z3'
第5章 轮系
1. 将混合轮系分解为几个基本轮系； 2. 分别计算各基本轮系的传动比； 3. 寻找各基本轮系之间的关系； 4. 联立求解。
行星轮 系杆
中心轮
周转轮系 定轴轮系
第5章 轮系
例3：z1=20，z2=30， z2’=20， z3=40， z4=45， z4’=44，
z5=81， z6=80 求： i16
z2z3 z1z2
18701.875 2824
1 H 1.875 0H
i1H H 1 11.8752.875
第5章 轮系
H 3
H 1
周转轮系传动比计算方法
周转轮系
- H
转化机构：假想的定轴轮系
第5章 轮系
上角标 H 正负号问题
i1Hn 1 n H i1 n
计算转化机构的传动比 计算周转轮系传动比
i1H n
SK360普通车床
国产红旗轿车自动变速机构
第5章 轮系
第5章 轮系
第5章 轮系
第5章 轮系
第5章 轮系
第5章 轮系
第5章 轮系
第5章 轮系
5.3.4 在机构尺寸和重量较小的条件下，实现大功率传动
机械原理复习要点
K V 2 C1C 2
V1
C1C 2
t2 t1
t1 t2
180 180
1、平面四杆机构有三种基本形式，即
机构， 机构
和
机构。
2、组成曲柄摇杆机构的条件是：最短杆与最长杆的长度之和
或
其他两杆的长度之和；最短杆的相邻构件为
，则最短杆为
。
3、在曲柄摇杆机构中，如果将
杆作为机架，则与机架
相连的两杆都可以作____
运动，即得到双曲柄机构。
4、在
机构中，如果将
杆对面的杆作为机
架时，则与此相连的两杆均为摇杆，即是双摇杆机构。
5.在
机构中，最短杆与最长杆的长度之和
其余两杆的长度之和时，则不论取哪个杆作为
，都可以
组成双摇杆机构。
6.导杆机构可看做是由改变曲柄滑块机构中的
C
B
A
D
θ 180°＋θ
B2
作者: 潘存云教授
A B 180°-θ
1
D
第1章 绪论
1、 机构与机器的区别 2、 零件与构件的区别 3、 机器的分类 4、 工作机的组成
第2章 平面机构的结构分析
1、运动副（高副、低副） 2、约束及自由度 3、运动链 4.机构具有确定运动的条件
机构具有确定运动的条件是原动件数＝自由度。
5、自由度的计算（虚约束、局部自由度、复合铰链）
6.机构分级
而演变来
的。
7、将曲柄滑块机构的
改作固定机架时，可以得到导杆
机构。
8、曲柄摇杆机构产生“死点”位置的条件是：摇杆为
件，曲柄为
件或者是把
运动转换成
《清华大学机械原理》PPT课件
2.4 平面连杆机构的运动分析
运动分析内容：位移、速度、加速度 分析方法：图解法 解析法
瞬心法 相对运动图解法（矢量合成法） 杆组法
B
计算流程图
FTP: 166.111.52.6
免试题目（1）：2.13 or 2.14
第六周交
1. 求解步骤 2. 流程图 3. 程序（语言不限） 4. 结果曲线（一个周期内位移、速度、加速度曲线） 5. 结果分析：有无问题？如何解决？ 6. 动态仿真
▪ 三点唯一确定一个 圆，B、C确定后， A、D是确定的；
▪ B、C的位置可以根 据实际情况确定， 满足设计要求的四 杆机构有无穷多个。
2.5.3 函数生成机构的设计
已知固定铰链点A、D，设计四杆机构，使得两个连 架杆可以实现三组对应关系
？ 函数生成机构
刚体导引机构
d
刚化反转法
以CD杆为机架时看到的四杆机构ABCD的位置相当 于把以AD为机架时观察到的ABCD的位置刚化，以D轴
设计一个四杆机构，使得机构上 M 点实现给定轨迹
轨迹生成机构的设计 —— 解析法
M（x，y）
a, c, d, e, f, g g, h, 0
连杆机构 自由度少、约束多 设计灵活度受到限制
减少约束 增加自由度
轨迹生成机构的设计 —— 实验法
平面连杆机构设计小结
一、刚体导引机构设计：实现连杆几个预定位置
重 点： ▪ 掌握各种设计思路：反推；转化 ▪ 寻找问题的本质原因 ▪ 善于总结，举一反三
关键点： ▪ 连杆机构中构件并非一条线，而是代表一个面 ▪ 刚化反转法一定要理解，熟练使用
机械优化设计方法
设计目标： min [ f( x1, x2,…… ) ] 设计变量： x1, x2,…… 约束条件： F1 (x1, x2,…… ) ≤ 0
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。