机械原理 第一章 绪论

三.现代机械
20世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器 人，航空航天，海洋舰船等领域开发出了众多高新机械 产品，如火箭、卫星、宇宙飞船、空间站、航空母舰、 深海探测器等
国际太空站
航天飞机正在利用机械臂施放哈勃 空间望远镜
21世纪，机械学科在迅猛发展, 新概念、新理论、新 方法、新工艺不断涌现。智能机械、微型机构、仿生机 械的蓬勃发展，将促进材料、信息、计算机技术、自动 化等领域的交叉与融合，进一步丰富和发展机械基础学 科知识。
一.古代机械
五千年前已开始使用简单的纺织机械；晋朝连机椎和 水碾中应用了凸轮原理；西汉时应用轮系传动原理制成了 指南车和记里鼓车；东汉张衡发明的候风地动仪是世界上 第一台地震仪。目前许多机械中仍在采用的青铜轴瓦和金 属人字圆柱齿轮，在我汉年代的文物中都可以找到它们的 原始形态。
二.近代机械
18世纪初以蒸汽机的出现为代表产生了第一 次产业革命，人们开始设计制造各种各样的机 械，例如纺织机、火车、汽轮船。
机
蒸汽机车
车
内燃机车 电力机车 磁悬浮机车
船
舶
船舶是指能航行或停泊于水域进行运输或作业工具，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。
初步建立工程观点
本课程要用到很多与工程有关的名词、符合、 公式、标准及参数和对机械研究的一些常用的简 化方法，如倒置、反转、转化、当量、等效、代 换等等。在机构分析与综合中，除解析法外还有 实验法以及试凑法等一些工程中实用的方法。因 此在学习时，对名词应正确理解其含义，对公式 应着重于应用，而对方法则着重掌握其基本原理 和作法。另外，实际工程工程问题都是涉及多方 面的因素的问题，其求解可采用多种方法，其解 一般也不是唯一的。这就要求设计者具有分析、 判断、决策的能力，要养成综合分析、全面考虑 问题的习惯和科学严谨、一丝不苟的工作作风。
What I do, I understand.
学习方法：
掌握本课程的特点 注重理论联系实际 初步建立工程观点 认真对待教学的每一个环节
掌握本课程的特点
本课程是一门技术基础课，其最显著的特 点是基础理论与工程实际的结合。要用到物理、 数学、力学、机械制图和工程材料及机械制造 基础等先修课程的知识，尤其是理论力学的知 识。但并不是这些课程的简单重复，我们要做 的就是如何应用所学的知识解决工程实际中所 遇到的问题。 所以本课程的学习不同于理论课程的学习， 也不同于专业课，而具有一定的理论系统性及 逻辑性和较强的工程实践性的特点。因此，在 学习本课程时应注意掌握基本的概念、原理及 机构的分析与程全部教学工作的完成，需要 自学、听课、习题课、实验课、课后作 业、答疑和考试等教学环节。要学好这
门课，希望大家对每个教学环节予以充
分重视，另外，大家要自觉地、认真地 按要求完成各项学习任务。
思考题
1. 本课程研究的内容主要包括哪几个方面的问题？ 2. 何谓机器？机器的功用是什么？ 3. 为什么说机构是本课程研究的基本对象？ 4. 通读“绪论”全部内容
（3）机器的结构 传统的机器由如下三个部分组成：
原动部分
传动部分
执行部分
现代机器一般由如下四个部分组成：
原动部分
传动部分 控制部分
执行部分
2．研究内容 1） 机构的组成及其自由度的计算 2） 机构的运动分析 3）机构的力分析和机器动力学分析
4）常用机构的分析与设计
5）机构的选型与组合*
§1-3 机械原理课程的地位及学习目的
机 械 原 理 Theory of Machines and Mechanisms
参考学习资料
《机械原理》，孙桓等主编，高等教育出版社（第七 版），1997年 《机械原理学习指导书》，郑文纬等编，高等教育出版 社，1992年 全国机械原理、机械设计教学网站 ： / 重庆大学《机械原理》国家精品课程： http://202.202.216.41/China_2004_jxsj/index.htm 西北工业大学《机械原理》国家精品课程： /jp2003/JXYL 其余的哈尔滨工业大学、清华大学、北京科技大学、 西南交通大学的《机械原理》精品课程自行在网上搜索。
8)鉴定和投产
§1-4 机械原理学科的发展趋势
（1）平面、空间机构的分析与综合 （2）机器人机构 （3）齿轮及传动 （4）计算机辅助设计与优化方法 （5）机械系统动力学 （6）机电一体化技术与方法
（7）微型机械
§1-5 学习本课程之方法
方法总论:
What I hear, I forget; What I see, I remember;
活塞的往复运动通过连杆变位曲轴的连续 转动， 该组合体称为：曲柄滑块机构 凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀； 称为：凸轮机构 两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之 称为：齿轮机构 间形成协调动作， 各部分协调动作的结果，就将燃料中化 学能转化为曲轴旋转的机械能。 内燃机
汽
车
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
第一章 绪
§1-1 机械发展的历史
论
§1-2 机械原理的研究对象及内容 §1-3 机械原理课程的地位及学习课程的目的 §1-4 机械原理学科的发展趋势 §1-5 学习本课程之方法
思考题
§1-1 机械发展的历史
机械是人类用以转换能量和借以减轻体力劳动、 提高生产率的主要工具。 机械工业是国民经济的支柱工业之一； 机械工业是社会生产力发展水平的重要标志。 当今社会高度的物质文明是以近代机械工业 的飞速发展为基础建立起来的，人类生活的不断 改善也与机械工业的发展紧密相连。
5. 利用图书馆或网络资源查阅机械发展史、机械与社 会各领域的关系与应用、机械设计与制造方法方面 的科技论文或科普文章，并做读书笔记。
注重理论联系实际
本课程并不是研究某种具体的机械，而是着 重研究一般机械的共性问题，即机构的结构分析 和综合的基本理论和基本的方法。这些基本理论 和方法是紧密为工程服务的。因此，在本课程的 学习过程中，一方面要注意这些理论和方法在理 论上建立和推演的严密性和逻辑性，另一方面更 要注意这些理论和方法如何在工程实际中的应用。 此外还应随时留意日常生活和生产中遇到的各种 机械，以丰富自己的感性认识；并用所学到的理 论和方法认识分析这些机械，以加深理解，使理 论和实践相互促进。
用光刻技术做成的 微米尺寸的微机械
蜘蛛形探雷机器人
仿生智能机械
有关机械的几个问题
机械科学与技术发展或许是我们限定思维所难展望 的，但人们在机械创新的漫漫征程中所积累的机械设计 基础知识为我们提供了认识和改造客观世界的基础。 由此引出几个问题： 什么是机械？其含义包括哪些？ 各行各业的机器组成有没有共同的特点？ 能否进行总结？ 其共同特征或者共同之处在何处？ 能否进行专门研究？ 机械原理课程授课目的是什么？ 未来发展趋势是什么？
机械原理 （机械系统方案设计） Mechanical System Conceptual Design 机械系统结构设计 Engineering Design of Mechanical System
机械图示基础 Engineering Graphics Representation
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
飞
机
工件自动载送装置
档块
含带传动机构、蜗 工件 定爪 杆传动、凸轮机构、 装配夹具 连杆机构等。
动爪
滑杆 连杆机构
滑杆左移时，夹 持器将工件夹住。
工件载送器
蜗杆传动
滑杆带着工件右移时， 夹持器动爪受挡块的 压迫将工件松开，工 件落入载送器被传送 到下一道工序
带传动
凸轮机构
电动机
动画演示
焊接机器人
机械工业是国民经济的基础 运动方案的设计和更新直接影响机械产品或设备设 计的成败、优劣以及生产效率的提高 产品设计和开发过程中最关键、最难的便是功能原 理创新
基础课程
技术基础课程
机械原理
专业课程
更接近工程实际
知识面更宽、适应性更广
机械原理教学的总目标： 培养学生在信息技术时代条件下的综合设计能力、创 新设计能力和工程实践能力。 强调工程教育的科学化，着眼于培养站得高、看得远， 能进行总体策划和系统设计、主持产品设计的工程大 师。
通过本课程的学习，可为今后学习机械设计、机床 夹具设计、机床、机械制造工艺学等专业课程打下基础
为机械的合理使用和革新改造打好良好基础 为产品的创新设计奠定基础
一般工业产品的设计需要经过几个阶段:
1)用户提出设计任务 2)明确设计任务 3)总体方案设计 4)机构尺寸综合 本课程 解决的 问题 5)零部件设计 6)工艺设计和制造 7)样机装配和调试
§1-2 机械原理的研究对象及内容
1．研究对象
机械应用实例
机械 是机构和机器的总称。 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。
机械应用实例
内燃机 船 舶 汽 车 飞 机 机 车
工件自动装卸装置 仿生机械 工业机器人
内燃机
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。
机构和机器的概念
（1）机构 机构 是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。 如常见的机构有带传动机构、链传动机构、齿 轮机构、凸轮机构、连杆机构、螺旋机构等等。 （2）机器 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。 由实例可看出，各种机器的主要组成部分都是各 种机构。所以可以说，机器乃是一种可用来变换或传 递能量、物料与信息的机构组合体。
哈格里沃斯发明 的“珍妮纺纱机”
法国陆军技术军官古诺发明 了世界上第一辆蒸汽动力车
19世纪到20世纪初的第二次产业革命，随着 内燃机的出现，促进了汽车、飞机等运输工具的 出现和发展。
1898年问世的“雷诺”牌汽车
“圣路易斯精神”号飞机 1927年美国人林德伯格驾驶着它完成了人 类首次不着陆飞越大西洋的壮举。