机械原理课件 第七版 孙桓
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种类有限
工作机－完成有用功（如机床等） 种类繁多
中南大学专用
作者： 潘存云教授
机构
机械
原动机
机器 工作机
工作机的组成：
原动部分－是工作机动力的来源，最常见的是电动机 和内燃机。
工作部分－完成预定的动作，位于传动路线的终点。
传动部分－联接原动机和工作部分的中间部分。
控制部分－保证机器的启动、停止和正常协调动作。
斜面 →杠杆 →起重轱辘 →滑轮组 →手动(电动)葫芦
→现代起重机 （包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、
卷扬机、叉车、电梯－电脑控制）。
一般而言， 机械是机器和机构的总称
中南大学专用
机构 机械
机器
作者： 潘存云教授
机构－能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件 实物的组合体。如：连杆机构、凸轮机构、 齿轮机构等。种类有限
▲设计新机构的方法。按一定几何条件和运动条件
3. 机器动力学 ▲分析机构的受力情况及力做功的情况；
▲分析机器在已知外力作用下的运动； ▲机器的调速和平衡方法。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
按解决问题的性质，研究内容又可分为两大类：
▲机构分析－对已有机构的研究。包括结构、运动 和力分析。
▲机构综合－设计新的机构。包括型综合、尺度综 合、运动和动力综合。
考虑运动性能过渡到同时考虑其动力性能。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
考虑到机械的动态特性: 机械在运动过程中，构件的振动和弹性变形、
运动副的间隙和构件 尺度误差，对运动及动力性能 的影响。 连杆机构:
重视了空间连杆机构、多杆多自由度机构、连杆 机构弹性动力学和动力平衡研究。
齿轮机构: 发展了齿轮啮合原理、提出了许多性能优异的新
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、新工艺不断涌现。同样，机械学科也发展迅猛，
发展方向：高速、重载、高精度、高效率、低噪声
5倍音速的飞机、几十万吨的轮船、米级打击精度、细胞克隆操作、磁悬浮列车、低噪声潜艇
应用领域Biblioteka Baidu大：上天、入地、下海、甚至钻入人体内。
太空探险、水平钻探、深海采矿、打捞作业、血管清理
其关系如下
原动机
传动
工作
控制
中南大学专用
作者： 潘存云教授
分析自动洗衣机的组成：
控制器(控制)
潘存云教授研制 中南大学专用
潘存云教授研制
波轮(工作) 电动机(原动)
带(传动)
减速器(传动)
作者： 潘存云教授
机构的共有特征：
同理，通过对典型机构进行分析可知：
①人造的实物组合体；
②各部分有确定的相对运动；
各章内容彼此独立，前后联系不甚密切。因此，要经常复习前面已学过的内容，以免 出现猴子扮苞米的现象。
4) 四多：内容多、概念多、符号多、公式多。
不要求死记硬背，关键在于理解，重点在于应用。会用自然能记住。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
本课程研究机械的途径： ▲ 研究机械所具有的一般共性问题。如机构的组成
中南大学专用
作者： 潘存云教授
§1－2 本课程的研究内容
1. 机构结构分析 基本知识 ▲研究机构运动的可能性; 能否运动 ▲机构运动的确定性；下一个位置和运动方向是否唯一
▲机构运动简图的绘制方法；用简单图形表示复杂机构
▲机构的组成原理和结构分类。 2. 机构的运动学
▲机构上某些特殊点的位置、速度、加速度的求法 和机构的运动规律； 不考虑引起机构运动的力的作用，仅从几何的观点来研究
潘存云教授研制
5 6
排气阀4、 连 杆 5 、 曲 轴 6 、
凸 轮 7 、 顶 杆 8 、 齿轮9、10
工作原理：
9 10
1.活塞下行，进气阀开启，混合气体
进入汽缸；
2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，
在顶部点 火燃烧；
内燃机
3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；循输环出运连动续的的结旋果转，运使动曲轴
要求： 1）作业必须按时完成，绘图准确，字迹工整，作业 量未达到规定者不能参加考试。 2）上课认真听讲，及时消化，不主张占用较多的课 外时间。
3）仔细观察实物和模型，欢迎到实验室参观，并动手 组装各种机构。
为了实现我国的国防现代化，必然要有大量的机械化、自动化的武器装备于部队，这些武器从何来？恐怕大多 数只能靠我国自力更生解决，这是一项十分艰巨的任务，设计、制造、使用、维护现代化的武器装备，需要大 批的机械方面专业人才。在座的各位都是未来的工程师和部队的主要技术骨干，掌握好本课程的有关知识，将 为你们未来的工作打下一个良好的基础。最后希望我们共同努力，把这门课程教好学好。
③用来传递力或实现运动的转换。
机构的分类：通用机构和专用机构。
通用机构---用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。 专用机构---只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。
中南大学专用
机械
机构 机器
通用机构 专用机构 原动机 工作机
作者： 潘存云教授
本课程研究重点：通用机构 机器与机构的关系：由两个实例推广到一般 任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而 成的。实际机器的种类有成千上万种，但机构的种类确有限。类似关系：化合物与化学元素 由机器与机构的共有特征可知： 机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不 同） ，故统称为机械。人造的组合体、有确定的相对运动
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。
强调代替人类完成有用工作
中南大学专用
作者： 潘存云教授
机器的共有特征： ①人造的实物组合体；
②各部分有确定的相对运动；
③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量 的转换 机器的作用
机器的分类： 原动机－实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）
型齿廓曲线和新型传动、加速了对高速齿轮、精密齿 轮、微型齿轮的研究。
凸轮机构: 十分重视对高速凸轮机构的研究。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
高速度； 现代机械的特点： 高节拍；
高性能
另外，为了适应现代机械高速度、高节拍、高性能的需要，
高速高定位精度的分度机构；
研制了 具有优良性能的组合机构； 各种机构的变异与组合等。
称综合而非设计的理由： 在解决机构的设计问题时，
▲仅限于根据运动和动力要求，确定机构各部分与运 动相关的尺寸；
▲不涉及各个具体零件的强度计算，具体形状和结构、 材料选择等因素；
▲设计结果是机构运动简图，而非工程化的设计图。
机械设计
中南大学专用
方案设计 本课程要解决的问题
结构设计 属于机械设计课程的范畴
4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
内燃机的工作过程：
进气 压缩 爆炸 排气
潘存云教授研制
设计：潘存云
内燃机各部分的作用：
活塞的往复运动通过连杆转变为曲 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、排气阀与活塞之间形成协调动 作，称为：齿轮机构
机器－根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合 体。
如: 缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用 机器、起重机等。
机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但 具有相同的基本特征。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
典型机器的分析：
3
4
1.内燃机
8
组成：
7
汽缸体1、 活 塞 2 、 进气阀3、
2
1
新的设计手段日新月异: 在对机械的分析与综合中，计算机的作用日益重要，发展并推广了
▲计算机辅助设计(CAD)； ▲优化设计； ▲考虑误差的概率设计。
在机械原理的各个领域，每年都有大量内容新颖的文献资料出现。
作为技术基础课程，只介绍一些最基本的原理和方法。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
课程安排：共56学时，其中讲授50学时，实验6学时。
作者： 潘存云教授
§1－3 课程的性质和学习方法
课程性质： 技术基础课 作用： 承前启后
作为一名工程技术人员，同学们在今后的工 作岗位上将会接触各种各样的通用或专用机 械，因此必须掌握机械方面的基础知识。
先修课程：高等数学、普通物理、工程制图、理论力学
同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如机械 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，
原理、机构运动学、机器动力学。
▲ 研究各种常用机构的运动和动力性能，以及它们 的设计 方法。
如何学习本课程？
▲ 着重搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握机构 分析与综合的基本方法。
▲ 注意把一般原理和方法与具体运用密切联系起来。 并用所学知识观察日常生活与生产遇到的各种机械。
▲注意培养运用所学基本理论与方法去分析和解决工 程实际问题的能力。
课程的特点：
1）实践性强 2）综合性强 3）独立性强
本课程是一门技术基础课，其研究对象是在生产实际中广泛应用的机械，所要解决的问题大 多数是工程中的实际问题（与理论力学的不同点），因此要求学生加强基本技能的训练，如 简图测绘、齿轮参数测量等。要培养工程素养，作图应严格按要求进行。要重视实验课。
本课程学习要综合运用已学过的知识，约有1/3的内容与理论力学有关。有些内容可以说 是理论力学的延续与扩展（用理论力学的原理分析具体的机械）。因此，一定要复习号理 论力学中的有关内容，如运动学、摩擦学等。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
第一章 绪 论
§1－1 本课程研究的对象和内容 §1－2 本课程在教学中的地位 §1－3 课程的性质和学习方法 §1－4 机械原理学科发展现状简介
中南大学专用
作者： 潘存云教授
§1－1 本课程研究的对象和内容
顾名思义，本课程研究对象为：机械
机械－人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的 组合体。 原理－机械的组成原理、工作原理、分析和设计原理(方法)等。 任何机械都经历了：简单→复杂的发展过程。 起重机的发展历程：
与其它学科的交叉渗透作用增强：与电子工程、计算 机科学、控制工程、材料科学、生物医学相互渗透， 诞生了若干新学科。如机械电子学、仿生机械学、机 器人机械学、机械CAD。
本学科的研究课题与日俱增: 新机构不断涌现-----如自控机构、机器人机构、仿生 机构、柔性及弹性机构、机电气液综合机构等。
注重机械的动力性能------在机械分析与综合时，由只
各部分协调动作的结果： 化学能
机械能
中南大学专用
作者： 潘存云教授
2.工件自动载送装置
工件 定爪 动爪
档块
滑杆
含 带 传 动 机 构 、 蜗 杆 装配夹具 传动、凸轮机构、连
杆机构等。
工件载送器
潘存云教授研制
蜗杆传动
连杆机构
滑杆左移时，夹持器 将工件夹住。
带传动 凸轮机构
滑杆带着工件右移时，
电动机
中南大学专用
作者： 潘存云教授
▲注意培养综合分析、全面考虑问题的能力。解决同 一实际问题，往往有多种方法和结果，要通过分析、 对比、判断和决策，做到优中选优。
▲注意培养科学严谨、一丝不苟的工作作风。在今后 的工作中要与各种武器装备打交道，稍有不慎，即 可能造成损失。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
§1－4 机械原理学科发展现状简介
工作机－完成有用功（如机床等） 种类繁多
中南大学专用
作者： 潘存云教授
机构
机械
原动机
机器 工作机
工作机的组成：
原动部分－是工作机动力的来源，最常见的是电动机 和内燃机。
工作部分－完成预定的动作，位于传动路线的终点。
传动部分－联接原动机和工作部分的中间部分。
控制部分－保证机器的启动、停止和正常协调动作。
斜面 →杠杆 →起重轱辘 →滑轮组 →手动(电动)葫芦
→现代起重机 （包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、
卷扬机、叉车、电梯－电脑控制）。
一般而言， 机械是机器和机构的总称
中南大学专用
机构 机械
机器
作者： 潘存云教授
机构－能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件 实物的组合体。如：连杆机构、凸轮机构、 齿轮机构等。种类有限
▲设计新机构的方法。按一定几何条件和运动条件
3. 机器动力学 ▲分析机构的受力情况及力做功的情况；
▲分析机器在已知外力作用下的运动； ▲机器的调速和平衡方法。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
按解决问题的性质，研究内容又可分为两大类：
▲机构分析－对已有机构的研究。包括结构、运动 和力分析。
▲机构综合－设计新的机构。包括型综合、尺度综 合、运动和动力综合。
考虑运动性能过渡到同时考虑其动力性能。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
考虑到机械的动态特性: 机械在运动过程中，构件的振动和弹性变形、
运动副的间隙和构件 尺度误差，对运动及动力性能 的影响。 连杆机构:
重视了空间连杆机构、多杆多自由度机构、连杆 机构弹性动力学和动力平衡研究。
齿轮机构: 发展了齿轮啮合原理、提出了许多性能优异的新
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、新工艺不断涌现。同样，机械学科也发展迅猛，
发展方向：高速、重载、高精度、高效率、低噪声
5倍音速的飞机、几十万吨的轮船、米级打击精度、细胞克隆操作、磁悬浮列车、低噪声潜艇
应用领域Biblioteka Baidu大：上天、入地、下海、甚至钻入人体内。
太空探险、水平钻探、深海采矿、打捞作业、血管清理
其关系如下
原动机
传动
工作
控制
中南大学专用
作者： 潘存云教授
分析自动洗衣机的组成：
控制器(控制)
潘存云教授研制 中南大学专用
潘存云教授研制
波轮(工作) 电动机(原动)
带(传动)
减速器(传动)
作者： 潘存云教授
机构的共有特征：
同理，通过对典型机构进行分析可知：
①人造的实物组合体；
②各部分有确定的相对运动；
各章内容彼此独立，前后联系不甚密切。因此，要经常复习前面已学过的内容，以免 出现猴子扮苞米的现象。
4) 四多：内容多、概念多、符号多、公式多。
不要求死记硬背，关键在于理解，重点在于应用。会用自然能记住。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
本课程研究机械的途径： ▲ 研究机械所具有的一般共性问题。如机构的组成
中南大学专用
作者： 潘存云教授
§1－2 本课程的研究内容
1. 机构结构分析 基本知识 ▲研究机构运动的可能性; 能否运动 ▲机构运动的确定性；下一个位置和运动方向是否唯一
▲机构运动简图的绘制方法；用简单图形表示复杂机构
▲机构的组成原理和结构分类。 2. 机构的运动学
▲机构上某些特殊点的位置、速度、加速度的求法 和机构的运动规律； 不考虑引起机构运动的力的作用，仅从几何的观点来研究
潘存云教授研制
5 6
排气阀4、 连 杆 5 、 曲 轴 6 、
凸 轮 7 、 顶 杆 8 、 齿轮9、10
工作原理：
9 10
1.活塞下行，进气阀开启，混合气体
进入汽缸；
2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，
在顶部点 火燃烧；
内燃机
3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；循输环出运连动续的的结旋果转，运使动曲轴
要求： 1）作业必须按时完成，绘图准确，字迹工整，作业 量未达到规定者不能参加考试。 2）上课认真听讲，及时消化，不主张占用较多的课 外时间。
3）仔细观察实物和模型，欢迎到实验室参观，并动手 组装各种机构。
为了实现我国的国防现代化，必然要有大量的机械化、自动化的武器装备于部队，这些武器从何来？恐怕大多 数只能靠我国自力更生解决，这是一项十分艰巨的任务，设计、制造、使用、维护现代化的武器装备，需要大 批的机械方面专业人才。在座的各位都是未来的工程师和部队的主要技术骨干，掌握好本课程的有关知识，将 为你们未来的工作打下一个良好的基础。最后希望我们共同努力，把这门课程教好学好。
③用来传递力或实现运动的转换。
机构的分类：通用机构和专用机构。
通用机构---用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。 专用机构---只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。
中南大学专用
机械
机构 机器
通用机构 专用机构 原动机 工作机
作者： 潘存云教授
本课程研究重点：通用机构 机器与机构的关系：由两个实例推广到一般 任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而 成的。实际机器的种类有成千上万种，但机构的种类确有限。类似关系：化合物与化学元素 由机器与机构的共有特征可知： 机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不 同） ，故统称为机械。人造的组合体、有确定的相对运动
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。
强调代替人类完成有用工作
中南大学专用
作者： 潘存云教授
机器的共有特征： ①人造的实物组合体；
②各部分有确定的相对运动；
③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量 的转换 机器的作用
机器的分类： 原动机－实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）
型齿廓曲线和新型传动、加速了对高速齿轮、精密齿 轮、微型齿轮的研究。
凸轮机构: 十分重视对高速凸轮机构的研究。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
高速度； 现代机械的特点： 高节拍；
高性能
另外，为了适应现代机械高速度、高节拍、高性能的需要，
高速高定位精度的分度机构；
研制了 具有优良性能的组合机构； 各种机构的变异与组合等。
称综合而非设计的理由： 在解决机构的设计问题时，
▲仅限于根据运动和动力要求，确定机构各部分与运 动相关的尺寸；
▲不涉及各个具体零件的强度计算，具体形状和结构、 材料选择等因素；
▲设计结果是机构运动简图，而非工程化的设计图。
机械设计
中南大学专用
方案设计 本课程要解决的问题
结构设计 属于机械设计课程的范畴
4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
内燃机的工作过程：
进气 压缩 爆炸 排气
潘存云教授研制
设计：潘存云
内燃机各部分的作用：
活塞的往复运动通过连杆转变为曲 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、排气阀与活塞之间形成协调动 作，称为：齿轮机构
机器－根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合 体。
如: 缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用 机器、起重机等。
机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但 具有相同的基本特征。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
典型机器的分析：
3
4
1.内燃机
8
组成：
7
汽缸体1、 活 塞 2 、 进气阀3、
2
1
新的设计手段日新月异: 在对机械的分析与综合中，计算机的作用日益重要，发展并推广了
▲计算机辅助设计(CAD)； ▲优化设计； ▲考虑误差的概率设计。
在机械原理的各个领域，每年都有大量内容新颖的文献资料出现。
作为技术基础课程，只介绍一些最基本的原理和方法。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
课程安排：共56学时，其中讲授50学时，实验6学时。
作者： 潘存云教授
§1－3 课程的性质和学习方法
课程性质： 技术基础课 作用： 承前启后
作为一名工程技术人员，同学们在今后的工 作岗位上将会接触各种各样的通用或专用机 械，因此必须掌握机械方面的基础知识。
先修课程：高等数学、普通物理、工程制图、理论力学
同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如机械 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，
原理、机构运动学、机器动力学。
▲ 研究各种常用机构的运动和动力性能，以及它们 的设计 方法。
如何学习本课程？
▲ 着重搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握机构 分析与综合的基本方法。
▲ 注意把一般原理和方法与具体运用密切联系起来。 并用所学知识观察日常生活与生产遇到的各种机械。
▲注意培养运用所学基本理论与方法去分析和解决工 程实际问题的能力。
课程的特点：
1）实践性强 2）综合性强 3）独立性强
本课程是一门技术基础课，其研究对象是在生产实际中广泛应用的机械，所要解决的问题大 多数是工程中的实际问题（与理论力学的不同点），因此要求学生加强基本技能的训练，如 简图测绘、齿轮参数测量等。要培养工程素养，作图应严格按要求进行。要重视实验课。
本课程学习要综合运用已学过的知识，约有1/3的内容与理论力学有关。有些内容可以说 是理论力学的延续与扩展（用理论力学的原理分析具体的机械）。因此，一定要复习号理 论力学中的有关内容，如运动学、摩擦学等。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
第一章 绪 论
§1－1 本课程研究的对象和内容 §1－2 本课程在教学中的地位 §1－3 课程的性质和学习方法 §1－4 机械原理学科发展现状简介
中南大学专用
作者： 潘存云教授
§1－1 本课程研究的对象和内容
顾名思义，本课程研究对象为：机械
机械－人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的 组合体。 原理－机械的组成原理、工作原理、分析和设计原理(方法)等。 任何机械都经历了：简单→复杂的发展过程。 起重机的发展历程：
与其它学科的交叉渗透作用增强：与电子工程、计算 机科学、控制工程、材料科学、生物医学相互渗透， 诞生了若干新学科。如机械电子学、仿生机械学、机 器人机械学、机械CAD。
本学科的研究课题与日俱增: 新机构不断涌现-----如自控机构、机器人机构、仿生 机构、柔性及弹性机构、机电气液综合机构等。
注重机械的动力性能------在机械分析与综合时，由只
各部分协调动作的结果： 化学能
机械能
中南大学专用
作者： 潘存云教授
2.工件自动载送装置
工件 定爪 动爪
档块
滑杆
含 带 传 动 机 构 、 蜗 杆 装配夹具 传动、凸轮机构、连
杆机构等。
工件载送器
潘存云教授研制
蜗杆传动
连杆机构
滑杆左移时，夹持器 将工件夹住。
带传动 凸轮机构
滑杆带着工件右移时，
电动机
中南大学专用
作者： 潘存云教授
▲注意培养综合分析、全面考虑问题的能力。解决同 一实际问题，往往有多种方法和结果，要通过分析、 对比、判断和决策，做到优中选优。
▲注意培养科学严谨、一丝不苟的工作作风。在今后 的工作中要与各种武器装备打交道，稍有不慎，即 可能造成损失。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
§1－4 机械原理学科发展现状简介