机 械 原 理 机械设计教研室 jxsj@usst.edu.cn.

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1 机 械 原 理 机械设计教研室

2 《机械原理》 学时数： 64（讲课：58 实验：6） 教材：邹惠君主编《机械原理》， 2006年5月第2版，高等教育出版社。 参考书：
学时数： 64（讲课：58 实验：6） 教材：邹惠君主编《机械原理》， 2006年5月第2版，高等教育出版社。 参考书： 1.孙桓， 陈作模主编《机械原理》， 1998年第6版，高等教育出版社。 2.申永胜主编《机械原理教程》，2000年，清华大学出版社 实验内容：机构测绘/齿轮范成法加工 成绩：考试（70%）：试题库 平时（30%）：作业、考勤、实验。

3 课程内容 第一章 绪论 第二章 机构组成原理和类型综合 第三章 连杆机构及其设计 第四章 凸轮机构及其设计 第五章 齿轮机构及其设计
第一章 绪论 第二章 机构组成原理和类型综合 第三章 连杆机构及其设计 第四章 凸轮机构及其设计 第五章 齿轮机构及其设计 第六章 间歇运动机械 第十一章 机械的运转及其速度波动 第十三章 机械平衡 课程内容

4 第一章 绪论 机械原理研究对象及其基本概念 机械原理课程的地位和作用 机械原理学科的发展动向 机械设计及机械运动简图设计概述

5 §1-1 机械原理研究对象及其基本概念 研究对象：机械 一、机器 什么叫机械？ ◆ 机械: 机器和机构的总称
机器是根据某种使用要求而设计的机械系统，可以用来变换或传递能量、物料与信息。 切削机床、运输机械、建筑机械、轻工机械、动力机器、医用机械、家用机械、机器人等 机器是由什么组成的？ 机器具有那些特征？

6 汽车 舰艇 飞机 计算机 机床(牛头刨床) 挖掘机

7 典型机器的分析： 内燃机 组成： 汽缸体1、 活塞2、 进气阀3、 排气阀4、 连杆5、 曲轴6、 凸轮7、 顶杆8、 齿轮9、10
工作原理： 10 1.活塞下行，进气阀开启，混合气体 进入汽缸； 内燃机 2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩， 在顶部点火燃烧； 循环运动的结果，使曲轴输出连续的旋转运动 3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭； 4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。

8 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：
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 各部分协调动作的结果： 化学能 机械能

9 小结: 机器是一种可用来变换或传递能量、物料与信息的机构的组合。具有以下共同特征： 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）

10 机器的组成：一台发展完善的现代化机器可由四部分组成：原动机、传动机构、执行机构和控制系统。
1)原动机：为机器运转提供动力，常用的原动机有电动机、内燃发动机、液压机、气动机等。电动机可以把电能转化成机械能；内燃机可把燃料燃烧的化学能转换成机械能。 多缸内燃机 2)传动机构：按执行机构作业的特定要求，把原动机的运动和动力传递给执行机构。如：常用的各种减速和变速装置均可作为传动机构。 3)执行机构：它是一部机器中最接近作业工作端的机构，它通过执行构件与被作业件相接触，以完成作业任务。如：起重机和挖掘机中的起重吊运和挖掘机构。 齿轮减速器 4)控制系统：用来处理机器各组成部分之间，以及与外部其它机器之间的工作协调关系，它通常由各种计算机和控制器组成。 起重机 挖掘机

11 ◆机构 机构是机器中用来传递运动和力或改变运动形式的机械装置。具有机器的前两个特征。即 ▲它们都是一种人为的实物组合体； ▲组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动； 常用机构：齿轮机构、凸轮机构、连杆机构、间歇运动机构、带传动机构、链传动机构、螺旋传动机构等。 连杆机构 凸轮机构 齿轮机构 间歇机构

12 §1-2 机械设计及机械运动简图设计概述 产品规划阶段 信 息 反 馈 一 机械设计的一般过程 方案设计阶段 详细设计阶段 改进设计阶段

13 是决定机械产品质量、水平、性能和经济性的关键性一步
二、机械运动方案设计的主要内容 机构运动简图：单一机构的运动简图。 机械运动简图：按机械的工作过程和动作要求设计的整个机器所有机构所绘出的机构系统的运动简图。包括： 是决定机械产品质量、水平、性能和经济性的关键性一步 机械运动简图的型综合 按工作过程和工艺动作要求制定若干个执行机构型式进行综合 机械运动简图的尺度综合 根据各执行构件的运动规律和动作配合要求 →设计机构的运动尺度和运动协调性

14 广义机构分类 三、机电一体化技术在机械运动方案设计中的应用
广义机构：引入液、气、声、光、电、磁等工作原理的机构。是一些实现工作原理和结构形型式创新的机构。 优点： 1、可比传统机构更简便地实现运动或动力转换。 (由于广义机构中利用了一些新的工作介质或工作原理) 2、可实现传统机构较难完成的运动。 广义机构分类 1、按工作原理不同分类：液动机构、气动机构、电磁机构、振动及惯性机构、光电机构等。 2、按机构型式及用途不同分类：微位移机构、微型机构、信息机构、智能机构等。

15 §1-3 机械原理课程的地位和作用 一、机械原理课程的地位和作用 课程性质：主干技术基础课 作用：承前启后； 比基础课更接近工程实际；
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。 课程性质：主干技术基础课 作用：承前启后； 比基础课更接近工程实际； 比专业课具有更宽的研究面和更广的适应性。 先修课程： 高等数学、普通物理、工程制图、理论力学。 通过本课程的学习，可为今后的学习诸如机械设计、机床夹具设计、机床、机械制造工艺学等专业课程打下基础。

16 4) 四多：内容多、概念多、符号多、公式多。
课程的特点： 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。 1）实践性强 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。 2）综合性强 3）独立性强 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。 学习本课程的目的 1.为学习机械类有关专业课打好理论基础。 蒸汽机车的驱动机构、实质上就是平行曲柄机构与曲柄滑块机构的应用。 蒸汽机车的驱动机构

17 2.为机械产品的创新设计打下良好的基础。 3.为现有机械的合理使用和革新改造打基础
摇杆摆动带动连杆上一点走一段直线轨迹 曲柄带动滑块作直线运动 齿轮等速回转带动齿条作直线移动 凸轮带动从动件作直线运动 曲柄等速回转带动连杆上的M点走出直线轨迹 3.为现有机械的合理使用和革新改造打基础 利用六自由度空间平台机构可以实现任意位置和姿态的特点，把它开发成一种新型的数控机床--并联机床，用以加工空间复杂曲面，推动了机械学学科和工业生产的发展。

18 二、机械原理课程的主要内容 ◆ 机构结构分析的基本知识：
对机构的结构进行分析；了解机构的组成及其具有确定运动的条件; 了解机构的组成原理和结构分类。 ◆ 机构的运动分析。 ◆ 常用机构的分析与设计： 对各种常用机构的类型、运动特点、功能及设计方法进行分析和研究。 ◆ 机械动力学： 分析机器在运转过程中其各构件的受力情况, 以及机械平衡和机械效率问题; 研究机器在外力下的真实运动规律和速度波动等问题。 ◆机械系统方案设计

19 三、机械原理课程学习方法指点 教学环节： 理论教学 实验教学 课程设计 学习方法： 1.在学习知识的同时，注重能力的培养。
理论教学 实验教学 课程设计 学习方法： 1.在学习知识的同时，注重能力的培养。 2.在重视逻辑思维的同时，加强形象思维能力的培养。 3.注意先修课程的应用。 4.理论联系实际，能够做到举一反三。

20 §1-4 机械原理学科的发展动向 机械工业发展方向： 高速、高精度、重载、高效率、低噪声 机构分析与综合
§1-4 机械原理学科的发展动向 机械工业发展方向： 高速、高精度、重载、高效率、低噪声 先进制造技术的应用 自动生产线 机构分析与综合 常用机构的研究 已经非常深入 自动控制机构、机器人机构、仿生机构、柔性及弹性机构、机电光液综合机构等进展也非常大 计算机的应用：计算机辅助设计、优化设计、大型通用或专用的软件等

21 多种星际探测器

22 和平号空间站 国际空间站 神舟六号载人飞船

23 空中客车A380的最大载客量为840人，最大航程16,000 km，是目前全球载客量最大的飞机。
波音 LR客机的载客量为301人，最大飞行距离为17,500 km，是目前世界上航程最远的客机。

24 定向钻井:一种新技术，可不移动井架实现远距离水平钻探。
沙漠石油钻探作业 深井钻探设备 定向钻井:一种新技术，可不移动井架实现远距离水平钻探。

25 海底探索 海洋石油钻探平台 救助打捞

26 医疗机器人正辅助心脏病手术 人体器官内的微型机器人

27 形形色色的水下机器人 6000米水下机器人

28 磁悬浮列车的运行速度高达550 km/h 磁悬浮列车的动力学特性是悬浮控制与走行控制的关键因素

29 仿生机构学的研究一直受到很大重视。不少国家积极开展对人的手指、手腕和手臂的结构、动作原理和运动范围的分析研究，已研制出各种多自由度的生物电控或声控的机械假手，造福于人类。同时，各种仿生步行机构也不断被研究出来。 另外，通过研制蛇形机构来探测管道故障；通过鱼游机构研制来解决深水探测问题。 随着人们对各种仿生机构的深入研究，将会有利于创造出各种新颖的、具有特殊功能的新机构来。

30 中国首台拟人形机器人 仿真美女机器人 翩翩起舞的机器人

31 各式各样的仿生机械

32 20世纪80年代中后期兴起了对微型机械(或称为微型机电系统)的研制，以适应生物、环境控制、医学、航空航天、数字通信、传感技术、灵巧武器等领域在微小型化方面提出的日益增长的要求。
微型机械在尺度、构造、材料、制造方法和工作原理等方面都与传统机械截然不同。它具有体积小、重量轻、能耗低、集成度高和智能化高等特点，它与多门学科紧密结合。微型机械的出现推动了处于机械原理学科前沿的微型光-机-电学分支的产生，开始了对微型机构的尺寸效应、精确度、运动变换和动力传递以及运动过程中动态特性等的研究。