绪论绪论主要介绍机械原理课程的基本概念和该课程的研究对象及发展方向。主要内容：1）机械原理的研究对象2）机械原理课程的内容、任务和作用3）机械原理学科的发展趋势S0-1机械原理的研究对象及基本概念“机械”是“机器”和“机构”的总称，“机械原理”是一门以机器和机构为研究对象的学科。一、研究对象：机械二、机械：机器和机构的总称。三、机器我们都很熟悉机器这一名词，机器的概念多少年来已逐渐在人们的头脑中形成，而且还在不断发展。机器的种类繁多，其构造、性能和用途各不相同，我们以图0-1所示的单缸四冲程内燃机为例来说明机器的概念及其特征等
绪 论 绪论主要介绍机械原理课程的基本概念和该课程的研究对象及发展方向。 主要内容： １）机械原理的研究对象 ２）机械原理课程的内容、任务和作用 ３）机械原理学科的发展趋势 §0-1 机械原理的研究对象及基本概念 “机械”是“机器”和“机构”的总称，“机械原理”是一门以机器和机构为研究对象的 学科。 一、研究对象：机械 二、机械：机器和机构的总称。 三、机器 我们都很熟悉机器这一名词，机器的概念多少年来已逐渐在人们的头脑中形成，而且还 在不断发展。机器的种类繁多，其构造、性能和用途各不相同，我们以图 0-1 所示的单缸四 冲程内燃机为例来说明机器的概念及其特征等
图0-1所示的单缸四冲程内燃机由汽缸体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和10等组成。活塞的往复移动通过连杆转变为曲轴的连续转动。凸轮和顶杆是启闭进气阀和排气阀的。三个齿轮保证进、排气阀和活塞之间形成有一定节奏的动作。以上各件的协同工作就能使燃气的热能转换为曲轴转动的机械能。图0-2为五自由度关节式焊接机器人，它由基座1、立柱2、下臂3、上臂4、连杆5、螺杆6、螺母7、手腕8和五个电动机（图中只看到Mi、Mz、M三个）等组成。其中，M经减速器使螺杆6旋转，带动螺母7和连杆5使上臂4作角度为Φ3的俯仰运动。其它四个电动机分别通过减速器使立柱2相对基座1作角度为Φ，的水平回转；使下臂3作角度为Φ2的前后倾斜运动：使手腕8作角度为Φ4和Φ5的弯曲和旋转运动。最后实现对焊炬位置和姿态的控制。从以上分析我们可得出下述结论：1.机器的特征（共性）：（1）由各种材料的制造单元体组成（人造的，为实现一定的目的）。（2）组成机器的各构件间能产生确定的相对运动，实现预期的机械运动。（3）实现有利的功能转换。2.机器的定义：是一种能实现预期机械运动的系统，并可用来完成有用的机械功或转换机械能。3.机器的分类（按功能分）（1）原动机：将其它形式的能转化为机械能，例内燃机（热能转换为机械能）、电动机（电能转换为机械能）等。（2）工作机：将机械能转化为有用功，例各种机床、搅拌机等。原动机、工作机再加上传动控制装置称为机组。例发电厂的发电机组等。四、机构上边我们讨论了机器的概念，但仔细分析图0-1、图0-2及有关图例我们可以发现，一般机器还不是能实现预期运动的最基本的组合体。在图0-1所示的内燃机中，活塞、连杆、曲轴和汽缸体组合起来，可将活塞的往复移动变成曲轴的连续转动；凸轮、顶杆和汽缸体的
图 0-1 所示的单缸四冲程内燃机由汽缸体 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 和 10 等组成。活塞的往复移动通过连杆转变为曲轴的连续转 动。凸轮和顶杆是启闭进气阀和排气阀的。三个齿轮保证进、排气阀和活塞之间形成有一定 节奏的动作。以上各件的协同工作就能使燃气的热能转换为曲轴转动的机械能。 图 0-2 为五自由度关节式焊接机器人，它由基座 1、立柱 2、下臂 3、上臂 4、连杆 5、 螺杆 6、螺母 7、手腕 8 和五个电动机（图中只看到 M1、M2、M3三个）等组成。其中，M1经减 速器使螺杆 6 旋转，带动螺母 7 和连杆 5 使上臂 4 作角度为φ3的俯仰运动。其它四个电动机 分别通过减速器使立柱 2 相对基座 1 作角度为φ1的水平回转；使下臂 3 作角度为φ2的前后 倾斜运动；使手腕 8 作角度为φ4 和φ5 的弯曲和旋转运动。最后实现对焊炬位置和姿态的控 制。 从以上分析我们可得出下述结论： 1．机器的特征（共性）： （1）由各种材料的制造单元体组成（人造的，为实现一定的目的）。 （2）组成机器的各构件间能产生确定的相对运动，实现预期的机械运动。 （3）实现有利的功能转换。 2．机器的定义：是一种能实现预期机械运动的系统， 并可用来完成有用的机械功或转 换机械能。 3．机器的分类（按功能分） （1）原动机：将其它形式的能转化为机械能，例内燃机（热能转换为机械能）、电动机（电 能转换为机械能）等。 （2）工作机：将机械能转化为有用功，例各种机床、搅拌机等。 原动机、工作机再加上传动控制装置称为机组。例发电厂的发电机组等。 四、机构 上边我们讨论了机器的概念，但仔细分析图 0-1、图 0-2 及有关图例我们可以发现，一 般机器还不是能实现预期运动的最基本的组合体。在图 0-1 所示的内燃机中，活塞、连杆、 曲轴和汽缸体组合起来，可将活塞的往复移动变成曲轴的连续转动；凸轮、顶杆和汽缸体的
另一组合可将凸轮的连续转动变成顶杆的按另一种预期运动规律的往复移动；而三个齿轮与汽缸体组合在一起后，又可将转动变快或变慢，甚至改变转向。这些具有各自运动特点且均含有一个机架的组合体才是最基本的。所以人们给机构作了如下定义：1：机构：能实现预期机械运动的各构件的基本组合体。注意：（1）由制造单元组成。（2）能实现预期的机械运动。例曲柄滑块机构、齿轮机构、凸轮机构、导杆机构等。图0-1所示的内燃机就包含了曲柄滑块机构、凸轮机构和齿轮机构等三个不同的机构。最简单的机器只含有一个最简单的机构，如电动机、鼓风机等，只含有一个双杆回转机构。2.机器和机构的关系：机器由一个或多个机构组成。五、构件既然机构是能实现预期机械运动的各构件的基本组合体，那么，什么是构件呢？1．构件：最小的运动单元。在本课程中，我们将构件作为研究的基本单元。2.构件的分类：（1）机架：凡本身固定不动的构件，或相对地球运动但固结于给定坐标参考系并视为固定不动的构件统称为机架。它起支撑作用。我们在研究各构件的运动时，通常以机架为基准。（2）原动构件（或主动构件）：驱动力（或力矩）作用的构件。（3）从动构件：除原动构件外的其它所有运动构件。若从输入、输出方面分，可分为：（1）输入构件：输入运动或动力的构件。一般原动件即输入构件。（2）输出构件：输出运动或动力的构件。从动件中，能实现预期运动的构件为输出件。随着科学技术的发展，机器和机构的概念也会有相应的变化。S0-2机械原理课程的内容及在教学中的地位一、机械原理课程的内容：如前所述，机械原理是一门研究机构和机器的学科。为了科学系统性和便于教学起见
另一组合可将凸轮的连续转动变成顶杆的按另一种预期运动规律的往复移动；而三个齿轮与 汽缸体组合在一起后，又可将转动变快或变慢，甚至改变转向。这些具有各自运动特点且均 含有一个机架的组合体才是最基本的。所以人们给机构作了如下定义： 1．机构：能实现预期机械运动的各构件的基本组合体。 注意：（1）由制造单元组成。 （2）能实现预期的机械运动。 例曲柄滑块机构、齿轮机构、凸轮机构、导杆机构等。图 0-1 所示的内燃机就包含了曲 柄滑块机构、凸轮机构和齿轮机构等三个不同的机构。最简单的机器只含有一个最简单的机 构，如电动机、鼓风机等，只含有一个双杆回转机构。 2．机器和机构的关系：机器由一个或多个机构组成。 五、构件 既然机构是能实现预期机械运动的各构件的基本组合体，那么，什么是构件呢？ 1．构件：最小的运动单元。在本课程中，我们将构件作为研究的基本单元。 2．构件的分类： （1）机架：凡本身固定不动的构件，或相对地球运动但固结于给定坐标参考系并视为固 定不动的构件统称为机架。它起支撑作用。我们在研究各构件的运动时，通常以机架为基准。 （2）原动构件（或主动构件）：驱动力（或力矩）作用的构件。 （3）从动构件：除原动构件外的其它所有运动构件。 若从输入、输出方面分，可分为： （1） 输入构件：输入运动或动力的构件。一般原动件即输入构件。 （2） 输出构件：输出运动或动力的构件。从动件中，能实现预期运动的构件为输出件。 随着科学技术的发展，机器和机构的概念也会有相应的变化。 §0-2 机械原理课程的内容及在教学中的地位 一、机械原理课程的内容： 如前所述，机械原理是一门研究机构和机器的学科。为了科学系统性和便于教学起见
在机械原理课程中，我们将各种机器的共同问题归纳成机构的结构和运动学以及机构和机器的动力学两大部分来讨论。1.机构的结构和运动学。分析机构的结构是为了研究机构运动的可能性和确定性，并进一步讨论机构的组成原理；机构的运动学是在不考虑引起机构运动的力的作用的前提下，仅从几何的观点来研究机构各点的轨迹、位移、速度和加速度的求法，以及按已知条件来设计新机构的方法。2.机构和机器的动力学主要研究在机械运动过程中作用在机构各构件上的力分析和惯性力的平衡问题；并研究确定机械效率的方法和已知力作用下机械的真实运动规律，以及作用力、运动构件的质量和这些构件的运动之间的关系，即机械的运动和调速问题。这些内容按性质可分为机构和机器的分析问题如机构的结构分析、运动分析、力分析等与机构和机器的设计问题两大类。本课程以平面机构为主要内容。二、机械原理在教学中的地位、任务和作用1：地位：机械原理是一门主干技术基础课。2.任务：使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能，并初步具有拟订机械运动方案、分析和设计机构的能力。3作用：具有增强学生对机械技术工作的适应能力和开发创造能力的作用。S0-3机械原理学科的发展趋势主要体现在以下几个方面：1.平面、空间机构的分析与综合。2.机器人机构。3.齿轮及其传动4.计算机辅助设计及优化方法5.机械系统动力学
在机械原理课程中，我们将各种机器的共同问题归纳成机构的结构和运动学以及机构和机器 的动力学两大部分来讨论。 1．机构的结构和运动学。 分析机构的结构是为了研究机构运动的可能性和确定性，并进一步讨论机构的组成原理； 机构的运动学是在不考虑引起机构运动的力的作用的前提下，仅从几何的观点来研究机构各 点的轨迹、位移、速度和加速度的求法，以及按已知条件来设计新机构的方法。 2．机构和机器的动力学 主要研究在机械运动过程中作用在机构各构件上的力分析和惯性力的平衡问题；并研究 确定机械效率的方法和已知力作用下机械的真实运动规律，以及作用力、运动构件的质量和 这些构件的运动之间的关系，即机械的运动和调速问题。 这些内容按性质可分为机构和机器的分析问题如机构的结构分析、运动分析、力分析等 与机构和机器的设计问题两大类。本课程以平面机构为主要内容。 二、机械原理在教学中的地位、任务和作用 1．地位：机械原理是一门主干技术基础课。 2．任务：使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能，并初步具 有拟订机械运动方案、分析和设计机构的能力。 3．作用：具有增强学生对机械技术工作的适应能力和开发创造能力的作用。 §0-3 机械原理学科的发展趋势 主要体现在以下几个方面： 1．平面、空间机构的分析与综合。 2．机器人机构。 3．齿轮及其传动 4．计算机辅助设计及优化方法 5．机械系统动力学