精密仪器与机械学系
设计工程研究所
机械原理
清华大学精密仪器与机械学系
设计工程研究所
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
绪 论
0.1 机械发展的历史回顾
0.2 机械原理课程研究的对象
0.3 机械原理课程的研究内容
0.4 机械原理课程的地位及学习课程的目的
0.5 机械原理课程的学习方法
0.6 机械原理教学环节
0.7 机械原理成绩评定
0.8 机械原理参考文献
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
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。
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 。
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
五千年前已开始使用简单的纺织机械；晋朝时在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，在我国东汉年代的文物中都可以找到它们
的原始形态。
我国古代在机械
研制方面有许多
杰出的发明创造。
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
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。
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
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
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。
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
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
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
展望刚刚到来的 21世纪，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。
用光刻技术做成的微米尺寸的微机械 蜘蛛形探雷机器人
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
机械科学与技术发展或许是我们限定思维所
难以展望的，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。
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
有关机械的几个问题
?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乊处在何处？
能否进行专门研究？
机械原理课程授课目的是什么？
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.2 机械原理课程研究的对象
?机器
具有确定的运动
可以实现能量转换,
或完成有用机械功
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.2 机械原理课程研究的对象
机器的共同特征,
1,组成,
由一系列人为的机件组合而成
2,运动特性,
组成的各部分之间具有确定的运动
3,功、能关系,
能够代替人的劳动完成有用功或者实现能量
的转换
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
?机构
具有完全确定的相对运动
0.2 机械原理课程研究的对象
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
机构的共同特征,
1.组成,由一系列人造的机件组成
2.运动特性,组成的各部分之间具有确定的相对运动
0.2 机械原理课程研究的对象
机构：传递运动和动力的机件组合，如传递回转运动、往复运
动，实现复杂的运动规律和复杂的运动轨迹。
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
机器组成,
原动机部分
执行部分
传动部分
操纵控制部分
机械,机器与机构的总称
0.2 机械原理课程研究的对象
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
随着科学技术的发展，机械概念得到了进一步的扩展,
? 某些情况下，机件不再是刚体，加入柔性构件，气体、液体等也可参与实现预期的机械运动。
? 利用光电、电磁物理效应，实现能量传递或运动转换或实现动作
的一类机构，应用也十分广泛。例如，采用继电器机构实现电路
的闭合与断开；电话机采用磁开关机构，提起受话器时，接通线
路进行通话，当受话器放到原位时断路。
? 机器内部包含了大量的控制系统和信息处理、传递系统。
? 机器不仅能代替人的体力劳动，还可代替人的脑力劳动。除了工
业生产中广泛使用的 工业机器人,还有应用在航空航天、水下作
业、清洁、医疗以及家庭服务等领域的 "服务型 "机器人。
0.2 机械原理课程研究的对象
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
“金山词霸”对机器、机构、机械的解释
机械 [machine;machinery]∶ 利用力学原理构成的装置
0.2 机械原理课程研究的对象
机器,[machine;mechinery;engine;apparatus] 由零部件组装成的
装置,可以运转,用来代替人的劳动、作能量变换或产生有用功
机构 [mechanism],机械的内部构造或机械内部的各个组成部分？
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.3 机械原理课程研究的内容
1,机构的运动设计
1) 机构的组成
2) 典型机构的类型、特点、功能及运动设计方法
机构相同 机器不同
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
2,机械的动力设计 1) 机械的平衡
2) 机械速度波动调节
3) 机械系统的动力分析
A） 机械运转过程中若干动力学问题
B） 改善机械动力性能的设计方法
0.3 机械原理课程研究的内容
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
3.机械系统方案设计
1）设计内容
2）设计方法
3）设计思想
4）设计过程
创新的主要阶段
可行方案
最优方案
0.3 机械原理课程研究的内容
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
机械动力学 机构学
?机构的运动分析与综合
?机构的结构分析与综合
?几种常见的机构
?机械的平衡
?机械速度波动调节
?机械系统的动力分析
?机械系统方案设计
0.3 机械原理课程研究的内容
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.4 机械原理课程的地位及学习课程的目的
? 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 专业课程
机械原理
更接近工程实际 知识面更宽、适应性更广
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.4 机械原理课程的地位及学习课程的目的
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 。
机械图示基础
Engineering
Graphics
Representation
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
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
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
? 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
0.4 机械原理课程的地位及学习课程的目的
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.5 机械原理课程的学习方法
? 学习知识的同时，注重能力的培养
注重实践和实验，增强动手能力
? 重视逻辑思维能力培养的同时，加强形象思维
能力的培养
? 注意将理论力学的知识与本课程学习灵活结合
? 将课程的分析方法和实际相结合
1,参观国家工科机械基础教学基地
2,考察组成实际机械的机构
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.6 机械原理课程教学环节
6,网上交流与答疑
1,课堂讲授
2,一般作业
3.基本实验
4,专题讨论课
5.综合训练环节
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
基本实验安排
第三周：机构运动简图绘制
（ 2学时实验）
第八周：齿轮范成加工原理设计型实验
(开放式实验,第 8－ 10周）
地点, 精密仪器系 3310室或 3308
0.6 机械原理课程教学环节
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.7 机械原理课程成绩评定
序号
考察项目
成绩比
例
备注
1
期末考试成绩
50%
开卷考试
2
平时课后作业
成绩
10%
3
基本实验成绩
15％
1,机构运动简图测绘 5%
2,齿轮范成加工原理设计型
实验 10%
4
综合训练环节
成绩
25％ 1,专题讨论课 5％ 2.调研, 小论文撰写：机械发展
史等 5％
3.机械系统方案设计 15％
1) 期末考试的成绩计算表
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
序号
考察项目
成绩比例
备注
1
免试项目成绩
50%
题目 1：实际工程中机构运动简图绘制
与新机构方案构思 10%
题目 2：复杂机构计算机模拟
（ 运动分析 ） 10%
题目 3：组合机构设计与搭接 15%
题目 4：机构性能实验与评价 15%
2
平时课后作业成绩
10%
3
基本实验成绩
15％
1,机构运动简图测绘 5%
2,齿轮范成加工原理设计型实验 10%
4
综合训练环节成绩
25％
1,专题讨论课 5％
2,调研, 小论文撰写：机械发展史等 5％
3,机械系统方案设计 15％
2) 参加免试的成绩计算表
0.7 机械原理课程成绩评定
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.8 机械原理课程参考书目
? 申永胜 机械原理 清华大学出版社 2000
? 申永胜 机械原理辅导与习题 清华大学出版社 2000
? ?机械原理 ? (第 5版 ) 孙桓主编 高等教育出版社,1996
? ?机械原理 ? (第 2版 ) 祝毓琥主编 高等教育出版社,1986
? Theory Of Machines And Mechanisms / Joseph Edward Shigley
& John Joseph Uicker,1980
? ?Mechanisms and Dynamic of Machinenery?,Hamilton H.Mahie,
Fred W.Ocvirk,1987
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.8 机械原理课程参考书目
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
1,中国机械发展史
2,世界机械发展史
3,机器人发展史
4,微型机器人发展史
5,机械原理发展史
6,机械设计发展史
7,CAD与 CAM发展史
8,智能结构发展史
9,智能机械发展史
10,数控机床发展史
11.机床发展史
12,精密仪器发展史
13,航天器发展史
14,航空器发展史
15,微机械发展史
16,纳米科学发展史
17,摩擦学发展史
18,机械工程教育发展史
综合训练环节 (1)— 撰写机械小论文
小论文题目,
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
注意事项,
1,本次训练是对文献的调研和总结，引用处要标注参
考文献，应查阅大量文章和资料，不允许只拷贝 1、
2篇文献。
2,要达到对机械学科发展整个概况的了解；另一方面，
锻炼调研和总结说明的能力。
3,反对抄袭，一经发现，以零分记。
综合训练环节 (1)— 撰写机械小论文
本周开始，第 4周上交。
设计工程研究所
机械原理
清华大学精密仪器与机械学系
设计工程研究所
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
绪 论
0.1 机械发展的历史回顾
0.2 机械原理课程研究的对象
0.3 机械原理课程的研究内容
0.4 机械原理课程的地位及学习课程的目的
0.5 机械原理课程的学习方法
0.6 机械原理教学环节
0.7 机械原理成绩评定
0.8 机械原理参考文献
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
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。
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 。
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
五千年前已开始使用简单的纺织机械；晋朝时在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，在我国东汉年代的文物中都可以找到它们
的原始形态。
我国古代在机械
研制方面有许多
杰出的发明创造。
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
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。
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
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
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。
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
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
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
展望刚刚到来的 21世纪，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。
用光刻技术做成的微米尺寸的微机械 蜘蛛形探雷机器人
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
机械科学与技术发展或许是我们限定思维所
难以展望的，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。
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
有关机械的几个问题
?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乊处在何处？
能否进行专门研究？
机械原理课程授课目的是什么？
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.2 机械原理课程研究的对象
?机器
具有确定的运动
可以实现能量转换,
或完成有用机械功
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.2 机械原理课程研究的对象
机器的共同特征,
1,组成,
由一系列人为的机件组合而成
2,运动特性,
组成的各部分之间具有确定的运动
3,功、能关系,
能够代替人的劳动完成有用功或者实现能量
的转换
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
?机构
具有完全确定的相对运动
0.2 机械原理课程研究的对象
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
机构的共同特征,
1.组成,由一系列人造的机件组成
2.运动特性,组成的各部分之间具有确定的相对运动
0.2 机械原理课程研究的对象
机构：传递运动和动力的机件组合，如传递回转运动、往复运
动，实现复杂的运动规律和复杂的运动轨迹。
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
机器组成,
原动机部分
执行部分
传动部分
操纵控制部分
机械,机器与机构的总称
0.2 机械原理课程研究的对象
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
随着科学技术的发展，机械概念得到了进一步的扩展,
? 某些情况下，机件不再是刚体，加入柔性构件，气体、液体等也可参与实现预期的机械运动。
? 利用光电、电磁物理效应，实现能量传递或运动转换或实现动作
的一类机构，应用也十分广泛。例如，采用继电器机构实现电路
的闭合与断开；电话机采用磁开关机构，提起受话器时，接通线
路进行通话，当受话器放到原位时断路。
? 机器内部包含了大量的控制系统和信息处理、传递系统。
? 机器不仅能代替人的体力劳动，还可代替人的脑力劳动。除了工
业生产中广泛使用的 工业机器人,还有应用在航空航天、水下作
业、清洁、医疗以及家庭服务等领域的 "服务型 "机器人。
0.2 机械原理课程研究的对象
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
“金山词霸”对机器、机构、机械的解释
机械 [machine;machinery]∶ 利用力学原理构成的装置
0.2 机械原理课程研究的对象
机器,[machine;mechinery;engine;apparatus] 由零部件组装成的
装置,可以运转,用来代替人的劳动、作能量变换或产生有用功
机构 [mechanism],机械的内部构造或机械内部的各个组成部分？
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.3 机械原理课程研究的内容
1,机构的运动设计
1) 机构的组成
2) 典型机构的类型、特点、功能及运动设计方法
机构相同 机器不同
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
2,机械的动力设计 1) 机械的平衡
2) 机械速度波动调节
3) 机械系统的动力分析
A） 机械运转过程中若干动力学问题
B） 改善机械动力性能的设计方法
0.3 机械原理课程研究的内容
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
3.机械系统方案设计
1）设计内容
2）设计方法
3）设计思想
4）设计过程
创新的主要阶段
可行方案
最优方案
0.3 机械原理课程研究的内容
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
机械动力学 机构学
?机构的运动分析与综合
?机构的结构分析与综合
?几种常见的机构
?机械的平衡
?机械速度波动调节
?机械系统的动力分析
?机械系统方案设计
0.3 机械原理课程研究的内容
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.4 机械原理课程的地位及学习课程的目的
? 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 专业课程
机械原理
更接近工程实际 知识面更宽、适应性更广
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.4 机械原理课程的地位及学习课程的目的
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 。
机械图示基础
Engineering
Graphics
Representation
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
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
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
? 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
0.4 机械原理课程的地位及学习课程的目的
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.5 机械原理课程的学习方法
? 学习知识的同时，注重能力的培养
注重实践和实验，增强动手能力
? 重视逻辑思维能力培养的同时，加强形象思维
能力的培养
? 注意将理论力学的知识与本课程学习灵活结合
? 将课程的分析方法和实际相结合
1,参观国家工科机械基础教学基地
2,考察组成实际机械的机构
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.6 机械原理课程教学环节
6,网上交流与答疑
1,课堂讲授
2,一般作业
3.基本实验
4,专题讨论课
5.综合训练环节
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
基本实验安排
第三周：机构运动简图绘制
（ 2学时实验）
第八周：齿轮范成加工原理设计型实验
(开放式实验,第 8－ 10周）
地点, 精密仪器系 3310室或 3308
0.6 机械原理课程教学环节
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.7 机械原理课程成绩评定
序号
考察项目
成绩比
例
备注
1
期末考试成绩
50%
开卷考试
2
平时课后作业
成绩
10%
3
基本实验成绩
15％
1,机构运动简图测绘 5%
2,齿轮范成加工原理设计型
实验 10%
4
综合训练环节
成绩
25％ 1,专题讨论课 5％ 2.调研, 小论文撰写：机械发展
史等 5％
3.机械系统方案设计 15％
1) 期末考试的成绩计算表
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
序号
考察项目
成绩比例
备注
1
免试项目成绩
50%
题目 1：实际工程中机构运动简图绘制
与新机构方案构思 10%
题目 2：复杂机构计算机模拟
（ 运动分析 ） 10%
题目 3：组合机构设计与搭接 15%
题目 4：机构性能实验与评价 15%
2
平时课后作业成绩
10%
3
基本实验成绩
15％
1,机构运动简图测绘 5%
2,齿轮范成加工原理设计型实验 10%
4
综合训练环节成绩
25％
1,专题讨论课 5％
2,调研, 小论文撰写：机械发展史等 5％
3,机械系统方案设计 15％
2) 参加免试的成绩计算表
0.7 机械原理课程成绩评定
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.8 机械原理课程参考书目
? 申永胜 机械原理 清华大学出版社 2000
? 申永胜 机械原理辅导与习题 清华大学出版社 2000
? ?机械原理 ? (第 5版 ) 孙桓主编 高等教育出版社,1996
? ?机械原理 ? (第 2版 ) 祝毓琥主编 高等教育出版社,1986
? Theory Of Machines And Mechanisms / Joseph Edward Shigley
& John Joseph Uicker,1980
? ?Mechanisms and Dynamic of Machinenery?,Hamilton H.Mahie,
Fred W.Ocvirk,1987
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
0.8 机械原理课程参考书目
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
1,中国机械发展史
2,世界机械发展史
3,机器人发展史
4,微型机器人发展史
5,机械原理发展史
6,机械设计发展史
7,CAD与 CAM发展史
8,智能结构发展史
9,智能机械发展史
10,数控机床发展史
11.机床发展史
12,精密仪器发展史
13,航天器发展史
14,航空器发展史
15,微机械发展史
16,纳米科学发展史
17,摩擦学发展史
18,机械工程教育发展史
综合训练环节 (1)— 撰写机械小论文
小论文题目,
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
注意事项,
1,本次训练是对文献的调研和总结，引用处要标注参
考文献，应查阅大量文章和资料，不允许只拷贝 1、
2篇文献。
2,要达到对机械学科发展整个概况的了解；另一方面，
锻炼调研和总结说明的能力。
3,反对抄袭，一经发现，以零分记。
综合训练环节 (1)— 撰写机械小论文
本周开始，第 4周上交。
