青岛科技大学专用 潘存云教授研制
第一章 绪 论
§ 1－ 1 本课程的研究对象
§ 1－ 2 本课程的研究内容
§ 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
青岛科技大学专用 潘存云教授研制
§ 1－ 1 本课程的研究对象
顾名思义, 本课程研究对象为,机械
原理－ 机械的组成原理, 工作原理, 分析和设计原理 （ 方法 ） 等 。
机械
机器
机器 －－ 根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体 。
斜面
任何机械都经历了：简单 → 复杂的发展过程 。
以起重机为例, 它经历了,
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 。
机构
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
如 缝纫机, 洗衣机, 各类机床, 运输车辆, 农用机器, 起重机等 。
（ 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
→ 杠杆 → 起重轱辘 → 滑轮组 → 手动 (电动 )葫芦 → 现代起重机
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典型机器的分析,
1.内燃机
活塞的往复运动通过连杆变位曲轴的连续
转动,
凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；
两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之
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。
该组合体称为,曲柄滑块机构
称为,凸轮机构
称为,齿轮机构 内燃机
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 。
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电动机
2.工件自动载送装置
含带传动机构, 蜗杆传动,
凸轮机构, 连杆机构等 。
动爪 定爪
装配夹具
工件载送器
滑杆
档块
凸轮机构
蜗杆传动
带传动
连杆机构
工件
滑杆左移时, 夹持器将工
件夹住 。
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 。
强调代替人类完成有用工作
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
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机器的分类,
原动机 －实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机 ） 种类有限
工作机 －完成有用功（如机床等） 种类繁多
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然机。
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。 其关系如下
机械
机器
机构
原动机 传动 工作
控制
原动机
工作机
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皮带（传动） 电机（原动）
定时器（控制）
叶轮（工作））
试分析洗衣机的各组成部分
同理，通过对典型机构进行分析可知,
机构的共有特征,
① 人造的实物组合体；
② 各部分有确定的相对运动；
③ 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 。
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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。它们之间的关系类同－化合物与化学元素
机械
机器
机构
原动机
工作机
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 。
通用机构
专用机构
本课程研究重点：通用机构
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§ 1－ 2 本课程的研究内容
1,机构结构分析 基本知识
a) 研究机构运动的 可能性 ; 能否运动
b) 机构运动的 确定性 ； 下一个位置和运动方向是否唯一
d) 机构的组成原理和结构分类。
2,机构的运动学
a) 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
c) 机构运动简图的绘制方法； 用简单图形表示复杂机构
b)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
a) 分析机构的受力情况及力做功的情况；
b) 分析机器在已知外力作用下的运动；
c) 机器的调速和平衡方法 。
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按解决问题的性质，本课程研究内容又可分为两大类,
1)机构分析－对已有机构的研究。包括结构、运动和力分析。
2)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。
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，得出的结果
是 机构运动简图,而非工程化的 结构设计图 。
机械设计
方案设计
结构设计
→ 本课程要解决的问题
→ 属于机械设计课程的范畴
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课程性质－－技术基础课
作用－承前启后
先修课程包括,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,
课程特点,
1）实践性强。
§ 1－ 3 课程的性质和学习方法
2）综合性强。 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。
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。
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 。
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4) 本课程有四多, 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。
如何学习本课程？
1） 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。
2） 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。
本课程研究机械的途径,
1) 研究机械所具有的一般共性问题。如机构的组成原理、
机构运动学、机器动力学。
2) 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。
3） 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。
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4) 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。
5) 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。
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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
§ 1－ 4 机械原理学科发展现状简介
应用领域不断扩大,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
本学科的研究课题与日俱增
机械学科与其他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。
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，由只考虑运动
性能过渡到同时考虑其动力性能。
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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
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。
另外，为了适应现代机械高速度、高节拍、高性能的需要，
研制了高速高定位精度的 分度机构,具有优良性能的 组合机构,
以及各种机构的变异与组合等 。
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。
新的设计手段日新月异
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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。
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） 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 。
课程安排,共 60学时，其中讲授 54学时，实验 6学时。
要求,
1） 作业必须按时完成 （ 2个本轮换 ）, 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 。
（ 腾出时间考四级 ）
参考书,Mechanism and Dynamics of Machinery
作者,Hamiton H·Mabie
第一章 绪 论
§ 1－ 1 本课程的研究对象
§ 1－ 2 本课程的研究内容
§ 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
青岛科技大学专用 潘存云教授研制
§ 1－ 1 本课程的研究对象
顾名思义, 本课程研究对象为,机械
原理－ 机械的组成原理, 工作原理, 分析和设计原理 （ 方法 ） 等 。
机械
机器
机器 －－ 根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体 。
斜面
任何机械都经历了：简单 → 复杂的发展过程 。
以起重机为例, 它经历了,
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 。
机构
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
如 缝纫机, 洗衣机, 各类机床, 运输车辆, 农用机器, 起重机等 。
（ 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
→ 杠杆 → 起重轱辘 → 滑轮组 → 手动 (电动 )葫芦 → 现代起重机
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典型机器的分析,
1.内燃机
活塞的往复运动通过连杆变位曲轴的连续
转动,
凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；
两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之
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。
该组合体称为,曲柄滑块机构
称为,凸轮机构
称为,齿轮机构 内燃机
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 。
青岛科技大学专用 潘存云教授研制
电动机
2.工件自动载送装置
含带传动机构, 蜗杆传动,
凸轮机构, 连杆机构等 。
动爪 定爪
装配夹具
工件载送器
滑杆
档块
凸轮机构
蜗杆传动
带传动
连杆机构
工件
滑杆左移时, 夹持器将工
件夹住 。
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 。
强调代替人类完成有用工作
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
青岛科技大学专用 潘存云教授研制
机器的分类,
原动机 －实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机 ） 种类有限
工作机 －完成有用功（如机床等） 种类繁多
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然机。
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。 其关系如下
机械
机器
机构
原动机 传动 工作
控制
原动机
工作机
青岛科技大学专用 潘存云教授研制
皮带（传动） 电机（原动）
定时器（控制）
叶轮（工作））
试分析洗衣机的各组成部分
同理，通过对典型机构进行分析可知,
机构的共有特征,
① 人造的实物组合体；
② 各部分有确定的相对运动；
③ 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 。
青岛科技大学专用 潘存云教授研制
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。它们之间的关系类同－化合物与化学元素
机械
机器
机构
原动机
工作机
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 。
通用机构
专用机构
本课程研究重点：通用机构
青岛科技大学专用 潘存云教授研制
§ 1－ 2 本课程的研究内容
1,机构结构分析 基本知识
a) 研究机构运动的 可能性 ; 能否运动
b) 机构运动的 确定性 ； 下一个位置和运动方向是否唯一
d) 机构的组成原理和结构分类。
2,机构的运动学
a) 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
c) 机构运动简图的绘制方法； 用简单图形表示复杂机构
b)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
a) 分析机构的受力情况及力做功的情况；
b) 分析机器在已知外力作用下的运动；
c) 机器的调速和平衡方法 。
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按解决问题的性质，本课程研究内容又可分为两大类,
1)机构分析－对已有机构的研究。包括结构、运动和力分析。
2)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。
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，得出的结果
是 机构运动简图,而非工程化的 结构设计图 。
机械设计
方案设计
结构设计
→ 本课程要解决的问题
→ 属于机械设计课程的范畴
青岛科技大学专用 潘存云教授研制
课程性质－－技术基础课
作用－承前启后
先修课程包括,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,
课程特点,
1）实践性强。
§ 1－ 3 课程的性质和学习方法
2）综合性强。 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。
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。
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 。
青岛科技大学专用 潘存云教授研制
4) 本课程有四多, 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。
如何学习本课程？
1） 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。
2） 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。
本课程研究机械的途径,
1) 研究机械所具有的一般共性问题。如机构的组成原理、
机构运动学、机器动力学。
2) 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。
3） 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。
青岛科技大学专用 潘存云教授研制
4) 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。
5) 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。
青岛科技大学专用 潘存云教授研制
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
§ 1－ 4 机械原理学科发展现状简介
应用领域不断扩大,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
本学科的研究课题与日俱增
机械学科与其他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。
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，由只考虑运动
性能过渡到同时考虑其动力性能。
青岛科技大学专用 潘存云教授研制
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
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。
另外，为了适应现代机械高速度、高节拍、高性能的需要，
研制了高速高定位精度的 分度机构,具有优良性能的 组合机构,
以及各种机构的变异与组合等 。
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。
新的设计手段日新月异
青岛科技大学专用 潘存云教授研制
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。
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） 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 。
课程安排,共 60学时，其中讲授 54学时，实验 6学时。
要求,
1） 作业必须按时完成 （ 2个本轮换 ）, 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 。
（ 腾出时间考四级 ）
参考书,Mechanism and Dynamics of Machinery
作者,Hamiton H·Mabie
