机 械 原 理
Theory of mechanisms and
machines
崔 亚 辉
孙桓 陈作模主编 机械原理
高教出版社第 7版 2002年
教 材
参考书
?申永胜主编 机械原理教程 清华大学 出版社 2000年
?邹惠君等主编 机械原理 高教出版社 第 1版 1999年
??Theory of Machines & Mechanisms?
—— Josoph Edward,John Joseph Ucker
??Mechanisms and Dynamic of Machinenery?
—— Hamilton H.Mahie,Fred W.Ocvirk
第一章 绪 论
本章教学内容
?本课程研究的对象及内容
?学习本课程的目的
?机械原理课程的学习方法
?机械原理学科发展
§ 1-1 本课程研究的对象及内容
一、研究对象
机械
什么叫机械？
◆ 机械 (mechanisms) 机器和机构的总称
◆ 机器 (machine)
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。
机器是由什么组成的？
机器具有那些特征？
机器实例
机器实例
由此，可以总结出机器所共有的三个基本特征：
3） 能代替或减轻人类的劳动以来完成有用的机械
功或实现能量, 信息的变换 。
2） 各个运动实体之间具有确定的相对运动；
1） 它们是人为的实体的组合；
机
器
动力部分
传动部分
执行部分
控制部分
机
器
的
组
成
部
分
机器 1：单缸内燃机
机器举例
机器 2：缝纫机
机器 3：洗衣机 机器 4,自行车
现在来看什么是机构，它与机器有何相同和区别。
机构实例
凸
轮
机
构
连
杆
机
构
齿
轮
机
构
进
排
气
阀
启
闭
机
构
活
塞
曲
柄
机
构
气
阀
联
动
机
构
机器 1：单缸内燃机
—— 活塞 — 曲柄机构（连杆机构）
进气阀启闭机构（凸轮机构）
排气阀启闭机构（凸轮机构）
齿轮机构
机器与机构
机器 2：缝纫机
—— 踏板机构、皮带传动、
走布机构、挑线机构 ………
机器 3：洗衣机 —— 皮带传动、滚筒
机器 4,自行车 —— 链传动、棘轮机构、手闸机构
由此可以看出, 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
2） 各个运动实体之间具有确定的相对运动 。
1） 它们是人为的实体的组合；
常用机构：齿轮机构, 凸轮机构, 连杆机构, 间歇运动机构
按照组成机构元素的相互运动平面的平行与否，机构可分为：
空间机构
Spatial
Mechanisms
平面机构
Planar
Mechanisms
机 构
Mechanisms
二、研究内容
◆ 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 。
◆ 机器动力学, (1)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 ; (2) 研究机器在外力下的
真实运动规律和速度波动等问题 。
◆ 机构的选型及机械传动系统的设计
§ 1-2 学习本课程的目的
◆ 机械原理课程的地位
1,机械原理是机械类各专业
的一门主干技术基础课程 。
2,与一般的基础课比更接近
工程实际 。
3,与专业课比具有更宽的研
究面和更广的适应性 。
◆ 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 。
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 。
§ 1-3 机械原理课程的学习方法
?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,注意运用理论力学的有关知识。
4,理论联系实际，能够做到举一反三。
?教学环节：
理论教学 实验教学 课程设计
§ 1-4 机械原理学科的发展
随着宇航技术, 核技术, 海洋开发等高新技术的发展和计算
机技术的普遍应用, 极大的促进了机械行业的迅猛发展 。 这也
带动了机械原理学科的发展 。 因此, 近些年来机械原理学科也
创立了不少新的理论和研究方法, 开拓了一些新的研究领域,
出现了很多新的研究分支, 主要表现在：
1.在 20世纪末发展起来的计算机辅助机构分析与设计将更为
完善 。 将机构学知识结合人工智能理论, 构建机构分析与设计
的专家系统, 将得到进一步发展 。
基于 Web的远程网络机构设计系统已出现, 利用世界各地的
专家知识和经验, 开展多专家协同的异地设计, 在本世纪将推
动机构学理论的高速发展 。
2.对机构学的基础理论研究将有新的进展和突破 。 以智能
机械和微机械为代表的新型机械系统, 将需要构建新的机构学
理论 。
例如, 微型机械并不是将传统机械直接微型化, 而是涉及
多学科的综合技术的应用 。 目前已研制出 210?m× 100?m的滑
块, 直径为 60?m的静电电机, 由原子直接排列而成的纳米齿轮,
供情报收集的 "蚊子机器人 "等等 。 而微型人造卫星, 可在人的血
管中爬行的机器人以及进行眼科手术的微型机械手等也都已经
或即将见诸应用 。 它们的出现, 推动了处于机械原理学科前沿
的微型机构学分支的产生 。
3.机构学研究已渗透到生物学研究领域, 仿生机构将得到
进一步完善和发展 。
通过对人的手指, 手腕和手臂的研究, 已研制出各种多自
由度的机械假手, 造福人类 。 另外, 通过研制蛇形机构来探测管
道故障；研究鱼游机构来解决深水探测问题；研制各种类型的两
足, 四足, 六足步行机, 完成各种地形甚至是其他星球表面的探
测任务 。 这些研究有利于创造出新颖的, 具有特殊功能的新机构
来 。
以上分析仅是本门学科新近发展的一部分 。 机械原理研究
内容的丰富和发展将对机械工程领域的高新技术发展, 起着决定
性的作用 。
小 结
基本要求：
明确本课程研究的对象和内容, 以及在
培养高级技术人才全局中的地位, 任务
和作用 。 对机械原理学科的发展趋势有
所了解 。
重 点：
介绍本课程研究的对象和内容 。
Theory of mechanisms and
machines
崔 亚 辉
孙桓 陈作模主编 机械原理
高教出版社第 7版 2002年
教 材
参考书
?申永胜主编 机械原理教程 清华大学 出版社 2000年
?邹惠君等主编 机械原理 高教出版社 第 1版 1999年
??Theory of Machines & Mechanisms?
—— Josoph Edward,John Joseph Ucker
??Mechanisms and Dynamic of Machinenery?
—— Hamilton H.Mahie,Fred W.Ocvirk
第一章 绪 论
本章教学内容
?本课程研究的对象及内容
?学习本课程的目的
?机械原理课程的学习方法
?机械原理学科发展
§ 1-1 本课程研究的对象及内容
一、研究对象
机械
什么叫机械？
◆ 机械 (mechanisms) 机器和机构的总称
◆ 机器 (machine)
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。
机器是由什么组成的？
机器具有那些特征？
机器实例
机器实例
由此，可以总结出机器所共有的三个基本特征：
3） 能代替或减轻人类的劳动以来完成有用的机械
功或实现能量, 信息的变换 。
2） 各个运动实体之间具有确定的相对运动；
1） 它们是人为的实体的组合；
机
器
动力部分
传动部分
执行部分
控制部分
机
器
的
组
成
部
分
机器 1：单缸内燃机
机器举例
机器 2：缝纫机
机器 3：洗衣机 机器 4,自行车
现在来看什么是机构，它与机器有何相同和区别。
机构实例
凸
轮
机
构
连
杆
机
构
齿
轮
机
构
进
排
气
阀
启
闭
机
构
活
塞
曲
柄
机
构
气
阀
联
动
机
构
机器 1：单缸内燃机
—— 活塞 — 曲柄机构（连杆机构）
进气阀启闭机构（凸轮机构）
排气阀启闭机构（凸轮机构）
齿轮机构
机器与机构
机器 2：缝纫机
—— 踏板机构、皮带传动、
走布机构、挑线机构 ………
机器 3：洗衣机 —— 皮带传动、滚筒
机器 4,自行车 —— 链传动、棘轮机构、手闸机构
由此可以看出, 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
2） 各个运动实体之间具有确定的相对运动 。
1） 它们是人为的实体的组合；
常用机构：齿轮机构, 凸轮机构, 连杆机构, 间歇运动机构
按照组成机构元素的相互运动平面的平行与否，机构可分为：
空间机构
Spatial
Mechanisms
平面机构
Planar
Mechanisms
机 构
Mechanisms
二、研究内容
◆ 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 。
◆ 机器动力学, (1)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 ; (2) 研究机器在外力下的
真实运动规律和速度波动等问题 。
◆ 机构的选型及机械传动系统的设计
§ 1-2 学习本课程的目的
◆ 机械原理课程的地位
1,机械原理是机械类各专业
的一门主干技术基础课程 。
2,与一般的基础课比更接近
工程实际 。
3,与专业课比具有更宽的研
究面和更广的适应性 。
◆ 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 。
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 。
§ 1-3 机械原理课程的学习方法
?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,注意运用理论力学的有关知识。
4,理论联系实际，能够做到举一反三。
?教学环节：
理论教学 实验教学 课程设计
§ 1-4 机械原理学科的发展
随着宇航技术, 核技术, 海洋开发等高新技术的发展和计算
机技术的普遍应用, 极大的促进了机械行业的迅猛发展 。 这也
带动了机械原理学科的发展 。 因此, 近些年来机械原理学科也
创立了不少新的理论和研究方法, 开拓了一些新的研究领域,
出现了很多新的研究分支, 主要表现在：
1.在 20世纪末发展起来的计算机辅助机构分析与设计将更为
完善 。 将机构学知识结合人工智能理论, 构建机构分析与设计
的专家系统, 将得到进一步发展 。
基于 Web的远程网络机构设计系统已出现, 利用世界各地的
专家知识和经验, 开展多专家协同的异地设计, 在本世纪将推
动机构学理论的高速发展 。
2.对机构学的基础理论研究将有新的进展和突破 。 以智能
机械和微机械为代表的新型机械系统, 将需要构建新的机构学
理论 。
例如, 微型机械并不是将传统机械直接微型化, 而是涉及
多学科的综合技术的应用 。 目前已研制出 210?m× 100?m的滑
块, 直径为 60?m的静电电机, 由原子直接排列而成的纳米齿轮,
供情报收集的 "蚊子机器人 "等等 。 而微型人造卫星, 可在人的血
管中爬行的机器人以及进行眼科手术的微型机械手等也都已经
或即将见诸应用 。 它们的出现, 推动了处于机械原理学科前沿
的微型机构学分支的产生 。
3.机构学研究已渗透到生物学研究领域, 仿生机构将得到
进一步完善和发展 。
通过对人的手指, 手腕和手臂的研究, 已研制出各种多自
由度的机械假手, 造福人类 。 另外, 通过研制蛇形机构来探测管
道故障；研究鱼游机构来解决深水探测问题；研制各种类型的两
足, 四足, 六足步行机, 完成各种地形甚至是其他星球表面的探
测任务 。 这些研究有利于创造出新颖的, 具有特殊功能的新机构
来 。
以上分析仅是本门学科新近发展的一部分 。 机械原理研究
内容的丰富和发展将对机械工程领域的高新技术发展, 起着决定
性的作用 。
小 结
基本要求：
明确本课程研究的对象和内容, 以及在
培养高级技术人才全局中的地位, 任务
和作用 。 对机械原理学科的发展趋势有
所了解 。
重 点：
介绍本课程研究的对象和内容 。
