01introdu

图F1-10 后支架调高机构
(7) 连续表层采矿机中的基本机构展示 A ω1 A0
2 1 B 4
(a) 曲柄滑块机构
A V3 3 ω1 A0 1
2 ω3 B0
B 3 4
(b) 平行四边形机构
3 2 e
C
ω2
2
B r0 A 1
ω1 3
凸轮机构
1
ω1
(c)
(d) 齿轮机构
图F1-11 连续表层采矿机中的基本机构
(12) 刚柔组合双摇杆机构
r3
O3 3 2 ω1 o1 r3
b θ
B
5 c ω5
a 4
φ
D
1
d 6
图F1-22 刚柔组合机构
A
连杆机构与皮带传动组合的机构与二维动画
(13) 曲柄摇块齿轮齿条滑块机构 7 H y 6 B r1 1 S1
Hale Waihona Puke 2 Fd1 d5C

3
G

E
x
A
4
D
5
图F1-23 曲柄摇块齿轮齿条滑块机构 组合机构在针织机上的应用与二维动画
1.1 机械、机器与机构 机构：人为的实物组合体；各实物组合体 之间具有确定的相对运动。
机器：人为的实物组合体；各实物组合体
之间具有确定的相对运动；它们或者做机械功
或者进行能量转换。 机械：机构与机器的统称。
1.1.1 机器组成的逻辑框图
原动机
传动机构
工作机构
控制系统 输 入
传感系统 传感系统 输 输 出 出
曲柄滑块机构不仅被用在发动机中，还可以用在气体或液体压 缩机中，物料传送中，机械压力机中等。下面通过参数化的二维动 画展示曲柄滑块机构的运动特征。
A
ω1 1 2 V3 3 B 4
A0
图F1-08 发动机的工作机构运动简图 曲柄滑块机构与二维动画
(本课程研究的基本机构之一)
(5) 将前支架调高系统抽象为油缸驱动的平行四边形机构
图F1-04 连续表层采矿机的工作原理图
(2) 连续表层采矿机的动力单元
连续表层采矿机的动力系统是指下图F1-05所示的发动机，它的三维抽
象如图F1-06所示。
图F1-06 发动机的三维图 图F1-05 柴油发动机
(3) 连续表层采矿机的动力与变速系统
凸轮机构 变速传动系统 曲 柄 滑 块 机 构 发 动 机 齿轮机构
(7) 连续表层采矿机中的基本机构展示
2 1 4 2' 2 2' 4 3 1 H 3
3'
5
(e)
定轴轮系
(e)
复合轮系
图F1-11 连续表层采矿机中的基本机构
本课程不仅介绍对已有机器的基本分析方法，而且介绍新机器的 多种设计方法。
图F1-12 菱形金属网编织机 下面简要展示本课程将要研究的部分基本机构与组合机构的运动 规律以及动画，为进一步学习提供感性认识。
(14) 曲柄摇块齿轮齿条滑块机构 y A1 4 A2 72° 72° O3 O1 A3 3 72° 72° P φ 1 2 A5 B B1 6 R5 7 ψ ψB R5 L3 36° 3 θ O5
5
α x
72° A4
B2
β０
O7
L
图F1-24 曲柄摇块齿轮齿条滑块机构 行星轮双摇杆机构与二维动画
1.3.8 工业机器人机构学基础 工业机器人在现代生产中发挥着越来越大的作用，其中的一 类工业机器人是由若干个关节所联系起来的一种可控开链。介绍 工业机器人中的转动关节之间的位移矩阵、刚体的空间位移矩阵、 目标物体的齐次坐标表示、工业机器人的正向运动学与逆向运动 学基础。
加速度的分析方法，既研究基于作图的图解方法，也研究基于数学分析的解
析方法。通过对机构作运动分析，可以了解机构的运动规律是否满足设计要 求。
1.3
机械原理的基本内容
1.3.3 平面机构的受力分析 当机构中的一个构件在外力作用下作匀速运动时，平面机构的 受力分析研究力在机构中是如何传递的，以便为构件的三维尺寸设 计提供力参数。
(6) 齿轮的形成原理与范成法加工原理
图F1-17b 齿轮机构 齿轮机构与二维动画
(7) 齿轮减速器
图F1-17c 齿轮机构 二级圆柱体齿轮齿轮减速器与爆炸图
(8) 牛头刨床
图F1-18 牛头刨床
牛头刨床与三维动画
(9) 曲柄摇块机构
y B1 B2
A
r1 1 O1 S1 2
B3
d1 O3
3
x
B4
B5
B6
图F1-19 曲柄摇块机构
曲柄摇块机构导杆上多点的轨迹与二维动画
(10) 平面六杆轨迹机构
x H D 6 A 1 B 2 4 E 图F1-20 连杆曲线生成机构 F
y
δ 3 C G
5
连杆曲线生成机构与二维动画
(11) 行星轮轨迹机构
O2 2 二维动画1 O3
1
P
二维动画2
3
图F1-21 行星轮上点的轨迹机构
1.3.4 平面机构的摩擦力分析
当机构中的一个构件在外力作用下作匀速运动时，平面机构的 摩擦力分析研究运动副中存在摩擦时，如何作机构的受力分析，以 便确定机器的机械效率。
1.3 机械原理的基本内容
1.3.5 机器的动力分析 当机器在外力作用下运动时，机器的动力分析研究某个构件 的真实运动规律，当它的运动规律不满足设计要求时，通过对 “飞轮”的设计，达到对机器运动规律的调节。
图F1-01 机器组成的逻辑框图
1.1.2 本课程的研究对象与内容
分析 位置分析 速度分析 加速度分析 动力学分析
机构
连杆机构 凸轮机构 齿轮机构
设计
运动规律设计
运动几何设计
强度设计 刚度设计
其他常用机构 图F1-02 本课程的研究对象与内容
下面以连续表层采矿机为例，简述机器的组成原理、分析方法 以及简要展示本课程的主要研究内容。 1.1.3 连续表层采矿机与机器的组成原理简述 连续表层采矿机（图F1-03）是
1.3.6 常用机构的设计
在机器中应用最多的机构是连杆机构、齿轮机构、齿轮系与 凸轮机构。常用机构的设计研究这些机构的类型、传动特点、设
计与分析方法以及相关标准。
1.3 机械原理的基本内容
1.3.7 机械无级变速机构的传动分析
无级变速传动在机器设计中的应用越来越多，介绍机械无级
变速传动的类型、工作原理、传动比计算、传动特性与应用。
图F1-07 柴油发动机与变速传动系统
(4) 将动力单元进一步抽象为曲柄滑块机构 《机械原理》对机器的运动与动力研究总是将它抽象为机构简图， 发动机中的热能转化为机械能所对应的机构称为曲柄滑块机构，如图 F1-08所示。
ω1
A0
A 1 2 V3 B 4 3
图F1-08 发动机的工作机构运动简图
曲柄滑块机构的三维动画
1 绪 论
提 要
明确本课程的研究对象和学习内容，掌握机构、机器和机
械的基本概念，了解机械设计的基本要求和一般过程，了解机 械设计的方法与新发展。 1.1 机械、机器与机构
1.1.1 机器组成的逻辑框图
1.1.2 本课程的研究对象与内容
1.1.3 连续表层采矿机与机器的组成原理简述 1.1.4 典型机构的分析与设计预展示 1.2 设计机器的基本要求与流程 1.3 机械原理的基本内容
露天开采作业中的重要设备，它由
动力系统、变速与分动系统、传动 系统、行走与转向系统、切割系统、
切深调节系统以及皮带输送系统等
组成。其机构简图如图F1-04所示。 图F1-03 连续表层采矿机
(1) 对连续表层采矿机的工作原理进行整体抽象 连续表层采矿机可以抽象为下面的简图，机械原理课程通过该
机器研究机器的组成、运动与动力分析以及机构设计。
1.1.4 典型机构的分析与设计预览 (1) 高位自卸汽车机构
图F1-13 高位自卸汽车机构 高位自卸汽车机构与二维动画
(2) 平口钳的设计
图F1-14 平口钳
基于拐点与优化方法设计的平口钳与三维动画
(3) 连杆压力机机构 B
Mb 1 ω1 A
2 C
C2
E
D
3
4
6 G 5
图F1-15 连杆压力机机构 基于Ⅱ组的连杆压力机机构与二维动画
S5
C4
(4) 振动筛机构
y
B
1 a φ
H6y
ω1 A
6
b 2 x
S3x
θ S3y C hy hx c 4 δ E1 d 6 E2 D1 3 D2 c 5 δ
H6x
图F1-16 连杆振动筛机构 振动筛机构与二维动画
(5) 齿轮机构
图F1-17a 齿轮机构 齿轮机构与三维动画 (本课程研究的基本机构之二)
4
机 器 前 支 架 3 调高油缸 1 2 6 1，2 组成油缸，为前支架提供升降动力 3，4，5，6 组成平行四边形机构，保证前支架平移升降 1 机 架 5
图F1-09 前支架调高机构
(6) 将后支架调高单元抽象为油缸驱动的平行四边形机构
4
机 架
5
调高油缸
1
2
6
机 器 后 支 架 3
1，2 组成油缸，为后支架提供升降动力。 3，4，5，6 组成平行四边形机构，保证后支架平移升降。
(15) 曲柄摇块齿轮齿条摆杆机构
y 3 δ 2 C
B
S2 r1 1 φ d4 4 d5 5 D βB
EL
E
ψ 7
G x
A ω1
6 β
ER
图F1-25 曲柄摇块齿轮齿条摆杆机构 曲柄摇块齿轮齿条摆杆机构与二维动画
1.3 机械原理的基本内容
1.3.1 平面机构的组成分析 平面机构的组成分析研究机构组成的一般规律。机构是一个实现运动 变换与动力传递的实物组合体，平面机构的组成分析将通过构件、运动副、 运动链、机架与自由度的概念，研究机构是如何组成的与可动性，从而为 机构设计确定机构的类型，是进行机构几何尺寸设计的基础。 1.3.2 平面机构的运动分析 当机构的类型已经选定、机构的几何尺寸也被确定下来，假设机构中的 一个构件作匀速运动时，平面机构的运动分析研究其余构件的位移、速度与