《机械原理教案》第一章.ppt
机械原理教案01绪论、机构组成要素
课程名称：《机械原理》第 1 讲次第一章绪论1-1 本课程研究的对象及内容1-2 本课程的性质、学习目的、任务及要求授课题目1-3 机械原理学科的发展趋势第二章机构的结构分析2-1 机构的结构分析的内容和目的2-2 机构的组成本课授课学时为 52 学时，此外作 2 个或者 3 个实验，最后有一周的课程设计。
参考书目不少本讲目的要求及重点难点：] 通过本讲课的学习，要弄清晰“学什么”、“为什么学”、“如何学”等问题，掌握组成机构的构件和运动副等概念] 机构、机器、机械、构件、零件等概念，运动副的定义、分类和约束特点构件、运动副内容[]第一章绪论1-1 本课程研究的对象及内容一、机械原理的研究对象顾名思义，本课程的研究对象就是“机械”，主要内容是关于机械的一些基本理论和设计方法。
那末，什么是“机械”呢？一)机构、机器和机械机械：是机构和机器的总称。
机器：根据某种使用要求而设计的一种用于执行机械运动的装置。
主要用于变换或者传递能量、物料、信息等。
讲几个实例，来研究机器、机构的组成和工作原理。
【例1-1】单缸四冲程内燃机，图1-1组成：活塞连杆曲轴气缸体凸轮进气阀排气阀小齿轮大齿轮这里，曲柄滑块机构将活塞的挪移曲柄的转动，齿轮机构改变转速和转向，凸轮机构将凸轮的转动推杆的往复挪移。
内燃机是由若干个机构组成的。
图1-1【例1-2】工件自动装卸装置，图1-2图1-2由带传动机构、蜗轮蜗杆机构、凸轮机构、连杆机构等。
当电动机转动通过上述机构使滑杆左移时，滑杆夹持器的动爪和定爪将工件夹住；而当滑杆带着工件向右挪移到夹持器的动爪碰到上面的挡块时，将工件松开，工件落到工件载送器中，以被送到下道工序。
从上面的例子可以知道，一部机器可能由一个或者多个机构组成。
如空气压缩机只含有一个曲柄滑块机构，而大多数机器都含有多个机构。
机构是由一系列的运动单元体(称为构件)组成的具有确定相对运动的系统，它起着运动的传递和运动形式转换的作用。
第一章 绪论
本章结束
齿轮机构
进气冲程 压缩冲程 膨胀冲程 排气冲程
连杆机构(avi)
凸轮机构(avi)
齿轮机构(avi)
一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含 一种机构。
什么是机构呢？
机构可以定义为：是一个具有确定的机械运动的构件系统， 或称它是用来传递运动和动力的可动装置。
结论：机械是机器与机构的总称 机械 (机械)结论： 构件 ① 人为实物的组合体； 机器 机构
机械设计的主要阶段： ① 提出设计任务；包括 产品的用途，主要性能指标，生产成本、批量，生 产日期等。 ② ③ 机械总体方案设计； 机械的运动设计；
④ 机械的动力设计；动力分析——各构件的受力情
况—确定构件的型式和尺寸 ⑤ 机械的机构结构设计（总装图）；
⑥
⑦
机械的零件设计（零件图）；
机器速度的调节及机械的平衡。
计参数及制约条件，最后给出详细的设计任务书，作为设 计、评价和决策的依据。
◆ 方案设计阶段
完成产品功能分析功能原理求解和评价决策以得到最 佳功能原理方案，并由此最后完成机械运动方案的设计。
◆ 详细设计阶段
将机械运动简图具体化为机器及零部件的合理结构，
也就是要完成产品的总体设计、部件和零件设计，完成全 部生产图纸并编制设计说明书等有关技术文件。 ◆ 改进设计阶段 主要任务是根据产品在试验、使用、鉴定中所暴露的 问题，进一步作相应的技术完善工作，使产品的效能、可 靠性和经济性得到提高，更具生命力。
③ 机器动力学问题
主要研究在已知力作用下机械的真实运动规律；机
器运转过程中速度波动的调节问题以及机械运转过程中 所产生惯性力系的平衡问题。
④ 机构的选型及机械运动系统设计的基本知识。
机械原理课件(第七版)
机器 机器 机器 机器
电动机
机器
电动机 电动机
液压马达
泵
机器
液压缸
空气压缩机
气压马达 气缸
机器
常用原动机形式
原动机主要有电动、液动、气动三种形式
从运动形式来划分有回转、往复直线和步进等多种运动形式
电动原动机:
电动原动机的形式是：电动机
从运动形式看，电动机有输出转动的回转电动机和输出往复移动的直 线电动机
机械原理
第一章 绪论
哈尔滨工业大学
2004年2月
§1-1 机械原理课程的研究对象与内容
研究对象：
机器 机 械
机构
机械是机器与机构的总称。 什么是机器呢？ 什么是机构呢？
普通车床
数控车床
主轴
数控铣床， 这是一种 机器，主 要用来加 工平面和 曲面。
安装 铣刀
工作台
锯床
并联机床原型机
数控剪板机
从电源形式看，电动机有使用交流电源的交流电动机和使用直流电源 的直流电动机
从控制形式看，有输出位移、速度都不可控制的电动机，有输出位移、 速度、力矩可以控制的控制电动机。
这是最常用的交流异步电动机
这是步进电机，它可以按输入的电脉 冲数回转相应的角度。
这是伺服电动机，它可以精确的控制电动机的输出位移和转速。
（1）机构的结构分析 研究机构的组成原理，即机构组成的一般规律。
研究机构运动的可能性与确定性的条件。 （2）机构的运动分析 研究在给定原动件运动的条件下，机构各点的轨迹、 位移、速度、加速度等运动特性。
（3）机构的力分析
研究机构的各构件和运动副中力的计算、摩擦及效率 问题。 2、常用机构的设计问题 主要研究：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运 动机构等的设计理论和设计方法。
机械原理电子教案
机械原理电子教案第一章：机械原理概述1.1 教学目标了解机械原理的基本概念理解机械系统的工作原理掌握机械设计的基本原则1.2 教学内容机械原理的定义与作用机械系统的组成与分类机械设计的基本原则与方法1.3 教学方法采用多媒体演示，介绍机械原理的基本概念和实例通过案例分析，让学生理解机械系统的工作原理小组讨论，探讨机械设计的基本原则及其应用1.4 教学评估课堂问答，检查学生对机械原理基本概念的理解案例分析报告，评估学生对机械系统工作原理的理解程度小组讨论报告，评估学生对机械设计原则的应用能力第二章：机构学基础2.1 教学目标掌握机构的基本概念与分类理解机构学的基本原理学会分析机构的工作过程2.2 教学内容机构的概念与分类机构学的基本原理机构的工作过程分析方法2.3 教学方法采用三维动画演示，介绍机构的基本概念和实例通过实际操作，让学生理解机构学的基本原理案例分析，培养学生分析机构工作过程的能力2.4 教学评估课堂问答，检查学生对机构基本概念的理解实际操作测试，评估学生对机构学原理的应用能力案例分析报告，评估学生对机构工作过程分析的能力第三章：力学基础3.1 教学目标掌握力学的基本概念与原理理解力学在机械原理中的应用学会运用力学原理分析机械系统的工作性能3.2 教学内容力学的基本概念与原理力学在机械原理中的应用机械系统工作性能的力学分析方法3.3 教学方法采用多媒体演示，介绍力学的基本概念和原理通过实验演示，让学生理解力学在机械原理中的应用案例分析，培养学生运用力学原理分析机械系统工作性能的能力3.4 教学评估课堂问答，检查学生对力学基本概念和原理的理解实验报告，评估学生对力学在机械原理中应用的能力案例分析报告，评估学生对机械系统工作性能力学分析的能力第四章：机械动力学4.1 教学目标掌握机械动力学的基本概念与原理理解机械动力学在机械原理中的应用学会运用机械动力学原理分析机械系统的工作性能4.2 教学内容机械动力学的基本概念与原理机械动力学在机械原理中的应用机械系统工作性能的机械动力学分析方法4.3 教学方法采用多媒体演示，介绍机械动力学的基本概念和原理通过实验演示，让学生理解机械动力学在机械原理中的应用案例分析，培养学生运用机械动力学原理分析机械系统工作性能的能力4.4 教学评估课堂问答，检查学生对机械动力学基本概念和原理的理解实验报告，评估学生对机械动力学在机械原理中应用的能力案例分析报告，评估学生对机械系统工作性能机械动力学分析的能力第五章：机械设计方法5.1 教学目标掌握机械设计的基本原理与方法理解机械设计的过程与步骤学会运用机械设计方法解决实际问题5.2 教学内容机械设计的基本原理与方法机械设计的过程与步骤机械设计方法的实践应用5.3 教学方法采用多媒体演示，介绍机械设计的基本原理与方法通过实际案例，让学生理解机械设计的过程与步骤项目实践，培养学生运用机械设计方法解决实际问题的能力5.4 教学评估课堂问答，检查学生对机械设计基本原理与方法的理解案例分析报告，评估学生对机械设计过程与步骤的应用能力项目实践报告，评估学生对机械设计方法解决实际问题的能力第六章：机械零件设计6.1 教学目标掌握机械零件设计的基本原则与方法了解机械零件的分类与功能学会运用设计原理分析机械零件的工作条件6.2 教学内容机械零件设计的基本原则与方法机械零件的分类与功能机械零件工作条件的分析与计算6.3 教学方法采用案例教学，介绍机械零件设计的基本原则与方法通过实物观察，让学生了解机械零件的分类与功能实践操作，培养学生分析机械零件工作条件的能力6.4 教学评估课堂问答，检查学生对机械零件设计基本原则与方法的理解实物观察报告，评估学生对机械零件分类与功能的认知程度实践操作报告，评估学生对机械零件工作条件分析的能力第七章：机械强度计算7.1 教学目标掌握机械强度计算的基本原理与方法了解机械零件的受力分析与应力状态学会运用强度计算解决机械设计中的问题7.2 教学内容机械强度计算的基本原理与方法机械零件的受力分析与应力状态强度计算在机械设计中的应用7.3 教学方法采用理论教学，介绍机械强度计算的基本原理与方法通过动画演示，让学生了解机械零件的受力分析与应力状态案例分析，培养学生运用强度计算解决机械设计问题的能力7.4 教学评估课堂问答，检查学生对机械强度计算基本原理与方法的理解动画演示报告，评估学生对机械零件受力分析与应力状态的认知程度案例分析报告，评估学生对强度计算在机械设计中应用的能力第八章：机械振动与控制8.1 教学目标掌握机械振动的基本概念与分析方法了解机械振动的危害与控制原理学会运用振动分析解决机械设计中的问题8.2 教学内容机械振动的基本概念与分析方法机械振动的危害与控制原理振动分析在机械设计中的应用8.3 教学方法采用理论教学，介绍机械振动的基本概念与分析方法通过实验演示，让学生了解机械振动的危害与控制原理案例分析，培养学生运用振动分析解决机械设计问题的能力8.4 教学评估课堂问答，检查学生对机械振动基本概念与分析方法的理解实验演示报告，评估学生对机械振动危害与控制原理的认知程度案例分析报告，评估学生对振动分析在机械设计中应用的能力第九章：机械可靠性工程9.1 教学目标掌握机械可靠性工程的基本概念与方法了解机械可靠性的度量与改进措施学会运用可靠性工程解决机械设计中的问题9.2 教学内容机械可靠性工程的基本概念与方法机械可靠性的度量与改进措施可靠性工程在机械设计中的应用9.3 教学方法采用理论教学，介绍机械可靠性工程的基本概念与方法通过实例分析，让学生了解机械可靠性的度量与改进措施案例分析，培养学生运用可靠性工程解决机械设计问题的能力9.4 教学评估课堂问答，检查学生对机械可靠性工程基本概念与方法的理解实例分析报告，评估学生对机械可靠性度量与改进措施的认知程度案例分析报告，评估学生对可靠性工程在机械设计中应用的能力第十章：机械创新设计10.1 教学目标掌握机械创新设计的基本原理与方法了解机械创新设计的流程与策略学会运用创新设计解决机械设计中的问题10.2 教学内容机械创新设计的基本原理与方法机械创新设计的流程与策略创新设计在机械设计中的应用10.3 教学方法采用案例教学，介绍机械创新设计的基本原理与方法通过项目实践，让学生了解机械创新设计的流程与策略创新设计竞赛，培养学生运用创新设计解决机械设计问题的能力10.4 教学评估课堂问答，检查学生对机械创新设计基本原理与方法的理解项目实践报告，评估学生对机械创新设计流程与策略的认知程度创新设计竞赛报告，评估学生对创新设计在机械设计中应用的能力重点和难点解析1. 机械原理概述难点解析：理解机械系统的工作原理，掌握机械设计的基本原则及其应用。
孙恒《机械原理》课件讲义
机构结构分析的内容及目的 机构的组成 机构运动简图 机构具有确定运动的条件 平面机构自由度的计算 平面机构的组成原理、结构分类 及结构分析
§2-1 机构结构分析的内容及目的
1、研究机构的组成及机构运动简图的画法 ; 2、了解机构具有确定运动的条件； 3、研究机构的组成原理及结构分类。
2）确定机架 3）确定各构件之间的运动副种类
“两两分析相对运动” 4）代表回转副的小圆，其圆心必须与相对运动
回转中心重合。代表移动副的滑块，其导路 方向必须与相对运动方向一致。 5）比例、符号、线条、标号
§2-5 平面机构自由度的计算
1. 平面机构的自由度：机构所具有的独立运动。 2. 平面机构的自由度计算公式
2. 要除去局部自由度( F' ) 局部自由度：某些不影响机构运动的自由度。
3. 要除去虚约束( p' ) 虚约束:在机构运动中，有些约束对机构自由度的影响
是重复的。
3. 要除去虚约束( p' ) 虚约束:在机构运动中，有些约束对机构自由度的影响
是重复的。 •机构中的虚约束常发生在下列情况：
1）如果转动副联接的是两构件上运动 轨迹相重合的点，则该联接将带入 1个虚约束。
本章结束
第二章 机构的结构分析
基本要求：了解机构的组成；搞清运动副、运动链、约 束和自由度等基本概念；能绘制常用机构的 运动简图；能计算平面机构的自由度；对平 面机构组成的基本原理有所了解。
重 点：运动副和运动链的概念；机构运动简图的绘 制；机构具有确定运动的条件及机构自由度 的计算。
难 点：在机构自由度的计算中有关虚约束的识别及 处理问题。
机械原理教案
机械原理教案机械原理电⼦教案第⼀章绪论基本要求:1.明确机械原理课程的研究对象和内容，以及学习本课程的⽬的。
2.了解机械原理在培养机械类⾼级⼯程技术⼈才全局中的地位、任务和作⽤。
3.了解机械原理学科的发展趋势。
教学内容:1.机械原理课程的研究对象2.机械原理课程的研究内容3.机械原理课程的地位及学习本课程的⽬的4.机械原理课程的学习⽅法重点难点:本章的学习重点是机械原理课程的研究对象和内容，机器、机构和机械的概念，机器和机构的⽤途以及区别；了解机械原理课程的性质和特点。
1.1机械原理课程的研究对象机械是⼈类⽤以转换能量和借以减轻⼈类劳动、提⾼⽣产率的主要⼯具，也是社会⽣产⼒发展⽔平的重要标志。
机械⼯业是国民经济的⽀柱⼯业之⼀。
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。
机械原理（Theory of Machines and Mechanisms）是机器和机构理论的简称。
它以机器和机构为研究对象，是⼀门研究机构和机器的运动设计和动⼒设计，以及机械运动⽅案设计的技术基础课。
机器的种类繁多，如内燃机、汽车、机床、缝纫机、机器⼈、包装机等，它们的组成、功⽤、性能和运动特点各不相同。
机械原理是研究机器的共性理论，必须对机器进⾏概括和抽象内燃机与机械⼿的构造、⽤途和性能虽不相同，但是从它们的组成、运动确定性及功能关系看，都具有⼀些共同特征：（1）⼈为的实物（机件）的组合体。
（2）组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。
（3）能完成有⽤机械功或转换机械能。
凡同时具备上述3个特征的实物组合体就称为机器内燃机和送料机械⼿等机器结构较复杂，如何分析和设计这类复杂的机器呢？我们可以采取“化整为零”的思想，即⾸先将机器分成⼏个部分，对其局部进⾏分析。
机构是传递运动和动⼒的实物组合体。
最常见的机构有连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构、螺旋机构、开式链机构等。
机械原理 第4版 第一章 机构的结构设计
（2）运动副符号
运动副常用规定的简单符号来表达（GB4460－84）。 各种常用运动副模型 常用运动副的符号表
3.运动链
构件通过运动副的联接而构成的相对可动的系统。
闭式运动链（简称闭链） 开式运动链（简称开链）
2
3
1
4
平面闭式运动链
2 3
1 4
空间闭式运动链
23
1
4
平面开式运动链
4
3
5
2 1
空间开式运动链
右图所示为一铰链四杆机构，该机构 具有4个构件，活动构件数n为3，低副数 PL=4，高副数PH=0。根据机构自由度计算 公式，该机构的自由度为
F=３n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1
此机构的自由度为1，即机构中各构件 相对于机架所能有的独立运动数目为1。
通常机构的原动件都是用转动副和移 动副与机架相联，因此每一个原动件只能 输入一个独立运动。
为了表明机器的组成状况和结构特征，不按严格
比例来绘制的简图通常称为机构示意图。
常用机构构件、运动副代表符号
双副构件 (一个构件和两个外副)
注：点划线表示与其联 接的其他构件
双副构件 (一个构件和两个外副)
三副构件 (一个构件和三个外副)
三副构件 (一个构件和三个外副)
原动机
二）、机构运动简图的绘制
空间闭式运动链
23
1
4
平面开式运动链
4
3
5
2 1
空间开式运动链
机构的组成(4/4)
机构 具有固定构件的运动链称为机构。
2 从动件
机 架 ——机构中的固定构件； 一般机架相对地面固定不动， 但当机 构安装在运动的机械上时则是运动的。
机械原理第一章绪论CH01
机器和机构的概念(2/4)
机床用来变换物料的状态； 汽车、起重机用来传递物料； 计算机用来变换信息。 由于各种机器的主要组成部分都是各种机构，所以可以说， 机器乃是一种可用来变换或传递能量、物料与信息的机构组合。 机器按其用途可分为两类：凡将其他形式的能量转换为机械 能的机器称为原动机；凡利用机械能来变换和传递物料和信息的 机器称为工作机。
机器和机构的概念(4/4)
机构 1. 由各种材料制成的制造单元 （零件）经装配而成的组合体 2. 由零件组成的各运动单元 （构件）间有确定的相对运动
有关机械的基本理论
（1）机构的结构分析 1）研究机构是怎样组成的，其组成对运动的影响，以及机构 具有确定运动的条件。 2）研究机构的组成原理及机构的结构分类。
（1）机构
机器和机构的概念(1/4)
机构是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。如常 见的机构有带传动机构、链传动机构、齿轮机构、凸轮机构、 螺旋机构等。 这些机构一般认为是由刚性件组成的。而现代机构中除了刚 性件以外，还可能有弹性件和电、磁、液、气、声、光……等元 件。 故这类机构称为广义机构；而由刚性件组成的机构就称为狭 义机构。 （2）机器 机器是指一种执行机械运动装置，可用来变换和传递能量、 物料和信息。 例如： 电动机、内燃机用来变换能量；
（3）机器的结构
传统的机器由如下三个部分组成： 原动部分 传动部分 执行部分
机器和机构的概念(3/4)
现代机器一般由如下四个部分组成：
原动部分
传动部分 控制部分
执行部分
而现代先进的机器则由以下五个部分组成：
位形检测 控制系统 驱动-传动机构 智能系统 执行机构 工作系统
机器和机构的特征 机器 1. 由各种材料制成的制造单元 （零件）经装配而成的组合体 2. 由零件组成的各运动单元 （构件）间有确定的相对运动 3. 变换和传递能量、物料和信 息。
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机械运动 约束运动
接触 点\线\面
1.1 构件及其分类
1、构件
运动单元体
2、构件的类型 刚性构件，弹性构件、拉曳件 机架、原动件和从动件
1.2 构件的运动约束
空间自由运动的构件有6个自由度
平面自由运动的构件有3个自由度
y
y
x
z
x
构件接触形成约束，约束性质与接触方式相关
运动副的级
根据运动副所引入的约束数可以将运动副分为五 级：引入一个约束的运动副为Ⅰ级副，引入两个约束 的运动副为Ⅱ级副，依次类推，还有Ⅲ级副、Ⅳ级副， 最多为Ⅴ级副。
分析机器人机构构件和运动副组成
动画
动画
动画
机构设计赏析ຫໍສະໝຸດ 肘关节设计1.3运动副及其分类
两个构件之间接触的点、线、面的组合称为副 元素。
两个具有某些类型的相对运动和自由度的副元 素连接的机械模型称为运动副。
力闭合运动副
形闭合运动副
材料闭合运动副
平面运动副和空间运动副
常见的平面运动副有移动副、转动 副和曲线副
空间运动副
（a)
(b)
(c) (d)
低副和高副
高副，两个构件之间接触的点、线、面 的组合为一个点或一条线 低副，两个构件之间接触的点、线、 面的组合为平面或圆柱面
y
x
z
j
Pi
j i
y
j
j
x
i
i
构件之间的运动自由 度与约束数的关系
自由度 N 约束 S 空间N+S=6 平面N+S=3
利用点、线、面接触 构成各种运动约束。
可拆卸焊接烧锅的固定装置设计
各种常见机械约束
动画 动画
动画
动画
可以通过加入中间元件改善磨损状况 无摩擦的柔顺机构
约束的形式不同，但产生的运动约束的效果相同。