机械原理一
机械原理试题1
机械是(机器和机构）的总称。
1．构件是机构中的(运动)单元体。
2．在平面机构中若引入一个高副将引入（1)个约束，而引入一个低副将引入（2)个约束。
3．从机构结构观点来看，任何机构都是由机架、原动件和从动件三部分组成。
5．构件的自由度是指(构件的独立运动参数）；机构的自由度是指(机构的独立运动参数)。
6．由两个构件直接接触而组成的(可动联接)称为运动副。
7．两个构件通过（点或线)接触而构成的运动副称为高副。
8．两个构件通过（面)接触而构成的运动副称为低副。
9．运动链是指构件通过运动副的联接而构成的相对可动的系统称为运动链. 10．两个以上的构件在同一处以（转动)副相联接,就构成复合铰链.11．机构中某些构件所具有的不影响其他构件运动的自由度称为（局部自由度）.12．不产生实际约束效果的重复约束称为（虚约束）。
13．当两个构件组成移动副时其瞬心位于(垂直于导路的无穷远处)。
14．当两个构件组成转动副时其瞬心位于(转动副的中心）.15．当两个构件组成纯滚动高副时其瞬心位于接触点处。
16．两互作平面运动的构件上绝对速度相等的瞬时重合点称为（速度瞬心）。
17．求机构的不直接相联接的各构件的瞬心时，可应用三心定理来求。
18．从受力观点分析，移动副的自锁条件是驱动力作用线位于摩擦角内.转动副的自锁条件是驱动力作用线与摩擦圆相交。
19．槽面摩擦力比平面摩擦力大，是因为当量摩擦系数大。
20．机械中,V带比平带应用广泛,从摩擦角度来看，其主要原因是V带为槽面摩擦。
，当量摩擦系数fv 大21.运动副中法向反力（或正压力）和摩擦力的合力,称为运动副中的总反力。
］22.总反力与法向反力之间的夹角称为摩擦角。
23．驱使机械运动的力称为驱动力阻止机械运动的力称为阻抗力。
24．机械的输出功与输入功之比称为机械效率。
25．速度影象原理和加速度影象原理只能应用于同一构件上的各点。
26．一个运动矢量方程只能求解2个未知量。
27．从效率来分析，机械的自锁条件是η≤0。
机械原理 第一章 构件 约束 运动副
按在机械传动中的功能分类：
机 构件分成 活动构件 从动件 机 架：机架是指要被固定、而作为机构运动的参考 系的构件 。 原动件：作用有驱动力或驱动力矩的活动构件，又称主 动件。 从动件：在机构中除机架和原动件以外的其余构件则称 为从动件 。
动画链接1 2
架（或固定构件） 原动件（主动件）
机架 原动件
从动件
传动构件
从动件
输出构件
按照其几何和运动特征进行分类：
如齿轮、凸轮、摩擦轮、滑块、导槽、杆件等
滑块、导槽、杆件
动画链接
广义来讲，随着科学技术的不断发展，机构中的构件可 以是有形的，也可以是无形的，只要它在传递运动和力或在 运动的导引的过程中能完成一些确定的运动任务，我们都可 以将其视为一个构件。例如：液态介质或气态介质、可塑性 的颗粒状物质等等，只要这些物质能够充满所提供的空腔， 在运动的传递过程中起到了必不可少的作用，都可以看作为 压力构件；机械运动的计算机控制程序等也可以看作是一个 构件。
只有1个自由度
用平面和曲面构造约束：用四个平面构造的相对移动约束
只有1个自由度
约束中加入中间元件，改变接触处的摩擦状态 滑动摩擦
滚动摩擦
钢球
滑动摩擦
保持架
滚动摩擦
2-9(b)
2-9(c)
1.4
1.4.1
运动副及其分类
运动副
运动副：两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运 动的联接。
三个条件，缺一不可
第一章 构件、约束和运动副
1.2 构件及其分类
构件和零件是两个不同的概念：构件是运
动时的单元体，而零件是制造时的单元体。
构件是由一个或若干个零件组成。
这些零件之间没有任何的相对运动。
第1章机械原理-绪论
2.零件 －独立的制造单元(制造的单元体) 零件 构件 －独立的运动单元(运动的单元体) 内燃机 曲柄滑块机构
一个构件是由一个零件如内燃机中活塞 或多个零件刚性组成。彼此之间无相对运动。 如内燃机中连杆
湘潭大学
套筒
螺栓
垫圈 螺母
连杆体 轴瓦
作为一名工程技术人员，同学们在今后的工 作岗位上将会接触各种各样的通用或专用机 械，因此必须掌握机械方面的基础知识。
设计出满足功能与制造要求的机构和机械零件 任务 研究的内容：
（1）机械设计基础知识
（2）常用机构及传动设计 （3）通用零件设计 （4）有关机械总体设计中的一些问题 （5）机械现代设计方法与手段的概念和特点
内燃机
2.工件自动载送装置 含带传动、蜗杆传动、 凸轮机构、连杆机构等。
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。
动画
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；
工件 定爪 动爪 装配夹具 工件载送器
天然工具 ——→简单机器 ——→工业革命 ——→现代机器
人类在征服自然中
改革开放后：我国机械工业得到了长足发展。
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： 斜面 →杠杆 →起重轱辘 →滑轮组→手动(电动)葫芦 →现代起重机 （包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、电梯－电脑控制）。
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，该组合体称为：曲柄滑块机构 凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀； 称为：凸轮机构 两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之 间形成协调动作， 称为：齿轮机构 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。
机械原理1
机械原理武汉理工大学第一章绪论§1-1本课程研究的对象及内容“机械原理”(Mechanical Principle)研究的对象是机械，研究的内容是有关机械(mechanism)的基本理论问题。
机械——是机器(machine)和机构(mechanism)的总称。
右图所示为一内燃机示意图，主要由以下机构组成：活塞(piston)、连杆(connecting rod)、曲轴和机架(frame)组成连杆机构；大齿轮(gear)、小齿轮和机架组成齿轮机构；凸轮(cam)、推杆和机架组成凸轮机构。
除了机器外，实际中存在如图1-2所示的开窗机构和如图1-3所示的千斤顶，它们借助于人力驱动实现所需的运动或传递力。
这些装置我们称之为机构。
图1-2 开窗机构图1-3 千斤顶机器的特征：1. 它们是由零件人为装配组合而成的实物体；2. 各实物体之间具有确定的相对运动；3. 能完成有用的机械功或转化机械能。
机构的特征：机构具有机器特征中的前两个特征。
机器与机械的共有特征决定了机器与机构可以统称为机械。
本课程研究的内容：1. 机构结构分析的基本知识2. 机构的运动分析3. 机器动力学4. 常用机构的分析与设计5. 机构的选型及机械传动系统的设计本课程研究的内容可以概括为两个方面，第一是介绍对已有机械进行结构、运动和动力分析的方法，第二是探索根据运动和动力性能方面的要求设计新机械的途径。
§l-2 学习本课程的目的本课程所学的内容乃是研究现有机械的运动及工作性能和设计新机械的知识基础。
所以它成为机械类各专业必修的一门重要的技术基础课程，并为专业课程打下基础。
§l-3 如何进行本课程的学习在学习本课程的过程中，要着重注意搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握机构分析和综合的基本方法。
在本课程的学习过程中，要注意培养自己运用所学的基本理论和方法去分析和解决工程实际问题的能力。
为此要十分注意各种理论和方法的适用范围和条件，以求能逐步作到正确而灵活的应用。
收集的几种连杆机构机器人行走背后的机械原理(一)
收集的几种连杆机构机器人行走背后的机械原理（一）机器人概念已经红红火火好多年了，目前确实有不少公司已经研制出了性能非常优越的机器人产品，我们比较熟悉的可能就是之前波士顿动力的“大狗”和会空翻的机器人了，还有国产宇树科技的机器狗等，这些机器人动作那么敏捷，背后到底隐藏了什么高科技呢，控制技术太过复杂，一般不太容易了解，不过其中的机械原理倒是相对比较简单，大部分都是一些连杆机构。
连杆机构（Linkage Mechanism）又称低副机构，是机械的组成部分中的一类，指由若干（两个以上）有确定相对运动的构件用低副（转动副或移动副）联接组成的机构。
低副是面接触，耐磨损；加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。
由若干刚性构件用低副联接而成的机构称为连杆机构，其特征是有一作平面运动的构件，称为连杆，连杆机构又称为低副机构。
其广泛应用于内燃机、搅拌机、输送机、椭圆仪、机械手爪、牛头刨床、开窗、车门、机器人、折叠伞等。
主要特征连杆机构构件运动形式多样，如可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动，从而可用于实现已知运动规律和已知轨迹。
优点：（1）采用低副：面接触、承载大、便于润滑、不易磨损，形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。
（2）改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。
（3）两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。
（4）连杆曲线丰富，可满足不同要求。
缺点：（1）构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。
（2）产生动载荷（惯性力），且不易平衡，不适合高速。
（3）设计复杂，难以实现精确的轨迹。
百度百科的相关词条图片如下下面我们就看看一般都有什么连杆机构适于用于行走（或者移动）的。
第一、平面四杆机构（Planar four-bar mechanism ）平面四杆机构是由四个刚性构件用低副链接组成的，各个运动构件均在同一平面内运动的机构。
机械原理习题1
机械原理习题第1章绪论复习思考题1、试述构件和零件的区别与联系？2、何谓机架、原动件和从动件？3、试述机械原理研究的对象和内容？4、如何理解机器、机构和机械其区别与联系？第2章平面机构的组成分析复习思考题1、两构件构成运动副的特征是什么？2、如何区别平面及空间运动副？5、何谓自由度和约束？6、转动副与移动副的运动特点有何区别与联系？7、何谓复合铰链？计算机构自由度时应如何处理？8、机构具有确定运动的条件是什么？9、什么是虚约束？习题1、画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。
（a）(b) (c)2、一简易冲床的初拟设计方案如图。
设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。
试绘出其机构运动简图，分析其运动是否确定，并提出修改措施。
3、计算图示平面机构的自由度；机构中的原动件用圆弧箭头表示。
(a) (b) (c)(d) (e) (f)第3章 平面机构的运动分析复习思考题1、已知作平面相对运动两构件上两个重合点的相对速度12A AV 及12B BV 的方向，它们的相对瞬心P 12在何处？2、当两构件组成滑动兼滚动的高副时，其速度瞬心在何处？3、如何考虑机构中不组成运动副的两构件的速度瞬心？4、利用速度瞬心，在机构运动分析中可以求哪些运动参数？5、在平面机构运动分析中，哥氏加速度大小及方向如何确定？ 习题1、 试求出下列机构中的所有速度瞬心。
(a) (b)(c) (d)2、图示的凸轮机构中，凸轮的角速度ω1=10s-1，R=50mm，l A0=20mm，试求当φ=0°、45°及90°时，构件2的速度v。
题2图凸轮机构题3图组合机构3、图示机构，由曲柄1、连杆2、摇杆3及机架6组成铰链四杆机构，轮1′与曲柄1固接，其轴心为B，轮4分别与轮1′和轮5相切，轮5活套于轴D上。
各相切轮之间作纯滚动。
机械原理第1讲结构分析
杆、轴构 件
固定构件
同一构件
两副构件
三副构件
3、机构的表示方法 机构运动简图：用规定符号和简单线条代表运动副和构件，并按一定比例表示各运动
副的相对位置。
机构示意图： 用规定符号和简单线条表示运动副和构件。
差别：机构运动简图需按比例表达出运动副间的相对位置，机构示意图仅能表达机构
的结构情况。
4、机构运动简图的绘制 1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目； 2）确定所有运动副的类型和数目； 3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；
掌握 （3） 机架、原动件、从动件的联系与区别
（4） 运动副的分类与判断
（5） 运动副的表示方法、平面机构运动简图的绘制
熟练掌握 （1） 自由度的计算，机构确定运动的条件
三、重要名词解释 1、机构：能够实现预期的机械运动的各部件的基本组合体称为机构。 2、机器：根据某种使用要求设计，将一种或多种机构组合在一起，用以实现预定运动或用 来传递和交换能源、物料和信息的装置。 3、机械：机器与机构的总称。 4、原动件：驱动力作用的构件。 5、机架：凡本身固定不动的构件，或相对地球运动但固结于给定坐标参考系统并视为固定 不动的构件成为机架。 6、从动件：随着原动件运动而运动的构件。 7、运动副：凡两构件直接接触且能够保证有一定相对运动的联结成为运动副。 8、高副、低副：面接触的运动副称为高副，点或线接触的运动副称为低副。 9、自由度：在机构中，独立运动的数目或确定构件位置的独立参数的数目称为自由度。 10、约束：机构运动副中由于相对运动受限导致自由度减少的限制较约束 11、复合铰链：两个以上的构件在同一轴线上用转动副联接而成的结构。 12、局部自由度：机构中存在与否不影响整个机构运动规律的自由度。
机械原理第1章典型例题
2）计算其机构自由度。由机构运动简图可知，该机构具有三个活动构件 ）计算其机构自由度。由机构运动简图可知， 1、3、4三个转动副 、B、C、一个移动副和一个高副，没有局部自由度 三个转动副A、 、 、一个移动副和一个高副， 、 、 三个转动副 和虚约束，故此机构的自由度为： 和虚约束，故此机构的自由度为：
2）高副低代 用附加杆DB GK及转动副 DB和 及转动副B 用附加杆DB和GK及转动副B和D 、G和K来代 替两高副，代换后的机构为仅含低副的机构。 替两高副，代换后的机构为仅含低副的机构。
n = 9, p5 = 13, p5 = 0 F = 3n－2p5－ p4 = 3×9－2×13－0 = 1
第1章典型例题
绘制图示机构运动简图， 例9 绘制图示机构运动简图，并计算其自由度
第1章典型例题
绘制图示机构运动简图， 例9 绘制图示机构运动简图，并计算其自由度
第1章典型例题
绘制图示机构运动简图， 例10 绘制图示机构运动简图，并计算其0 绘制图示机构运动简图，并计算其自由度
第1章典型例题
例14 计算图示机构的自由度，作出仅含低副的替代机构。 计算图示机构的自由度，作出仅含低副的替代机构。
1）计算机构的自由度 处为复合铰链， 处为局部自由度， F 处为复合铰链，G 处为局部自由度，则
n = 7, p5 = 9, p4 = 2 F = 3n－2p5－ p4 = 3×7－2×9－2 = 1
F = 3n − 2 P5 − P4 = 3 × 6 − 2 × 8 − 1 = 1
第1章典型例题
计算图示运动链的自由度，判断是否能称为机构。 例15 计算图示运动链的自由度，判断是否能称为机构。
n = 5 , p5 = 7 , p4 = 1
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强度理论
但是，这些方法都基于图解和手工计算。 牛顿经典力学
材料学
现 代： 20世纪中叶 －
计算机的发明 －
科学技术发展史上划时代的大事。
现代机器的出现 计算机使机械设计方法面目一新
现 代： 机器人的出现
随着计算机和伺服电机的出现，机器人作 为现代机器的代表走上了历史舞台。
工业机器人 特种机器人 工业机器人：在工业生产中越来越广泛地 应用。用于搬运、装配、焊接、喷漆、凿岩等 工作。
机器2：缝纫机
——踏板机构、皮带传动、 走布机构、挑线机构………
蒸汽机无法实现小型化，所以在当皮时带的工厂生里产采机用械集中1
蒸汽驱机动的方式皮。带
天轴
皮带 生产机械 2
皮带 生产机械 3
……
蒸汽机时代的纺织工厂
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。
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。
公元一世纪 东汉 “水排”
用水力鼓风炼铁，其中应用 了齿轮和连杆机构
晋代 “连 磨” 用一头牛驱动八台磨盘， 其中应用了齿轮系。
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
机械原理
教材
王德伦 高媛主编 机械原理 机械工业出版社第1版 2011年
参考书
➢孙桓 陈作模主编 机械原理 高等教育出版社 第7版 2009年 ➢黄茂林主编 机械原理 机械工业出版社 第2版 2010年
课程环节及成绩评定
• 属技术基础课，必修 • 理论课时：50 • 上机及实验：10，考核占10% • 课程设计：一周，考核占15% • 平时：考核占15% • 考试：占60%
机机
机构构ຫໍສະໝຸດ 器结运静构动
力
学学
学
随着机器运转速
机
度的不断提高，
器
机器的振动、速
动 力 学
度波动等问题引 起了人们的重视，
机械动力学发展
起来。
运动学
静力学
动力学
强度理论
牛顿经典力学
材料学
到20世纪上半叶，机械设计的方法已基本形成。
机机
机
机
机
构构
器
器
械
结运
静
动
零
构动
力
力
件
学学
学
学
设
计
运动学
静力学
动力学
第零章 绪 论
本章教学内容
✓机械发展的历史回顾 ✓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
§0-1 机械发展的历史回顾
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。
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。
数控车床
数控加工中心
现代机器向主动控制、信息化和智能化方向发展， 从这个意义上讲，正如有的学者所说：
“今后的机器都将是机器人”。
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。
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？
用光刻技术做成的微米尺寸的微机械
蜘蛛形探雷机器人
近代 — 机械理论和设计方法的建立
机器的发展，呼唤着机械的理论和设计方法。 牛顿经典力学的建立则为此准备了理论基础。
机机 构构 结运 构动 学学
机
器 静 力
机器要运动、要传递 力，因此，最先发展
学 起来的是：
运动学
静力学
动力学
强度理论
牛顿经典力学
材料学
能否进行总结？ ➢其共同特征或者共同之处在何处？
能否进行专门研究？
机械原理课程授课目的是什么？
§0-2 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)
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。
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
机器是由什么组成的？ 机器具有那些特征？
机器实例
机器实例
机
动力部分
器
的
机
传动部分
组
成
器
执行部分
部
分
控制部分
由此，可以总结出机器所共有的三个基本特征：
1）组成:它们是人为的实体的组合；
2）运动特性:各个运动实体之间具有确定的 相对运动；
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
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。
3）功能关系: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。
机器举例
机器1：单缸内燃机
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
进
排 气
凸
阀
轮
启
机
闭
构
机
构
活 塞 曲
连 杆
柄
机
机
构
构
气
齿
阀
轮
联 动
机
机
构
构
机器与机构
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
几种 工业机器人
清洗飞机的机器人
第一汽车制造厂的汽车装配生产线
隧道凿岩的机器人
特种机器人：在潜水、管道修理、外科手 术、生物工程、军事、星际探索等领域应 用，承担着许多由人的直接操作无法完成 的工作。
几种 特种机器人
军用昆虫机器人
爬壁机器人
爬缆索机器人
水下扫雷机器人
计算机控制系统和伺服电机被引入到传统机器中来， 使其组成、面貌和功能发生了革命性的变化。