(NEW)孙桓《机械原理》（第7版）【教材精讲＋考研真题解析】讲义.pdf

目录 第1章绪论视频讲解 1.1本章要点详解 1.2配套考研真题解析 第2章机构的结构分析视频讲解 2.1本章要点详解 2.2配套考研真题解析 第3章平面机构的运动分析视频讲解 3.1本章要点详解 3.2配套考研真题解析 第4章平面机构的力分析视频讲解 4.1本章要点详解 4.2配套考研真题解析 第5章机械的效率与自锁视频讲解 5.1本章要点详解 5.2配套考研真题解析 第6章机械的平衡视频讲解 6.1本章要点详解 6.2配套考研真题解析 第7章机械的运转及其速度波动的调节视频讲解 7.1本章要点详解 7.2配套考研真题解析 第8章平面连杆机构及其设计视频讲解 8.1本章要点详解 8.2配套考研真题解析 第9章凸轮机构及其设计视频讲解 9.1本章要点详解 9.2配套考研真题解析 第10章齿轮机构及其设计视频讲解 10.1本章要点详解 10.2配套考研真题解析 第11章齿轮系及其设计视频讲解 11.1本章要点详解 11.2配套考研真题解析 第12章其他常用机构视频讲解 12.1本章要点详解 12.2配套考研真题解析 第13章工业机器人机构及其设计视频讲解 13.1本章要点详解 13.2配套考研真题解析 第1章绪论视频讲解 1.1本章要点详解 本章要点 了解本课程研究对象与内容 本课程学习方法概要 重难点导学 一、机械原理的研究对象与内容 1研究对象 机械即机器和机构的总称，所以本课程的研究对象就是机器和机 构。

00:00 / 00:00 （1）机构 机构是一种用来传递与变换运动的力的可动装置比如前面提到的 内燃机，其中包括了齿轮机构、连杆机构、凸轮机构等一系列的机构， 这些机构通过有序的组合，形成一个整体 （2）机器 机器是一种执行机械运动的装置，可用来变换和传递能量、物料和 信息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； 凡利用机械能来完成有用功的机器称为工作机 （3）机器与机构的区别 机器与机构都是由一系列的运动单元体所组成的，且各运动单元体 之间都具有确定的相对运动，但是机器可以转换机械能或完成有用的机 械功以代替或减轻人们的劳动，而机构则不具备此特征机器是机构组 成的，一部机器至少包含一种机构 2研究内容 （1）机构的结构分析 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； 研究机构的组成原理及机构的结构分类； 如何绘制机构运动简图的问题 （2）机构的运动分析 介绍对机构进行运动分析（包括位移、速度及加速度分析）的基本 原理和方法 （3）机器动力学 分析机器在运转过程中各构件的受力情况，以及这些力的做功情 况 （4）常用机构的分析与设计 研究常用机构（如齿轮机构、凸轮机构、连杆机构等）的类型、工 作原理及运动特性分析和机构设计的基本原理和方法。

（5）机械传动系统运动方案的设计 研究在进行具体机械设计时机构的选型、组合、变异及机械传动系 统运动方案的设计等问题 二、学习本课程的目的 1本课程的地位 机械原理课程是研究机械基础理论的一门科学，是机械类各专业的 一门主干技术基础课程，在创新设计机械所需的知识结构中也占有核心 地位 2学习本课程的任务 （1）掌握机构学和机器动力学的基本理论、基本知识和基本技能， 学会各种常用基本机构的分析和综合方法； （2）具有按照机械的使用要求进行机械传动系统方案设计的初步能 力 三、机械未来发展重要方向 在21世纪，随着生产力的不断发展，机械的发展也应该契合时代的 需要机械未来的发展方向体现在下面三个方面 1微型化 机械的微型化是指机械尺寸向毫米级、微米级和纳米级发展的趋 势近年来，微机械发展迅速，如微操机器人已经应用于生物工程中的 细胞分裂、显微手术和生物芯片的制造工艺 图1-1-1 微小机器人内窥镜系统 2智能化 机器的智能化是指机器在各类复杂环境中自主地或交互地执行拟人 化操作的趋势目前来说，Google的AlphaGo和Tesla的无人驾驶技术都 是属于这一范畴的产物 图1-1-2 智能机器人 3大型化 机械的大型化是指为了适用大型工程的需要，为了提高生产效率， 简化操作流程，降低基建投资和操作维修费用，机械的功率和体积向更 高、更大发展的趋势。

图1-1-3 大型工程机械 四、本课程学习方法概要 1掌握本课程的特点 （1）本课程的学习需要利用理论力学等先修课程，运用所学知识解 决工程实践中所遇到的问题 （2）本课程具有一定的理论系统性、逻辑性和较强的工程实践性问 题 （3）在本课程的学习中，要注意掌握基本概念、原理和机构的分析 与综合的方法 2注重理论联系实践 本课程所研究的机械的共性问题是紧密为工程实践服务的在学习 中，要注意这些理论和方法 （1）在理论上建立推演的严密性和逻辑性； （2）如何在工程实际中的应用； （3）注意留意日常生活中的机械，丰富感性认识，并利用感性认识 指导实践，加深理解 3初步建立工程观点 （1）本课程的工程名词 本课程要用到很多与工程有关的名词、符合、公式、标准及参数和 一些简化方法，如倒置、反转、转化、当量、等效、代换等等 （2）本课程所用的工程方法 解析法； 图解法； 实验法； 试凑法 4认真对待教学的每一个环节 （1）本课程的教学环节 本课程全部教学工作的完成，需要自学、听课、习题课、实验课、 课后作业、答疑和考试，以及课程设计等教学环节 （2）重视每个教学环节 要学好这门课，首先必须对每个教学环节予以充分重视。

其次，还 要转变被动学习方式为自主学习方式 1.2配套考研真题解析 本章暂未编选考研真题 第2章机构的结构分析视频讲解 2.1本章要点详解 本章要点 机构的结构分析及其组成 机构的运动简图 机构具有确定运动的条件 机构自由度的计算与注意事项 虚约束对机构性能的影响和机构结构的合理设计 平面机构的组成原理、结构分类和结构分析 重难点导学 一、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 二、机构的组成 1构件 任何机器都是由许多零件组合而成的零件是机器中的一个独立制 造单元体；构件是机器中的一个独立运动单元体，构件往往是由若干零 件刚性地联接在一起的独立运动的整体，它是机构的基本组成要素 00:00 / 00:00 图2-1-1 连杆 2运动副 （1）定义 由两个构件直接接触而组成的可动的连接称为运动副运动副约束 为两构件参与接触而构成运动副的表面 （2）分类 根据运动副引入的约束的数目可分为级副、级副、级副、 级副和级副 根据构成运动副的两构件的接触情况的不同分为两类 a高副：两构件通过单一点或线接触而构成的运动副； 图2-1-2 高副 b低副：通过面接触而构成的运动副。

图2-1-3 低副 根据构成运动副的两构件之间的相对运动的不同分为四类 a转动副（回转副或铰链）：相对运动为转动； 图2-1-4 转动副 b移动副：相对运动为移动； 图2-1-5 移动副 c螺旋副：相对运动为螺旋运动； 图2-1-6 螺旋副 d球面副：相对运动为球面运动； 图2-1-7 球面副 e根据两构件之间的相对运动情况还可分为平面运动副和空间运 动副 （3）运动副符号 表2-1-1 运动副常用规定的简单符号来表达（GB44601984） 3运动链 （1）定义 构件通过运动副的连接而构成的可相对运动的系统称为运动链 （2）分类 根据系统是否封闭分类 a闭式运动链 组成运动链的各构件构成首末封闭的系统，称为闭式运动链，或简 称闭链 b开式运动链 组成运动链的构件未构成首末封闭的系统，称为开式运动链，或简 称开链 根据运动链中各构件间的相对运动所处空间分类 a平面运动链 b空间运动链 4机构 （1）定义及分类 具有固定构件的运动链称为机构通常，机构可分为平面机构和空 间机构两类，其中平面机构应用最为广泛 （2）机架 在运动链中，固定的构件称为机架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。

（3）原动件 机构中按给定的运动规律独立运动的构件称为原动件，常在其上画 转向箭头表示 （4）从动件 除原动件外，其余活动构件称为从动件其运动规律决定于原动件 的运动规律和机构的结构及构件的尺寸 三、机构运动简图 在对现有机器进行分析或设计新机器时，都需要绘制出其机构运动 简图 1定义 根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，采用 运动副及常用机构运动简图符号和构件的表示方法，将机构运动传递情 况表示出来的简化图形 表2-1-2 常用机构运动简图符号 表2-1-3 一般构件的表示方法 要注意的是，机构示意图是不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况 的简图 2绘制方法与步骤 （1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，查明组成机 构的构件数目、运动副的类别及其位置； （2）选定视图平面； （3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运动副和 机构的符号，最后用简单线条连接，即得机构运动简图 （4）举例分析： 颚式破碎机机构运动简图绘制 图2-1-8 内燃机运动简图绘制 图2-1-9 四、机构具有确定运动的条件 1机构自由度 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目，其数目用 F表示。

2条件 （1）机构的原动件数目应等于机构的自由度数目； （2）如果原动件数F,则会导致机构最薄弱环节的损坏 五、机构自由度的计算 1平面机构自由度的计算 计算公式 式中，n为机构的活动构件数目；pl为机构的低副数目；ph为机构的 高副数目 2空间机构自由度的计算 （1）一般空间自由度的计算 设一空间机构共有n个活动构件，pi个i级运动副，其约束数为i(i 1,2,3,4,5)，则 00:00 / 00:00 （2）含公共约束的空间自由度的计算 公共约束是指机构中所有构件均受到的共同的约束，以m表示这 类问题情况较复杂，在考研中一般不做要求，在此只简单介绍公式 在上式可知，公共约束m0、1、2、3、4相应的机构分别称为0 族、1族、2族、3族、4族机构（五类） 3要除去虚约束 虚约束是指机构中某些运动副带入的对机构运动起重复约束作用的 约束，以p表示 计算时应将其减去，设机构的局部自由度数目为，则机构的实际 自由度为 4机构中的虚约束常发生的几种情况 （1）轨迹重合的情况 在机构中，如果用转动副联接的是两个构件上运动轨迹相重合的 点，该联接将带入1个虚约束 （2）用双副杆联接两构件上距离恒定不变的两点的情况 在机构运动过程中，如果两构件上两点之间的距离始终保持不变， 若用一双副杆将此两点相连，也将带入一个虚约束。

（3）结构重复的情况 在机构中，不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为虚约 束 六、虚约束对机构性能的影响和机构结构的合理设计 1虚约束对机构性能的影响 （1）虚约束的作用 为了改善构件的受力情况； 增加机构的刚度； 保证机械通过某些特殊位置 （2）虚约束对机构运动的影响 虚约束是存在于某些特定几何条件下的，但这些条件不满足时， 它就将成为实际有效的约束，从而影响到机构的性能 机构中的虚约束数越多，制造精度要求越高，制造成本也就越 高 从保证机构运动灵活性和便于加工装配方面来说，应尽量减少机 构的虚约束 2机构结构的合理设计 机构结构的合理设计是指在不影响机构其他性能的前提下，通过运 动副类型的合理选择和装配来尽可能的减少虚约束的问题 （1）族别虚约束 将某些机构视为0族机构时机构所存在的虚约束的数目，以p表 示，则 式中，F 为机构的实际自由度；F0为机构被视为0族机构时的自由 度数目 （2）消除或减少族别虚约束的方法 通过合理选择和配置运动副的类型来消除或减少机构中族别虚约 束 七、平面机构的组成原理、结构分类和结构分析 1组成原理 任何机构都可看做是若干个基本杆组依次连接于原动件和机架上而 构成的。

这就是机构的组成原理。