机器这·概念多少年来已遂新在人们的头脑中形成，而还在不断发展。机器的种类繁多，其构造、性能和用途等各不相同。如图0一1所示为单缸四冲程内燃机，它是由气缸体1、活塞2，进气阀3、排气阀4、连杆5、曲轴6、凸轮7.顶杆8、齿轮9和10等所组成。活塞的往复移动通过连杆转变为曲轴的连续转动。凸轮和顶杆是用来启闭进气阀和排气阀的。三个齿轮保证进，排气阀和活塞之间形成有一定节奏的动作。以上各件的协同工作便能使燃气的热能转换为曲轴转动的机械能。文如图0一2所示的五自由度关节式焊接机器人是由基座1、立柱2、下臂3、上臂4、连杆5、螺杆6、螺母7、手腕8和五个电动机（图中只看到MM2和M，三个）等组成。其中M，经减速器使螺杆6旋转，带动螺母7和连杆5使上臂4作角度为?，的俯仰运动。其他四个电动机分别通过减速器使立柱2相对基座1作角度为Φ1的水平回转；使下臂3作角度为的前后倾斜运动：使手腕8作角度为中和Φ5的弯曲和旋转运动。最后实现对焊炬位置和姿态的控制。再如电动机是由·一个转子（电枢）和一个定子所组成。当定子中有电流输人时，转子便能作回转运动，使电能转换为机械能。从以上“个例子可以看出，这些机器的构造、性能、用途等虽然不同，但从其力学特性和在生产中的地位来看，它们仍保持着下列共同的特征。即：1）它们都是由各种材料做成的制造单元（通常称为零件）经装配询成的各个运动单元（通常称为构件）的组合体：2）各个运动单元之间具有确定的相对运动。当在预定的力约束条件下，其中个或一个以上单元的运动一定时，该组合体就能实现预期的机械运动；3）在生产过程中，它们能代替或减轻人的劳动，完成有用的机械功（如机器人仿人工作）或转换机械能（如内燃机、电动机分别将热能和电能转换成机械能）。因此，机器是执行机械运动的装置，用来完成有用的机械功或2
-图0-2转换机械能。凡用来完成有用功的机器称为工作机，如各种机床、起重机、轧钢机、纺织机、搅拌机、发电机、压缩机等。凡将其他形式的能量转换为机械能的机器称为原动机，如内燃机、蒸汽机、电动机等。工程中大多是工作机和原动机互相配合应用，有时再加上独立的传动装置（如齿轮减速器等），则称为机组。机器中的构件可以是单一的零件，也可以是由几个零件装配成的刚性结构。所以说构件和零件是两个不同的概念，构件是运动单元，而零件是制造单元。在本课程中，我们将构件作为研究的基本单元。凡本身固定不动的构件，或相对地球运动但固结子给定坐标参考系并视为固定不动的构件统称为机架。前者如各种固定在地.3-
基上的机座：后者如飞机的机体和车辆的车架。由王机架支持各个作相对运动的构件，故研究它们的运动时，通常以机架为基准，即假定它是静止的。在除机架外的构件中，驱动力（或力矩所作用的构件称为原动构件或主动构件，而其余随着原动构件的运动而运动的构件称为从动构件。也有将输人运动或动力的构件称为输人构件，而将输出运动或动力的构件称为输出构件。在一·般情况下，原动构件即输人构件，而从动构件中能实现预期运动的构件即为输出构件。在本课程中，常将各构件专门名称中的“构件”简称为“件”“，如原动件、从动件等。机器的概念已如上述，但仔细分析有关图例可以发现，一般机器还不是能实现预期运动的最基本的组合体。在图0一1所示的内燃机中，活塞、连杆、曲轴和气缸体组合起来，可将活塞的往复移动变成曲轴的连续转动；凸轮、顶杆和气缸体的另·组合，可将凸轮的连续转动变成预杆的按另-一种预期运动规律的往复移动；而三个齿轮与气缸体组合在一起后，又可将转动变快或变慢，甚至改变转向。这些具有各自运动特点且均含有一一个机架（这组是气缸体）的组合体才是基本的。人们将能实现预期的机械运动的各构件（包括机架）的基本组合体称为机构。因此，机器应是由各种机构所构成的系统。多数机器都包含若于个不同的机构，上述内燃机就包含了曲柄滑块机构、凸轮机构和齿轮机构等三个不同的机构。最简单的机器只含有一个最简单的机构，如电动机、鼓风机等只含有-一个双杆回转机构。由于机器最终承担了“能代替或减轻人类的劳动，完成有用的机械功或转换机械能”的任务，故一般认为机器的研究重点是功能问题，延伸来说机器与其应用有密切的联系；而机构的研究重点是在其结构、运动和力作用等基本方面。两者研究的着重点有所不同。随着近代科学技术的发展，机器和机构的概念也有相应的变4
化。如当今人类不仅仪对力学有了深刻的认识，而且在数学、电了学、自动控制、计算机等科学技术方面也有了巨大的进步。人类综合应用了各方面的知识和技术，不断创造出各种新型的机器。特别是电子计算机（电脑）的出现和不断完善，在减轻人类的脑力劳动方面有显著的成效。这类机器除具有使其内部各机构正常动作的先进控制系统外，还包含有信息采集、处理和传递系统等。因此，“机器“的概念可以扩充为：一·种用来转换或传递能量、物料和信息的、能执行机械运动的装置。这些是“机构”所不具备的。至于当前机构所涉及的问题也日益广泛和多样化如组成机构的构件在有些情况下已不能简单地看成刚体；有时候气体和液体也参预了实现预期的机械运动。对于前者含有弹性构件的机构学已成为本学科的研究内容之一：而后者特称之为气动机械和液压机械，已形成新的专门课程。至于“机组”的概念，在有些情况下也应包括独立的电子计算机控制系统和其他系统，如“机器人”便是包括多种系统的机组。80一2机械原理课程的内容及在培养人才中的地位、任务和作用一、机械原理课程的内容如前所述，机械原理是一一门研究机构和机器的学科。为了科学系统性和便于教学起见，在机械原理课程中，我们将各种机器的共同问题归纳成机构的结构和运动学以及机构和机器的动力学两大部分来讨论。这两部分的具体内容如下：（1）机构的结构和运动学分析机构的结构是为了研究机构运动的可能性和确定性，并进一步讨论机构的组成原理；机构的运动学不考患引起机构运动的力的作用，而从几何的观点来研究机构各点的轨迹、位移、速度和加速度的求法，以及按已知条件来设5
计新机构的方法。（2）机构和机器的动力学研究在机械运动过程中作用在机构各构件上的力分析和惯性力的平衡尚题；并研究确定机械效率的方法和已力作用下机械的真实运动规律，以及作用力、运动构件的质量和这紫构件的运动之间的关系，即机械的运转和调速问题。就上述内容的性质而论，机械原理所研究的尚题文可归纳为两类：第类问题是根据已有机构的结构和主要参数来分析该机构或所组成机器的各种特性（结构、运动学和动力学），即机构和机器的分析问题，如机构的结构分析，运动分析、办分析和在已帮力作用下机器的真实运动等；第二类问题是根据预期的各种特性来确定新的机松和机器的型式、结构和主要参数，邮构和树器的设计问题，如各种主要机构的运动设计、机构的平衡和机器速度波动的调节等。这里研究的问题只限于就与机构和机器的运动和动力特性有关的机构型式、结构和各部主要参数之间的关系进行综合，而不研究与机械零件有关的问题，如零件的形状、构造，强度、材料和工艺等。故在机械原理学科中常用“综合”来代替上述的“设计”这名词，以示区别。综合也就是分析的逆问题。为了在有限的学时中能对机器中最典型和常用的机构有较深人的探讨，故本课程以作乎面运动的平面机构为主要内容。电子计算机的做用为本课程提供了先进的，具和新的途径（如优化、仿真等），使构和机器的分析和缘合中的-些复杂可题成为实际可行。另一方面，测试技术的进步为机械运动学和动力学的研究创造了有利条件。本课程中（包括课程设计和实验）均有所涉及。二、机械原理课程在培养人才中的地位，任务和作用机械的种类是分繁多的，因此在简等工业学校中，相应地设置了各种专业的课程来详细地研究各种不同用途的专门机械。但·6: