是当研究任一具体的机械时，不仅需要研究它所具有的特殊问题，面且还要研究所有机械的共同问题。机械原理便是为此目的而开设的技术基础课程。它是以高等数学、普通物理、机械制图及理论力学等课程为基础，同时又为以后学习机械设计和有关专业课程以及掌握新的科学技术成就打好工程技术的理论基础，并能使学生受到一些必要的，严格的基本技能和创造思维的训练。因此，《高等工业学校机械原理课程数学基本要求（机械类专业适用）》明确指出：机械原理是机械类专业中研究机械共性问题的··门主干技术基础课。它的任务是使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能，并初步具有拟定机械运动方案、分析和设计机构的能力。它在培养高级工程技术人才的全局中，具有增强学生对机械技术工作的适应能力和开发创造能力的作用。80一3机械原理学科的发展趋势根据以上所述，“机械原理”是“机构和机器的原理”的总称。在国内也有称作“机器理论与机构学”，国际上有相应的学科组织称为国际机器理论与机构学联合会（InternationalFederationforTheoryofMachinesandMechanisms，简称IFTOMM）。从近几年该会组织交流的学术论文反映，本学科的发展趋势有以下几个方面28;（1）平面、空间机构的分析与综合平面机构研究中主要是涉及机构的型、数综合和活动度分析，其中较多地应用图论这一数学工具来研究问题；对于机构运动学和动力学的新理论和新方法也注意研究。空间机构的研究中有涉及平面机构理论向空间机构推广的问题，也有研究空间基本机构分析与综合的新方法。（2）机器人机构由于机器人是当前研究的热点，所以在机构学中形成了专题研究，其中以普通、特殊串联，多环并联机器人7
机构，步行和蛇行机器人机构等为研究对象，包括结构分析、运动学、动力学建模，最优控制，参数识别，步态规划，灵巧手设计等多个研究领域。（3）齿轮及其传动在齿轮传动方面，主要研究内容包括啮合理论，动力学建模和行星齿轮传动等方面。其中有关齿轮啮合理论和齿轮系统动力学都有较大的进展。（4）计算机辅助设计与优化方法机构设计的优化方法研究大多结合具体的机械进行。值得注意的动向是人工智能、专家系统以及面向目标的程序设计技术已逐步渗透到机构设计领域。（5）机械系统动力学有关研究面比较广泛，如转子动力学、振动与噪声、机器与机构动力学、非线性振动与冲击等专题。从研究内容看，80年代初以机构运动弹性动力学、考虑运动副间隙的机构动力学为代表的研究热点已转移为对机器人柔性臂的动态精度分析和控制。此外，对非线性和自激振动系统的研究、大型复杂机械设备的故障诊断与在线监测、带有计算机闭环系统的振动、噪声主动控制等，也已成为目前国内外学者的研究热点，实际上也体现了机械系统动力学应着眼于解决生产中的实际问题的关键所在。以上所述也只是挂一漏万地简单介绍。从整个世界看，自20世纪现代物理学的新成就带动了现代自然科学的全面发展，蕴育着新的科学技术革命高潮和科学技术发展走向综合化的新趋势。以电子学为基础的各种新技术向传统的机械渗透，形成了一种机械和电子技术密切结合的复合技术一一机电-一体化（Mechatranics）。对实现变速、减速、复杂的运动规律和轨迹、微位移等都有其独到的优越性。甚至可将机构及其原动机、传感器、控制器和电源等整个系统集成丁儿毫米、甚至几百微米之间的微型机械电子系统（MicroElectro一MechanicalSystem，MEMS）亦已出现。根据这种趋势，机械原理的前沿学科将产生深刻的技术革命[29]。8：
第一章平面机构的结构分析81-1研究机构结构的目的由%0一1所述可知，机构是用来传递运动和力的构件系统。在着手设计新机构时，首先应判断所设计的机构能否运动；如果能够运动，还需判断在什么条件下才其有确定的相对运动。研究机构结构的目的之一，就在于探讨机构运动的可能性及其其有确定运动的条件。对机构进行运动分析和动力分析是机械原理的-项基本任务。然而现今应用的机构，其型式和具体结构是各种各样的，对它们逐个分析研究是十分繁琐的。因此，研究机构结构的另一目的，就在于将上述繁多的机构按结构加以分类，并按这种分类来建立运动分析和动力分析的一般方法。为了合理设计机构和创造新机构，了解构件组成机构的规律是分必要的。因此，了解机构组成原理也是研究机构结构的目的。除此之外，我们在设计新机构，或对现有机构进行分析时，为了便于研究，都需要先绘出其机构运动简图。如何正确绘制机构运动简图也是研究机构结构的又“目的。.9·
81-2运动副、运动链和机构一、运动副机构是由许多构件组合而成的，在机构中，每个构件都以定的方式与其它构件相互联接。相互联接的两构件既保持直接接触，又能产生一定的相对运动。我们把两构件直接接触形成的可动联接称为运动副。例如轴颈与轴承之间的联接、轮齿与轮齿之间的联接以及滑块与导槽之间的联接都构成运动副。构件之间的接触不外乎点、线、面兰种。例如滚珠轴承的滚珠与内、外座圈之间为点接触；相啮合的轮齿之间为点或线接触；而轴颈与轴承或滑块与导槽之间则为面接触。这些参与接触而构成运动副的点、线、面称为运动副元素。按照接触的特性，通常把运动副分为低副和高副。面接触的运动副称为低副，点接触或线接触的运动副称为高副。按照组成运动副两构件间的相对运动是平面运动还是空间运动，可以把运动副分为平面运动副和空间运动副。以下主要讨论有关平面运动副的内容。由理论力学可知，构件作任意复杂平面运动时，其运动可分解为三个独立运动：沿轴的移动，沿轴的移动和绕垂直于Oy平面的轴转动。这二个独立运动也可以用图1~1所示的三个独立参变量（任一基点A的坐标和y，以及任··直线的倾角の)来描述。当值变化时，构件将沿轴移动；当值变化时，构件将沿轴移动；当θ值变化时，构件将在平面内转动。我们把构件所具有的独立运动的数目（或确定构件位置的独立参变量的数月）称为自由度。显然，作平面运动的自由构件具有三个自由度。但是，当它与另一构件组成运动副之后，构件间的直接接触使某些独立运动受到限制，自由度便随之减少。我们把对独立运动所加的.10
限制称为约束。每加上一个约束，构件便失去一个自由度；加上两个约束，构件便失去两个自由度。两构件间约束的多少和约束的特点完全取决于运动副的型式。下面来详细讨论各种平面运动副的约束特点。具有两个约束而相对白由度等于1的平面运动副如图1-2和图1~3所示，图中zy为运动平面。图 1-1图1-2所示运动副，构件2沿轴和轴的两个相对移动受到约束，构件2只能绕垂直于z0平面的轴相对转动。这种具有一个独立相对转动的运动副称为转动副，也有称为回转副或铰链。轴颈和轴承间的联接、铰链的联接都构成转动副。图1-3所示运动副，构件2沿轴的相对移动和绕垂直于aOy平面的轴的相对转动受到约束，构件2只能沿轴相对移动。这种具有沿一个方向独立相对移动的运动副称为移动副或称为棱柱副。图 1-2图 1-3. 11