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机械原理是机械工程的重要基础学科，主要研究机械中机构的结构和运动规律，以及机器的结构、受力、质量和运动特性。机械系统由四个基本要素组成：机构是具有确定运动的构件系统，机器是能完成有用功的机构组合，零件是制造的单元体，构件是运动的单元体。这里展示的是典型的曲柄滑块机构，包含曲柄、连杆和滑块三个主要构件。
运动副是机械中两个构件直接接触并能产生相对运动的连接形式。根据接触形式和运动特点，运动副可以分为多种类型。转动副只允许两构件绕固定轴线相对转动，移动副只允许两构件沿直线相对移动，球面副允许构件在空间内相对转动，螺旋副则产生螺旋运动。每种运动副都对构件的运动施加特定的约束，从而确定构件的自由度数量。
平面机构的自由度是描述机构运动特性的重要参数，可以用格吕布勒公式计算：F等于3n减去2倍P_L减去P_H。其中n是活动构件数，P_L是低副数，P_H是高副数。以四杆机构为例，有3个活动构件，4个转动副，没有高副，因此自由度为3乘以3减去2乘以4等于1，表示只需要一个原动件就能使整个机构运动。
四杆机构是最基本的平面连杆机构，根据格拉晓夫定理可以分为三种类型。当最短杆加最长杆的长度小于等于其余两杆长度之和时，机构存在曲柄。如果最短杆是连架杆，形成曲柄摇杆机构；如果最短杆是机架，形成双曲柄机构；如果最短杆是连杆，形成双摇杆机构。不满足格拉晓夫条件时，只能形成双摇杆机构。这里演示的是曲柄摇杆机构的运动过程。
凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成，是实现复杂运动规律的重要机构。凸轮作为主动件，其轮廓曲线决定了从动件的运动规律。常见的运动规律包括等速运动、等加速等减速运动和简谐运动。凸轮轮廓的设计需要考虑压力角，压力角过大会导致自锁现象。基圆半径是凸轮的最小半径，升程是从动件的最大位移。通过改变凸轮轮廓，可以实现各种复杂的运动要求。