《《机械原理及设计I》》课程教学大纲（本科）.docx

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1、机械原理及设计（I）（Theory and Design of Machines and Mechanisms I）课程编号：03410031学 分：3学 时：48 （讲课学时）先修课程：高等数学、工程图学、理论力学适用专业：机械设计制造及其自动化、机械电子、车辆工程等机械类专业教 材：机械原理及设计（上册），马履中主编，机械工业出版社，2009一、课程性质与课程目标（一）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）机械原理及设计课程是机械类各专业中研究机械共性问题的一门主干技术基础 课，在基础课与专业课之间起承上启下的作用。课程内容分为上、下两册，共三篇。上 册（第一篇）主要研究机构的表达方式

2、与运动确定性的判断，常用机构的运动特性分析 与设计，机械动力学基础理论。课程的目的和任务是使学生掌握机构学和机械动力学的 基础理论和基本知识，初步具有拟定机械系统运动方案、分析和设计机构的能力，具备 将所学的基础理论灵活运用到机械产品的方案设计、性能分析、创新设计等过程的能力, 能够通过文献检索、搜索引擎等方式及时关注课程及专业的发展现状和发展趋势。（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。应包括知识 目标和能力目标。）课程目标1： 了解本课程的研究对象，研究内容，主要的研究方法，以及课程在机 械产品设计全过程中的地位和作用。掌握机构学涉及的基础理论与基本知识，能够通过 文

3、献检索、搜索引擎等方式及时关注课程及专业的发展现状和发展趋势，具有机械设计 制造专业应有的专业基础知识和应用能力。课程目标2：掌握机构的表达方式与运动确定性判断，常用机构的运动学特性分析 与设计，以及考虑机械中力对运动的影响而引发的机械动力学问题的处理。具有对机械 工程问题进行分析与提炼，拟定满足机械产品功能要求的运动方案的能力。课程目标3：在掌握机构学基础理论与基本知识的基础上，能够对机械系统的运动 方案进行尺寸设计和动力学分析，从而论证方案的可行性与正确性。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求1和毕业要求3：课程简介课程编号：03410031课程名称

4、：机械原理及设计I英文名称：Machine and Mechanical Design I学 分：3学 时：48 （讲课学时：48）课程内容：机械原理及设计是机械类各专业研究机械共性问题的一门主干技术 基础课。内容分为上、下两册，上册重点研究了机构的表达方式及运动 确定性判断，常用机构的分析与设计，机械动力学基础理论；课程学习 的目的是使学生掌握机构学和机械动力学的基础理论、基本知识和基础 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，具备将 所学的基础理论、科学的实验方法灵活运用到机械产品的方案设计、性 能分析、创新设计等过程的能力。选课对象：机械设计制造及其自动化、机械电子、车辆

5、工程等机械类专业的学生 先修课程：高等数学、工程图学、理论力学教 材：机械原理及设计（上册），马履中主编，机械工业出版社，20091 .本课程支撑专业培养计划中毕业要求1中的指标点3：具有机械设计制造专业基 础知识及其应用能力，并了解机械行业的前沿发展现状和趋势，占该指标点达成度的 10%o2 .本课程支撑专业培养计划中毕业要求3中的指标点1：能够对机械工程领域中的 复杂工程问题进行分析和提炼，设计解决方案，占该指标点达成度的15%。3 .本课程支撑专业培养计划中毕业要求3中的指标点2：能够对机械工程领域中的 复杂工程问题的解决方案的可行性进行初步分析与论证，占该指标点达成度的10%o程目标

6、毕业要求指嬴课程目标1课程目标2课程目标3毕业要求指标点1-3V毕业要求指标点3-1V毕业要求指标点3-2二、课程内容及要求绪论1 .教学内容（1）明确本课程研究的对象、内容和性质，以及在培养工程技术人才全局中的地 位、任务和作用；2 2） 了解机械原理及设计课程及学科的发展趋势。2.教学要求（1） 了解本课程性质、研究对象与内容，把握本课程的特点和分析问题的常用方法;（2）掌握机构、机器、机械等基本概念，能够区分机器与其他设备或装置的区别；3 3） 了解机械产品设计的全过程及本课程在产品设计中的地位和作用，能够通过文 献检索、搜索引擎等方式及时关注课程及专业的发展现状和发展趋势。第一章 平面

7、机构组成原理及自由度分析4 .教学内容（D机构的组成零件与构件、运动副及其分类；（2）机构运动简图 机构运动简图的定义、作用及绘制方法；（3）平面机构的自由度计算 机构自由度概念、自由度计算公式、运动链成为机 构的条件、计算自由度应注意的问题；（4）机构组成原理及结构分析高副低代。5 .教学要求（1）了解零件与构件的联系和区别，区分本课程的研究单元；（2）掌握运动副的概念、作用及分类，能够识别常用机械系统中的运动副联接；（3）能根据实物绘制常用平面机构的运动简图；（4）掌握平面机构的自由度计算方法，能够判别机构运动确定性与自由度的关系, 正确的识别机构；（5）掌握平面机构中的高副低代，能将平面

8、高副机构转换成平面低副机构。6 .重难点（1）读懂机构运动简图的组成及运动传递路线；（2）含有复合校链、局部自由度或虚约束的平面机构的自由度计算；（3）平面机构的高副低代。第二章平面机构的运动分析7 .教学内容（I）平面机构运动分析的目的和方法；（2）速度瞬心法及其应用；（3）封闭矢量多边形投影法进行机构的运动学分析。8 .教学要求（1）了解速度瞬心的含义及分类，能够分析简单机构的所有瞬心位置及其类型；（2）掌握用瞬心法对简单高、低副机构进行速度分析，能够求解机构中某构件的 角速度（或线速度）以及构件上某点的速度；（3） 了解封闭矢量多边形投影法进行机构运动学分析的基本思路。3.重点难点（1）

9、平面机构瞬心位置的确定及其瞬心法的应用；（2）解析法应用。第三章 平面连杆机构运动学分析与设计1 .教学内容（1）平面连杆机构的特点及应用；（2）平面四连杆机构的类型、演化及其应用；（3）平面连杆机构的工作特性（包括曲柄存在条件、急回特性、传力特性、机构 死点）；（4）平面四杆机构的运动设计（包括给定连杆位置的设计、给定连架杆对应位置 的设计、急回机构的设计、轨迹设计）。2 .教学要求（1） 了解平面四连杆机构的基本形式、演化和应用，能够列举日常生活中接触到 的连杆机构；（2）能利用曲柄存在条件进行四杆机构类型的判别；（3）掌握机构的急回特性和机构压力角、传动角、死点、极位夹角和行程速比系 数

10、等概念，能够对常用连杆机构进行急回特性和传力性能分析；（4）掌握按已知连杆三位置、连架杆三对应位置和行程速比系数设计平面四杆机 构的基本原理，能够按要求设计四连杆机构。3 .重难点（1）曲柄存在条件的应用；（2）平面四杆机构的工作特性分析；（3）平面四杆机构的设计。第四章 凸轮机构及其设计1.教学内容（1）凸轮机构的组成、类型、特点及应用；（2）从动件运动规律的设计凸轮机构的运动学设计参数、常用运动规律的线图、 方程及特性、从动件运动规律的选择原则、运动规律的组合与优化；（3）平面凸轮轮廓曲线设计 图解法、解析法设计凸轮轮廓曲线；（4）凸轮机构基本尺寸的设计基圆半径、压力角、滚子半径的确定。2

11、 .教学要求（1）了解凸轮机构的应用及分类，认识常见机械系统中的凸轮机构；（2）理解从动件常用运动规律及其特点，能够根据要求正确选择从动件运动规律;（3）掌握图解法设计盘形凸轮轮廓的思想，能够根据从动件运动规律设计盘形凸 轮的轮廓曲线；（4）掌握盘形凸轮机构基本尺寸的确定方法，能够分析基圆半径、偏置方向、滚 子半径等对凸轮机构性能的影响；（5）掌握反转法的应用，能够应用反转法分析凸轮机构不同位置的从动件位移及 传力的情况。3 .重难点反转法设计凸轮轮廓曲线的思路及反转法应用。第五章齿轮机构及其设计1.教学内容（1）齿轮机构的应用和分类；（2）齿廓啮合基本定律；（3）渐开线齿廓的啮合传动 渐开线

12、的形成及性质、渐开线齿廓的啮合特性；（4）渐开线标准直齿圆柱齿轮 齿轮各部分名称、基本参数、几何尺寸的计算；（5）渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 正确啮合条件、无齿侧间隙啮合条件、连 续传动条件；（6）渐开线齿轮的加工范成法加工的基本原理、渐开线齿轮的根切和变位；（7）渐开线直齿圆柱齿轮传动设计传动类型；（8）斜齿圆柱齿轮机构斜齿圆柱齿轮的形成、基本参数、平行轴斜齿轮机构的 啮合传动；（9）圆锥齿轮机构 直齿圆锥齿轮齿廓的形成、直齿圆锥齿轮的啮合传动。2 .教学要求（1） 了解齿轮机构的类型和应用，能够识别机械传动中的各种齿轮机构；（2） 理解齿廓啮合基本定律的含义，把握齿轮齿廓曲线的设计依据；

13、（3） 理解渐开线直齿圆柱齿轮的传动特性，能够分析渐开线直齿圆柱齿轮的定传 动比特性以及一对齿轮传动比的多种表达方式，能够根据一对齿轮的安装中心距确定传 动比、节圆位置及啮合线位置和啮合角大小；（4） 掌握标准直齿轮圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算，能够正确描述标准齿 轮并对其几何尺寸进行计算；（5） 了解渐开线直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件、无齿侧间隙啮合条件和连续 传动条件，能够对齿轮进行正确配对，并根据安装方式判定能否进行无齿侧间隙啮合及 传动连续性判断，得出齿轮传动的传动特点；（6） 了解渐开线齿轮的范成法加工原理、根切、最少齿数、变位齿轮、齿轮传动 类型，能够根据刀具和轮坯的运动条件

14、和安装条件，确定被加工齿轮的类型和判定是否 会发生根切；能够应用相关公式，计算齿轮不发生根切的最少齿数；能够根据一对齿轮 的安装方式，正确选择齿轮的传动类型；（7） 理解平行轴斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成、啮合特点，总结直齿轮与斜齿轮 的齿廓形成区别，进而了解斜齿轮的两套参数及其法面齿形的分析方法；（8） 了解标准斜齿圆柱齿轮几何尺寸的计算方法，注意与直齿轮的联系与区别；（9） 了解直齿圆锥齿轮齿廓的形成原理，掌握背锥、当量齿数等概念。3 .重难点（1）齿廓啮合基本定律的理解；（2）渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸计算；（3）渐开线直齿圆柱齿轮的啮合特性；（4）渐开线齿轮的加工原理、根

15、切原因、避免根切的措施，渐开线直齿圆柱齿轮 传动设计；（5）用标准齿条型刀具加工标准齿轮与变位齿轮的区别。第六章轮系及其传动比计算1 .教学内容（1）轮系的应用及分类定轴轮系、周转轮系、混合轮系的概念及应用；（2）轮系的传动比 定轴轮系的传动比、周转轮系的传动比、混合轮系的传动比。2 .教学要求（1）了解轮系的分类和应用，能够区分两种基本轮系的特点；（2）掌握定轴、周转和混合轮系传动比的计算方法，能够对定轴轮系和周转轮系 进行传动比大小的计算以及齿轮转向关系的判定，能够正确划分混合轮系的基本组成， 并根据基本轮系的传动比计算方法，得出混合轮系中某两构件的传动比大小和方向。3 .重难点定轴轮系、

16、周转轮系和混合轮系的传动比计算。第七章 其它常用机构及组合机构（自学）1 .自学内容（1）其他常用机构（包括棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运 动机构等）；（2）常见组合机构的类型及其组合方式。2 .自学要求（1）了解常用间歇运动机构的工作原理、运动特点及应用，能够根据应用场合合 理选择机构类型；（2） 了解组合机构的类型及组合方式。3 .重难点（1）其他常用机构的工作原理与运动特性；（2）组合机构的组合方式和类型。第八章 机器人机构（自学）1 .自学内容（1）机器人机构的特点；（2）串联式机器人；（3）并联式机器人。2 .自学要求了解串、并联机器人的特点、研究内容和研究方法，能

17、够对常见的工业机器人进行 类型判别和组成结构分析。3 .重难点串、并联机器人的结构和运动学分析方法。第九章 机械的摩擦与自锁（自学）4 .自学内容（1）机械中的摩擦 移动副和转动副中的摩擦分析；（2）机械中的自锁机械自锁的条件。5 .自学要求了解运动副摩擦和机械自锁的条件。6 .重难点常见运动副的摩擦分析，机械自锁的条件。第十章机械系统动力学与机械平衡1.教学内容（1）作用在机械上的力及机械的运转过程；（2）机械的等效动力学模型等效力矩、等效力、等效质量、等效转动惯量；（3）机械速度波动及调节方法周期性、非周期性速度波动及其各自的调节方法;（4）飞轮设计飞轮设计的基本原理、飞轮主要尺寸的确定；

18、（5）机械平衡的分类 转子的平衡、机构的平衡；（6）刚性转子的平衡设计静平衡设计、动平衡设计。2 .教学要求（1）了解单自由度机器系统等效力学模型的建立；（2） 了解飞轮的调速原理和特点，能够正确建立飞轮转动惯量与其设计指标之间 的关系；（3） 掌握飞轮转动惯量的简易计算法，能够根据机械系统的工作要求，确定系统 的最大盈亏功以及飞轮轴转速的变化过程，进而设计出满足运动不均匀系数要求的飞轮 转动惯量；（4） 了解非周期性速度波动的特点及其调节方法；（5）掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法，能够正确判定刚性转子的平衡类型, 平衡方程的具体形式，及采用的平衡方法。3 .重难点（1）机械系统等效动力学

19、模型的建立；（2）飞轮转动惯量设计；（3）刚性转子静、动平衡的方法。三、课程学时分配及对课程目标的支撑（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂教学实验上机课程 实践小 计绪论22讲授目标1第一章平面机构组成 原理及其自由度分析77讲授+作业+评讲目标1、2、3第二章平面机构的运 动分析33讲授+作业+评讲目标1、3第三章平面连杆机构 运动学分析与设计88讲授+作业+评讲目标1、2、3第四章凸轮机构及其 设计66讲授+作业+评讲目标1、2、3第五章齿轮机构及其 设计1111讲授+作业+评讲目标1、2、3第六章 轮系及其传动 比计算55讲授+作业+评讲目标1、2、3第七章其他常

20、用机构 及组合机构00自学目标1、2第八章组合机构00自学目标1、2第九章机械的摩擦与 自锁00自学目标1、2第十章机械动力学与 机械平衡66讲授+作业+评讲目标1、2、3合计4848四、课程考核考核 彩式考核/评价细则权重支撑的 课程目标备注平时 成绩平时随机点名，次数不限；每章课后完成适量 的习题，根据完成质量进行评分，计算全部作业的 平均成绩再按30%计入总成绩。另外，可布置上机、软件应用或产品方案设计 等大作业，主要考核学生自主学习，并应用所学内 容解决工程问题的能力。30%目标1、2、3期末 考试试卷题型包括填空题、简答题和综合分析应用题 等，以卷面成绩的70%计入课程总成绩。其中考

21、核 机械原理与设计I基岫知识型题目占30%,考核应 用基础知识对工程问题进行分析与设计的题目占 40%,考核对现有方案进行分析与论证的题目占 30%。70%目标1、2、3五、课程目标达成度评价课程目标对应考核形式实际评测结果 （学生达到的平均水平）对应 总分达成度课程目标1平时成绩、期末考试（平时成绩x30% + 期末考试卷面成 绮 x70%）x30%30达成度=实际测评结果 /对应总分课程目标2平时成绩、期末考试（平时成绮x30% + 期末考试卷面成 绩 x70%）x40%40达成度=实际测评结果 /对应总分课程目标3平时成绩、期末考试（平时成绮x30% + 期末考试卷面成 绮 x7（）%）x30%30达成度=实际测评结果 /对应总分八、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）1 .机械原理教程，申永胜主编，清华大学出版社，19992 .机械原理（第七版），郑文纬、吴克坚主编，高等教育出版社，19973 .机械原理与机械设计（上册），张策主编，机械工业出版社，2004七、大纲说明（内容可包括实验内容与基本要求、习题要求及其它一些必要的说明）1 .本课程采用多媒体教学。2 .按照每一章节的学习要求，课后布置一定量的作业，也可另行布置大作业、思考 题供学生理解教学内容。2()17年9月28日