机械原理教学大纲.pdf

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1、机械原理课程教学大纲 课程编号：04061001 课程名称：机械原理 英文名称：Theory of Machines and Mechanisms 课程类型:必修课 课程性质：专业技术基础课 总 学 时：64 讲课学时：58 实验（实践）学时：6 学 分：4 适用对象:机械设计制造及其自动化专业 先修课程：高等数学、画法几何、工程图学、理论力学、计算机实用基础 一、编写说明 （一）制定大纲的依据 依据 1995 年 5 月国家教育委员会批准印发的高等工科学校机械设计教学基本要求和我校相关专业培养目标，以培养为社会主义市场经济服务的、跨世纪的科技人才为总目标，从生产需要和专业培养要求出发，坚持“

2、加强基础、拓宽专业”的教学思想，积极进行教学改革，努力提高教学质量。（二）课程简介 机械原理课程是一门培养学生机械系统运动方案设计能力的技术基础课，本课程主要研究机构的结构分析、运动分析和动力分析，常用机构设计的基本理论和方法，机械系统运动方案的创新设计。（三）课程的地位与作用 机械原理课程起着从基础课过渡到专业课、从理论性课程过渡到结合工程实际的承先启后的桥梁作用。是高等工科院校中机械类专业教学的主干课和学位课之一。随着“加强基础、拓宽专业”教学思想的提出，它的地位和作用显得尤为突出。在教学过程中通过综合应用先修课程中所学的有关知识和技能，结合各实践教学环节，进行机械工程高级技术人员所需的培

3、训，为学生进一步学习有关专业课程和日后从事机械设计工作打下基础。机械原理课程在机械类专业的教学计划中占有重要的地位和作用（四）课程性质、目的和任务 机械原理课程是高等工科院校中机械类专业的一门主干课程，在教学过程中通过综合应用先修课程中所学的有关知识和技能，结合各实践教学环节，进行机械工程高级技术人员所需的培训，为学生进一步学习有关专业课程和日后从事机械设计工作打下基础。机械原理课程在机械类专业的教学计划中占有重要的地位和作用。其主要任务是培养学生：1.理论联系实际的学风，设计实践能力和创新精神；2.掌握机构分析、机构设计和机械系统运动方案设计的基本理论、基本知识和基本技能，具有一般机械系统运

4、动方案设计的能力；3.具有机械系统运动简图的绘制，计算机辅助机构分析和设计的能力；4.掌握机械性能测试的原理和方法，机械拆装、测绘与分析的步骤与方法；5.了解分析与机构设计的新理论、新方法及发展趋势。（五）与其他课程的联系 机械原理课程要综合应用工程图学、工程力学、材料与热处理、金属工艺学、机械制造基础、公差与技术测量、机电一体化以及现代设计理论与方法等学科和课程的知识来解决机构、和整机的方案设计问题。这些知识的储备和运用，对学好本门课程至关重要。（六）对先修课的要求 本课程是机械类专业教学计划中的主干课程之一，也是最后的门技术基础课。因而它不仅要求学生预先学完高等数学、工程图学、理论力学、材

5、料力学、工程材料及机械制造基础、公差与技术测量等先修课程，而且要求学生结合本课程的学习，能够综合运用所学的基础理论和技术知识，联系生产实际和机器的具体工作条件，完成机械系统原理方案设计和机构设计的任务，以便为顺利地过渡到专业课程的学习及进行专业产品与设备的设计打下扎步的基础。二、大纲内容 第 1 章 绪 论 （一）教学目的和任务 明确学习机械原理的目的，树立为发展我国机械设计及制造事业而学习的思想。（二）教学基本要求 1.明确课程的学习对象和学习目的。2.了解课程的性质、特点和任务。3.了解课程各环节特点和学习方法。4.了解机器或部件的基本组成。5.了解机器的设计过程。（三）教学重点和难点 重

6、点、难点：机器的组成；课程的内容、性质及任务。（四）教学建议与说明 1.结合我国机械制造工业发展的形势，启发学生奋发学习的思想，树立正确的学习目的和学习态度。2.强调本门课程是理论性和实践性均较强的技术基础课。让学生实现学习方法的转变。3.解剖一部机器(或一部件)，启发学生了解整体(机器)和局部(零件)的关系。（五）教学内容 1.本课程研究的对象和任务。2.课程的内容和学习目的。3.课程的性质及教学特点。4.课程各环节及学习方法。5.解剖一部机器或一传动部件。第 2 章 机构的结构分析 （一）教学目的和任务 掌握机构的组成、了解机构创新设计方法。（二）教学基本要求 1.运动副及分类、机构运动简

7、图、机构自由度计算自由度；2.机构具有确定运动的条件；3.机构的分类、高副低代；4.机构的组成原理和机构分析。（三）教学重点和难点 重点：机构运动简图、机构自由度计算。难点：机构的组成原理和机构分析。（四）教学建议与说明 1.尽量采用多媒体教学方式，使学生通过仿真动画掌握本章的基本概念；2.督促学生理论联系实际，加深基本概念的理解。（五）教学内容 1.运动副及分类；2.机构运动简图；3.机构自由度、计算自由度时应注意的事项；4.机构具有确定运动的条件；5.机构的分类、高副低代；6.机构的组成原理和机构分析。第 3 章 平面机构的运动分析 （一）教学目的和任务 掌握平面机构运动分析的方法。（二）

8、教学基本要求 1.掌握“三心定理”及其应用；2.了解用相对运动图解法作机构的速度分析和加速度分析；3.掌握用解析法作机构的速度分析和加速度分析；4.了解各种常用机构的运动特性和动力特性，并初步具有根据给定的运动要求或传力条件选择机构的类型及其组合以及进行机构综合的能力。（三）教学重点和难点 重点：用解析法进行机构的运动分析（最好能应用计算机）。难点：图解法加速度分析。（四）教学建议与说明 1.结合实际应用进行内容介绍；2.采用 CAI 教学讲授课程内容。（五）教学内容 1.“三心定理”及其应用；2.机构运动分析图解法；3.机构运动分析解析法。第 4 章 机械效率和自锁 （一）教学目的和任务 清

9、楚研究机械中的摩擦和机械效率的目的。掌握其分析方法。（二）教学基本要求 1.运动副中的摩擦（包括水平面、斜平面的平滑块，水平槽面、斜槽面的楔形滑块，矩形螺旋、三角螺旋和回转副中的轴颈摩擦）计算方法；2.理解摩擦角、总反力、当量摩擦系数、机械效率、自锁及其条件；3.机械效率和机械自锁的分析和计算；4.有摩擦时的机构受力分析。（三）教学重点和难点 重点：摩擦角、总反力、当量摩擦系数的概念。难点：有摩擦时的机构受力分析。（四）教学建议与说明 1.结合实际应用介绍课程内容；2.采用 CAI 教学讲授课程内容。（五）教学内容 1.运动副中的摩擦（包括水平面、斜平面的平滑块，水平槽面、斜槽面的楔形滑块，矩

10、形螺旋、三角螺旋和回转副中的轴颈摩擦）计算方法；2.摩擦角、总反力、当量摩擦系数、机械效率、自锁的概念，自锁条件；3.机械效率和机械自锁的计算方法；4.有摩擦时的机构受力分析。第 5 章 机械的平衡 （一）教学目的和任务 掌握机械平衡的方法。（二）教学基本要求 1.刚性转子的静平衡和动平衡；2.挠性转子动平衡简介；3.平面机构动平衡简介。（三）教学重点和难点 重点、难点：刚性转子的静、动平衡、理论计算。（四）教学建议与说明 1.结合实际应用介绍课程内容；2.采用 CAI 教学讲授课程内容。（五）教学内容 1.平衡的目的、任务；2.刚性转子的静、动平衡、理论计算及试验；3.重径积、图解法、平衡度

11、、刚性转子的动平衡介绍；4.机构的平衡。第 6 章 机械的运转及其速度波动的调节 （一）教学目的和任务 掌握机械的运转和机械的调速。（二）教学基本要求 1.掌握机械系统的等效力学模型；2.了解机械的真实运动规律；3.掌握机械速度波动的调节。（三）教学重点和难点 重点、难点：机械系统的等效力学模型、机械的调速。（四）教学建议与说明 1.结合实际应用介绍课程内容；2.采用 CAI 教学讲授课程内容。（五）教学内容 1.机械运转过程；2.周期性速度波动的原因及调节、飞轮的作用；3.等效动力学模型、等效力、等效力矩、等效质量、等效转动惯量的计算；4.机械系统的动力学模型、机械真实运动的求法；5.非周期

12、性速度波动的原因及调节、调速器。第 7 章 平面连杆机构及其设计 （一）教学目的和任务 掌握连杆机构的分析和设计。（二）教学基本要求 1.掌握连杆机构的优缺点；2.平面四杆机构基本型式与特点、机构的演化；3.曲柄存在条件、急回作用、传动角与压力角、死点、传动连续性；4.四杆机构设计的基本问题、图解法、解析法及实验法设计四杆机构；5.在解析法中介绍优化设计的基础知识。（三）教学重点和难点 重点：平面四杆机构基本型式、曲柄存在条件、图解法设计四杆机构。难点：解析法设计四杆机构。（四）教学建议与说明 1.结合实际应用介绍四杆机构的特点；2.采用 CAI 教学讲授课程内容。（五）教学内容 1.平面四杆

13、机构基本型式与特点、机构的演化；2.曲柄存在条件；3.急回作用、传动角与压力角、死点、传动连续性；4.四杆机构设计的基本问题、图解法、解析法及实验法设计四杆机构；5.在解析法中介绍优化设计的基础知识。第 8 章 凸轮机构及其设计 （一）教学目的和任务 掌握凸轮机构的特点应用及其设计。（二）教学基本要求 1.凸轮机构的组成及其应用；2.从动件常用运动规律、名词术语；3.反转法设计凸轮廓线；4.解析法设计凸轮廓线；5.凸轮设计的几个基本问题、高速凸轮简介。（三）教学重点和难点 重点：从动件常用运动规律、反转法设计凸轮廓线。难点：解析法设计凸轮廓线。（四）教学建议与说明 1.结合实际应用凸轮机构的特

14、点；2.采用 CAI 教学讲授课程内容。（五）教学内容 1.凸轮机构的组成及其应用；2.从动件常用运动规律、名词术语；3.反转法设计凸轮廓线 4.解析法设计凸轮廓线；5.凸轮设计的几个基本问题、高速凸轮简介。第 9 章 齿轮机构及其设计 （一）教学目的和任务 掌握齿轮机构设计方法。（二）教学基本要求 1.齿廓啮合基本定律、齿廓曲线的求法；2.渐开线生成及性质、渐开线齿轮的参数与计算；3.齿轮啮合原理（含正确啮合条件、连续条件）；4.齿廓加工原理、根切及变位齿轮、传动类型；5.斜齿、锥齿、蜗杆蜗轮传动及圆孤、摆线齿轮传动的特点及应用。（三）教学重点和难点 重点：1.齿廓啮合基本定律、渐开线生成及

15、性质；2.齿轮啮合原理（含正确啮合条件、连续条件）。难点：1.齿廓加工原理、根切及变位齿轮、传动类型；2.斜齿、锥齿、蜗杆蜗轮传动。（四）教学建议与说明 1.结合实际应用介绍齿轮机构的特点；2.采用 CAI 教学讲授课程内容。（五）教学内容 1.齿轮机构类型及应用；2.齿廓啮合基本定律；3.渐开线齿廓和性质；4.渐开线齿轮的参数与计算；5.齿轮啮合原理（含正确啮合条件、连续条件）；6.齿廓加工原理、根切及变位齿轮；7.斜齿圆柱齿轮传动、蜗杆传动、圆锥齿轮传动。第 10 章 轮系及其设计 （一）教学目的和任务 掌握轮系传动比计算，了解轮系的设计方法。（二）教学基本要求 1.掌握定轴轮系传动比、周

16、转轮系传动比、混合轮系传动比计算；2.掌握轮系功用；3.行星轮系效率计算简介、行星轮系设计；4.其他行星传动简介。（三）教学重点和难点 重点、难点：轮系传动比计算。（四）教学建议与说明 1.结合实际应用介绍轮系的特点；2.采用 CAI 教学讲授课程内容。（五）教学内容 1.轮系的应用；2.定轴轮系传动比、周转轮系传动比、混合轮系传动比计算；3.行星轮系效率计算简介、行星轮系设计；4.渐开线少齿差传动、摆线针轮传动、谐波传动。第 11 章 机械系统的方案设计 （一）教学目的和任务 掌握机械系统方案设计、机构创新设计的一般方法和过程。（二）教学基本要求 1.常用机构的分析、对比，机构的选型；2.机

17、构创新设计，典型机构机械运动方案设计过程、实例分析；3.综合训练（机械系统方案创新设计）。（三）教学重点和难点 重点：机械系统方案设计。难点：机构创新设计。（四）教学建议与说明 1.结合实际应用介绍课程内容；2.采用 CAI 教学讲授课程内容。（五）教学内容 1.常用机构的分析、对比，机构的选型；2.机械系统方案设计；3.机构创新设计。第 12 章 其它常用机构 （一）教学目的和任务 掌握其它常用机构的特点、应用和设计方法。（二）教学基本要求 1.了解棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构、螺旋机构、万向联轴器的类型、特点及应用；2.掌握组合机构的类型及设计。（三）教学重点和难

18、点 重点、难点：其它常用机构的应用和特点。（四）教学建议与说明 1.结合实际应用介绍去它常用机构的特点；2.采用 CAI 教学讲授课程内容。（五）教学内容 1.棘轮机构的类型、结构、特点及应用；2.槽轮机构的类型、结构、特点及应用；3.不完全齿轮机构的类型、结构、特点及应用；4.凸轮式间歇运动机构的类型、结构、特点及应用；5.螺旋机构的类型、结构、特点及应用；6.万向联轴器的类型、结构、特点及应用。三、实验（实践）环节及要求 （一）实验内容 根据不同专业选 3 个作为理论课程的实验。实验一 典型机构认识与分析实验 实验二 机构运动简图测绘与分析实验 实验三 齿轮范成原理实验 实验四 渐开线齿轮

19、参数测量实验 实验五 刚性转子动平衡设计与实验 实验六 平面机构组装实验 实验七 机构组合与创新实验 实验八 工业机器人作业空间测定实验 实验九 凸轮机构运动分析实验 实验十 机构系统动力学实验 实验十一 并联机器人运动分析实验 （二）基本要求 机械原理实验是重要的实践环节，要求学生亲自动手，并认真完成实验报告以培养学生运用实验方法研究机械的某些能力。四、习题、课程讨论及要求 习题课的目的在于帮助学生消化和巩固课程中重要的繁难基本概念和内容，帮助学生提高解题能力和计算技巧，指导学生查阅技术资料。习题课的方式可以是讲典型例题，也可以组织学生分析问题，讨论解题方法和步骤。课堂讨论比习题课更进一步，

20、目的在于指导学生对复杂的、有一定难度的综合性问题进行剖析、归纳、对不同设计方案进行比较、判断，启发同学进行新的探索。课堂讨论的课题必须明确，学生在讨论前要有准备，教师要适当加以引导、归纳。习题课和课堂讨论的内容、方式、时间均由辅导教师决定，不作统一要求，可以参考学时分配表中推荐的学时。五、教学方法与手段 本课程完全采用多媒体教学。六、各教学环节学时分配 七、教学形式与考核方式 （一）教学形式 本课程计划学时为 64 学时，其中讲课：56 学时，实验课：6 学时。以课堂教学为主，其中 CAI 教学占计划学时的 97%。（二）考核方式 三项成绩的和：其中期末卷面成绩（100 分）占 80%，平时成

21、绩 10%，实验成绩 10%，总计 100 分。八、推荐教材和教学参考书 教 材：机械原理（第七版），孙桓编著，高等教育出版社，2002 年。序号 章节 内容 学时分配 合计 讲课 习题课 讨论课 实验 (上机）其他 1 第 1 章 绪论 1 1 2 第 2 章 机构的结构分析 6 6 3 第 3 章 平面机构的运动分析 4 4 4 第 4 章 机械的效率和自锁 4 4 5 第 5 章 机械的平衡 4 4 6 第 6 章 机械的运转及其速度波动的调节 4 4 7 第 7 章 平面连杆机构及其设计 8 8 8 第 8 章 凸轮机构及其设计 6 6 9 第 9 章 齿轮机构及其设计 8 8 10 第 10 章 轮系及其设计 6 6 11 第 11 章 机械系统的方案设计 5 5 合计 56 6 2 64 参考书：机械原理教程，申永胜编著，清华大学出版社，1999 年。机械原理，王知行、刘廷荣编著，高等教育出版社，2000 年。Theory of Machine and Mechanism，叶仲和、蓝兆辉编著，高等教育出版社，2001 年。大纲制订人：许冯平 大纲审定人：崔旭明 大纲批准人：邹龙庆 大纲校对人：刘彩玉 制订日期：2008 年 2 月 16 日