1、机械原理课程教学大纲课程名称：机械原理 课程代码：MEAU3005英文名称：Theory of Machines and Mechanisms课程性质：大类基础课程 学分/学时：3 学分/54 学时开课学期：第 4 学期适用专业：机械工程、机械电子工程、材料成型及控制工程先修课程：高等数学、工程图学、理论力学、C 语言程序设计等后续课程：无开课单位：机电工程学院 课程负责人：司广琚大纲执笔人：司广琚 大纲审核人：倪俊芳一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平）课程性质：机械原理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。
2、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。教学目标：本课程以理论力学知识作为理论基础，将所学理论力学知识应用到机器和机构分析设计中，但因为机器和机构的复杂和多样性，因而它不是理论力学知识简单重复和堆砌，具有很强的工程实践性。基于此本课程在理论上具有基本概念多、逻辑性强、内容分散等特点，实践上又具有工程中解决问题方法的灵活和巧妙、设计的多方案性、求解问题方法的多样性等特点，是一门理论性和实践性均较强的课程。目标是使学生掌握机构学
3、和机器动力学基本理论、基本知识和基本技能，学会各种常用基本机构分析和综合方法，并具有按照机械使用要求进行机械传动系统方案设计的初步能力和机械创新设计的素质。本课程的具体教学目标如下：1. 掌握机械、机器、机构、构件、零件等基本概念；2. 掌握平面机构的表示方法和机构运动的基本条件；3. 掌握平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、螺旋机构等机械中常用机构的组成、工作原理、工作特性、应用特点等基本知识。 ；4. 掌握齿轮系的类型、功用和传动比的计算方法。掌握圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动和蜗杆传动的知识；5. 了解间歇运动机构的类型、基本特性和应用特点；6. 了解机械动力学的基本理论。教学目标与毕业要求的
4、对应关系：毕业要求 指标点 课程目标 对应关系说明教学目标 3掌握平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、螺旋机构等机械中常用机构的组成、工作原理、工作特性、应用特点等基本知识。毕业要求 1：工程知识1-2 能将掌握的制图、电工电子学、力学、机械原理、材料科学等专业基础知识，用于解决机械加工、制造等工程实际问题 教学目标 4掌握齿轮系的类型、功用和传动比的计算方法。掌握圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动和蜗杆传动的知识。毕业要求 2：问题分析2-2 能够通过文献检索与查询获取解决一个复杂工程问题的多种解决方案教学目标 2 掌握平面机构的表示方法和机构运动的基本条件。毕业要求 4：研究4-1 能够基于机械专业
5、知识，选择机械设计方案，设计实验方案教学目标 3掌握平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、螺旋机构等机械中常用机构的组成、工作原理、工作特性、应用特点等基本知识。毕业要求10：沟通10-1 能够对机械工程问题的关键技术和难点进行口头或书面表达，跟公众和同行有效沟通并能够合理决策教学目标 1 掌握机械、机器、机构、构件、零件等基本概念二、课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容和要求，指明重点内容和难点内容。重点内容：；难点内容：）1、 绪论（1 学时） （支撑教学目标 1）1.1 本课程研究的对象及内容1.2 学习本课程的目的1.3 如何进行本课程学习1.4 机械原理学科发展现状
6、简介 目标及要求：1) 明确本课程研究的对象和内容，以及在培养高级工程技术人才全局中的地位、任务和作用；2) 了解机械原理课程的性质和特点；3) 对机械原理学科的发展趋势有所了解。2、 机构的结构分析（6 学时） （支撑教学目标 1，2）2.1 机构结构分析的内容及目的2.2 机构的组成及分类2.3 机构运动简图2.4 机构具有确定运动的条件及最小阻力定律2.5 机构自由度的计算2.6 计算机构自由度时应注意的事项2.7 平面机构的组成原理、结构分类及结构分析 目标及要求：1) 掌握构件、运动副、运动链和机构的概念；2) 掌握机构运动简图的概念及测绘方法；3) 熟练掌握平面机构自由度计算方法，
7、正确计算运动副的数目（复合铰链），局部自由度及除去的方法，虚约束及其常出现的几种情况；4) 掌握平面机构可动和具有确定运动的条件；5) 了解 基本杆组及平面机构组成的基本原理。 讨论内容：虚约束的识别及其除去的方法。 作业内容：机构运动简图的测绘；平面机构自由度计算；平面机构的结构分析。 自学拓展：平面机构中的高副低代： 高副低代的概念、目的及其条件；高副低代的方法及举例。3、 平面机构的运动分析（4 学时） （支撑教学目标 6）3.1 机构运动分析的任务、目的和方法3.2 用图解法作机构的运动分析3.3 用解析法作机构的运动分析 目标及要求：1) 明确机构运动分析的目的和方法；2) 掌握速度
8、瞬心的概念，熟悉三心定理，会确定一般平面机构的全部瞬心，能用瞬心法对平面级机构进行速度分析；3) 掌握矢量方程图解法的基本原理及作法；会用矢量方程图解法作机构的速度及加速度分析；4) 能用解析法（矢量分析法或矩阵法）对平面级机构进行运动分析，能用计算机作图画出机构运动曲线。 讨论内容：用解析法建立机构位置矢量方程。 作业内容：用瞬心法对平面级机构进行速度分析；用矢量方程图解法作机构的速度及加速度分析；用计算机作图画出机构运动曲线。 自学拓展：MATLAB 软件实训。4、 平面机构的力分析（4 学时） （支撑教学目标 6）4.1 机构力分析的任务、目的和方法4.2 构件惯性力的确定4.3 运动副
9、中摩擦力的确定4.4 考虑摩擦时机构的受力分析4.5 不考虑摩擦时机构的动态静力分析 目标及要求：1) 了解机构中的各种力及力分析的方法；2) 确定运动副中的反力及需加于机械上的平衡力或平衡力矩；3) 掌握移动副、转动副和螺旋副等运动副中摩擦力的计算方法。4) 掌握一般平面机构力分析的方法 讨论内容：摩擦圆的概念及转动副中总反力作用线的确定。 作业内容：考虑摩擦时机构的力分析。 自学拓展：5、 机械的效率和自锁（3 学时） （支撑教学目标 6）5.1 机械的效率5.2 机械的自锁 目标及要求：1) 建立正确、全面的机械效率的概念；2) 掌握移动副、转动副和螺旋副的自锁条件；3) 掌握简单机械机
10、械效率和自锁条件的求解方法。 讨论内容：自锁现象在工程实际上的应用。 作业内容：机构自锁条件的确定。 自学拓展：6、 机械的平衡（3 学时） （支撑教学目标 6）6.1 机械平衡的目的及内容6.2 刚性转子的平衡计算6.3 刚性转子的平衡实验6.4 转子的许用不平衡量和许用不平衡度6.5 平面机构的平衡 目标及要求：1) 掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法；2) 了解平面机构的平衡原理。 讨论内容： 作业内容：刚性转子静、动平衡的计算。7、 机械的运转及其速度波动的调节（4 学时） （支撑教学目标 6）7.1 概述7.2 机械的运动方程式7.3 机械运动方程式的求解7.4 稳定运转状态下机械的
11、周期性速度波动及其调节7.5 机械的非周期性速度波动及其调节 目标及要求：1) 了解机构及其系统动力学方程；2) 掌握建立单自由度机械系统等效动力学模型及运动方程式的方法；3) 掌握稳定状态下机械的周期性速度波动及其调节方法；4) 了解飞轮调速原理，掌握飞轮转动惯量的简易计算法；5) 了解机械的非周期性速度波动及其调节方法。 讨论内容：单自由度机械系统等效动力学模型及运动方程式。 作业内容：飞轮转动惯量的简易计算。 自学拓展：调速器的类型及工作原理。8、 连杆机构及其设计（6 学时） （支撑教学目标 3）8.1 连杆机构及其传动特点8.2 平面四杆机构的类型及应用8.3 平面四杆机构的基本知识
12、8.4 平面四杆机构的设计 目标及要求：1) 了解平面连杆机构传动特点及其主要优缺点；2) 了解平面四杆机构基本型式、演化型式及一些应用实例；3) 掌握平面四杆机构的一些基本知识(有曲柄的条件、急回运动及行程速比系数、传动角和压力角、死点和传动的连续性等) ；4) 能按连杆的三个位置，两连架杆的三个对应位置，行程速比系数等条件设计平面四杆机构 。 讨论内容：平面四杆机构的应用实例。 作业内容：平面四杆机构的基本知识(有曲柄的条件、急回运动及行程速比系数、传动角和压力角、死点等) ；平面四杆机构的设计（图解法、解析法） 自学拓展：平面多杆机构。9、 凸轮机构及其设计（5 学时） （支撑教学目标
13、3）9.1 凸轮机构的应用及分类9.2 推杆的运动规律9.3 凸轮轮廓曲线的设计9.4 凸轮机构基本尺寸的确定 目标及要求：1) 了解凸轮机构类型和应用；2) 理解推杆基本运动规律及推杆运动规律选择原则；3) 掌握根据选定的凸轮类型和推杆的运动规律设计凸轮的轮廓曲线的方法；4) 了解在确定盘形凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题。 讨论内容：确定盘形凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题。 作业内容：根据选定的凸轮类型和推杆的运动规律设计凸轮的轮廓曲线。 自学拓展：凸轮机构的分析与反求设计；高速凸轮机构简介。10、 齿轮机构及其设计（8 学时） （支撑教学目标 3）10.1 齿轮机构的特点及类型
14、10.2 齿轮的齿廓曲线10.3 渐开线齿廓及其啮合特点10.4 渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸10.5 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动10.6 渐开线齿廓的切制原理与根切现象10.7 渐开线变位齿轮简介10.8 斜齿圆柱齿轮传动10.9 直齿锥齿轮传动10.10 蜗轮蜗杆传动 目标及要求：1) 了解齿轮机构类型和应用；2) 掌握齿廓啮合基本定律 ；3) 深入了解渐开线直齿圆柱齿轮传动啮合特性；4) 掌握标准直齿圆柱齿轮传动基本参数和几何尺寸计算；5) 明确根切现象及最少齿数、齿轮变位修正和变位齿轮传动的基本概念；6) 了解平行轴斜齿圆柱齿轮啮合特点，掌握标准斜齿圆柱齿轮传动几何尺寸的计算；
15、7) 了解其他齿轮机构的啮合特点和适用场合。 讨论内容：常见共轭齿廓的类型。 作业内容：标准直齿及斜齿圆柱齿轮传动基本参数和几何尺寸计算。 自学拓展：其他齿轮传动简介。11、 齿轮系及其设计（5 学时） （支撑教学目标 4）11.1 齿轮系及其分类11.2 定轴轮系的传动比11.3 周转轮系的传动比11.4 复合轮系的传动比11.5 轮系的功用11.6 行星轮系的效率11.7 行星轮系的类型选择及设计的基本知识 目标及要求：1) 了解轮系分类和应用；2) 掌握定轴轮系、周转轮系及复合轮系传动比计算方法；3) 了解行星轮系类型选择及设计基本知识。 讨论内容：轮系的功用 作业内容：定轴轮系、周转轮
16、系及复合轮系传动比计算。 自学拓展：其他新型行星齿轮传动。12、 其他常用机构（2 学时） （支撑教学目标 5）12.1 棘轮机构12.2 槽轮机构12.3 擒纵机构12.4 凸轮式间歇运动机构12.5 不完全齿轮机构12.6 万向联轴节12.7 螺旋机构 目标及要求：1) 着重了解 23 种其他常用机构的工作原理、运动特点、应用场合和设计要点；2) 一般了解 23 种其他常用机构的运动特点及应用场合。 讨论内容： 作业内容： 自学拓展：星轮机构；非圆齿轮机构；组合机构。三、教学方法在教学方式上，根据具体教学内容，综合运用课堂讲授和演示、课堂讨论、课堂练习、发现学习法和自学指导法，通过引入问题
17、和启发式教学，使学生更加明确教学内容的知识体系，引导学生主动学习，激发内在学习动机，提高课堂的积极性。结合具体教学内容，本课程所采用的教学方法说明如下：1. 绪论部分。绪论课是一门课的开始，是对该课程的高度概括和总结。通过在教学中采用讲授法、演示法和发现学习法相结合，调动学生学习该课程的欲望、兴趣和学习的积极性，故讲好绪论课尤为重要。绪论课主要解决三个问题：该课程学什么？为什么学？怎样学？学什么即该课程研究的对象和内容；为什么学即该课程在本专业教学中的地位及在工程实际中的作用；怎样学即该课程的特点及相应的学习方法。通过旁征博引学生较熟悉的机械实例，结合多媒体动画( 如：一些典型的机械、机械手、
18、机械人等)，生动形象地论述了上述问题，很自然地引导学生进入状态。另一方面，强调在学习过程中逐步树立工程的观点。由于机械原理是机械类各专业学生在学完基础课后第一次接触的一门设计性的技术基础课，与工程实际联系紧密，教学中常以各种机械为实例提出问题和分析问题。因此，提醒学生在学习中要应用工程技术的观点，去观察周围的机械设备，理论联系实际地深入思考。注意将理论的严密性与工程实际的灵活性、可行性结合起来。在注重逻辑思维的同时，加强形象思维。2. 各种常用机构的分析与设计部分。包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、其他常用机构等。该部分内容有较大的难度，使初学者往往找不到规律，入门较慢，学习效率较低。要解决这
19、一难题，关键是教学方法，抓住每一问题的实质，重在能力培养，做到举一反三。在教学中采用讲授法、演示法和讨论法相结合：1)强调对图形的理解。机械原理名词、定义、概念、公式及图形较多，学习时应抓住对图形的理解，是该门课程最有效的学习方法。机构分析与设计中的许多原理和方法都是通过图形来表达的，学习时应注意对图形的理解与应用。公式、概念、定义要与图形有机结合起来，理解性地记忆。对于计算公式，则应注意其原始条件、模型的建立、推导思路，重点是公式的应用，而不是机械地记忆公式。2)机构的运动分析、力分析是机械原理难点之一。该内容实质上是先修课程理论力学的基础理论在具体机械上的应用，解法是矢量运算，并没有更多新
20、的知识点。向学生讲明白了这一点，畏难思想立即得到缓解，也较容易地找到相应的学习方法。3)相对运动原理是机械原理课程解题的核心。在连杆机构设计、凸轮机构设计、轮系传动比计算及机构的倒置变异等章节中，都反复应用这一原理。抓住基本原理讲解，使学生做到举一反三。为讲清该原理，可举一些通俗易懂的实例，如：两人在火车车箱内相对运动速度与火车是否运动无关，火车的运动只影响每一个人的绝对速度；再如机械式钟表，整个钟表的运动并不影响时针、分针与秒针相对运动关系，即钟表内齿轮间的传动比是确定的。要深刻理解灵活地应用这一原理去分析相关的问题。4)注意图解法与解析法的关系。本课程中许多内容的研究都采用了图解法，它具有
21、概念清晰、简便、直观的特点，其不足之处，精度较低。在电子计算机及计算技术迅速发展的今天，解析法在本学科中占有越来越重要的地位，它具有精度3.理论教学与工程实际相联系。机械原理课程不仅具有极强的理论性，而且具有很强的实践性。学生在学习过程中，接触到大量的概念和原理，普遍感到课程内容抽象、枯燥。如在授课时引入相关的工程实例，学生会觉得抽象的理论不再空洞，并且拉近了理论与工程的距离，起到事半功倍的教学效果。例如在讲授平面连杆机构的死点一节内容时，以生活中极为常见的缝纫机的踏板机构引出死点现象，联系到死点在飞机起落架机构及机床夹具中的应用。通过分析，学生很容易理解什么是死点，死点的应用与危害以及在工程中对死点的解决方法。这样，课本上的内容变得十分清晰具体，同时也培养了学生从工程角度分析问题的习惯和意识。四、考核及成绩评定方式考核方式：闭卷笔试，平时测验及作业 成绩评定方式：笔试成绩 70%，平时成绩 30%五、教材及参考书目教材：孙 桓， 机械原理 （第八版）高等教育出版社，2013.5参考书目：1 杨家军，机械原理，华中科技大学出版社，2009。2 邹慧君 张春林，机械原理，高等教育出版社，1999。3 孙桓 李继庆 陈作模， 机械原理学习指南，高等教育出版社，1998。4 郭维林 韩朝，机械原理同步辅导及习题全解，人民日报出版社，2008。
