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机械原理课程教学大纲课程类别：专业基础课修读方式：必修学 时：70（理论60学时、实验10学时）学 分：4.5学分适用专业：机械设计制造及其自动化（师范、对口）考核方式：考试先修课程：高等数学、工程图学、理论力学、C语言程序设计等一、课程简介机械原理是研究机械共性问题的一门主干技术基础课，在培养应用型机械工程技术人才和机械类专业课职教师资全局中，不仅为学生学习相关技术基础课和专业课程起到承前启后的作用，而且为学生今后从事机械方面设计、制造、研究和开发工作奠定重要基础，具有增强学生适应机械技术工作和开发创新能力的作用，在学生知识、能力和素质培养体系中，占有十分重要的地位。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。课程主要内容包括机构结构分析、平面机构运动和力分析、常用机构分析与设计、机械动力学及机械系统方案设计等。二、课程教学目标使学生掌握机构学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。三、教学内容及要求（一）绪论1. 目的和要求目的：明确本课程研究对象和内容；在培养机械类应用型工程技术人才和机械类专业课职教师资全局中地位、任务和作用；对机械原理学科发展现状有所了解。教学要求：(1) 使学生了解本课程的研究对象、内容以及在培养高级机械工程技术人才的全局中的地位、作用和任务，从而明确本课程的教学目的(2) 使学生对机械原理学科发展趋势有所了解，并了解本学科在国家现代化建设中的重要性2. 教学内容(1) 课程研究对象和研究内容 (2) 课程学习目的及学习方法 (3) 本学科发展状况和发展趋势3. 教学方法和手段教学方法：讲授法教学手段：多媒体教学（二）机构的结构分析1. 目的和要求目的：使学生了解机械组成和机构具有确定运动的条件，明确机构运动简图的测绘方法，为对已有机构进行分析或创造新的机构提供条件。教学要求：(1) 掌握构件、运动副、运动链和机构的概念(2) 掌握机构运动简图测绘方法(3) 熟练掌握平面机构自由度计算方法(4) 掌握平面机构可动和具有确定运动的条件(5) 了解平面机构组成的基本原理重点：机构自由度计算难点：机构自由度计算的注意事项2. 教学内容(1) 构件、自由度与约束、运动副、运动副类型、运动链和机构等基本概念(2) 机构运动简图的定义及机构运动简图的测绘方法(3) 平面机构自由度计算公式；机构具有确定运动的条件；计算平面机构自由度的注意事项(4) 平面机构结构分析与组成原理3. 教学方法和手段教学方法：启发式教学手段：多媒体与板书相结合、教学模型演示4. 课外作业：2次（三） 平面机构的运动分析1. 目的和要求目的：学习了平面机构的组成原理之后，进一步阐述机械运动分析的目的及各种分析方法和它们的特点，并具备一定的机构运动分析的能力。教学要求：(1) 明确机构运动分析的目的和方法(2) 掌握速度瞬心的概念，熟悉三心定理内容，能确定一般平面机构的全部瞬心(3) 能用瞬心法对平面级机构进行速度分析(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重点：三心定理的应用，用解析法建立机构位置矢量方程难点：机构位置矢量方程的建立2. 教学内容(1) 机构运动分析的任务、目的和方法(2) 速度瞬心法进行机构的速度分析(3) 解析法进行机构的运动分析3. 教学方法和手段教学方法：启发式、模拟教学法教学手段：多媒体与板书相结合、MATLAB软件实训4. 课外作业：2次（四）平面机构的力分析1.目的和要求目的：使学生掌握机构力分析的常用工程方法和力分析的过程。教学要求：(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重点：(1) 作用在机械上的力及机构力分析的目的和方法(2) 摩擦圆的概念及转动副中总反力作用线的确定难点：(1) 机构的平衡力（或平衡力矩）概念(2) 考虑摩擦时机构的力分析2. 教学内容(1) 机构力分析的任务、目的和方法(2) 运动副中摩擦力的确定(3) 考虑与不考虑摩擦时机构的力分析3. 教学方法和手段教学方法：讲授法教学手段：多媒体与板书相结合4. 课外作业：1次（五）机械的效率和自锁1. 目的和要求目的：使学生了解运动副中的摩擦力，在一般情况下是一种最主要的有害阻力，它会引起机械能量的损失，从而影响机械效率并可能产生机械自锁问题；但对于某些机械，又是利用摩擦来工作的。所以研究摩擦的目的是尽可能减小其不利影响和在需要时充分发挥其有利的一面。教学要求：(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) 掌握简单机械的机械效率和自锁条件的求解方法重点：机械效率、自锁现象及自锁条件难点：机构自锁条件的确定2. 教学内容(1) 机械的效率(2) 机械的自锁3. 教学方法和手段教学方法：讲授法教学手段：多媒体与板书相结合4. 课外作业: 1次（六）机械的平衡1. 目的和要求目的：使学生了解机械运转时构件惯性力造成的危害，以及减小这种危害的措施和方法。教学要求：(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重点：刚性转子静、动平衡的原理和方法难点：刚性转子动平衡概念的建立2. 教学内容(1) 机械平衡的目的及内容(2) 刚性转子的平衡(3) 刚性转子的平衡实验(4) 转子的许用不平衡量3. 教学方法和手段教学方法：讲授法教学手段：多媒体与板书相结合4. 课外作业：1次（七）机械运转及其速度波动的调节1. 目的和要求目的：使学生了解机器运转时运动与外力的关系；了解机器速度波动的原因、特点和危害，以及相应的调节方法。教学要求：(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) 掌握稳定运转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重点：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难点：单自由度机械系统等效动力学模型的概念2. 教学内容(1) 机构及其系统动力学方程(2) 单自由度机构或机构系统动力学模型及运动方程式(3) 稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节方法3. 教学方法和手段教学方法：启发式教学手段：多媒体与板书相结合4.课外作业：2次（八）平面连杆机构及其设计1. 目的和要求目的：使学生掌握有关平面连杆机构的一些基本概念和基本知识，并使其具有按照简单运动条件综合平面四杆机构的能力。教学要求：(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、演化型式及平面四杆机构的一些应用实例(3) 掌握平面四杆机构一些基本知识(如平面四杆机构的有曲柄的条件、行程速比系数及急回运动以及运动连续性等)(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重点：(1) 平面四杆机构的基本类型(2) 曲柄存在条件、传动角、死点、行程速比系数、运动连续性等概念(3) 平面四杆机构综合的一些基本方法难点：(1) 平面四杆机构的运动特性(2) 平面四杆机构综合的一些基本方法2. 教学内容(1) 连杆机构传动特点及其应用 (2) 平面四杆机构基本型式及其演化 (3) 有关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、死点和传动的连续性等） (4) 平面四杆机构的设计（图解法、解析法）3. 教学方法和手段教学方法：启发式教学手段：多媒体与板书相结合4. 课外作业：2次（九）凸轮机构及其设计1. 目的和要求目的：使学生掌握凸轮机构设计的基本知识，并能根据生产实际需要的运动规律设计凸轮机构。教学要求：(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轮廓曲线(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2. 教学内容(1) 凸轮机构应用与分类(2) 推杆的运动规律(3) 盘型凸轮轮廓曲线的设计(4) 盘形凸轮机构基本尺寸的确定3. 教学方法和手段教学方法：启发式教学手段：多媒体与板书相结合4. 课外作业：2次（十）齿轮机构及其设计1. 目的和要求目的：通过介绍齿轮啮合传动基本原理，渐开线齿轮基本参数和几何尺寸计算等内容，使学生了解齿轮传动的啮合原理，掌握齿轮基本参数和几何尺寸计算方法，提高学生机构设计能力，为学好后续课程及今后参加机械工程技术工作打好基础。教学要求：(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) 明确齿轮的根切现象及最少齿数、齿轮变位修正和变位齿轮传动等基本概念(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(7) 了解其它齿轮机构的啮合特点和适用场合重点：渐开线直齿圆柱齿轮机构的传动设计难点：齿轮基本概念和几何尺寸之间的关系2. 教学内容(1) 齿轮机构类型和特点(2) 齿轮的齿廓曲线(3) 渐开线齿廓及其啮合特点(4) 渐开线标准直齿圆柱齿轮基本参数和几何尺寸(5) 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动(6) 渐开线齿廓的切制原理与根切现象(7) 渐开线变位齿轮简介(8) 斜齿圆柱齿轮传动(9) 直齿圆锥齿轮传动(10) 蜗杆传动3. 教学方法和手段教学方法：启发式、实验法教学手段：多媒体与板书相结合、教学模型演示4. 课外作业：3次（十一）齿轮系及其设计1. 目的和要求目的：使学生对轮系组成、划分、传动比计算及其主要功用有一个清晰的认识，能初步设计轮系。教学要求：(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重点：复合轮系传动比计算。难点：复合轮系组成分析和传动比计算2. 教学内容(1) 齿轮系及其分类(2) 定轴轮系传动比(3) 周转轮系传动比(4) 复合轮系传动比(5) 轮系的功用(6) 行星轮系的类型选择及设计的基本知识3. 教学方法和手段教学方法：启发式教学手段：多媒体与板书相结合、教学模型演示4. 课外作业：1次（十二）其他常用机构1. 目的和要求目的：使学生对连杆、凸轮和齿轮机构之外的其他一些常用间歇机构类型、应用场合及运动和动力特性有所了解，为使学生具备初步的拟定机械系统运动方案能力奠定基础。教学要求：(1) 着重了解23种其它常用机构工作原理、运动特点、应用场合和设计要点(2) 一般了解23种其它常用机构的运动特点及应用场合2. 教学内容 (从以下机构中选取4-5种机构)(1) 棘轮机构(2) 槽轮机构(3) 凸轮式间歇机构(4) 不完全齿轮机构(5) 螺旋机构(6) 万向联轴节(7) 组合机构3. 教学方法和手段教学方法：讲授法教学手段：多媒体与板书相结合（十三）机械系统的方案设计1. 目的和要求目的：使学生理解机械系统方案设计的基本方法，培养学生机械创新设计的意识，为本课程的课程设计做准备。教学要求：(1) 了解机械系统设计的整个过程(2) 了解传动系统的作用和传动系统方案设计的一般过程(3) 掌握机构选型的原则，会根据设计要求选择机构类型(4) 能根据具体的设计要求选择传动路线，合理安排传动链中各类机构的顺序，并能合理分配传动比(5) 能根据具体设计问题，合理选择原动机的类型(6) 了解功能分析法及机构创新的各种方法(7) 掌握各执行机构间协调设计以及机械运动循环图的分类、作用与设计原理(8) 了解在拟定机械运动系统方案时应考虑的基本原则及要点重点：(1) 功能原理方案设计(2) 执行构件运动规律设计(3) 执行构件运动协调设计(4) 机构选型、机构组合的创新设计及机械系统运动方案设计的方法与步骤难点：(1) 功能原理方案设计(2) 执行构件的运动规律设计(3) 执行构件运动协调设计(4) 机构组合的创新设计2. 教学内容(1) 功能分析、机构创新方法(2) 工作原理设计和工艺动作设计(3) 执行机构的协调设计和运动循环图(4) 机构选型及组合应用的一般原则，各种常用机构的适用场合及性能比较(5) 机械运动方案的构思与拟定、机械运动方案的评价(6) 机械传动系统运动简图设计举例 3. 教学方法和手段教学方法：启发式、项目教学法教学手段：多媒体与板书相结合四、实践教学环节1. 实验实验项目及学时分配一览表序号实验项目名称实验类型学时1机构运动简图测绘综合性22曲柄滑块机构运动学仿真综合性43渐开线齿轮范成实验验证性24渐开线齿轮几何参数的测量综合性22.课程设计(1) 目的和要求目的： 通过对某种简单机器进行机械系统的方案设计，使学生能够融会贯通机械原理及其它相关课程中所学的机器和机构设计的理论和方法，培养他们具备综合运用所学知识分析和解决生产实际中机器设计问题的能力，达到学以致用的教学目的 使学生具有机构选型、组合及运动方案确定的能力，培养机械创新设计意识 掌握机构尺度综合和运动学和动力学计算机仿真分析的方法（对口专业） 通过设计、运算、绘图及编写设计说明书等环节，培养学生查阅相关资料、独立思考、分析、归纳和总结的能力教学要求：按照一个简单机械系统的功能要求，综合运用所学知识，拟定机械系统的运动方案，并对其中典型机构进行分析和设计。学生应在教师指导下独立完成设计任务，绘制适量图纸、编制设计计算说明书。课程设计成绩单独评定，另设学分。(2) 学时：机械设计制造及其自动化专业（师范、专升本）：1周机械设计制造及其自动化专业（对口）：2周五、学时分配学时分配表序号内容理论课实验课习题课总学时1绪论222机构的结构分析6283平面机构运动分析4484平面机构的力分析335机械的效率与自锁336机械的平衡447机械运转及其速度波动的调节668连杆机构及其设计669凸轮机构及其设计6610齿轮机构及其设计1041411轮系及其设计4412其他常用机构2213机械系统的方案设计44合计601070六、课程考核1. 考核形式：闭卷考试。2. 成绩构成：期末考试成绩占6070%，实验占15%，平时成绩占1525%。平时成绩主要由出勤、课堂提问、作业及平时辅导答疑等情况综合评定。七、教学资源1. 主要参考教材1 孙桓主编. 机械原理. 北京：高等教育出版社，2010 2. 实验指导书1 杨卓娟，陈如娜主编. 机械设计综合实践教程. 成都：西南交通大学出版社，20063. 参考资料1 杨家军主编. 机械原理.上海：华中科技大学出版社，20092 邹慧君，张春林主编. 机械原理. 北京：高等教育出版社，19993 孙桓，李继庆，陈作模主编. 机械原理学习指南. 北京：高等教育出版社，19984 郭维林，韩朝主编. 机械原理同步辅导及习题全解. 北京：人民日报出版社，20084.学习网站1 中国高校课程网2 第一视频教程网3 西南交通大学机械原理国家级精品课程网站4 西北工业大学机械原理国家级精品课程网站附：实验教学大纲一、实验目的和要求通过实验，巩固和深入理解本课程所学习的基本理论知识，提高实践动手能力；了解一些与本课程有关的最基本的机械实验方法和运用实验方法研究机械的技术。二、实验内容及其要求实验一：机构运动简图测绘掌握根据实际机械或机构模型测绘机构运动简图的方法，初步掌握测绘机构运动简图的技能；验证和巩固机构自由度的计算公式；进一步巩固机构结构分析的知识。实验内容：1. 绘制三种机构运动简图 2. 计算三种机构自由度3. 对平面低副机构进行结构分析，拆分基本杆组，确定机构级别实验要求：1. 实验前完成实验报告中的预习问题2. 在实验室每个学生均需在草稿上完成三个机构运动示意图的绘制，并测得机构在某个位置所有转动副坐标及移动副的导路位置，经教师审阅后方可离开3. 课后根据选定的比例尺在实验报告上绘出三种机构的运动简图，计算机构的自由度，并对低副机构进行结构分析实验二：曲柄滑块机构运动学仿真实验掌握用矩阵法对曲柄滑块机构进行加速度分析及用MATLAB软件进行计算机仿真分析的方法。实验内容：1. 用矩阵法对曲柄滑块机构进行加速度分析2. 编写加速度仿真所需的M函数文件3. 画出加速度仿真模块图4. 给出仿真初始条件，运行仿真结果实验要求：1. 每个学生在实验前需根据已知条件编写加速度仿真所需的M函数文件，且画出加速度仿真的模块图2. 实验报告采用电子版，所有