《机械原理》课程大纲

《机械原理》课程教学大纲

、课程基本信息

英文名称PrinciplesofMechanics课程代码VEEN2301

课程性质大类基础课程授课对象车辆工程专业

学分2.5学时共45,讲课45学时

主讲教师修订日期2021.06.23

指定教材孙桓等主编.机械原理（第八版）.高等教育出版社，2013年.

二、课程目标

（一）总体目标：

《机械原理》课程是研究机械基础理论的一门课程，是机械工程、车辆工程等专业普遍

开设的的一门主干技术基础课程，在培养学生的机构分析与设计能力方面占有重要地位。通

过本课程的学习，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，学会

各种常用基本机构的分析和综合方法，并初步具有按照机械的使用要求拟定机械系统方案的

能力。从而能够分析车辆工程问题，并用于车辆工程问题解决方案的比较与综合。

（-）课程目标：

课程目标1:掌握机构的基本组成原理，机械、机器、机构、构件•、运动副等基本概念，

平面机构的表示方法和机构运动的基本条件，能正确绘制机构运动简图，掌握用机械原理的

语言来表达机械；

课程目标2：掌握平面机构的运动分析、动力分析的其本理论与方法，并用于解决车辆

复杂工程问题的表达、建模和求解问题的能力；

课程目标3：掌握平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系等常用机构的基本类型、

基本原理以及设计方法，并具有应用相关原理和方法进行车辆工程领域的机构的比较与综合;

（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系

本课程支撑专业培养il•划中毕业要求1、毕业要求2：

毕业要求观测点1-4.能够将相关知识和数学模型方法用于推演、分析车辆工程问题，

并用于车辆工程问题解决方案的比较与综合。

毕业要求观测点27.掌握车辆工程专业知识，能运用相关科学原理，识别和判断车辆

复杂工程问题的关键环节。

表1:课程目标与毕业要求的对应关系表

\^毕业要求毕业要求指毕业要求指

标点1-4标点2-1

课程目标\

（权重0.3）（权重0.2）

课程目标1V

课程目标2V

课程目标3V

表2：课程目标与课程内容的对应关系表

课程目标对应课程内容

课程目标1第1章、第2章

课程目标2第3章、第4章、第5章、第6章、第7章

课程目标3第8章、第9章、第10章、第11章、第12章、第14章

三、教学内容

3.1讲授内容

第一章绪论

（一）教学内容

（1）以单缸内燃机为例引入研究对象及研究内容；

（2）学习本课程的目的：

（3）如何进行本课程的学习：

（4）机械原理学科发展现状简介

（二）知识、能力与素质的要求

（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。

（三）重点与难点

（1）了解本课程的研究对象及主要研究内容:

（2）了解本课程的学习方法：

第二章机构的结构分析

（一）教学内容

（1）机构结构分析的内容及目的；

（2）机构的组•成及分类；

（3）机构运动简图；

（4）机构具有确定运动的条件：

（5）机构自由度的计算;

（6）计算机构自由度时应注意的事项；

（7）平面机构的组成原理、结构分类及结构分析：

（8）平面机构中的高副低代

（二）知识、能力与素质的要求

（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，正确计算运动副的数目（复合

校链），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）通过分析刹车机构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。

（三）重点与难点

1.重点

（1）构件、运动副、运动链和机构的概念：

（2）机构运动简图的绘制：

（3）以汽车减振悬挂机构和大型安全制动器为例分析平面机构自由度的

计算方法。

2.难点

机构运动简图的绘制，虚约束的识别及除去方法。

第三章平面机构的运动分析

（一）教学内容

（1）机构运动分析的任务、目的和方法：

（2）用图解法作机构的运动分析；

（3）用解析法作机构的运动分析：

（二）知识、能力与素质的要求

（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，会确定一般平面机构的全部

瞬心，能用瞬心法对平面II级机构进行速度分圻；

（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II级机构进行运动分析，

能用计算机作图画出机构运动曲线。

（三）重点与难点

1.重点

（1）速度瞬心、三心定理概念：

<2）确定•般平面机构的全部瞬心，对平面n级机构进行速度分析:

（3）矢量方程图解法的基本原理及作法；

（4）用矢量方程图解法作机构的速度及加速度分析：

2.难点

<1）速度瞬心概念：

（2）矢量方程图解法与理论力学分析方法的异同点；

第四章平面机构的力分析

（一）教学内容

（1）机构力分析的任务、目的和方法：

（2）构件惯性力的确定；

（3）运动副中摩擦力的确定；

（4）考虑摩擦时机构的受力分析：

<5）不考虑摩擦时机构的动态静力分析。

（二）知识、能力与素质的要求

（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。

（三）重点与难点

1.重点

<1>摩擦圆的概念及转动副中总反力作用线的确定；

（2）考虑摩擦时机构的力分析。

2.难点

转动副中摩擦力矩及总反力方位的确定。

第五章机械的效率和自锁

（一）教学内容

（1）机械的效率：

（2）机械的自锁。

（二）知识、能力与素质的要求

<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）掌握简单机械机械效率和自锁条件的求解方法。

（三）重点与难点

1.重点

机械效率计算和机械自锁条件的确定。

2.难点

机械自锁条件的确定

第六章机械的平衡

（一）教学内容

（1）机械平衡的目的和内容：

（2）刚性转子的平衡计算；

（3）刚性转子的平衡实验；

（4）转子的许用不平衡量和许用不平衡度；

（5）平面机构的平衡。

（二）知识、能力与素质的要求

（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。

（三）重点与难点

刚性转子的平衡设计方法。

第七章机械的运转及其速度波动的条件

（一）教学内容

（1）概述：

（2）机械的运动方程式；

（3）机械运动方程式的求解：

（4）稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节：

（5）机械的咔周期性速度波动及其调节。

（二）知识、能力与素质的要求

（1）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：

（2）掌握稳定状态下机械的周期性速度波动及其调节方法；

（3）飞轮调速原理，掌握飞轮转动惯量的简易计算法：

（4）了解机械的非周期性速度波动及其调节方法。

（三）重点与难点

1.重点

（1）机械系统的等效动力学模型；

（2）机械的周期性速度波动产生的原因及其调节原理和方法；

（3）能量指示图法计算最大盈亏功：

2.难点

机械系统的等效动力学模型（等效转动惯量或等效质量和等效力矩或等效

力的概念）

第八章连杆机构及其设计

（一）教学内容

（1）连杆机构及其传动特点；

（2）平面四杆机构的类型及应用：

（3）平面四杆机构的基本知识：

（4）平面四杆机构的设计

（二）知识、能力与素质的要求

（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、演化型式及车辆应用实例；

（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

（三）重点与难点

1.重点

（1）平面四杆机构的基本型式及演化型式：

（2）平面四杆机构的基本知识；

（3）平面四杆机构的设计.

2.难点

根据具体设计条件及实际需要，选择合适的孔构型式和合理的设计方法

第九章凸轮机构及其设计

（一）教学内容

（1）凸轮机构的应用及分类；

（2）推杆的运动规律；

（3）凸轮轮廓曲线的设计

（4）凸轮机构基本尺寸的确定.

（-）知识、能力与素质的要求

（1）了解&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。

（三）重点与难点

L重点

（1）根据适用场合和工作要求选择凸轮机构的型式、根据工作要求和使

用场合选择或设计从动件的运动规律：

（2）合理选择凸轮的基圆半径、正确设计出凸轮廓线、对设计出来的凸

轮机构进行分析以校核其是否满足设计要求；

2.难点

反转法原理

第十章齿轮机构及其设计

（一）教学内容

（1）齿轮机构的特点及类型；

（2）齿轮的齿廓曲线；

（3）渐开线齿廓及其啮合特点；

（4）渐开线标准齿轮的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）直齿锥齿轮传动；

（10）蜗轮蜗杆传动

（二）知识、能力与素质的要求

（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；

（7）了解其他齿轮机构的啮合特点和适用场合。

（三）重点与难点

1.重点

（D齿廓啮合基本定律；

（2）直齿圆柱齿轮的正确啮合条件和连续传动条件；

（3）标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算；

（4）根切原理，齿轮变位修正；

（5）斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算及当量齿轮概念。

2.难点

（1）直齿圆柱齿轮的啮合特性；

（2）根切原理及齿轮变位修正。

第十一章齿轮系及其设计

（一）教学内容

（1）齿轮系及其分类；

（2）定轴轮系的传动比；

（3）周转轮系的传动比；

（4）复合轮系的传动比；

（5）轮系的功用；

（6）行星轮系的效率；

（7）行星轮系的类型选择及设计的基本知识。

（二）知识、能力与素质的要求

（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）掌握轮系在车辆工程上的应用实例。

（三）重点与难点

L重点

（1）轮系的分类；

（2）周转轮系传动比计算；

（3）复合轮系传动比计算。

2.难点

（1）周转轮系的认识及传动比计算；

（2）复合轮系传动比计算。

第十二章其他常用机构

（一）教学内容

（1）棘轮机构；

（2）槽轮机构；

（3）擒纵机构；

（4）凸轮式间歇运动机构；

（5）不完全齿轮机构；

（6）螺旋机构。

（二）知识、能力与素质的要求

（1）着重了解2〜3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2~3种其他常用机构的运动特点及应用场合。

（三）重点与难点

2~3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；

第十四章机械系统的方案设计

机构的选型及机械原理的拟定。在前面章节的学习中渗透本章的学习内容。

四、学时分配

表4：各章节的具体内容和学时分配表

章节章节名称学时分配

第一章绪论1

第二章机构的结构分析5

第三章平面机构的运动分析3

第四章平面机构的力分析3

第五章机械的效率和自锁3

第六章机械的平衡3

机械的运转及其速度波动的

第七章3

调节

第八章连杆机构及其设计6

第九章凸轮机构及其设计4

第十章齿轮机构及其设计8

第十一章齿轮系及其设计5

第十二章其他常用机构1

总计45

注：1、课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；

2、主要教学方法包括讲授法、讨论法、基于问题(PBL)、案例(CBL)等方法。

五、教学进度

表5：教学进度表

日章节授课备

周次内容提要作业及要求注

期名称时数

绪论

作业：

第一节本中研究的

对象及内容：1、搜集文献及资料整理一篇

第二节学习机械原机械发展的文章

第一章

1理课程的目的：2要求：

绪论

第三节如何学习本1、明确本课程的研究对象及

课程及学科发展简研究内容

介。2、对机械原理学科的发展现

状有所了解

第二章机构的结构

作业：

分析

第一节机构的组成1、完成课后教师指定的问答

及表达：题和计算题。

第二章

第二节机构具有确要求：

机构的

1-2定运动的调节；41、理解机构组成的基本要素

结构分

第三节机构自由度、能够绘制机构运动简图

析2

的计鸵及注意事项3、掌握机构具有确定运动的

第四节平面机构的调节并能计算机构的自由度

组成原理、结构分类

及结构分析

第三章平面机构的运作业：

动分析

1、完成课后教师指定的问答

第一节机构运动分题和计算题。

第三章析的任务、目的和方

平面机要求：

3法4

构的运1、了解机构运动分析的目的

第二节用图解法作

动分析2、理解速度瞬心的概念并能

机构的运动分析

用瞬心法对机构作速度分析

第三节用解析法作

3、能用图解法对机构作运动

机构的运动分析

分析

第四聿平面机构的作业：

第四章力分析

1、完成课后教师指定的问答

平面机第一节机构力分析的

42题。

构的力任务、目的和方法

分析第二节运动副中摩要求：

擦力的确定

1、了解机构中作用的各种力

第三节考虑摩擦时机的分类及机构力分析的目的

构的受力分析和方法。

2、搞清当量摩擦系数、摩擦

圆、总反力等概念和意义，并

能对常见的儿种运动副中摩

擦力、摩擦力矩和总反力进行

分析和计算

3、对常见简单机构进行力分

析与计算。

作业：

1、完成课后教师指定的问答

第五章机械的效率题。

第五章和自锁

机械的要求：

5第一节机械的效率6

效率和

第二节机械的自锁1、理解自锁、机械效率的概

自锁念和意义

2、掌握判断自锁条件的四种

方法

第六老机械的平衡作业：

第一节机械平衡的

、完成课后教师指定的问答

目的及内容1

题和计算题。

第二节刚性转子的

第六章平衡计兜及平衡实验要求：

第三节转子的需用

6机械的41、掌握刚性转子静、动平衡

平衡不平衙量和需用不平的原理和方法，明确转子许用

衡度不平衡量的意义。

第四节平面机构的

2、了解平面四杆机构的平衡

平衡原理

第七章机械的运转

及其速度波动的调节作业：

第七章

机械的第一节机械的运动方1、完成课后教师指定的问答

运转及程式：题。

72

其速度第二节机械运动方程

要求：

波动的式的求解；

调节第三节周期性速度波1、了解简离单自由度机械系

动的调节统等效动力学模型及运动方

第四节非周期性速程式的方法。

度波动的调节2、能求解运动方程式。

3、掌握飞轮调速原理，掌握

飞轮转动惯量的计算方法。

作业：

1、完成课后教师指定的问答

题。

第八章连杆机构及

要求：

其设计

第一节连杆机构及1、了解连杆机构的传动特点

及其优缺点；

第八章其传动特点；

2、r解四杆机构的基本形式、

连杆机第二节平面四杆机构

8-92演化方法及演化形式和应用

构及其的类型及应用：

设计第三节平面四杆机实例：

构的基本知识;3、掌握四杆机构的一些基本

第四节平而四杆机构知识，并能分析这些基本特

的设计；性：

4、能按连杆的三个位置、两

连架杆的两对对应位移角及

行程速比系数等条件设计平

面四杆机构。

作业：

第九章凸轮机构及

其设计1、完成课后教师指定的问答

题和计第题。

第一节凸轮机构的

第九章应用及分类要求：

第二节推杆的运动

凸轮机、了解凸轮机构的类型和应

10-1121

构及其规律用；

设计第三节凸轮轮廓曲

2、对推杆机构的运动规律的

线的设计种类、选择有明确的概念；

第四节凸轮机构基3、掌握凸轮廓线的设计方法：

本尺寸的确定

4、掌握盘形凸轮机构的基本

尺寸的确定方法。

第十章齿轮机构及其作业：

第十章设计

1、完成课后教师指定的问答

齿轮机第一节齿轮机构的

12-132题。

构及其特点及类型

设计第二节齿轮的齿廓曲要求：

线

1、了解齿轮机构的类型和应

第三节渐升线齿廓用：

及其睛合特点2、掌握齿廓啮合基本定律的

第四节渐开线标准概念

齿轮的基本参数及几3、掌握渐开线直齿1员1柱齿轮

何尺寸传动的啮合特性

第五节渐开线直齿4、掌握标准直齿圆柱齿轮传

圆柱齿轮的啮合传动动的基本参数和几何尺寸计

第六节渐开线齿廓算；

的切制原理与根切现5、了解根切现象及最少齿数，

象齿轮的变位修正和变位齿轮

第七节渐开线变位传动的基本概念；

齿轮简介6、掌握标准斜齿圆柱齿轮传

第八节斜齿圆柱齿动的几何尺寸计算

轮传动7、了解直齿锥齿轮传动和蜗

第九节锥齿轮和蜗杆传动的特点。

轮蜗杆机构

第十一章齿轮系及其作业：

设计

、完成课后教师指定的问答

第一节齿轮系及其分1

题。

类

第十一第二节定轴轮系、周要求：

章齿轮

14-15转轮系、复合轮系的2、了解轮系的分类及应用

系及其1

传动比

设计2、掌握轮系传动比的计算方

第三节轮系的功用法；

第四节行星轮系的效

3、了解行星轮系的效率计和

率、类型选择及设计以及选型和齿轮齿数选取等

的基本知识

行星轮系设计的基本知识。

第十二章其他常用机作业：

构

、完成课后教师指定的问答

第一节棘轮机构1

第十二题。

第二节槽轮机构

15其他常2

第三节凸轮式间歇要求：

用机构

运动机构对本章涉及到的常用机构的

第四节不完全齿轮工作原理、运动特点、应用场

机构合及设计要点有所了解。

六、教材及参考书目

L教材：

孙桓等主编.机械原理（第八版）.高等教育出版社,2013.

2.参考书:

[1]陈作模.机械原理学习指南（第五版），高等教育出版社,2008.

[2]申永胜.机械原理教程:第三版）.清华大学出版社,2018.

网申永胜.机械原理学习指导清华大学出版社,2015.

七、教学方法

1.采用多媒体教学手段，建议采用讲授、讨论、练习相结合，多种教学手段综合运用。

2.课后共需完成大约60道课后思考题以及40道习题作业，以加深学生对所学内容的

理解和掌握，井要完成平面连杆机构或凸轮机构的运动分析，用计算机编程画出运动特性曲

线。

八、考核方式及评定方法

（一）课程考核与评价方式及成绩比例

（1）平时成绩占30%：各阶段内容结束后测试厂3题，进行阶段测试2-3次。按30%

计入课程总成绩。

（2）期中考试占20%：试卷题型包括单选题、简答题和分析计算作图题四类，期末考

试卷而成绩满分为100分，最终按10%计入总成绩。

（3）期末考试占50%：试卷题型包括单选题、简答题和分析计算作图题四类，期末考

试卷面成绩满分为100分，最终按50%计入总成绩。

（-）评定方法

1.评定方法

课程成绩评定：课程成绩=平时成绩X30%+期中考试成绩X20%+期末考试成绩X50乐

成绩分数的具体构成如下：

表6：课程目标达成考核与评价方式及成绩评定

考核与评价方式及成绩比例（%）

支撑毕成绩比例

课程目标课程实课程设课程实课程考

业要求平时（%）

验计践试

课程目标11-44.510.515

课程目标22-17.517.525

课程目标31-4184260

合计3070100

2.课程目标的达成度分析

表7：课程目标的达成度分析表

实际评测结果

对应考核形式对应总分达成度

课程目标（学生达到的平均水平）

达成度;实

平时考核

（三时成绩X30%）/3+课程考30/3+10.5际测评结

课程目标1期中考试

试对应试题平均分=20.5果/对应总

期末考试

分

达成度=实

平时考核

（三时成绩x30%）/3+课程考30/3+17.5际测评结

课程目标2期中考试

试对应试题平均分=27.5果/对应总

期末考试

分

达成度;实

平时考核

（三时成绩x30%）/3+课程考30/3+42际测评结

课程目标3期中考试

试对应试题平均分=52果/对应总

期末考试

分

（三）评分标准

1.期末考试评价标准

表8：期末考试评价标准

评分标准

课程90-10080-8970-7960-69<60

目标优良中合格不合格

ABCDF

能完整、准确、清能基本完整和准确基本能了解机械勉强能了解机械