机械原理课程教学大纲
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《机械原理》课程教学大纲 一、课程简介 课程名称：机械原理 英文名称：The Principle of Machinery 课程代码：0110933 课程类别：学科基础课 学 分：4 总学时数：58+6 先修课程：画法几何与机械制图、计算机辅助设计、理论力学、材料力学 课程概要： 机械原理是研究机械的基本理论——有关机构学和机械动力学等问题的一门主干技术基础课。它的任务是使学生掌握机构学和动力学的基本理论，基本知识和基本技能，并初步具有确定机械运动方案，分析和设计机构的能力。它在培养机械类高级工技术人才的过程中，具有增强学生对机械技术工作的适应性，培养其开发创新的作用。
二、教学目的及要求 1、要求掌握的基本知识： 机构结构的基本知识，常用机构的工作原理和运动特点，机构的运动分析和动力分析。 2、要求掌握的基本理论和方法： 平面机构的自由度计算，平面机构简图测绘及机构组成原理。 平面机构的运动分析和力分析。 常用机构的类型、特点、应用及其设计。 熟悉常用机构的结构，特点和应用。 轮系的分类和应用。计算轮系的传动比，了解轮系设计的基本问题。 了解机构组合的基本知识。 机械系统设计的一般过程和创新设计的基本知识。 机械系统动力学：单自由度机械系统等效力学模型。机械运动方程式。周期性与非周期性速度波动的调节原理。飞轮转动惯量的近似计算方法。刚性转子静平衡，动平衡的原理和方法。了解平面机构振动力的平衡原理。 3、要求掌握的基本技能： 对机构进行运动学、动力学分析，具有综合简单机械传动方案的能力。
三、教学内容及学时分配
第一章 绪论（1学时） 机械原理研究的对象和内容。 机械原理在教学计划中的地位、作用和任务。 如何进行本课程的学习。 本章的重点：是介绍本课程研究的对象及内容。
第二章 机构的结构分析（5学时） 运动副，平面运动副的类型。运动链。 机构运动简图。平面机构的结构公式，计算平面机构自由度的注意事项，机构具有确定运动的条件。 机构的组成原理。*机构的结构分类。 本章的重点：运动副和运动链的概念、机构运动简图的绘制、机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。 本章的难点：机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理问题。
第三章 平面机构的运动分析（2学时） 理解速度瞬心的概念并能运用“三心定理”确定一般平面机构各瞬心的位置；用瞬心法对简单高、低副机构进行运动分析。 本章的重点：速度瞬心的概念和“三心定理”的应用 。 本章的难点：机构的速度及加速度分析。
第四章 平面机构的力分析（2学时） 了解机构中作用的各种力及机构力分析的目的；能对一般的机构进行动态静力分析，确定各运动副的反力及所需加于机械上的平衡力。 本章的重点：掌握机构力分析的方法，确定所需加于机械上的平衡力。 本章的难点：对一般的机构进行正确的动态静力分析。
第五章 机械的效率和自锁（3学时） 移动副、转动副（轴颈）中摩擦力计算。 考虑摩擦时，简单高、低副机构的静力分析。 机械的效率。 机械的自锁。 本章的重点：机械的机械效率、自锁现象及自锁条件和考虑摩擦时各种运动副中的力分析。 本章的难点：机械效率的概念及机械的自锁和自锁条件；摩擦圆的概念及转动副中总反力作用线的确定。
第六章 机械的平衡 （3学时） 刚性转子静平衡和动平衡的原理和计算。 平面连杆机构的平衡。 本章的重点：刚性转子静、动平衡的原理和方法。 本章的难点：刚性转子动平衡概念的建立。
第七章 机械的运转及其速度波动的调节 （3学时） 了解建立单自由度机械系统等效动力学模型：等效力和等效力矩、等效质量和等效转动惯量的计算。 了解飞轮调速原理和飞轮转动惯量的近似计算方法。 简介非周期性速度波动的调节。 本章的重点：等效力（力矩）、等效质量（转动惯量）、等效构件和等效动力学模型的概念；飞轮转动惯量的计算。 本章的难点：飞轮转动惯量的计算方法。
第八章 平面连杆机构及其设计 （8学时） 铰链四杆机构的基本形式、演化和应用举例。 四杆机构曲柄存在的条件，压力角、传动角、死点和行程速比系数。 四杆机构的设计：按连杆给定位置、按连架杆给定对应位置、按行程速比系数设计四杆机构。 简介四杆机构设计的实验法。 本章的重点：平面铰链四杆机构的演化；曲柄存在条件、传动角、死点、急回运动、行程速比系数、运动连续性、平面四杆机构综合的一些基本知识； 本章的难点：曲柄存在条件的杆长关系式的全面分析、平面多杆机构的传动角和平面四杆机构最小传动角的确定。
第九章 凸轮机构及其设计 （6学时） 凸轮机构的应用和分类。 从动件的常用运动规律：等速运动、等加速等减速运动、简谐运动、正弦加速度运动。 用图解法或解析法设计凸轮的轮廓曲线。 凸轮机构的压力角，基圆半径和滚子半径的确定。 本章的重点：推杆常用运动规律的特点及其选择原则；盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计；凸轮基圆半径与压力角及自锁的关系。 本章的难点：凸轮廓线设计中所应用的“反转法”原理和压力角的概念。
第十章 齿轮机构及其设计 （12学时） 齿轮机构的应用和分类。 齿廓啮合基本定律。 渐开线的形成、特性及其参数方程。 渐开线齿廓的啮合传动：能保证定传动比，传动特点。 渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分的名称、基本参数和几何尺寸。 渐开线圆柱齿轮任意圆上的齿厚。公法线长度。 一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件及连续传动的条件。 渐开线齿廓的展成原理。 渐开线齿廓的根切现象。 用标准齿条型刀具切制标准齿轮而不发生根切的最少齿数。 变位齿轮传动：最小变位系数，变位齿轮的几何尺寸，无侧隙啮合方程。*变位齿轮的传动类型和设计步骤。 斜齿圆柱齿轮传动：齿廓曲线的形成，啮合特点，标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸。 圆锥齿轮传动：传动特点，齿面的形成，背锥与当量齿轮，标准直齿圆锥齿轮的几何计算。 蜗轮蜗杆传动：蜗轮蜗杆的形成，基本参数，几何尺寸，计算特点。 本章的重点：渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动的基本理论和设计计算。 本章的难点：共轭齿廓的确定；一对轮齿的啮合过程；变位齿轮传动；斜齿轮和锥齿轮的当量齿轮和当量齿数。
第十一章 轮系及其设计（3学时） 轮系的分类和应用。 定轴轮系传动比的计算。 周转轮系，混合轮系传动比的计算。 *行星轮系的效率。 *行星轮系设计的基本知识：行星轮系类型的选择，确定行星轮系中各轮齿数应满足的条件。 本章的重点：周转轮系及复合轮系传动比的计算，轮系的功用及行星轮系设计中齿轮齿数的确定问题。 本章的难点：如何将复合轮系正确划分为各基本轮系。
第十二章 其它常用机构（4学时） 万向连轴节。螺旋机构。棘轮机构。不完全齿轮机构。槽轮机构。 本章的重点：各种常用机构的运动特点和适用场合。
第十四章 机械系统的方案设计 （2学时） 机构选型的基本知识。运动循环图和机构组合应用。机械系统传动方案的拟定。 注：*为选讲内容
习题课及总复习：（4学时）
章节 学时 备注
第一章 绪论 1学时 第二章 机构的结构分析 5学时 教学视频资料1 第三章 平面机构的运动分析 2学时 第四章 平面机构的力分析 2学时 第五章 机械的效率和自锁 3学时
第六章 机械的平衡 3学时 教学视频资料 1 第七章 机械的运转及其速度波动的调节 3学时
第八章 平面连杆机构及其设计 8学时 教学视频资料 2 第九章 凸轮机构及其设计 6学时 教学视频资料 1
第十章 齿轮机构及其设计 12学时 教学视频资料4 第十一章 轮系及其设计 3学时 教学视频资料 1 第十二章 其它常用机构 4学时 教学视频资料2 第十四章 机械系统传动方案的拟定 2学时 教学视频资料 1
习题课及总复习： 4学时 四、课程教学的基本要求 教学方法：采用启发式教学，举例注意典型性，重视作业练习，培养自学能力。 教学手段：教学要充分利用投影仪、CAI课件等先进的手段。习题课主要帮助学生消化和巩固所学的知识，培养学生的分析问题和解决问题的能力，提高他们的空间逻辑思维和形象思维能力，形式可以多样。根据课堂实际，教师可以利用辅导课积极引导学生按照正确的思维方法与解题步骤完成习题和作业。在培养空间逻辑思维和形象思维能力、指导自学、查阅手册、资料，尤其是对于基本技能、认真负责的工作态度、严谨细致的工作作风的培养和训练以及教书育人方面，辅导课尤为重要。加强这一环节可以显著提高学时效率。
五、考核办法 闭卷考试，笔答，成绩按平时成绩占30%（包括出勤和作业15%+实验15%）、考试成绩占70%考核，百分制。
六、教材及参考书
教材： [1] 孙桓、陈作模、葛文杰主编，《机械原理》，高等教育出版社，2010年12月第13版。 [2] 邹慧君 等编，《机械原理》第二版，高等教育出版社，2006年5月第2版。 主要参考书： [1] 邹慧君 等编，《机械原理学习指导与习题选解》，高等教育出版社，2007年3月第1版。 [2] 郭维林、刘东星 等编，《机械原理同步辅导及习题全解》，水利水电出版社，2010年12月第4版。 [3] 郭卫东等编，《机械原理教学辅导与习题解答》，科学出版社，2010年6月第1版。
