机械原理与机械设计
实验指导书
刘 峰 沈小云 编
广东海洋大学工程学院
2009年12月
前 言
机械原理和机械设计（或机械设计基础）是机械类（或近机类）专业的主要的技术基础课，它们在基础课与专业课之间起着承上启下的作用；而实验是这些课程的重要实践环节。
对于实验课，同学们必须做到以下几点：
1．应按时参加实验，不得无故缺席。
2．实验前应认真复习教材的有关章节和讲授的内容，预习实验指导书，做好必要的准备工作。
3．实验时应严肃认真、积极思考、独立操作、相互配合，按照要求高质量地完成工作；并注意保持实验场地的安静、清洁。
4．实验报告或有关图纸应独立完成，按时上交。
5．爱护仪器设备和实验用具，未经教师许可，不得随意摆弄、擅自拆装；如有损坏、丢失，应立即报告，并酌情赔偿。
实验一 机构运动简图的测绘和分析
一、实验目的
1．学会根据各种机械实物或模型，绘制机构运动简图。
2．分析和验证机构自由度，进一步理解机构自由度的概念，掌握机构自由度的计算方法。
二、实验设备和工具
1．各类典型机械的实物或模型，量具。
2．铅笔、橡皮、草稿纸等（学生自备）。
三、实验原理和方法
1．实验原理
由于机构的运动仅与机构中所有构件的数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置有关，因此，在绘制机构运动简图时，可以撇开构件的形状和运动副的具体构造，而用一些简略的符号（见教科书或机械设计手册中有关“常用构件和运动副简图符号”的规定）来代表构件和运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，以此表明机构的运动特征。表1—1为常用符号示例。
2．实验方法
（1）使被测绘的机构缓慢地运动，从原动构件开始仔细观察机构的运动，分清各个运动单元，从而确定组成机构的构件数目。
（2）根据相互连接的两构件间的接触情况及相对运动的特点，确定各个运动副的种类。
（3）在草稿纸上徒手按规定的符号及构件的连接次序，从原动构件开始，逐步画出机构运动简图的草图。用数字1、2、3…分别标注各构件，用拉丁字母A、B、C…分别标注各运动副。
《机械原理》ppt课件目录
•机械原理概述
•机构的结构分析与设计
•机械传动与驱动
•机械系统动力学与振动
•机械制造工艺与装备
•现代机械设计方法与展望
01
机械原理概述
Chapter
定义
机械原理是研究机械系统中力和运动传递、转换及其控制规律的科学。
重要性
机械原理是机械工程学科的基础理论，为机械设计、制造、控制等提供理论支
撑，对于培养机械工程师的创新能力和解决复杂问题的能力具有重要意义。机械原理的定义与重要性研究对象
主要研究各种机构（如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和机器（如内燃机、电
动机、机床等）的工作原理、运动特性、力学性能以及设计计算方法等。
研究内容
包括机构的组成原理、运动学分析、动力学分析、机械效率与自锁、机器的平衡与
调速等。机械原理的研究对象和内容从古代简单机械到现代复杂机械系统，经历了漫长
的发展历程，逐渐形成了完整的理论体系。随着计算机技术的发展，机械原理的研究方法和手
段不断更新，正向数字化、智能化方向发展；同时，
随着新材料、新工艺的出现，机械原理的应用领域
也在不断扩展。
发展历程
发展趋势机械原理的发展历程和趋势
02
机构的结构分析与设计
Chapter机构定义
由刚性构件通过运动副连接而成的系统，用于传递运动和力。机构分类
根据运动特性可分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。运动副类型
包括低副（转动副、移动副）和高副（点接触、线接触）。机构的基本概念和分类
结构分析
通过自由度计算、运动链分析等
方法，确定机构的组成、运动特
性和约束条件。综合方法
基于功能需求，选择合适的机构
类型，进行组合、变异和演化，
设计出满足特定要求的机构。创新设计
运用创新思维和现代设计方法，
如拓扑优化、仿生学等，进行机
构创新设计。机构的结构分析和综合方法
满足功能需求、结构简单、制造容易、运行可靠、成本低廉等。设计原则
包括经验设计、类比设计、优化设计等。其中优化设计可采用数学规划、遗传算法等方法进行优化计算，得到最优设计方案。设计方法
通过典型案例分析，了解机构设计的实际应用和注意事项。如汽车发动机配气机构、工业机器人手臂机构等。
机械原理与设计（一）课程思政方案及实施案例
一、素质目标
1) 具有追求真理、实事求是、勇于探究与实践的科学精神；
2) 养成良好的自我学习和信息获取能力；
3) 提升学生创新设计能力；
4) 良好的交流、沟通、与人合作的能力
二、课程内容与要求
序号 教学任务 课程内容及教学要求 课程思政设计 教学活动设计 参考
学时
项
目
一 平面连杆机构 1.平面四杆机构的基本形式及演化
2.平面四杆机构曲柄存在的条件
3.平面四杆机构的性质
4.平面四杆机构的设计
5.平面四杆机构的设计 实训环节
(工匠精神) ：
1.平面四杆机构在工程及生活中的应用实例，让学生热爱专业热爱生活
2.平面四杆机构压力角的判别与测量
3.设计一具有急回特性的四杆机构并制作 1.走进车间及健身器材，了解平面四杆机构在工程及生活中的应用
2.变换四杆机构不同的压力角，观测机构传动能力的变化
3.应用CAD设计一具有急回特性的四杆机构并制作演示，满足最小传动角要求 10
项
目
二 凸轮机构 1.从动件运动规律
2.凸轮机构的压力角
3.图解法设计凸轮机构 1. 凸轮机构在工程及生活中的应用实例，让学生热爱专业热爱生活
2. 根据从动件运动规律，让学生认知在自动化生产线中工作规律的实现
3. 设计一凸轮机构并制作 1. 走进车间，了解凸轮机构在自动化生产线中的应用
2. 变换凸轮机构不同的压力角，观测机构传动能力的变化
3. 应用CAD设计一凸轮机构并制作演示，满足最小传动角要求 6
项
目
三 齿轮机构设计 1.渐开线齿廓及啮合特性
2.齿轮的参数设计
3.齿轮的加工
4.齿轮传动设计 1. 齿轮机构在工程及生活中的应用实例，让学生热爱专业热爱生活
2.从渐开线引发数学的其它曲线，引1. 走进车间，了解齿轮机构在机床变速中的应用
2. 变换渐开线的基圆，观测渐开线的变化，测量K点处的压力10 发学生思考齿轮为什么要选用渐开线，欣赏曲线的优美
1 第13章 机械原理课程设计题目汇编
近几年来，随着机械原理课程教学改革的不断深入，机械原理课程设计的重点应放在机械系统运动方案的构思和设计上，以激发和培养学生的创新意识和创新设计能力,这已成为共识。本书从这一认识出发，并根据《机械原理课程教学基本要求》中对机械原理课程设计提出的要求，汇编了二十个课程设计题目，供教师选用和参考。
13.1 四工位加工机床的刀具进给系统和工作台转位系统设计
(1) 功能要求及工艺动作分解提示
1) 总功能要求
实现对工件的装卸、钻孔、扩孔、铰孔。
2) 工作原理及工艺动作分解提示
四工位加工系统的工作原理及工艺动作分解如图13.1所示。该系统由安装工件的回转工作台和装有刀具的主轴箱及传动部分组成。工作台有四个工位，能绕自身回转轴线作间歇转动。主轴箱上装有三把刀具，对应工作台Ⅱ位置装钻头，Ⅲ位置装扩孔钻头，Ⅳ位置装铰刀。刀具的旋转运动由主轴箱系统提供，主轴箱能实现静止、快进、进给、快退的工艺动作。主轴箱完成一次静止、快进、进给、快退的循环运动，在四个工位上分别完成相应的装卸、钻孔、扩孔、铰孔工作，在刀具退出工件期间，工作台完成一次回转90度的转动。依次循环四次，一个工件就完成了装、钻、扩、铰、卸等工序。
(2) 原始数据和设计要求
1) 刀具顶端离开工件表面65mm开始动作(图13.2)，快速移动60mm距工件5mm时匀速送进60mm，然后快速返回，回程和工作行程的平均速比(行程速度变化系数)K＝2。
2) 刀具匀速进给速度为2mm/s；工件装卸时间不超过10s。 图13.1 图13.2 2 3) 生产率为每小时约74件。
(3) 运动方案构思提示
1) 工作台的间歇转动可采用槽轮机构、不完全齿轮机构，曲柄摇杆棘轮机构、蜗杆凸轮间歇机构、圆柱凸轮间歇机构等。
