《机械原理》教学大纲 Principles of mechanics 课程编号:0403021 使用专业:机械设计制造及其自动化 学时数:56 学分数:3.5 执笔者:边红丽 编写日期:2004年2月 课程的性质和任务 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,它的任务是 使学生掌握杋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 、课程的基本要求 (一)学生学完本课程后应具有下列知识和技能 1.掌握机构结构的基本知识和机构的组成原理,掌握机构运动简图的绘制方法 2.具有对平面机构进行运动分析和力分析的能力,尽量运用计算机和CAD技术; 3.了解各种常用机构的运动特性和动力特性,并初步具有根据给定的运动要求或传力条 件选择机构的类型及其组合以及进行机构综合的能力; 4.了解机械的平衡和机械运转速度波动调节的原理和计算方法 5.了解机械传动系统方案设计的基本常识,并初步具有机构创新的能力。 (二)、教学环节包括:课堂讲授及习题课、课外作业、实验、考试等。通过各个环节 的教学,重点培养学生的自学能力、动手能力、分析问题和解决问题的能力。 1.课堂讲授 (1)教学方法 采用启发式教学,调动学生学习的主观能动性,培养学生思考问题、分析问题和解决问 题的能力;引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识,以“少而精”为原则,精选教学内容, 精讲多练;通过各章的课外习题,培养学生分析问题、解决问题的能力 (2)教学手段 在教学中采用电子教案、CAⅠ课件及多媒体教学等先进教学手段,将传统教学与多媒体 教学相结合,提高课堂信息量,增加教学的直观性。 (3)计算机的应用 尽量以解析法为主,多安排学生自己上机编程进行机构的设计和机构运动及动力分析。 2.教学辅助资料 机械原理教学软件、机械原理习题集、实验指导书、机械原理试题库 3.实验环节 (1)实验要求 实验课是本课程中重要的实践环节。目的是培养学生运用实验方法研究机械的能力。 (2)建议选择的实验教学内容和学时分配
《机械原理》教学大纲 Principles of Mechanics 课程编号：0403021 使用专业: 机械设计制造及其自动化 学 时 数： 56 学 分 数：3.5 执 笔 者: 边红丽 编写日期：2004 年 2 月 一、 课程的性质和任务 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，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。 二、 课程的基本要求 （一）、学生学完本课程后应具有下列知识和技能： 1．掌握机构结构的基本知识和机构的组成原理，掌握机构运动简图的绘制方法； 2．具有对平面机构进行运动分析和力分析的能力，尽量运用计算机和 CAD 技术； 3．了解各种常用机构的运动特性和动力特性，并初步具有根据给定的运动要求或传力条 件选择机构的类型及其组合以及进行机构综合的能力； 4．了解机械的平衡和机械运转速度波动调节的原理和计算方法； 5．了解机械传动系统方案设计的基本常识，并初步具有机构创新的能力。 （二）、教学环节包括：课堂讲授及习题课、课外作业、实验、考试等。通过各个环节 的教学，重点培养学生的自学能力、动手能力、分析问题和解决问题的能力。 ⒈ 课堂讲授 ⑴教学方法： 采用启发式教学，调动学生学习的主观能动性，培养学生思考问题、分析问题和解决问 题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，以“少而精”为原则，精选教学内容， 精讲多练；通过各章的课外习题，培养学生分析问题、解决问题的能力。 ⑵教学手段 在教学中采用电子教案、CAI 课件及多媒体教学等先进教学手段，将传统教学与多媒体 教学相结合，提高课堂信息量，增加教学的直观性。 ⑶计算机的应用 尽量以解析法为主，多安排学生自己上机编程进行机构的设计和机构运动及动力分析。 ⒉ 教学辅助资料 机械原理教学软件、机械原理习题集、实验指导书、机械原理试题库。 ⒊ 实验环节 ⑴实验要求： 实验课是本课程中重要的实践环节。目的是培养学生运用实验方法研究机械的能力。 ⑵建议选择的实验教学内容和学时分配
①机构运动简图的测绘与分析(2学时 ②机构演示实验(2学时) ③机构设计组装及运动参数检测(2学时) ④齿轮的范成原理(利用多媒体课件进行演示)(2学时) ⑤回转件的平衡(2学时) ⑥平面连杆机构创意设计实验(一周) 注:③、④、⑤选一项,⑥为开放型实验 4.习题课、课外作业 ()习题课∶安排在机构的结构分析和综合、连杄机构的分析和设计、齿轮传动、轮系等 主要章节。 (2)课外习题 可根据教材各章的习题要求有目的地选择,并根据教学重点内容的要求选择教学辅助资 料的有关习题;学生作业完成情况应作为评定课程成绩的-部分。 5.考试环节 课程考试形式采用笔试,参照试题库命题,题型分为:填空、选择、简答、判断、计算 题等题型 三、课程教学内容与学时分配 第一章绪论(讲授1学时) 明确本课程硏究的对象和内容,以及课程的性质和任务。介绍机械原理学科发展的趋势。 第二章机构的结构分析和综合(讲授6学时、实验2学时) 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 难点:机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理 1、常用机构的运动简图绘制 2、平面结构自由度计算 3、平面机构组成的基本原理; 4、平面结构的结构综合。 第三章连杄机构分析和设计(讲授16学时、实验2学时) 重点:平面铰链四杄机构的演化,四杄机构的设计;用解析法对平面连杄机构作速度和 加速度分析;速度瞬心的概念和“三心定理”的应用。 难点:曲柄存在条件的全面分析、平面四杄机构最小传动角的确定;四杄机构的设计 杆组法运动分析的数学模型的建立。 1、平面四杆机构的类型、应用及其演化
①机构运动简图的测绘与分析 （2 学时） ②机构演示实验 （2 学时） ③机构设计组装及运动参数检测 （2 学时） ④齿轮的范成原理 (利用多媒体课件进行演示) （2 学时） ⑤回转件的平衡 （2 学时） ⑥平面连杆机构创意设计实验 （一周） 注：③、④、⑤选一项，⑥为开放型实验。 ⒋ 习题课、课外作业 ⑴习题课：安排在机构的结构分析和综合、连杆机构的分析和设计、齿轮传动、轮系等 主要章节。 ⑵课外习题 可根据教材各章的习题要求有目的地选择，并根据教学重点内容的要求选择教学辅助资 料的有关习题；学生作业完成情况应作为评定课程成绩的一部分。 5．考试环节 课程考试形式采用笔试，参照试题库命题，题型分为：填空、选择、简答、判断、计算 题等题型。 三、课程教学内容与学时分配 第一章 绪论 (讲授 1 学时) 明确本课程研究的对象和内容，以及课程的性质和任务。介绍机械原理学科发展的趋势。 第二章 机构的结构分析和综合 (讲授 6 学时、实验 2 学时) 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。 难点：机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理。 1、常用机构的运动简图绘制； 2、平面结构自由度计算； 3、平面机构组成的基本原理； 4、平面结构的结构综合。 第三章 连杆机构分析和设计 (讲授 16 学时、实验 2 学时) 重点：平面铰链四杆机构的演化，四杆机构的设计；用解析法对平面连杆机构作速度和 加速度分析；速度瞬心的概念和“三心定理”的应用。 难点：曲柄存在条件的全面分析、平面四杆机构最小传动角的确定；四杆机构的设计； 杆组法运动分析的数学模型的建立。 1、 平面四杆机构的类型、应用及其演化；
2、介绍曲柄存在的条件、传动角、死点、极位夹角和行程速比系数等概念 3、平面连杆机构的运动分析 (1)机构速度分析的瞬心法 2)机构运动分析的解析法(提倡使用计算机); 4、平面连杄机构的力分析和机械效率(课外自学) (1)介绍作用于机构中力的分类 (2)机构动态静力分析的解析法(提倡使用计算机); (3)机械中的摩擦和机械效率 (4)运动副中摩擦力的计算方法 (5)机械的效率和自锁 5、四杆机构的设计 (1)介绍四杆机构的运动特征及设计的基本问题 (2)针对函数机构设计、轨迹机构设计、导引机构设计三类基本问题,掌握解析法, 掌握按从动件急回特性设计四杄机构的作图法,了解数值比较法。 第四章凸轮机构及其设计(讲授6学时) 重点:推杄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 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。 1、凸轮机构的类型和应用 2、介绍从动件运动规律、凸轮机构的压力角和自锁概念 3、盘形凸轮机构基本尺寸的确定 4、盘形凸轮廓线的解析法设计 第五章齿轮机构及其设计(讲授16学时、实验2学时) 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。 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。 1、齿轮啮合基本定律 2、渐开线齿廓,渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸 渐开线直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件、传动类型及特点和传动的总和 4、斜齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动、蜗杆蜗轮传动的共轭齿面生成、单个齿 轮基本参数和几何尺寸、标准齿轮传动参数和尺寸计算 5 变位齿轮传动的类型、应用和变位系数的选择 第六章轮系及其设计(讲授4学时)
2、 介绍曲柄存在的条件、传动角、死点、极位夹角和行程速比系数等概念； 3、 平面连杆机构的运动分析： （1） 机构速度分析的瞬心法； （2） 机构运动分析的解析法（提倡使用计算机）； 4、 平面连杆机构的力分析和机械效率（课外自学） （1） 介绍作用于机构中力的分类； （2） 机构动态静力分析的解析法（提倡使用计算机）； （3） 机械中的摩擦和机械效率： （4） 运动副中摩擦力的计算方法； （5） 机械的效率和自锁； 5、 四杆机构的设计： （1） 介绍四杆机构的运动特征及设计的基本问题； （2） 针对函数机构设计、轨迹机构设计、导引机构设计三类基本问题，掌握解析法， 掌握按从动件急回特性设计四杆机构的作图法，了解数值比较法。 第四章 凸轮机构及其设计 (讲授 6 学时) 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。 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。 1、 凸轮机构的类型和应用； 2、 介绍从动件运动规律、凸轮机构的压力角和自锁概念； 3、 盘形凸轮机构基本尺寸的确定； 4、 盘形凸轮廓线的解析法设计。 第五章 齿轮机构及其设计 (讲授 16 学时、实验 2 学时) 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。 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。 1、 齿轮啮合基本定律； 2、 渐开线齿廓，渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸； 3、 渐开线直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件、传动类型及特点和传动的总和； 4、 斜齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动、蜗杆蜗轮传动的共轭齿面生成、单个齿 轮基本参数和几何尺寸、标准齿轮传动参数和尺寸计算； 5、 变位齿轮传动的类型、应用和变位系数的选择。 第六章 轮系及其设计 (讲授 4 学时)
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。 难点:如何将复合轮系正确划分为各基本轮系,行星轮系传动效率的计算,行星轮系设 计中的安装条件 1、轮系的分类和应用 2、定轴、周转和混合轮系传动比计算 3、行星轮系的设计 第七章其它常用机构(课外自学) 了解棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮杋构、万向联轴节等其它常用机构的工作原理、 运动特点、应用及设计要点 第八章机械的运动方案及机构的创新设计(讲授1学时) 机构和执行机构的类型和选择 2.机构运动方案的设计; 3.机构的创新设计。 第九章机械的运转及其速度波动的调节(课外自学) 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 掌握力为机构位置函数时其等效构件真实运动的求解方法;飞轮转动惯量的计算 难点:计算飞轮转动惯量时最大盈亏功的计算方法。 1、了解机械的运转及其速度波动的调节的目的; 2、研究建立单自由度机器系统等效动力学模型及运动方程式的方法 3、力为位置函数时的运动方程式求解 稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节 5、机械的非周期性速度波动及其调节。 第十章机械的平衡(课外自学) 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。 1、刚性转子静、动平衡的原理和方法 2、平面四杄机构的平衡原理。 四、本课程与其它课程的联系与分工 先修课程有《高等数学》、《工程力学》、《工程图学》和《机械制造基础》,《几何精度的
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。 难点：如何将复合轮系正确划分为各基本轮系，行星轮系传动效率的计算，行星轮系设 计中的安装条件。 1、 轮系的分类和应用； 2、 定轴、周转和混合轮系传动比计算； 3、 行星轮系的设计。 第七章 其它常用机构 （课外自学） 了解棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、万向联轴节等其它常用机构的工作原理、 运动特点、应用及设计要点。 第八章 机械的运动方案及机构的创新设计 (讲授 1 学时) 1． 机构和执行机构的类型和选择； 2． 机构运动方案的设计； 3．机构的创新设计。 第九章 机械的运转及其速度波动的调节 （课外自学） 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； 掌握力为机构位置函数时其等效构件真实运动的求解方法；飞轮转动惯量的计算。 难点：计算飞轮转动惯量时最大盈亏功的计算方法。 1、 了解机械的运转及其速度波动的调节的目的； 2、 研究建立单自由度机器系统等效动力学模型及运动方程式的方法； 3、 力为位置函数时的运动方程式求解； 4、 稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节； 5、 机械的非周期性速度波动及其调节。 第十章 机械的平衡 （课外自学） 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。 1、 刚性转子静、动平衡的原理和方法； 2、 平面四杆机构的平衡原理。 四、本课程与其它课程的联系与分工 先修课程有《高等数学》、《工程力学》、《工程图学》和《机械制造基础》，《几何精度的
设计与控制》与《机械原理》同时开课。 五、建议教材与教学参考书 1]孙桓主编,《机械原理》西北工业大学机原机零教研室,高教出版社,1996年5 月第五版 [2]黄锡恺主编,《机械原理》东南大学,高教岀版社,第六版 [3]曹龙华主编,《机械原理》西安交通大学,高教出版社,1986年 [4]郑文纬等编,《机械原理学习指导书》,高等教育出版社,1992年
设计与控制》与《机械原理》同时开课。 五、建议教材与教学参考书 ［1］ 孙桓主编，《机械原理》 西北工业大学机原机零教研室，高教出版社，1996 年 5 月第五版 ［2］ 黄锡恺主编，《机械原理》 东南大学，高教出版社，第六版 ［3］ 曹龙华主编，《机械原理 》 西安交通大学，高教出版社，1986 年 ［4］ 郑文纬等编，《机械原理学习指导书》，高等教育出版社，1992 年