機械原理課程教學(xué)大綱

1、機械原理課程教學(xué)大綱課程名稱：機械原理課程代碼：MEAU3005英文名稱：TheoryofMachinesandMechanisms課程性質(zhì)：大類基礎(chǔ)課程學(xué)分/學(xué)時：3學(xué)分/54學(xué)時開課學(xué)期：第4學(xué)期適用專業(yè)：機械工程、機械電子工程、材料成型及控制工程先修課程：高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、C語言程序設(shè)計等后續(xù)課程：無開課單位：機電工程學(xué)院課程負責(zé)人：司廣理大綱執(zhí)筆人：司廣理大綱審核人：倪俊芳一、課程性質(zhì)和教學(xué)目標（在人才培養(yǎng)中的地位與性質(zhì)及主要內(nèi)容，指明學(xué)生需掌握知識與能力及其應(yīng)達到的水平）課程性質(zhì)：機械原理課程是機械類各專業(yè)中研究機械共性問題的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課。它的任務(wù)是使學(xué)生掌握機構(gòu)學(xué)

2、和機械動力學(xué)的基本理論、基本知識和基本技能，并初步具有擬定機械運動方案、分析和設(shè)計機構(gòu)的能力。它在培養(yǎng)高級工程技術(shù)人才的全局中，具有增強學(xué)生對機械技術(shù)工作的適應(yīng)能力和開發(fā)創(chuàng)造能力的作用。教學(xué)目標：本課程以理論力學(xué)知識作為理論基礎(chǔ)，將所學(xué)理論力學(xué)知識應(yīng)用到機器和機構(gòu)分析設(shè)計中，但因為機器和機構(gòu)的復(fù)雜和多樣性，因而它不是理論力學(xué)知識簡單重復(fù)和堆砌，具有很強的工程實踐性。基于此本課程在理論上具有基本概念多、邏輯性強、內(nèi)容分散等特點，實踐上又具有工程中解決問題方法的靈活和巧妙、設(shè)計的多方案性、求解問題方法的多樣性等特點，是一門理論性和實踐性均較強的課程。目標是使學(xué)生掌握機構(gòu)學(xué)和機器動力學(xué)基本理論、基本

3、知識和基本技能，學(xué)會各種常用基本機構(gòu)分析和綜合方法，并具有按照機械使用要求進行機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計的初步能力和機械創(chuàng)新設(shè)計的素質(zhì)。本課程的具體教學(xué)目標如下：1 .掌握機械、機器、機構(gòu)、構(gòu)件、零件等基本概念；2 .掌握平面機構(gòu)的表示方法和機構(gòu)運動的基本條件；3 .掌握平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、螺旋機構(gòu)等機械中常用機構(gòu)的組成、工作原理、工作特性、應(yīng)用特點等基本知識。；4 .掌握齒輪系的類型、功用和傳動比的計算方法。掌握圓柱齒輪傳動、圓錐齒輪傳動和蝸桿傳動的知識；5 .了解間歇運動機構(gòu)的類型、基本特性和應(yīng)用特點；6 .了解機械動力學(xué)的基本理論。教學(xué)目標與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系:畢業(yè)要求指標點課程

4、目標對應(yīng)關(guān)系說明畢業(yè)要求1:1-2能將掌握的制圖、電工電子學(xué)、力學(xué)、機械原理、材料科學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)知識，用于解決機械加工、制造等工程實際問題教學(xué)目標3掌握平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、螺旋機構(gòu)等機械中常用機構(gòu)的組成、工作原理、工作特性、應(yīng)用特點等基本知識。工程知識教學(xué)目標4掌握齒輪系的類型、功用和傳動比的計算方法。掌握圓柱齒輪傳動、圓錐齒輪傳動和蝸桿傳動的知識。畢業(yè)要求2:問題分析2-2能夠通過文獻檢索與查詢獲取解決一個復(fù)雜工程問題的多種解決方案教學(xué)目標2掌握平面機構(gòu)的表示方法和機構(gòu)運動的基本條件。畢業(yè)要求4:研究4-1能夠基于機械專業(yè)知識，選擇機械設(shè)計方案，設(shè)計實驗方案教學(xué)目標3掌握平面連

5、桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、螺旋機構(gòu)等機械中常用機構(gòu)的組成、工作原理、工作特性、應(yīng)用特點等基本知識。畢業(yè)要求10:溝通10-1能夠?qū)C械工程問題的關(guān)鍵技術(shù)和難點進行口頭或書向表達，跟公眾和同行有效溝通并能夠合理決策教學(xué)目標1掌握機械、機器、機構(gòu)、構(gòu)件、零件等基本概念二、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配（含課程教學(xué)、自學(xué)、作業(yè)、討論等內(nèi)容和要求，指明重點內(nèi)容和難點內(nèi)容。重點內(nèi)容：；難點內(nèi)容：？）1、緒論（1學(xué)時）（支撐教學(xué)目標1）6.1 本課程研究的對象及內(nèi)容6.2 學(xué)習(xí)本課程的目的6.3 如何進行本課程學(xué)習(xí)6.4 機械原理學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀簡介目標及要求：1）明確本課程研究的對象和內(nèi)容，以及在培養(yǎng)高級工程技術(shù)

6、人才全局中的地位、任務(wù)和作用；2） 了解機械原理課程的性質(zhì)和特點；3）對機械原理學(xué)科的發(fā)展趨勢有所了解。2、機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析（6學(xué)時）（支撐教學(xué)目標1,2）2.1 機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的2.2 機構(gòu)的組成及分類2.3 機構(gòu)運動簡圖2.4 機構(gòu)具有確定運動的條件及最小阻力定律2.5 機構(gòu)自由度的計算2.6 計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項2.7 平面機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析目標及要求：1）掌握構(gòu)件、運動副、運動鏈和機構(gòu)的概念；2）掌握機構(gòu)運動簡圖的概念及測繪方法；3）熟練掌握平面機構(gòu)自由度計算方法，正確計算運動副的數(shù)目（復(fù)合銀鏈），局部自由度及除去的方法，虛約束及其常出現(xiàn)的幾種情況？；4）

7、掌握平面機構(gòu)可動和具有確定運動的條件；5） 了解基本桿組及平面機構(gòu)組成的基本原理。討論內(nèi)容：虛約束的識別及其除去的方法。作業(yè)內(nèi)容：機構(gòu)運動簡圖的測繪；平面機構(gòu)自由度計算；平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析。自學(xué)拓展：平面機構(gòu)中的高副低代：高副低代的概念、目的及其條件；高副低代的方法及舉例。3、平面機構(gòu)的運動分析（4學(xué)時）（支撐教學(xué)目標6）5.1 機構(gòu)運動分析的任務(wù)、目的和方法5.2 用圖解法作機構(gòu)的運動分析5.3 用解析法作機構(gòu)的運動分析目標及要求：1）明確機構(gòu)運動分析的目的和方法；2）掌握速度瞬心的概念，熟悉三心定理，會確定一般平面機構(gòu)的全部瞬心，能用瞬心法對平面n級機構(gòu)進行速度分析？；3）掌握矢量方程圖解

8、法的基本原理及作法；會用矢量方程圖解法作機構(gòu)的速度及加速度分析？；4）能用解析法（矢量分析法或矩陣法）對平面R級機構(gòu)進行運動分析，能用計算機作圖畫出機構(gòu)運動曲線?0討論內(nèi)容：用解析法建立機構(gòu)位置矢量方程。作業(yè)內(nèi)容：用瞬心法對平面II級機構(gòu)進行速度分析；用矢量方程圖解法作機構(gòu)的速度及加速度分析；用計算機作圖畫出機構(gòu)運動曲線。自學(xué)拓展：MATLAB軟件實訓(xùn)。4、平面機構(gòu)的力分析（4學(xué)時）（支撐教學(xué)目標6）4.1 機構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法4.2 構(gòu)件慣性力的確定4.3 運動副中摩擦力的確定4.4 考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的受力分析4.5 不考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的動態(tài)靜力分析目標及要求：1） 了解機構(gòu)中的各種力及

9、力分析的方法；2）確定運動副中的反力及需加于機械上的平衡力或平衡力矩；3）掌握移動副、轉(zhuǎn)動副和螺旋副等運動副中摩擦力的計算方法4）掌握一般平面機構(gòu)力分析的方法討論內(nèi)容：摩擦圓的概念及轉(zhuǎn)動副中總反力作用線的確定。作業(yè)內(nèi)容：考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的力分析。自學(xué)拓展：5、機械的效率和自鎖（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標6）1.1 機械的效率1.2 機械的自鎖目標及要求：1）建立正確、全面的機械效率的概念；2）掌握移動副、轉(zhuǎn)動副和螺旋副的自鎖條件；3）掌握簡單機械機械效率和自鎖條件的求解方法？。討論內(nèi)容：自鎖現(xiàn)象在工程實際上的應(yīng)用。作業(yè)內(nèi)容：機構(gòu)自鎖條件的確定。自學(xué)拓展：6、機械的平衡（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標6）1.

10、3 機械平衡的目的及內(nèi)容1.4 剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算1.5 剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗1.6 轉(zhuǎn)子的許用不平衡量和許用不平衡度1.7 平面機構(gòu)的平衡目標及要求：1）掌握剛性轉(zhuǎn)子靜、動平衡的原理和方法；2） 了解平面機構(gòu)的平衡原理。討論內(nèi)容：作業(yè)內(nèi)容：剛性轉(zhuǎn)子靜、動平衡的計算7、機械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)（4學(xué)時）（支撐教學(xué)目標6）2.1 概述2.2 機械的運動方程式2.3 機械運動方程式的求解2.4 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)下機械的周期性速度波動及其調(diào)節(jié)2.5 機械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)目標及要求：1） 了解機構(gòu)及其系統(tǒng)動力學(xué)方程；2）掌握建立單自由度機械系統(tǒng)等效動力學(xué)模型及運動方程式的方法3）掌握穩(wěn)定狀態(tài)下

11、機械的周期性速度波動及其調(diào)節(jié)方法；4） 了解飛輪調(diào)速原理，掌握飛輪轉(zhuǎn)動慣量的簡易計算法；5） 了解機械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)方法。討論內(nèi)容：單自由度機械系統(tǒng)等效動力學(xué)模型及運動方程式。作業(yè)內(nèi)容：飛輪轉(zhuǎn)動慣量的簡易計算。自學(xué)拓展：調(diào)速器的類型及工作原理。8、連桿機構(gòu)及其設(shè)計（6學(xué)時）（支撐教學(xué)目標3）8.1 連桿機構(gòu)及其傳動特點8.2 平面四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用8.3 平面四桿機構(gòu)的基本知識8.4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計目標及要求：1） 了解平面連桿機構(gòu)傳動特點及其主要優(yōu)缺點；2） 了解平面四桿機構(gòu)基本型式、演化型式及一些應(yīng)用實例；3）掌握平面四桿機構(gòu)的一些基本知識（有曲柄的條件、急回運動及行程速

12、比系數(shù)、傳動角和壓力角、死點和傳動的連續(xù)性等）？；4）能按連桿的三個位置，兩連架桿的三個對應(yīng)位置，行程速比系數(shù)等條件設(shè)計平面四桿機構(gòu)？。討論內(nèi)容：平面四桿機構(gòu)的應(yīng)用實例。作業(yè)內(nèi)容：平面四桿機構(gòu)的基本知識（有曲柄的條件、急回運動及行程速比系數(shù)、傳動角和壓力角、死點等）；平面四桿機構(gòu)的設(shè)計（圖解法、解析法）自學(xué)拓展：平面多桿機構(gòu)9、凸輪機構(gòu)及其設(shè)計（5學(xué)時）（支撐教學(xué)目標3）9.1 凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類9.2 推桿的運動規(guī)律9.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計9.4 凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定目標及要求：1）了解凸輪機構(gòu)類型和應(yīng)用；2）理解推桿基本運動規(guī)律及推桿運動規(guī)律選擇原則；3）掌握根據(jù)選定的凸輪類型和推桿

13、的運動規(guī)律設(shè)計凸輪的輪廓曲線的方法?;4）了解在確定盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸時應(yīng)考慮的主要問題。討論內(nèi)容：確定盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸時應(yīng)考慮的主要問題。作業(yè)內(nèi)容：根據(jù)選定的凸輪類型和推桿的運動規(guī)律設(shè)計凸輪的輪廓曲線。自學(xué)拓展：凸輪機構(gòu)的分析與反求設(shè)計；高速凸輪機構(gòu)簡介。10、齒輪機構(gòu)及其設(shè)計（8學(xué)時）（支撐教學(xué)目標3）10.1 齒輪機構(gòu)的特點及類型10.2 齒輪的齒廓曲線10.3 漸開線齒廓及其嚙合特點10.4 漸開線標準齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸10.5 漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動10.6 漸開線齒廓的切制原理與根切現(xiàn)象10.7 漸開線變位齒輪簡介10.8 斜齒圓柱齒輪傳動10.9 直齒錐齒輪

14、傳動10.10 蝸輪蝸桿傳動目標及要求：1） 了解齒輪機構(gòu)類型和應(yīng)用；2）掌握齒廓嚙合基本定律？；3）深入了解漸開線直齒圓柱齒輪傳動嚙合特性？；4）掌握標準直齒圓柱齒輪傳動基本參數(shù)和幾何尺寸計算？；5）明確根切現(xiàn)象及最少齒數(shù)、齒輪變位修正和變位齒輪傳動的基本概念6） 了解平行軸斜齒圓柱齒輪嚙合特點，掌握標準斜齒圓柱齒輪傳動幾何尺寸的計算？；7） 了解其他齒輪機構(gòu)的嚙合特點和適用場合。討論內(nèi)容：常見共腕齒廓的類型。作業(yè)內(nèi)容：標準直齒及斜齒圓柱齒輪傳動基本參數(shù)和幾何尺寸計算。自學(xué)拓展：其他齒輪傳動簡介。011、齒輪系及其設(shè)計（5學(xué)時）（支撐教學(xué)目標4）11.1 齒輪系及其分類11.2 定軸輪系的傳

15、動比11.3 周轉(zhuǎn)輪系的傳動比11.4 復(fù)合輪系的傳動比11.5 輪系的功用11.6 行星輪系的效率11.7 行星輪系的類型選擇及設(shè)計的基本知識目標及要求：1）了解輪系分類和應(yīng)用；2）掌握定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系及復(fù)合輪系傳動比計算方法？；3）了解行星輪系類型選擇及設(shè)計基本知識。討論內(nèi)容：輪系的功用作業(yè)內(nèi)容：定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系及復(fù)合輪系傳動比計算。自學(xué)拓展：其他新型行星齒輪傳動。12、其他常用機構(gòu)（2學(xué)時）（支撐教學(xué)目標5）12.1 棘輪機構(gòu)12.2 槽輪機構(gòu)12.3 擒縱機構(gòu)12.4 凸輪式間歇運動機構(gòu)12.5 不完全齒輪機構(gòu)12.6 萬向聯(lián)軸節(jié)12.7 螺旋機構(gòu)目標及要求：12.8 了解23種其

16、他常用機構(gòu)的工作原理、運動特點、應(yīng)用場合和設(shè)計要點;2）一般了解23種其他常用機構(gòu)的運動特點及應(yīng)用場合。討論內(nèi)容：作業(yè)內(nèi)容：自學(xué)拓展：星輪機構(gòu)；非圓齒輪機構(gòu)；組合機構(gòu)三、教學(xué)方法在教學(xué)方式上，根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容，綜合運用課堂講授和演示、課堂討論、課堂練習(xí)、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法和自學(xué)指導(dǎo)法，通過引入問題和啟發(fā)式教學(xué)，使學(xué)生更加明確教學(xué)內(nèi)容的知識體系，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，激發(fā)內(nèi)在學(xué)習(xí)動機，提高課堂的積極性。結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容，本課程所采用的教學(xué)方法說明如下：1 .緒論部分。緒論課是一門課的開始，是對該課程的高度概括和總結(jié)。通過在教學(xué)中采用講授法、演示法和發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法相結(jié)合，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的欲望、興趣和學(xué)習(xí)的積極

17、性，故講好緒論課尤為重要。緒論課主要解決三個問題：該課程學(xué)什么？為什么學(xué)？怎樣學(xué)？學(xué)什么即該課程研究的對象和內(nèi)容；為什么學(xué)即該課程在本專業(yè)教學(xué)中的地位及在工程實際中的作用；怎樣學(xué)即該課程的特點及相應(yīng)的學(xué)習(xí)方法。通過旁征博引學(xué)生較熟悉的機械實例，結(jié)合多媒體動畫（如：一些典型的機械、機械手、機械人等），生動形象地論述了上述問題，很自然地引導(dǎo)學(xué)生進入狀態(tài)。另一方面，強調(diào)在學(xué)習(xí)過程中逐步樹立工程的觀點。由于機械原理是機械類各專業(yè)學(xué)生在學(xué)完基礎(chǔ)課后第一次接觸的一門設(shè)計性的技術(shù)基礎(chǔ)課，與工程實際聯(lián)系緊密，教學(xué)中常以各種機械為實例提出問題和分析問題。因此，提醒學(xué)生在學(xué)習(xí)中要應(yīng)用工程技術(shù)的觀點，去觀察周圍的機

18、械設(shè)備，理論聯(lián)系實際地深入思考。注意將理論的嚴密性與工程實際的靈活性、可行性結(jié)合起來。在注重邏輯思維的同時，加強形象思維。2 .各種常用機構(gòu)的分析與設(shè)計部分。包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、其他常用機構(gòu)等。該部分內(nèi)容有較大的難度，使初學(xué)者往往找不到規(guī)律，入門較慢，學(xué)習(xí)效率較低。要解決這一難題，關(guān)鍵是教學(xué)方法，抓住每一問題的實質(zhì)，重在能力培養(yǎng)，做到舉一反三。在教學(xué)中采用講授法、演示法和討論法相結(jié)合：1）強調(diào)對圖形的理解。機械原理名詞、定義、概念、公式及圖形較多，學(xué)習(xí)時應(yīng)抓住對圖形的理解，是該門課程最有效的學(xué)習(xí)方法。機構(gòu)分析與設(shè)計中的許多原理和方法都是通過圖形來表達的，學(xué)習(xí)時應(yīng)注意對圖形的理解與

19、應(yīng)用。公式、概念、定義要與圖形有機結(jié)合起來，理解性地記憶。對于計算公式，則應(yīng)注意其原始條件、模型的建立、推導(dǎo)思路，重點是公式的應(yīng)用，而不是機械地記憶公式。2）機構(gòu)的運動分析、力分析是機械原理難點之一。該內(nèi)容實質(zhì)上是先修課程理論力學(xué)的基礎(chǔ)理論在具體機械上的應(yīng)用，解法是矢量運算，并沒有更多新的知識點。向?qū)W生講明白了這一點，畏難思想立即得到緩解，也較容易地找到相應(yīng)的學(xué)習(xí)方法。3）相對運動原理是機械原理課程解題的核心。在連桿機構(gòu)設(shè)計、凸輪機構(gòu)設(shè)計、輪系傳動比計算及機構(gòu)的倒置變異等章節(jié)中，都反復(fù)應(yīng)用這一原理。抓住基本原理講解，使學(xué)生做到舉一反三。為講清該原理，可舉一些通俗易懂的實例，如：兩人在火車車箱內(nèi)相對運動速度與火車是否運動無關(guān)，火車的運動只影響每一個人的絕對速度；再如機械式鐘表，整個鐘表的運動并不影響時針、分針與秒針相對運動關(guān)系，