《機械原理》教學大綱

1、機械原理教學大綱一、課程基本情況英文名稱：Theory of Machines and Mechanisms課程編號：F071730004048總 學 時：48 講課學時：44 實踐學時：4總 學 分：3課程性質(zhì)：必修考核方式：考試適用對象：機械設計制造及其自動化專業(yè)先修課程：高等數(shù)學、畫法幾何及機械制圖、C語言程序設計基礎、理論力學參考文獻：1 孫桓.機械原理（第八版）M.北京：高等教育出版社，20132 申永勝.機械原理教程（第3版）M.北京：清華大學出版社，2015二、課程簡介與目標 機械原理課程是高等工科院校機械類專業(yè)必修的一門專業(yè)技術基礎課。本課程主要講授平面機構(gòu)的機構(gòu)學及機器動力學

2、的基本理論知識，涉及矢量分析、靜力學分析、相對運動原理、微積分等相關知識。結(jié)合課程實驗教學環(huán)節(jié)，掌握機構(gòu)學和動力學的基本理論、基本知識和基本技能，并初步具有確定機械運動方案、分析和設計機構(gòu)的能力；了解國家在機械方面所取得的成就，為今后從事機械設計、研究和開發(fā)創(chuàng)新奠定必要的基礎，增強對機械技術工作的適應能力。通過本課程的學習，達到如下目標：目標1：掌握平面機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的基本知識、機構(gòu)的運動分析及機器動力學，常用機構(gòu)的分析與設計、機械系統(tǒng)的方案設計等有關機械的基礎知識，能用于機械系統(tǒng)設計，為機械產(chǎn)品的方案分析與方案設計奠定基礎。目標2：能應用機械運動學及動力學基本理論知識，進行有關機械的基本計算及

3、其運動和動力分析，并獲得有效結(jié)論。目標3：能應用機構(gòu)的基本理論和綜合方法，進行滿足特定需求的機械運動方案的設計。目標4：能夠應用機構(gòu)組成原理及常用機構(gòu)類型特點知識，進行機構(gòu)運動簡圖的測繪和齒輪的范成法加工模擬及參數(shù)測定等實驗，獲得較準確的實驗數(shù)據(jù)；并能對實驗數(shù)據(jù)進行正確處理，得出合理的結(jié)論。課程教學目標與畢業(yè)要求關系矩陣 課程目標畢業(yè)要求目標1目標2目標31-4 掌握機械設計原理與方法、機械制造工程原理與技術、機械系統(tǒng)中的傳動與控制、計算機應用技術等專業(yè)知識，能夠?qū)⑾嚓P知識和數(shù)學模型方法用于機械設計與制造過程中復雜機械工程問題解決方案的比較與綜合。2-3 能夠運用機械工程原理、技術和方法，認識

4、到解決復雜機械工程問題有多種方案，能借助文獻研究尋找可替代的解決方案，并能分析工程問題的影響因素，獲得有效結(jié)論。3-1掌握機械結(jié)構(gòu)、制造工藝及控制系統(tǒng)的設計、開發(fā)方法和技術，了解影響設計目標和技術方案的各種因素，能夠提出滿足特定需求的合理解決方案，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識。四、教學內(nèi)容、教學方法和手段、學時分配（一）教學內(nèi)容知識單元1：緒論（支撐課程目標1）（建議1學時）教與學要求：能辨析零件與構(gòu)件及機械、機器、機構(gòu)的概念，知悉本門課程研究內(nèi)容、性質(zhì)、任務，對機械原理學科的發(fā)展有初步的認識。教學內(nèi)容：1-1機構(gòu)、機器及機械的概念辨析，有關零件、構(gòu)件、組件的概念。1-2機械原理課程研究內(nèi)容、性質(zhì)、任務。1

5、-3機械原理學科發(fā)展簡述。重點：機構(gòu)、機器及機械的概念辨析，零件、構(gòu)件、組件的概念。知識單元2：平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析（支撐課程目標1、3、4）（建議7學時）教與學要求：會繪制機構(gòu)運動簡圖，理解機構(gòu)具有確定運動的條件，能應用基本桿組的概念對機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)分析。教學內(nèi)容：2-1運動副、運動鏈、機構(gòu)的概念，機構(gòu)運動簡圖繪制方法。2-2機構(gòu)自由度的計算及機構(gòu)具有確定運動的條件。2-3機構(gòu)組成原理及機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析。2-4機構(gòu)運動簡圖的測繪和分析實驗。重點：機構(gòu)運動簡圖繪制，機構(gòu)自由度的計算及機構(gòu)具有確定運動的條件，機構(gòu)組成原理及機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析。難點：運動簡圖繪制，虛約束的判定。知識單元3：平面機構(gòu)的運動分析

6、（支撐課程目標1、2、3）（建議4學時）教與學要求：能深刻領會應用圖解法（瞬心法和矢量方程圖解法）對機構(gòu)進行運動分析，闡明解析法分析過程及所應用的數(shù)學方法。教學內(nèi)容：3-1用速度瞬心法進行速度分析。3-2用矢量方程圖解法進行速度、加速度分析。3-3用解析法進行運動分析。重點：用速度瞬心法、矢量方程圖解法運動分析。難點：用矢量方程圖解法進行運動分析。知識單元4：機器動力學分析（支撐課程目標1、2、3）（建議10學時）教與學要求：會分析機器在運轉(zhuǎn)過程中考慮摩擦時各構(gòu)件的受力情況及力的做功情況（效率問題），會計算串、并聯(lián)機組的效率，能闡明轉(zhuǎn)子的平衡和機構(gòu)的平衡原理及方法，能闡明機械在已知外力作用下速

7、度波動的原因及調(diào)節(jié)的原理、方法，采用能量指示圖判斷一個周期內(nèi)的最大、最小能量點及最大盈虧功的計算，采用飛輪調(diào)速時會計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量。教學內(nèi)容：4-1平面機構(gòu)的力分析4-1-1運動副中摩擦力的確定；4-1-2考慮摩擦時機構(gòu)的力分析。4-2機械的效率4-2-1機械效率的力及力矩定義；4-2-2串、并聯(lián)機組的效率計算。4-3機械的平衡4-3-1剛性轉(zhuǎn)子靜平衡及動平衡原理及計算方法；4-3-2平面機構(gòu)的平衡原理。 4-4機械的運轉(zhuǎn)及速度波動的調(diào)節(jié)4-4-1機械運動方程式的建立； 4-4-2機械等效動力學模型的建立及求解方法；4-4-3周期性機械速度波動的的原因及調(diào)節(jié)方法；4-4-4采用飛輪調(diào)速時其轉(zhuǎn)動

8、慣量的計算；4-4-5非周期性機械速度波動的的原因及調(diào)節(jié)方法。重點：考慮摩擦時機構(gòu)的力分析，轉(zhuǎn)子平衡及機構(gòu)平衡的原理，采用飛輪調(diào)速時其轉(zhuǎn)動慣量的計算。難點：機械自鎖條件的確定，機構(gòu)的平衡，機械等效動力學模型的建立及求解。知識單元5：常用機構(gòu)及設計（支撐課程目標1、3、4）（建議20學時）教與學要求：知道連桿機構(gòu)的命名方法及類型判斷，掌握連桿機構(gòu)具有急回特性的條件、壓力角（或傳動角）對機構(gòu)傳力性能的影響、死點位置的應用及克服方法，闡述連桿機構(gòu)設計的一般方法，能根據(jù)給定從動件的運動規(guī)律用圖解法和解析法設計傳力性能好的凸輪機構(gòu)，識記漸開線的性質(zhì)及在齒輪中的應用、漸開線齒廓嚙合特性，會計算標準直齒圓柱

9、齒輪的尺寸，掌握直齒輪、斜齒輪、圓錐齒輪、蝸輪蝸桿正確嚙合條件，會敘述各類型傳動特點，闡述連續(xù)傳動條件(重合度定義及其物理意義)，會區(qū)分理論嚙合線與實際嚙合線，能識別齒輪標準安裝與非標準安裝、分度圓與節(jié)圓的關系，知道當量齒輪概念的引入目的及當量齒數(shù)計算公式，了解齒輪變位加工目的、加工刀具位置，比較變位齒輪與標準齒輪各部分尺寸的差異，會辨識變位齒輪傳動類型。教學內(nèi)容：5-1平面連桿機構(gòu)5-1-1平面連桿機構(gòu)特點、類型演化和應用；5-1-2平面四桿機構(gòu)基本知識：曲柄存在條件、急回特性、壓力角與傳動角、死點位置；5-1-3平面四桿機構(gòu)的設計。5-2凸輪機構(gòu)5-2-1凸輪機構(gòu)的組成、類型、特點和應用；

10、5-2-2凸輪機構(gòu)從動件的運動規(guī)律；5-2-3凸輪輪廓曲線的設計；5-2-4凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定。5-3齒輪機構(gòu)5-3-1齒輪機構(gòu)組成、特點及類型；5-3-2齒廓嚙合基本定律及常用齒廓曲線、漸開線概念及相關性質(zhì)；5-3-3漸開線齒輪各部分的名稱及尺寸計算、主要參數(shù)及其含義；5-3-4齒輪嚙合原理：漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合特性、正確嚙合條件、連續(xù)傳動條件；5-3-5漸開線齒輪的變位傳動：漸開線齒廓的切齒原理、根切現(xiàn)象及不發(fā)生根切的最小齒數(shù)、齒輪變位的目的、變位齒輪尺寸與標準齒輪的異同、變位齒輪傳動；5-3-6斜齒輪齒廓的形成及嚙合特點、基本參數(shù)與尺寸計算、正確嚙合條件、重合度、當量齒輪與當量齒

11、數(shù)；5-3-7直齒圓錐齒輪齒廓的形成及傳動特點，直齒圓錐齒輪的冠輪、背錐與當量齒輪；5-3-8蝸桿傳動的特點，蝸桿傳動正確嚙合條件，蝸桿的參數(shù)及尺寸計算。 5-4漸開線齒輪范成原理及參數(shù)測定實驗。 重點：平面四桿機構(gòu)的基本知識；凸輪輪廓曲線的設計；漸開線標準直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、直齒圓錐齒輪、蝸桿傳動參數(shù)及幾何尺寸計算，正確嚙合條件。難點：平面四桿機構(gòu)的設計；變位齒輪傳動。知識單元6：機構(gòu)組合系統(tǒng)及其設計（支撐課程目標1、3）（建議6學時）教與學要求：了解齒輪系及其分類，會計算各類輪系的傳動比，了解輪系的功用，了解行星輪系的效率確定及其類型選擇和設計的基本知識，了解機械系統(tǒng)的方案設計的一

12、般過程，了解機構(gòu)的組合方法，了解機構(gòu)選型及機構(gòu)系統(tǒng)運動方案設計的方法，了解構(gòu)件間運動的協(xié)調(diào)與機械系統(tǒng)運動循環(huán)圖的含義。教學內(nèi)容：6-1 輪系的類型、特點及功用，輪系傳動比的計算，行星輪系簡介。6-2機械系統(tǒng)運動方案設計：機構(gòu)選型及組合、機械系統(tǒng)運動循環(huán)圖的編制。重點：輪系傳動比的計算。難點：輪系傳動比的計算，機械系統(tǒng)運動方案設計。綜合訓練項目設計一種機械裝置，以實現(xiàn)某種功能需求。 （支撐課程教學目標1、3）目的：初步具有方案設計的能力。要求：（1）進行機構(gòu)的選型與組合，并計算機構(gòu)的自由度，以實現(xiàn)某種動作要求；（2）對機構(gòu)進行運動尺寸的設計計算，畫出方案的運動簡圖；（3）對機構(gòu)進行運動模擬。成果

13、形式：設計原理說明書1份，裝置效果圖1份。（二）學時分配教學內(nèi)容學時課堂教學學時自主學習教與學方式、方法講授實驗作業(yè)訓練知識單元111案例式教學、多媒體課件知識單元2-111案例式教學、多媒體課件知識單元2-22211講授、多媒體課件知識單元2-322115講授、案例式教學、多媒體課件知識單元2-422講授、實驗操作知識單元3-12222案例式教學、多媒體課件知識單元3-21.51.5案例式教學、板書講授知識單元3-30.50.5案例式教學、多媒體課件知識單元4-12211案例式教學、多媒體課件知識單元4-22211案例式教學、多媒體課件知識單元4-322講授、多媒體課件知識單元4-44411

14、案例式教學、多媒體課件知識單元5-14422講授、多媒體課件知識單元5-24411講授、多媒體課件知識單元5-31010244講授、多媒體課件知識單元5-42講授、實驗操作知識單元6-1441案例式教學、多媒體課件知識單元6-2222015案例式教學、綜合訓練學時合計48444341520五、實踐教學環(huán)節(jié)實驗目的：對機構(gòu)的組成加深理解，能正確繪制機構(gòu)運動簡圖，并通過繪制及計算結(jié)果得出正確結(jié)論；對齒輪的結(jié)構(gòu)有直觀認識，能對其參數(shù)進行測定；具備正確處理實驗數(shù)據(jù)的能力，分析和綜合實驗結(jié)果以及撰寫實驗報告的能力。實驗內(nèi)容與要求見下表：（建議4學時）序號實驗項目名稱實驗目的主要內(nèi)容實驗學時實驗類型開出要

15、求1機構(gòu)運動簡圖的測繪與分析掌握機構(gòu)運動簡圖的測繪方法及機構(gòu)自由度的計算。針對機械實物或模型繪制機構(gòu)運動簡圖，并對機構(gòu)自由度進行分析和計算。2綜合必做2漸開線齒輪范成原理及參數(shù)測定根據(jù)漸開線齒輪范成加工原理解釋齒輪的根切及齒頂變尖現(xiàn)象，并學習避免根切方法，學會測定齒輪參數(shù)。用齒輪范成儀描繪齒輪的范成法加工過程；齒輪參數(shù)的測定。2綜合必做六、成績構(gòu)成和評價方法（一）考核方式說明1.以試卷、綜合訓練、實驗等形式考核。2.采用閉卷考試，試卷成績占總成績70%，平時成績占總成績30%：其中綜合訓練占20%，課內(nèi)實驗（含報告）占10%。（二）考核權(quán)重分配 考核方式及權(quán)重教學內(nèi)容考試綜合訓練實驗備注70%

16、20%10%知識單元1知識單元2知識單元3知識單元4知識單元5知識單元6七、成績評價標準1.平時成績評價標準（1）綜合訓練成績評價標準基本要求評價標準完成情況得分課程目標1：掌握平面機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的基本知識、機構(gòu)的運動分析及機器動力學，常用機構(gòu)的分析與設計、機械系統(tǒng)的方案設計等有關機械的基礎知識，能用于機械系統(tǒng)設計，為機械產(chǎn)品的方案分析與方案設計奠定基礎。畢業(yè)要求指標點1-4運動簡圖繪制規(guī)范、無誤；自由度及運動尺寸的綜合計算正確。90100運動簡圖繪制較規(guī)范、無誤；自由度及運動尺寸的綜合計算正確。8089運動簡圖繪制較規(guī)范、有個別錯誤；自由度及運動尺寸的綜合計算正確。7079運動簡圖繪制較規(guī)范、

17、有個別錯誤；自由度及運動尺寸的綜合計算有誤，計算結(jié)果與實際不符。6069運動簡圖繪制不規(guī)范、有嚴重錯誤；自由度及運動尺寸的綜合計算錯誤，運動無法實現(xiàn)。059課程目標3：能應用機構(gòu)的基本理論和綜合方法，進行滿足特定需求的機械運動方案的設計。畢業(yè)要求指標點3-1明確設計目標和要求；組合設計合理。設計計算說明書嚴格參照格式要求撰寫；設計過程完整；功能實現(xiàn)原理闡述簡潔、清晰明了。90100明確設計目標和要求；組合設計較合理。能按設計計算說明書格式要求撰寫，設計過程較完整；功能實現(xiàn)原理闡述比較簡潔、清晰。8089基本明確設計目標和要求；組合設計較合理。能按設計計算說明書格式要求撰寫，設計過程較完整；功能

18、實現(xiàn)原理闡述繁雜、思路不是很清晰，有少量錯誤。7079基本明確設計目標和要求；組合設計較合理。能按設計計算說明書格式要求撰寫，設計過程較完整；設計表述有較多錯誤。6069不認真解讀訓練題目，未滿足設計要求。設計計算說明書不按格式撰寫，設計過程不完整。設計圖紙繪制不規(guī)范、有大量錯誤。059（2）實驗成績評價標準（具體評價標準見機械原理實驗報告）實驗成績占總成績比例：實驗過程占50%，實驗報告占50%?；疽笤u價標準實際完成情況得分實驗過程課程目標4：能應用機構(gòu)組成原理和常用機構(gòu)的基本知識，進行集購物運動簡圖的測繪和齒輪范成法加工的模擬及參數(shù)測定實驗，獲得準確的實驗數(shù)據(jù)。能夠正確運用機械原理理論

19、，實驗方案實施精準；能夠獨立完成實驗過程，熟練運用相關機械（傳動）裝置（零件）以及測量器具，實驗儀器操作規(guī)范，采集數(shù)據(jù)正確。90100能夠正確運用機械原理理論，實驗方案實施比較正確；基本能夠獨立完成實驗過程，能夠運用相關機械（傳動）裝置（零件）以及測量器具，實驗儀器操作較規(guī)范，采集數(shù)據(jù)基本正確。8089能夠較正確運用機械原理理論，實驗方案實施比較正確；小部分實驗需要指導教師協(xié)助完成，運用相關機械（傳動）裝置（零件）以及測量器具需要少量指導，實驗儀器操作較規(guī)范，采集數(shù)據(jù)基本正確。7079能夠較正確運用機械原理理論，實驗方案實施個別有誤；部分實驗需要指導教師協(xié)助完成，運用相關機械（傳動）裝置（零件

20、）以及測量器具需要較多指導，實驗儀器操作基本規(guī)范，采集數(shù)據(jù)基本正確。6069不能正確運用機械原理理論，實驗方案實施有較大差距；需要指導教師全程指導設備使用及協(xié)助完成，實驗操作不規(guī)范、采集數(shù)據(jù)不正確。059實驗報告課程目標4：能夠?qū)嶒灁?shù)據(jù)進行正確處理，得出合理的結(jié)論。能夠根據(jù)實際測得數(shù)據(jù)進行正確的數(shù)據(jù)處理，能夠根據(jù)處理結(jié)果得出正確結(jié)論，數(shù)據(jù)處理結(jié)果和結(jié)論一致。90100能夠根據(jù)實際測得數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)果基本正確，能夠根據(jù)處理結(jié)果得出對應結(jié)論，數(shù)據(jù)處理結(jié)果和結(jié)論基本一致。8089能夠根據(jù)實際測得數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)果存在少量錯誤，數(shù)據(jù)處理結(jié)果與結(jié)論基本對應，數(shù)據(jù)處理結(jié)果和所得結(jié)論基本

21、一致。7079能夠根據(jù)實際測得數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)果有部分錯誤，數(shù)據(jù)處理結(jié)果與結(jié)論存在偏差。6069不能夠根據(jù)實際測得數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)果錯誤，數(shù)據(jù)處理結(jié)果與所得結(jié)論不一致。0592.期末考試評價與評分標準期末考試試卷評價標準的制定見下表，評價標準決定評分標準，依據(jù)評價標準制定的詳細評分標準見考試試卷“標準答案及評分標準”?；疽笤u價標準知識掌握情況得分課程目標1：掌握平面機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的基本知識、機構(gòu)的運動分析及機器動力學，常用機構(gòu)的分析與設計、機械系統(tǒng)的方案設計等有關機械的基礎知識，能用于機械系統(tǒng)設計，為機械產(chǎn)品的方案分析與方案設計奠定基礎。畢業(yè)要求指標點1-4對常用機構(gòu)的基本概

22、念、工作原理掌握的非常好；相關物理量符號規(guī)范，所用公式表達準確，計算步驟清晰，計算結(jié)果全面、準確；作圖痕跡清楚、位置準確、全面。90100對常用機構(gòu)的基本概念、工作原理掌握的較好；相關物理量符號規(guī)范，所用公式表達較準確，計算步驟較清晰，計算結(jié)果正確；作圖痕跡清楚、位置準確、全面。8089對常用機構(gòu)的基本概念、工作原理的掌握基本正確；相關物理量符號規(guī)范，所用公式表達基本準確，計算步驟基本清晰，計算結(jié)果正確；作圖痕跡清楚、位置基本準確、全面。7079對常用機構(gòu)的基本概念、工作原理的掌握有偏頗；相關物理量符號基本規(guī)范，所用公式表達基本準確，計算步驟不清晰，計算結(jié)果有一定誤差；圖形有誤差，結(jié)果不全面。6069對常用機構(gòu)的基本概念、工作原理不清楚；所用公式表達錯誤，計算步驟混亂，計算結(jié)果不正確；圖形有誤差，結(jié)果不正確、不全。059課程目標2：能應用機械運動學及動力學基本理論知識，進行有關機械的基本計算及其運動和動力分析，并獲得有效結(jié)論。畢業(yè)要求指標點2-3對相關概念、原理的理解透徹，分析過程邏輯清晰