Theoryof Machines and Mechanisms

一、 课程的性质与目标

机械原理是机械设计制造及自动化(本科)专业的一门必修专业基础课程，它是研究机械共性问题的主干课程。

 （一）知识目标

1、掌握机构分析、机构综合和机械动力学的基本理论、基本知识；

2、掌握常用机构的特性和分类以及常用机构的设计方法。

  (二）能力目标

  1、初步具有分析和设计机构的能力以及确定机械运动方案、机构综合的能力；

  2、获得普通机械原理实验的基本技能。

二、课程的教学内容和学时分配

绪论  (2学时)

教学内容：

机械原理研究的对象与内容；学习本课程的目的，机械原理学科的新发展

教学要求：

明确本课程的研究对象、内容以及在培养机械类专业技术人才中的地位、  

作用和任务。了解机械原理学科的新发展。

重点：介绍本课程研究的对象及内容

第一章  平面机构的结构分析   （4学时）

教学内容：

机构结构分析的内容及目的；机构的组成；机构运动简图；机构具有确定运动的条件；平面机构自由度的计算；计算平面机构自由度应注意的事项；平面机构中的高副低代；平面机构的组成原理，结构分类及结构分析

教学要求：

掌握绘制机构运动简图方法。熟练掌握平面运动链及平面机构的自由度的计算。掌握平面机构组成的基本原理。理解高副低代的原理。

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问题。

实验一：常用机构的认知  （2学时）

实验二：机构运动简图绘制   （2学时）

第二章  平面机构的运动分析   (4学时)

教学内容：

机构运动分析的目的和方法，速度瞬心及其在平面机构速度分析中的应用，用矢量方程图解法作机构的速度和加速度分析，用综合法进行平面机构的速度分析，用解析法进行机构的运动分析。

教学要求：

理解速度瞬心的概念，熟练掌握用瞬心法对平面机构进行速度分析的方法。掌握矢量方程图解法对Ⅱ级机构进行运动分析的方法。了解解析法对Ⅱ级机构进行运动分析的方法。

重点：

通过机构位置矢量多边形建立机构的位置矢量方程；应用相对运动图解法原理求二级机构构件上任意点和构件的运动参数；速度瞬心的概念和“三心定理”的应用。

难点：对有共同转动且有相对移动的两构件重合点间的运动参数的求解。

第三章  平面机构的力分析   （2学时  2学时自修）

教学内容：

机构力分析的方法，构件惯性力与摩擦力的确定，不考虑摩擦时机构的力分析，考虑摩擦时机构的力分析。

教学要求：

了解作用在机械上的力与机构力分析的目的与方法；了解惯性力的确定方法；掌握移动副、转动副的摩擦力的确定方法，了解平面高副的摩擦力确定方法；了解构件组的静定条件，掌握图解法的机构动态静力分析方法，了解解析法动态静力分析；了解考虑摩擦时机构的受力分析方法。

重点：移动副、转动副的摩擦力的确定方法；图解法的机构动态静力分析方法。

难点：图解法的机构动态静力分析方法。

第四章   机械中的摩擦的机械效率  （2学时）

教学内容：

研究机械中摩擦的目的，机械的效率，机械的自锁

教学要求：

理解当量摩擦系数、摩擦锥、摩擦圆的概念。掌握机械效率计算方法。理解摩擦自锁的概念，能确定机构的自锁条件。

重点：机械的机械效率、自锁现象及自锁条件。

难点：机械效率的概念及机械的自锁和自锁条件。

第五章   平面连杆机构及其设计   （4学时）

教学内容：

连杆机构及其传动特点；平面四杆机构的类型和应用；平面四杆机构的基本知识；平面四杆机构的设计。

教学要求：

熟悉铰链四杆机构的基本类型，演化和应用。掌握曲杆存在条件，行程速比系数、传动角、压力角和死点等概念。掌握按行程速比系数、连杆三位置，连架杆三位置设计四杆机构的方法。了解实验法或图谱法设计连杆机构。了解解析法设计四杆机构的基本知识。

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；

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。

第六章  凸轮机构及其设计   （4学时）

教学内容：

凸轮机构的应用与分类，从运件常用运动规律，凸轮轮廓曲线的设计，凸轮机构基本尺寸的确定。

教学要求：

了解凸轮机构的类型及应用。掌握基本推杆运动规律的运动线图及其基本特点。掌握图解法设计凸轮轮廓曲线的方法。掌握凸轮机构压力角的自锁的概念。理解凸轮基圆半径确定的方法，了解有关参数对它的影响。

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。

第七章   齿轮机构及其设计   （6学时）

教学内容：

齿轮机构的应用与分类，齿轮的齿廓曲线，渐开线的形成及其特性，渐开线齿廓的啮合特性，渐开线标准齿轮各部分的名称和尺寸，渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动，渐开线齿廓的切削，变位齿轮概述，斜齿圆柱齿轮传动，蜗杆传动，圆锥齿轮传动。

教学要求：

掌握啮合基本定律，了解共轭齿廓的求法。了解渐开线的基本性质。熟悉渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算。掌握渐开线直齿圆柱齿轮的啮合特性（定传动比、可分性、正确啮合及连续传动条件）。掌握分度圆与节圆，压力角与啮合角，标准中心距与实际中心距等概念。了解渐开线齿轮范成原理，根切现象，最少齿数等概念。了解变位和变位齿轮传动的概念。理解斜齿圆柱齿轮齿廓形成，啮合特点，能计算标准斜齿轮的几何尺寸。了解标准直齿圆锥齿轮传动的特点及基本尺寸计算。了解蜗杆蜗轮传动的特点及其基本尺寸计算。

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。

实验三：齿轮范成法实验   （2学时）

第八章   齿轮系及其设计   （6学时）

教学内容：

齿轮系及其分类，定轴轮系的传动比，周期轮系的传动比，复合轮系的传动比，行星轮系的传动及其设计的基本知识。

教学要求：

了解轮系的分类的应用。掌握定轴、周轴和复合轮系的传动比的计算。了解行星轮系设计的基本知识。

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。

实验四：齿轮参数的测定 （2学时）

第九章   其他常用机构及组合机构   （2学时）

教学内容：

万向联轴节机构，槽轮机构，棘轮机构，组合机构。

教学要求：

了解四杆常用机构（万向联轴、槽轮机构、棘轮机构）的工作原理，运动特点及其应用。理解运动循环图和组合机构的基本概念。

重点：各种常用机构的运动特点和适用场合

第十章   机械的运转及其速度波动的调节   （2学时自修）

教学内容：

概述，等效率和等效力矩，等效质量和等效转动惯量，机械运动方程式，机械速度波动的调节。

教学要求：

了解建立单自由度机械系统等效力学模型及运动方程式的方法。掌握飞轮调速原理。

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。

难点：计算飞轮转动惯量时最大盈亏功的计算方法。

第十一章   机械的平衡  （2学时）

教学内容：

机械平衡的目的和内容，刚性转子的平衡计算，平面机构的平衡。

教学要求：

掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法。了解平面四杆机构惯性力的平衡原理。

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。

三、课程教学的基本要求      

课堂讲授：

机械原理是讲授、实验、设计并重的专业基础课程。机械原理实验是重要的实践教学环节。要使学生能绘制实际机械的运动简图，对简单机械进行运动和动力参数测试，培养学生运用实验方法研究机械的能力。学生应亲自动手进行实验，并认真完成实验报告。根据教育发展的趋势和教学教改的要求，要积极开展电化教学，充分利用演示、幻灯、投影、CAI等现代化教学手段，提高教学效果和课堂效率。

实践教学部分

序号	实验项目名称	项目学时	每组人数	内容提要	实验 项目 类型	实验 项目 要求
1	机构示教板演示实验	2	20	通过示教板介绍各种常见机构的组成及应用情况。机构主要包括：铰链四杆机构及应用，凸轮机构，齿轮机构，周转轮系，间歇和停歇运动机构，组合机构，空间机构等部分。达到了解机构的种类和运动特性的目的。	验证型	必修
2	平面机构运动简图的测绘	2	20	学生通过选定具体的模型机构，动手绘制机构的运动简图，并计算模型机构的自由度，验证其运动是否确定，掌握机构运动简图绘制的基本方法，消化机构自由度计算的基本知识。	验证型	必修
3	齿轮范成原理	2	20	利用一对齿轮啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理加工齿轮，操作时齿条刀具与轮坯（纸）保持具有固定角速度比的运动关系而模拟齿轮范成加工，了解渐开线齿轮的加工方法以及变位齿轮的相关知识。	验证型	必修
4	齿轮参数的测定	2	20	通过对模数制正常齿渐开线直齿圆柱齿轮的测绘（如公法线长度、齿顶圆直径、齿根圆直径等），计算并确定齿轮的基本参数（模数、压力角、基节等），掌握测量量具的使用方法，具备齿轮参数计算的基本能力。	验证型	必修

作业方面：

作业习题内容要多样化，要有典型性、代表性，要能达到巩固理论，掌握基本计算方法，提高分析和解决问题的能力、熟悉标准、规范的作用。学生必须独立按时完成作业，除教材外，教师应给学生指定相关参考书，以拓宽学生知识面。

考试环节：

本课程为考试课，考试形式以卷面考试为主，有条件可采用其他的合理形式，考试一般采用闭卷方式。

成绩评定：

方式1：期末考试，考试成绩占70％，实验成绩占20%，平时成绩（教学活动过程）占10％。教学活动过程考核包括：考勤、课堂表现20%，平时作业80%；

方式2：期中+期末考试，期中占30%，期末占40%，实验成绩占20%。平时成绩（教学活动过程）占10%。教学活动过程考核包括：考勤、课堂表现20%，平时作业80%。

学时安排

  各章学时安排任课教师可根据教学实际作适当调整。

四、本课程与其他课程的联系

   本课程的先修课程是高等数学、物理、理论力学、机械制图和计算机软件技术基础等。

通过对本课程的学习，将为学习机械设计，机械制造以及其他机械性质的专业课程打下基础。

五、建议教材与教学参考书：

[1] 孙桓、陈作模主编.《机械原理》（第九版）.高等教育出版社

[2] 吴瑞祥，王之栎，郭卫东，刘静华主编.《机械设计基础》（上册）.北京航空航天大学出版社

[3] 党祖祺主编.《机械原理》.北京航空航天大学出版社

[4] 申永胜主编.《机械原理教程》.清华大学出版社

[5] 董海军主编.《机械原理典型题解分析及自测》.西北工业大学出版社

[6] 陈立德主编.《机械设计基础》.高等教育出版社

[7] 杨可桢主编.《机械设计基础》.高等教育出版社

[8] 攀枝花大学机械工程系教改教材编写组编.《机械设计实验指导书》