机械原理课程教学大纲

机械原理课程教学大纲

课程编号：09151100

课程名称：机械原理/ThePrincipleofMachinery

学时：76（理论64、实验12）学分：4.5

适用专业：机械设计制造及其自动化开课学期：4

开课部门：物理科学与工程技术学院

先修课程：高等数学、线性代数、机械制图、理论力学等

考核要求：考试

使用教材及主要参考书：

孙桓，陈作模主编，《机械原理（第八版）》，高等教育出版社，2013

陈作模,张永红,苏华编，《机械原理学习指南》，高等教育出版社，2001

葛文杰主编，《机械原理作业集（第二版）》，高等教育出版社,2001

孙桓主编，《机械原理教学指南》，高等教育出版社，1998

一'课程的性质和任务

《机械原理》课程是机械类专业学生的必修课。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'教学目的与要求

本课程的目的和任务是使学生通过本课程的学习，掌握机构学和机器动力学的基本

理论、基本知识和基本技能，并初步具有拟订机械运动方案、分析和设计机构的能力。

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。

三'学时分配

章节课程内容学时

1绪论1

2机构的结构分析5

3平面机构的运动分析4

4平面机构的力分析4

5机械的效率和自锁4

6机械的平衡4

7机械的运转及其速度波动的调节4

8平面连杆机构及其设计10

9凸轮机构及其设计6

10齿轮机构及其设计12

11齿轮系及其设计6

12其他常用机构2

13机械传动系统的方案设计2

四、教学中应注意的问题

为了培养学生动手能力，教学中应创造条件多做实验，每组人2—3人为宜。

五、教学内容

第一章绪论

1.基本内容:

使学生了解本课程研究的对象、内容及其在培养高级工程技术人才的全局中的地位、

作用和任务，从而明确学习本课程的目的；使学生对机械原理学科的发展趋势有所了解。

2.教学基本要求：

明确本课程的研究对象和内容以及它的地位、任务和作用，对机械设计及理论学科

的发展状况和趋势有所了解。

3.教学重点难点：

介绍本课程研究的对象、内容。

4.教学建议：

第二章机构的结构分析

L基本内容：

运动副，平面运动副的类型。运动链。机构运动简图。平面机构的结构公式，计算

平面机构自由度的注意事项，机构具有确定运动的条件。机构的组成原理。机构的结构

分类。

2.教学基本要求：

了解机构的组成，搞清运动副、运动链、约束和自由度等基本概念；能绘制常用机

构的机构运动简图；能计算平面机构的自由度；对平面机构组成的基本原理有所了解。

3.教学重点难点：

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。

4.教学建议：

第三章平面机构的运动分析

1.基本内容：

用瞬心法对简单高、低副机构进行运动分析。用图解法或解析法（掌握其中一种，

而对另一种有所了解）对∏级机构进行运动分析。

2.教学基本要求：

明确机构运动分析的目的和方法；能用解析法和图解法对平面二级机构进行运动分

析；理解速度瞬心（绝对瞬心和相对瞬心）的概念，并能运用“三心定理”确定一般平

面机构各瞬心的位置；能用瞬心法对简单高、低副进行速度分析。

3.教学重点难点：

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，

应用动力学分析模拟软件进行机构的位置、速度和加速度分析。

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。

4.教学建议：

第四章平面机构的力分析

L基本内容：

机构力分析的目的和方法；构件惯性力的确定；质量代换法；运动副中的摩擦：移

动副中的摩擦（斜平面摩擦、槽面摩擦）；螺旋副中的摩擦；转动副中的摩擦（轴颈摩擦、

摩擦圆、轴端摩擦）；不考虑摩擦时机构的力分析

2.教学基本要求：

了解机构中作用的各种力及机构力分析的方法；确定各运动副中的反力及需加于机

械上的平衡力或平衡力矩；掌握对一般平面机构进行动态静力分析的过程。

3.教学重点难点：

重点：作用在机械上的力及机构力分析的目的和方法；构件惯性力的确定（侧重工

程上常采用的质量代换法）；用图解法作平面机构的动态静力分析。

难点：机构的平衡力（或平衡力矩）及构件的质量代换两个概念。

4.教学建议：

第五章机械中的效率和自锁

1.基本内容：

移动副、转动副（轴颈）中摩擦力计算。考虑摩擦时，简单高、低副机构的静力分

析。机械的效率。机械的自锁。

2.教学基本要求：

建立正确、全面的机械效率的概念；掌握简单机械的机械效率和自锁条件的求解方

法；掌握移动副、转动副和螺旋副等运动副中摩擦力的分析计算。

3.教学重点难点:

重点：机械的机械效率、自锁现象及自锁条件和考虑摩擦时各种运动副中的力分析。

难点：机械效率的概念及机械的自锁和自锁条件；摩擦圆的概念及转动副中总反力

作用线的确定。

4.教学建议：

第六章机械的平衡

L基本内容：

刚性转子静平衡和动平衡的原理和计算。平面连杆机构的平衡。

2.教学基本要求：

掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法；了解平面四杆机构的平衡原理。

3.教学重点难点：

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。

4.教学建议：

第七章机械的运转及其速度波动的调节

L基本内容：

机械系统等效动力学模型：等效力和等效力矩、等效质量和等效转动惯量的计算。

机器运动方程式。飞轮调速原理和飞轮转动惯量的近似计算方法。简介非周期性速度波

动的调节。

2.教学基本要求：

充分了解等效力（力矩）、等效质量（转动惯量）、等效构件和等效动力学模型等基

本概念和方法；了解机器运动方程式的两种表达形式（动能形式和力或力矩形式）的建

立和适用情况；掌握根据已知条件求解在已知力作用下机器的真实运动情况；了解机器

两种速度波动调节方法（主要是周期性速度波动的调节）；掌握飞轮转动惯量的计算方

法。

3.教学重点难点：

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。

4.教学建议：

第八章平面连杆机构及其设计

1.基本内容：

钱链四杆机构的基本形式、演化和应用举例。四杆机构曲柄存在的条件，压力角、

传动角、死点和行程速比系数。四杆机构的设计：按连杆给定位置、按连架杆给定对应

位置、按行程速比系数设计四杆机构。简介四杆机构设计的实验法。

2.教学基本要求：

了解平面连杆机构的组成及其主要优缺点；了解平面连杆机构的基本型式及其演化

和应用；对曲柄存在条件、传动角、死点、急回运动、行程速比系数、运动连续性等有

明确的概念；掌握用作图法设计平面四杆机构的方法；了解解析法设计四杆机构的概念

和数学模型的建立。

3.教学重点难点：

重点：平面较链四杆机构的演化；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、平面较链四杆机构运动连续性的判断。

4.教学建议：

第九章凸轮机构及其设计

L基本内容：

凸轮机构的应用和分类。从动件的常用运动规律：等速运动、等加速等减速运动、

简谐运动、正弦加速度运动。用图解法或解析法设计凸轮的轮廓曲线。凸轮机构的压力

角，基圆半径和滚子半径的确定。

2.教学基本要求：

了解凸轮机构的分类及应用；了解推杆常用的运动规律及推杆运动规律的选择原则;

掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题（包括压力角对尺寸的影响、压力

角对凸轮受力情况、效率和自锁的影响及失真等问题）；能根据选定的凸轮类型和推杆

的运动规律，设计出凸轮的轮廓曲线（以解析法为主）。

3.教学重点难点：

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。

4.教学建议：

第十章齿轮机构及其设计

L基本内容：

齿轮机构的应用和分类。齿廓啮合基本定律。*共物齿廓及共转齿廓的求法。渐开线

的形成、特性及其参数方程。渐开线齿廓的啮合传动：能保证定传动比，传动特点。渐

开线标准直齿圆柱齿轮各部分的名称、基本参数和几何尺寸。渐开线圆柱齿轮任意圆上

的齿厚。公法线长度。一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件及连续传动的条件。渐

开线齿廓的展成原理。渐开线齿廓的根切现象。用标准齿条型刀具切制标准齿轮而不发

生根切的最少齿数。

变位齿轮传动：最小变位系数，变位齿轮的几何尺寸，无侧隙啮合方程。*变位齿轮

的传动类型和设计步骤。斜齿圆柱齿轮传动：齿廓曲线的形成，啮合特点，标准斜齿圆

柱齿轮的几何尺寸。圆锥齿轮传动：传动特点，齿面的形成，背锥与当量齿轮，标准直

齿圆锥齿轮的几何计算。蜗轮蜗杆传动：蜗轮蜗杆的形成，基本参数，几何尺寸，计算

特点。

2.教学基本要求：

了解齿轮机构的类型和应用；了解平面齿轮机构的齿廓啮合基本定律及有关共枕齿

廓的基本知识；深入了解渐开线直齿圆柱齿轮的啮合特性及渐开线齿轮传动的正确啮合

条件和连续传动条件；熟悉渐开线齿轮各部分的名称、基本参数及各部分几何尺寸的计

算；了解渐开线齿廓的展成切齿原理及根切现象；渐开线标准齿轮的最少齿数及渐开线

齿轮的变位修正和变位齿轮传动的概念；了解斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成、啮合特点,

并能计算标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸；了解标准直齿圆锥齿轮的传动特点及其基本尺

寸的计算；对蜗轮蜗杆的传动特点有所了解。

3.教学重点难点：

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：共枕齿廓的确定；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。

4.教学建议:

第十一章轮系及其设计

1.基本内容：

轮系的分类和应用。定轴轮系传动比的计算。周转轮系，混合轮系传动比的计算。