《机械原理》课程教学大纲

《机械原理》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称机械原理课程编号课程性质必修课课程类别核心课程开课单位机电工程学院授课学期第4学期学分/学时3.5/56课内学时56理论授课52上机学时0课内实践0实验学时4课外学时84适用专业机械设计制造及其自动化、车辆工程机械设计制造及其自动化（中外合作办学）是否双语否先修课程机械制图，理论力学，工程材料后续课程机械设计、机械制造技术等二、课程简介《机械原理》是机械设计制造及其自动化专业、车辆工程等机械类专业必修的一门核心技术基础课。通过本课程的学习，使学生获得机构分析和机构运动设计的基本理论、基本方法，具有进行机构运动尺寸设计、机械动力分析、机械运动系统方案设计的基本技能；具有运用标准、规范、图册等技术资料的能力；了解机械原理学科发展的概况，关注机械原理学科的最新发展。通过实验、课程设计等环节，培养学生理论与实际相结合的能力，并巩固和加深对理论知识的理解和掌握，为学习机械类相关专业课打好基础，为机械产品的创新设计以及对现有机械的合理使用和革新改造、从事有关机械工程方向的工作打基础。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标结合我校机械设计制造及其自动化、车辆工程专业的培养目标和毕业要求，进行学情分析，遵循OBE理念，制定了如下课程目标：课程目标1.知识储备：机构组成原理；常用机构的工作原理、运动特性、运动尺寸设计的原理和方法；机构的运动分析和机器的动力学的理论与知识和技能。课程目标2.能力训练：常用机构的设计与分析能力；应用标准、规范、图册等技术资料的能力，具有创新意识和运用原理的理论知识解决复杂机械工程方案设计的能力。课程目标3.素养养成：树立正确的机械设计思想，具有从事机械类专业技术工作的责任心、严谨认真的工程态度、精益求精的工匠精神和求知热情与创新精神。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标11.3运用机械设计制造及其自动化专业基础知识，完成解决复杂机械工程问题的基本思路和方法的训练；工程知识能够将数学、自然科学、机械工程学科基础和机械设计与制造的专业知识用于解决机械设计及制造过程中的复杂工程问题。课程目标2课程目标32.2能基于相关学科原理和数学建模方法正确表达机械设计与制造领域复杂工程问题问题分析能够应用数学、自然科学和机械工程学科的基本原理，识别、表达并通过文献研究分析机械设计与制造领域的复杂工程问题，以获得有效结论。四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一章绪论（学时数：2学时）1.课程主要内容课程的学习目的、研究对象、课程内容、学习方法、课程特点；学科的发展动态。2.重点和难点机构、机器、构件、零件等术语以及它们之间的关系。3.学生学习预期成果认知机器的组成，明确传动装置、执行机构的作用。4.教学方式课堂讲授（多媒体+适当板书）5.支撑课程目标课程目标3：激励学生树立为国争光的远大理想和求知热情与创新精神。第二章平面机构的结构分析（学时数：8学时）1.课程主要内容构件和运动副的定义和分类；运动链和机构的区别；机构的组成要素；机构运动简图的绘制；平面机构的自由度计算及复合铰链、局部自由度及虚约束等注意事项；机构的组成原理和机构的结构分析；杆组的定义和分类；高副低代。2.重点和难点重点是平面机构自由度的计算、机构运动简图的绘制；难点是机构自由度计算中的虚约束判别。3.学生学习预期成果能绘制或读懂平面机构运动简图，能用简图符号表达复杂机器的运动传动路线；能熟练计算平面机构的自由度，分析机构的运动可能性及确定性；进行机构的结构分析；借助于杆组，进行机构的创新设计。4.教学方式课堂讲授+翻转课堂+课堂讨论+测试+实验5.支撑课程目标课程目标1：掌握机构结构学的基础知识；课程目标2：进行机构的结构分析和创新设计。第三章平面机构的运动分析（学时数：4学时）1.课程主要内容瞬心的定义、数目、求法；运用瞬心法对简单高副、低副机构进行速度分析；运用矢量方程解析法对Ⅱ级机构进行运动分析。2.重点和难点运用瞬心法对机构进行速度分析；运用矢量方程解析法对机构进行运动分析。3.学生学习预期成果掌握瞬心及在速度分析上的应用；会用速度瞬心法进行机构的运动分析。了解用解析法、现代化软件对机构进行运动分析。4.教学方式课堂讲授+自主学习+课堂讨论+课后作业+测试5.支撑课程目标课程目标1：掌握对机构进行运动分析的基本知识。课程目标2：能够对机构进行运动分析。第四章平面机构的力分析、效率和自锁（学时数：4学时）1.课程主要内容移动副、转动副中的总反力；考虑摩擦时，对简单高、低副机构的力分析；会用多种方法求得机构的机械效率；串联、并联和混联机组的效率；机械的自锁及其现场应用；自锁条件的确定。2.重点和难点考虑摩擦时机构的力分析；分析求解机械的自锁条件。3.学生学习预期成果掌握考虑摩擦时机构的力分析；掌握自锁及现场应用，会分析计算机器或机构的自锁条件；了解单一机械或机组的效率确定。建议学会使用ADAMS等现代化软件进行机构的动力分析。4.教学方式课堂讲授+自主学习+课堂讨论+课后作业5.支撑课程目标课程目标1：具备对机构进行力分析和判断机构自锁的基础知识。课程目标2：能够对机构进行力分析；会分析设计自锁机构。第五章平面连杆机构及其设计（学时数：6学时）1.课程主要内容平面连杆机构的定义、应用及传动特点；四杆机构的基本形式及实际应用；四杆机构曲柄的存在条件，压力角、传动角、死点、极位夹角、行程速比系数及急回运动等；按行程速比系数K、或连杆的若干个对应位置、或按连架杆的对应位置、或按预定轨迹设计四杆机构。2.重点和难点重点是平面连杆机构的工作特性分析和设计；难点是平面连杆机构的设计。3.学生学习预期成果掌握按行程速比系数K、或连杆的若干个对应位置设计四杆机构；了解按连架杆的对应位置、或按预定轨迹设计四杆机构。会分析机构的急回程度、传力性能等。4.教学方式课堂讲授+自主学习+翻转课堂+课堂讨论+课后大作业5.支撑课程目标课程目标1、2、3：可以按工程现场的实际要求进行四杆机构的设计，并进行机构运动特性分析等；树立正确的机械设计思想，具有严谨认真的工程态度。第六章凸轮机构及其设计（学时数：6学时）1.课程主要内容凸轮机构的应用和分类；推杆的常用运动规律及冲击特点；图解法或解析法设计盘形凸轮；基圆半径、凸轮转角、从动件位移（摆角）、机构的压力角等概念；凸轮机构的许用压力角、基圆半径、滚子半径、平底尺寸的确定原则；从动件偏置的目的及应用。2.重点和难点重点是盘形凸轮轮廓曲线的设计及凸轮机构参数的确定；难点是凸轮轮廓曲线的解析法设计。3.学生学习预期成果学生具有根据实际情况确定推杆的运动规律、确定凸轮机构的基本尺寸、采用图解法或解析法完成凸轮机构设计的能力，并能够对凸轮机构进行仿真分析。建议拓展对凸轮机构的运动学分析、力分析、仿真分析、三维参数化设计、圆柱凸轮机构的设计等内容。4.教学方式课堂讲授+自主学习+翻转课堂+课堂讨论+课后大作业5.支撑课程目标课程目标1、2、3：可以按工程现场的实际需求设计凸轮机构，并进行机构的运动分析等。树立正确的机械设计思想，具有从事机械类专业技术工作的责任心、严谨认真的工程态度。第七章齿轮机构及其设计（学时数：8学时）1.课程主要内容齿轮机构的类型和应用；齿廓啮合基本定律；渐开线的性质、渐开线方程、渐开线齿廓的啮合特点；渐开线直齿、斜齿圆柱齿轮传动的几何尺寸计算；渐开线直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、蜗轮蜗杆传动的正确啮合条件；连续传动条件；重合度的定义、意义及计算；标准齿轮的标准安装和非标准安装的特征；实际啮合线段、理论啮合线段，一对轮齿的啮合过程；渐开线齿廓的切削加工原理及方法；渐开线齿轮的根切，标准直齿圆柱齿轮、变位直齿圆柱齿轮不根切的条件；变位齿轮传动的类型及常用几何尺寸计算；齿条的特征；圆锥齿轮、蜗轮蜗杆传动的几何参数和传动特点。2.重点和难点重点是渐开线直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算和啮合传动、齿轮传动类型确定；难点是渐开线齿轮的啮合过程、正确啮合条件、齿轮的安装、连续传动条件、齿廓的切制及变位齿轮等。3.学生学习预期成果掌握渐开线圆柱齿轮的设计、几何尺寸计算，理解蜗杆传动、锥齿轮传动的从动轮方向确定、传动特点等；了解齿轮的加工方法。建议拓展：齿轮的三维参数化设计；个性化研究弧齿锥齿轮的尺寸计算、啮合特性和数控加工等内容。4.教学方式课堂讲授+自主学习+课后大作业+齿轮加工参观+测验+实验5.支撑课程目标课程目标1、2、3：培养同学选择设计齿轮机构传动类型、分析设计齿轮机构的能力。树立正确的机械设计思想，具有从事机械类专业技术工作的责任心、严谨认真的工程态度和创新精神。第八章轮系及其设计（学时数：6学时）课程主要内容轮系的分类和应用；定轴轮系、周转轮系、复合轮系的传动比计算；行星轮系的设计。2.重点和难点重点是定轴轮系、周转轮系及复合轮系的传动比计算；难点是复合轮系的传动比计算。3.学生学习预期成果熟练掌握各种轮系的传动比计算；能够根据实际要求，计算设计轮系。建议拓展：了解RV减速器、谐波减速器的实际应用；行星轮系的齿数配比条件及确定方法等。4.教学方式课堂讲授+自主学习+翻转课堂+课堂讨论+课后作业5.支撑课程目标课程目标1、2、3：具备根据原动机和工作机之间传动比的要求和工作条件，计算设计轮系的基本能力。具有从事机械类专业技术工作的责任心、严谨认真的工程态度。第九章其它常用机构、组合机构及其设计（学时数：2学时）1.课程主要内容棘轮机构、槽轮机构等间歇机构的组成、工作原理、特点和应用；组合机构的应用。2.重点和难点重点是棘轮机构、槽轮机构的工作原理、运动特点和功能；难点是组合机构的设计。3.学生学习预期成果了解棘轮机构、槽轮机构等间歇机构的组成、工作原理、特点和应用；了解组合机构的应用。4.教学方式课堂讲授+自主学习+课堂讨论5.支撑课程目标课程目标1、2：具备根据实际需求，进行间歇机构的选型及初步设计能力。第十章机械的平衡（学时数：2学时）课程主要内容刚性转子静平衡和动平衡的原理、条件、平衡方法；刚性转子的静平衡、动平衡计算；转子的静平衡实验和动平衡实验的方法及过程；转子的平衡状态判断。2.重点和难点刚性转子的静平衡、动平衡计算。3.学生学习预期成果能够从设计角度保证刚性转子处于平衡状态（平衡计算法），了解静平衡实验和动平衡实验方法。4.教学方式课堂讲授+自主学习+课堂讨论+测验5.支撑课程目标课程目标1：判断转子的平衡状态的基本知识。第十一章机械的运转及其速度波动的调节（学时数：4学时）1.课程主要内容等效动力学模型；等效质量（转动惯量）、等效力（力矩）的计算；机器的等效动力学方程及运用；机器周期性速度波动和非周期性速度波动的调节方法；飞轮的调速原理、飞轮转动惯量的计算。2.重点和难点重点是等效量的计算和周期性速度波动的调节；难点是机器真实运动的求解和最大盈亏功的确定。3.学生学习预期成果掌握飞轮的调速原理、飞轮转动惯量的计算；掌握等效动力学模型的种类及其上等效量的计算；了解机器运动方程式的种类及求解。4.教学方式课堂讲授+自主学习+测验5.支撑课程目标课程目标1：了解通过建立等效动力学模型研究机器运动的原理和方法，掌握速度波动的特征和调节方法。五、教学内容、教学方式支撑课程目标汇总序号主要内容主要教学方式学时分配课内课外学时比例支撑课程目标1第一章绪论课程的学习目的、研究对象、课程内容、学习方法、课程特点；学科的发展动态。课堂讲授21:1.5课程目标32第二章平面机构的结构分析机构的组成要素；构件和运动副的定义和分类；机构运动简图的绘制；平面机构的自由度计算及复合铰链、局部自由度及虚约束等注意事项；机构的组成原理和机构的结构分析；杆组的定义和分类；运动链；高副低代课堂讲授+翻转课堂+课堂讨论+测试+实验81:1.5课程目标1、23第三章平面机构的运动分析瞬心的定义、数目、求法；运用瞬心法对简单高副、低副机构进行速度分析；运用矢量方程图解法（相对运动图解法）对Ⅱ级机构进行运动分析；影像原理及其运用；哥氏加速度课堂讲授+自主学习+课堂讨论+课后作业+测试41:1.5课程目标1、24第四章平面机构的力分析、效率和自锁移动副、转动副中的总反力；动态静力分析和静力分析的含义和使用场合；考虑摩擦时，对简单高、低副机构的力分析；会用多种方法求得机构的机械效率；串联、并联和混联机组的效率；机械的自锁及其现场应用；自锁条件的确定。课堂讲授+自主学习+课堂讨论+课后作业41:1.5课程目标1、25第五章平面连杆机构及其设计平面连杆机构的定义、应用及传动特点；四杆机构的基本形式及实际应用；四杆机构曲柄的存在条件，压力角、传动角、死点、极位夹角、行程速比系数及急回运动等；按行程速比系数K、或连杆的若干个对应位置、或按连架杆的对应位置、或按预定轨迹设计四杆机构。课堂讲授+自主学习+翻转课堂+课堂讨论+课后大作业61:1.5课程目标1、2、36第六章凸轮机构及其设计凸轮机构的应用和分类；推杆的常用运动规律及冲击特点；图解法或解析法设计盘形凸轮；基圆半径、凸轮转角、从动件位移（摆角）、机构的压力角等概念；凸轮机构的许用压力角、基圆半径、滚子半径、平底尺寸的确定原则；从动件偏置的目的及应用。课堂讲授+自主学习+翻转课堂+课堂讨论+课后大作业61:1.5课程目标1、2、37第七章齿轮机构及其设计齿轮机构的类型和应用；齿廓啮合基本定律；渐开线的性质、渐开线方程、渐开线齿廓的啮合特点；渐开线直齿、斜齿圆柱齿轮传动的几何尺寸计算；渐开线直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、蜗轮蜗杆传动的正确啮合条件；连续传动条件；重合度的定义、意义及计算；标准齿轮的标准安装和非标准安装的特征；实际啮合线段、理论啮合线段，一对轮齿的啮合过程；渐开线齿廓的切削加工原理及方法；渐开线齿轮的根切，标准齿轮、变位齿轮不根切的条件；变位齿轮传动的类型及常用几何尺寸计算；齿条的特征；圆锥齿轮、蜗轮蜗杆传动的几何参数和传动特点。课堂讲授+自主学习+课后大作业+齿轮加工参观+测验+实验81:1.5课程目标1、2、38第八章轮系及其设计轮系的分类和应用；定轴轮系、周转轮系、复合轮系的传动比计算，行星轮系的设计。课堂讲授+自主学习+翻转课堂+课堂讨论+课后作业61:1.5课程目标1、2、3、49第九章其它常用机构、组合机构及其设计棘轮机构、槽轮机构等间歇机构的组成、工作原理、特点和应用；组合机构的应用。课堂讲授+自主学习+课堂讨论21:1.5课程目标1、210第十章机械的平衡刚性转子静平衡和动平衡的原理、条件、平衡方法；刚性转子的静平衡、动平衡计算；转子的静平衡实验和动平衡实验的方法及过程；转子的平衡状态判断。课堂讲授+自主学习+课堂讨论+测验21:1.5课程目标111第十一章机械的运转及速度波动调节等效动力学模型；等效质量（转动惯量）、等效力（力矩）的计算；机器的等效动力学方程及运用；机器周期性速度波动和非周期性速度波动的调节方法；飞轮的调速原理、飞轮转动惯量的计算。课堂讲授+自主学习+测验41:1.5课程目标1六、考核方式课程的考核以考核学生能力及培养目标的达成与否为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为重要内容，包括实验、课后作业、专题测试、课堂展示和期末考核等环节。课程总评成绩为百分制，课程实验权重5%，课程作业权重20%，专题测试权重10%，课堂展示权重5%，，期末成绩权重60%。各考核环节所占分值比例可根据具体情况进行调整，建议值及考核细则如下。课程成绩构成及比例考核环节目标分值考核/评价细则支撑的课程目标课程实验5%机构运动简图绘制、齿轮范成原理100根据实验情况和实验报告质量单独评分，满分为100分，取各次实验成绩的平均分作为实验成绩。课程目标1、2、3课程作业20%课程作业100机构运动简图、自由度、运动分析、力分析、连杆机构设计、凸轮机构设计、齿轮机构、轮系、平衡、飞轮调速、等效动力学模型等主要考核学生对各章知识点的理解和掌握程度、知识应用和创新能力；每次作业按100分制单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节最终成绩。课程目标1、2专题测试10%专题测试100在每个专题学习结束后的一两周内，完成指定的专题测试，系统自动记录成绩。课程目标1、3课堂展示5%课堂展示100小组或个人的课堂展示情况课程目标3期末考试60%知识40（1）卷面成绩100分，以卷面成绩的60%计入课程总评成绩。（2）主要考核机构的结构分析、运动分析和力分析；平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系等常用机构的设计及分析；平衡和速度波动调节等内容。考试题型为：选择题、填空题、简答题、设计计算题、作图及分析题等。课程目标1、2技能30综合应用20创新10课程考核标准如下表。考核环节基本要求评价标准75-89分60-74分0-59分课程作业机构运动简图、自由度计算、运动分析、力分析、连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系、调速等（支撑课程目标1、2、3）认真完成作业；基本概念正确、逻辑清