机械原理_李瑞琴_教学大纲

《机械原理》教学大纲

课程类别：技术基础教育课程课程名

称：机械原理

开课单位：机械工程系课程编

号： 2020201

总学时： 72学时 (理论学时：62学时，实验学时：10学

时) 学分：4.5

适用专业：机械类本科专业（四年制机械类专业试用）

先修课程：机械制图、金属工艺学及热处理、公差及技术测量、理论力学、材料力学

一、课程在教学计划中地位、作用

机械原理课程是研究机构的结构原理及机构与机器的运动学和动力学的一门学科。本课程是高等工科院校机械类各专业本科学生的一门主干技术基础课。它在机械类课程中有着独特的、不可取代的重要地位。在培养高级工程技术人员的过程中, 具有培养学生的机构设计与分析能力、机构系统运动方案的设计能力以及创新设计能力的重要作用。

本课程的主要任务是使学生了解基本机构的类型、工作原理和特点，掌握基本机构分析与设计的原理和方法，基本了解机器运动方案的设计过程和方法。掌握机构组合设计、机械运动方案简图设计、机构创新设计及现代产品设计的一般方法。

本课程着重培养学生具有设计基本机构的能力和初步具有现代机器运动方案的分析和创新设计能力及相关技术工作的适应能力。

本课程安排有理论教学，课程设计和实验三个教学环节，各教学环节的具体内容和学时分配如下：

二、课程内容、基本要求：

第一章绪论

基本内容：

1．机械原理课程的研究对象和内容

2．机械原理课程在教学计划以及在培养各专业专门人才全局中的地位、作用和任务。

3．简要介绍本学科发展动向。

基本要求：

1．明确本课程研究的对象和内容，及其在培养机械类高级工程技术人才全局中的地位、任务和作用。

2．对机械原理学科的发展现状有所了解。

第二章机构的组成原理和机构类型综合

基本内容：

1．机构的主要类型和特点；

2．机构的组成及机构运动简图；

3．机构的自由度计算；

4．机构的高副低代、结构分析、组成原理；

5．机构型、数综合。

基本要求：

1.搞清构件、运动副、约束、自由度及运动链等重要概念。

2.能绘制比较简单的机械的机构运动简图。

3.能正确计算平面机构自由度并能判断其是否具有确定运动；对空间机

构自由度的计算有所了解。

4.对虚约束对机构工作性能的影响及机构结构合理设计问题的重要性有

所认识。

5.对平面机构的组成原理有所了解。

第三章连杆机构设计和分析

基本内容：

1．平面四杆机构的特点和基本型式；

2．平面连杆机构设计中的一些共性问题；

3．平面连杆机构运动设计的基本问题；

4．平面刚体导引机构设计；

5．平面函数机构设计；

6．平面轨迹机构设计；

7．平面多杆机构设计；

8．平面连杆机构的运动分析；

9．速度瞬心及其应用；

10．平面连杆机构力分析特点。

基本要求：

1.了解平面连杆机构的传动特点及其主要优缺点。

2.了解平面四杆机构的基本型式、演化型式及平面四杆机构的一些应用

实例。

3.对平面四杆机构一些基本知识(如平面四杆机构的有曲柄的条件、行程

速比系数及急回运动、传动角及死点位置以及运动连续性等)应有明确的认识。

4.能按连杆的三个位置，两连架杆的三个对应位置，及行程速比系数等

条件设计平面四杆机构。

5.了解实现预定连杆曲线的平面四杆机构的设计方法。

6.对平面多杆机构有所了解。

7.正确理解速度瞬心（包括绝对瞬心和相对瞬心）的概念，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、低副机构进行速度分析。

8.了解机构中作用的各种力的分类及机构力分析的目的和方法；能对几

种最常见的运动副中的摩擦力进行分析和计算；能对II级机构进行动态静力分析。

9.能用矢量方程图解法或解析法对II级机构进行运动分析。

第四章凸轮机构及其设计

基本内容：

1．凸轮机构的应用与分类；

2．从动件常用运动规律及其基本特性；

3．盘形凸轮廓线的设计（图解法与解析法相结合）；

4．凸轮机构压力角与基本尺寸确定；

5．凸轮机构的力学分析及锁紧弹簧刚度的确定；

6．高速凸轮机构简介。

基本要求：

1．了解凸轮机构的类型和应用。

2．对推杆的基本运动规律及推杆运动规律的选择有明确的概念。3．对凸轮机构的压力角和自锁有明确的概念。

4．能确定盘形凸轮机构的基本尺寸。

5．掌握盘形凸轮廓线的设计方法。

6．对高速凸轮机构有所了解。

第五章齿轮机构及其设计

基本内容：

1．齿廓啮合基本定律及渐开线齿形；

2．渐开线圆柱齿轮参数；

3．渐开线直齿圆柱齿轮传动的啮合传动过程及其啮合传动特点；4．渐开线齿轮的根切现象及最少齿数；

5．齿轮变位原理及变位齿轮运动；

6．斜齿圆柱齿轮机构；蜗轮、蜗杆机构；圆锥齿轮传动；

7．轮系及其分类；

8．定轴轮系传动比计算；

9．周转轮系及复合轮系传动比计算；

10．其他类型齿轮传动简介。

基本要求：

1．了解齿轮机构的类型和应用。

2．明确齿廓啮合基本定律的概念。

3．深入了解渐开线直齿圆柱齿轮传动的啮合特性。

4．掌握标准直齿圆柱齿轮传动的基本参数和几何尺寸的计算。

5．明确根切现象及最少齿数、齿轮的变位修正和变位齿轮传动的基本概念。

6．了解平行轴斜齿圆柱齿轮的啮合特点，掌握标准斜齿圆柱齿轮传动几何尺寸的计算。

7．了解标准直齿圆锥齿轮传动的特点及其几何尺寸的计算。

8．对蜗杆传动的特点有所了解。

9．了解轮系的分类和应用。

10．掌握定轴轮系、周转轮系及复合轮系传动比的计算方法。

11．了解行星轮系的效率计算，以及选型和齿轮齿数选取等行星轮系设计的基本知识。

12．对新型行星齿轮传动有所了解。

第六章间歇运动机构、其它常用机构及广义机构

基本内容：

1．棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇机构、星轮机构；2．万向联轴节、螺旋机构、行程增大和可调机构、供料机构及抓取机构、组合机构、瞬心线机构、共轭曲线机构；

3．广义机构概念、广义机构发展、广义机构与现代机器、液气动机构、电磁机构、振动及惯性机构、微位移机构、光电机构、柔顺机构；

基本要求：

1．结合专业需要对棘轮机构、槽轮机构、擒纵轮机构、凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构、非圆齿轮机构、螺旋机构和万向铰链等一些其

他常用机构的工作原理、运动特点及其应用有所了解。

2．对组合机构的组合方式及特点有所了解。

3．对含有某些特殊元器件的机构有所了解。

4．对广义机构等现代机构有所了解。

第七章功能分析与运动协调设计、机械运动方案设计

基本内容：

1．功能分析、功能求解、机构创新方法；

2．工作原理设计和工艺动作设计、执行机构的协调设计和运动循环图；

3．机构选型、机械运动方案的构思与拟定、机械运动方案的评价、机械运动简图设计举例。

基本要求：

1．了解功能分析法及机构创新的各种方法。

2．掌握各执行机构间的协调设计以及机械运动循环图的分类、作用与设计原理。

3．了解在拟定机械运动系统方案时应考虑的基本原则及要点。

4．了解机构选型的基本知识。

第八章机械运转及其速度波动调节

基本内容：

1．机械系统动力学模型；

2．机械运动方程式及其求解；

3．周期性速度波动及其调节（飞轮设计）；

4．非周期性速度波动及调速器。

基本要求：

1．了解建立单自由度机械系统等效动力学模型及运动方程的方法。

2．能求解运动方程式。

3．了解飞轮调速原理，掌握飞轮转动惯量的简易计算法。

4．了解机械非周期性速度波动调节的基本概念和方法。

5．对考虑构件弹性时的机械动力学有所了解。

第九章机械振动及其隔离

基本内容：

1．转轴的横向振动；转轴的扭转振动；

2．机械系统振动模型建立的基本原理；

3．机械系统的隔振和消振。

基本要求：

1．掌握机械振动的基本概念和回转机械的横向振动、扭转振动临界转速的初步计算方法。

2．熟悉机械的动力模型建立的基本方法和机械振动隔离技术。

第十章机械平衡

基本内容：

1．机械平衡的目的、内容；

2．刚性转子的静平衡和动平衡；挠性转子的动平衡简介；

3．平面机构的平衡；

4．多缸发动机惯性力的部分平衡简介。

基本要求：

1．掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法，明确转子许用不平衡量的意义。

2．了解平面四杆机构的平衡原理

三、实验：

必做实验:

实验一机构运动简图测绘，实验为2学时。

基本内容：对实际的机械设备，由教师指定具体机构，学生自己动手绘制运动简图，

并计算自由度。

基本要求：①会把实际机械的联接抽象成简单的运动符号。

②能对机构运动简图做自由度计算，并判别机构是否有确定的运动。

实验二渐开线圆柱直齿轮范成实验，实验为1学时。

基本内容：用渐开线齿廓范成仪，模拟范成法切制渐开线齿轮加工过程，

并对有关齿轮参数进行计算。

基本要求：能用变位方法来避免根切现象。

实验三渐开线齿轮参数测量实验，实验为1学时。

基本内容：用普通量具测量渐开线齿轮有关尺寸。然后按测量尺寸进行计算，最后确定齿轮的各基本参数及修正参数。

基本要求：掌握渐开线直齿轮有关尺寸的测定方法。

实验四曲柄滑块、导杆组合实验，实验为1学时。

基本内容：测量机构运动过程中的位移、速度、加速度动态曲线及运动特性。

机构位移、速度、加速度之间的换算。

基本要求：①了解机构运动参数的测试方法。②掌握参数改变对机构特性的影响。

实验五机组运转及飞轮调节实验，实验为1学时。

基本内容：测量

①活塞压力——曲柄转角（P-θ）曲线；

②阻力矩——曲柄转角（M-θ）曲线；

③.有、无飞轮状态下机组起动转速曲线N1-θ及停车转速曲线

N1-θ；

④有、无飞轮状态下机组平稳运动时的转速曲线N-θ、最大转速

Nmax、最小转速Nmin、不均匀系数。

基本要求：①了解机组不同负载下的运动参数。

②掌握所测试的参数的物理意义和变化规律。

实验六杆机构组合创意实验，实验为2时。

基本内容：进行平面连杆机构运动方案的选型、设计、绘制机构运动简图，并标注有关参数。

基本要求：将实验与课本中的作图法，解析法结合起来，进行方案组装。

实验七机械方案创意设计模拟实验，实验为4学时。

基本内容：使用多功能零件，进行积木式组合调整，将设计者构思的机械方案组装成实物机构模型，然后演示并观察其运动是否符合设计要

求，再进行调整改进。

基本要求：①针对设计任务，按照实验结果简述机构的有关杆、副是否运动到位，曲柄是否存在、是否实现急回、最小传动角数值、是

否有“憋劲”现象。

②指出机构的创新之处，不足之处及相应的改进方法。

选修实验：

实验一回转件动平衡实验，实验为2学时。

基本内容：将一待平衡回转件通过反复调整重位置角和不平衡重径积，经过计算和补偿后，将回转件完全平衡。