《機械原理》課程教學大綱

第頁《機械原理》課程教學大綱課程編號:012001課程名稱（中／英文）：機械原理／BasicTheoryofMachineandMechanism課程類型:學科基礎平臺總學時：56講課學時：56實驗學時：8(不計課時內)學分：3.5適用對象:機械工程及相關專業(yè)先修課程：理論力學、高等數(shù)學、普通物理、機械制圖后續(xù)課程：機械設計、機床、機床夾具、機械制造工藝開課單位：機械工程學院一、課程性質和教學目標《機械原理》是機械類專業(yè)中研究機械共性問題的一門主干技術基礎課，不僅為學生學習相關技術基礎和專業(yè)課程起到承前啟后的作用，并且為今后從事機械設計和研究工作起到增強適應能力和開發(fā)創(chuàng)新能力的作用。通過本課程的學習，要求學生達到以下目標：目標1：掌握機構系統(tǒng)與常用機構分析及綜合的基本理論和方法，并能夠將這些理論與方法應用于機械系統(tǒng)方案的設計和分析(包括運動分析和動力分析)中；目標2：通過綜合性設計來訓練學習的基本知識和技能，具有初步設計和評價機構運動方案的能力，具備分析和解決工程實踐問題的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新設計能力；目標3：能夠依據(jù)相關標準和規(guī)范，合理使用技術資料，熟練應用工具軟件，完成機械產(chǎn)品運動方案的擬定、圖紙的繪制及說明書的撰寫；目標4：對有關機械原理學科方面的工程常識、重要新技術成就及學科的發(fā)展趨向有所了解。本課程所能支撐的畢業(yè)要求、以及本課程的教學目標與畢業(yè)要求的對應關系如下:序號畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求指標點具體內容本課程的教學目標與畢業(yè)要求的對應關系1畢業(yè)要求1.31.3掌握機械設計、制造、自動化等領域的專業(yè)基礎知識，能針對復雜機械工程問題進行分析與設計，揭示機械產(chǎn)品或生產(chǎn)系統(tǒng)的工作原理，確定關鍵因素。課程目標12畢業(yè)要求2.12.1能夠識別影響機械設計、制造及其自動化領域/系統(tǒng)中復雜工程問題的關鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)；課程目標23畢業(yè)要求6.26.2熟悉機械工程領域的設計規(guī)范和技術標準，能夠對機械工程問題的解決方案進行合理分析；課程目標34畢業(yè)要求12.112.1具備終身學習的基礎，掌握自主學習的方法和技能，了解拓展知識和能力的途徑。課程目標4二、教學的基本要求本課程教學的基本要求是：使學生掌握機構學和機構動力學的基本理論、基本知識和基本技能，學會各種常用基本機構的分析和綜合方法，并初步具有按照機械的使用要求確定機構運動方案、分析和設計機構的能力，了解機械動力學的基本理論，掌握基本的實驗技能。三、課堂教學內容及要求第1章：緒論（反映課程目標4）（1）明確本課程研究的對象和內容，及在培養(yǎng)機械類工程技術人才中的地位、任務和作用；（2）了解本課程的性質、特點，發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢；（3）理解機械和機構的定義。第2章：機構的結構分析（反映課程目標1）（1）掌握構件、運動副、約束、自由度及運動鏈等重要概念；（2）掌握簡單機械機構運動簡圖的繪制，機構自由度的計算，分析其是否具有確定運動；（3）掌握機構基本桿組的劃分和結構分類，平面機構中的高副低代；（4）了解平面機構的組成原理。第3章：平面機構的運動分析（反映課程目標1）（1）掌握速度瞬心的定義和位置確定；（2）掌握用矢量方程圖解法對Ⅱ級機構進行速度和加速度分析；（3）掌握矢量法或矩陣法建立Ⅱ級機構的位置方程并進行運動分析。第4章：平面機構的力分析（反映課程目標1）（1）了解機構中作用的各種力的分類及機構力分析的目的和方法；（2）理解運動副反力、平衡力或平衡力偶、構件的質量代換、摩擦角和摩擦圓的定義；（3）掌握幾種最常見的運動副中摩擦力的分析和計算；（4）掌握構件慣性力的確定方法，用圖解法作機構的動態(tài)靜力分析。第5章：機械的效率和自鎖（反映課程目標1）（1）理解機械效率的定義和機械自鎖現(xiàn)象；（2）掌握串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)機構的效率計算；（3）掌握簡單機械自鎖條件的確定。第6章：機械的平衡（反映課程目標1）（1）了解機械平衡的目的和機械平衡的內容；（2）理解剛性轉子、柔性轉子的定義，靜平衡、動平衡的原理和方法；（3）掌握剛性轉子靜、動平衡的原理和方法和平衡基面選不同位置時質徑積的換算問題；（4）了解轉子許用不平衡量的意義，平面四桿機構的平衡原理。第7章：機械的運轉及其速度波動的調節(jié)（反映課程目標1）（1）了解建立單自由度機械系統(tǒng)等效動力學模型及運動方程的方法；（2）了解飛輪調速的原理；了解機械非周期性速度波動調節(jié)的基本概念和方法；（3）掌握能量指示圖的畫法，利用能量指示圖計算最大盈虧功，計算調速飛輪的轉動慣量；第8章：平面連桿機構及其設計（反映課程目標1、2、3）（1）了解連桿機構的傳動特點及其主要優(yōu)缺點；了解平面四桿機構的基本型式、演化型式及平面四桿機構的一些應用實例；（2）理解并掌握曲柄存在條件，急回運動，行程速比系數(shù)，傳動角，壓力角，死點，運動連續(xù)性；（3）掌握按連桿的三個位置，兩連架桿的三個對應位置，及行程速比系數(shù)等條件設計平面四桿機構。第9章：凸輪機構及其設計（反映課程目標1、2、3）（1）了解了解凸輪機構的類型和應用，高速凸輪機構；（2）掌握基圓、推程運動角、回程運動角、休止角凸輪機構壓力角等概念；（3）掌握推桿常用運動規(guī)律的特點及其選擇原則；盤形凸輪機構凸輪輪廓曲線的設計；（4）掌握凸輪基圓半徑和壓力角關系，掌握滾子半徑的確定方法，能根據(jù)上述基本原理解決凸輪設計中的實際問題。第10章：齒輪機構及其設計（反映課程目標1、2、3）（1）了解齒輪機構的類型和應用，平行軸斜齒圓柱齒輪的嚙合特點，標準直齒圓錐齒輪傳動的特點及其幾何尺寸的計算，蝸桿傳動的特點；（2）理解齒廓嚙合基本定律的概念，理解漸開線的形成及其特性，漸開線齒廓的嚙合特點；（3）掌握漸開線直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪傳動的基本參數(shù)和幾何尺寸計算；（4）掌握漸開線齒輪的正確嚙合條件和連續(xù)傳動條件，理解中心距、嚙合角、壓力角的定義；（5）了解根切現(xiàn)象及根切發(fā)生的原因，理解變位齒輪概念，掌握變位齒輪傳動設計的方法。第11章：齒輪系及其應用（反映課程目標1）（1）了解輪系的分類和應用；了解行星輪系的效率計算，以及選型和齒輪齒數(shù)選取等行星輪系設計的基本知識；對新型行星齒輪傳動有所了解。（2）掌握定軸輪系、周轉輪系及復合輪系傳動比的計算和轉向確定方法；（3）了解輪系功用以及行星輪系配齒問題。第12章：其他常用機構（反映課程目標1）（1）了解棘輪機構、槽輪機構、擒縱機構、凸輪式間歇運動機構、不完全齒輪機構、非圓齒輪機構、螺旋機構和萬向鉸鏈機構等一些其他常用機構的工作原理、運動特點及其應用；（2）了解對組合機構的組合方式及特點；（3）掌握槽輪機構、棘輪機構、螺旋機構、萬向鉸鏈機構、及組合機構的組合情況、運動特點及使用場合。第13章：機器人機構及其設計（反映課程目標4）通過課外閱讀，了解工業(yè)機器人的組成情況及其分類，工業(yè)機器人操作機的主要技術指標，工業(yè)機器人操作機的運動分析的方法及步驟，工業(yè)機器人操作機的力分析，工業(yè)機器人操作機機構的設計。第14章：機械系統(tǒng)的方案設計（反映課程目標2）（1）了解機械傳動系統(tǒng)設計的任務及大體的設計步驟；了解在擬定機械傳動系統(tǒng)方案時應考慮的基本原則及要點；了解機構選型的基本知識；了解機構組合及變異的基本知識；（2）掌握機構的組合方式、機構的變異方法及機械傳動方案的擬定過程。四、實驗教學內容及要求實驗教學，教師集中講授實驗原理、實驗方法和步驟，分組進行指導和“以學生自主訓練為主的開放模式組織教學”的形式，實驗教學以單獨課程形式執(zhí)行并考核。1.機械運動簡圖的繪制（1）掌握機構運動簡圖繪制方法；（2）熟悉分析和驗證機構自由度的基本技能，掌握機械自由度的計算方法;（3）加深對機構結構分析的了解。2.運動參數(shù)測試（1）了解機械運動參數(shù)電測量的基本原理和方法；（2）掌握簡單機械機構運動參數(shù)（直線運動的線位移、線速度、線加速度；轉動的角位移、角速度、角加速度）的測試和分析。3.回轉件的動平衡（1）掌握動平衡機的基本工作原理和操作方法；（2）驗證剛性轉子和回轉構件動平衡的理論知識；（3）鞏固和驗證回轉構件動平衡的基本概念。4.機構搭接創(chuàng)新（1）加深學生對機構組成原理的認識，為機構創(chuàng)新設計奠定良好的基礎；（2）掌握利用若干不同的桿組，拼接各種不同的平面機構；（3）訓練學生的工程實踐動手能力；培養(yǎng)學生創(chuàng)新設計意識及綜合設計的能力。5.齒輪范成（1）掌握用范成法制造漸開線齒輪齒廓的基本原理;（2）了解漸開線齒輪產(chǎn)生根切現(xiàn)象的原因和方法;（3）加深理解標準齒輪和變位齒輪加工原理和異同點。五、課程教學思想、教學方法、教學手段1.教學思想本課程要用到物理、數(shù)學、力學、機械制圖和工程材料等先修課程的知識，尤其是理論力學的知識。但并不是這些課程的簡單重復和堆砌，而是要引導學生如何應用所學的知識解決工程實際中所遇到的問題。所以本課程的學習不同于理論課程的學習，也不同于專業(yè)課，而具有一定的理論系統(tǒng)性及邏輯性和較強的工程實踐性的特點。因此本課程的教學思想為：（1）理解基本概念，應用基本原理，掌握基本方法；（2）注重理論聯(lián)系實際；（3）幫組學生初步建立工程觀點；（4）突出工程設計軟件的應用。2.教學方法：針對目前本課程的學時少、內容多的現(xiàn)狀，采用的教學方法主要是講重點、講難點、講思路、講方法，突出機構分析與綜合的主線、強化理論聯(lián)系實際，在嚴格的邏輯推理基礎上突出工程觀點，通過小型實例討論培養(yǎng)學生的學習興趣和自主學習的能力。3.教學手段板書、PPT、動畫、實驗、機構虛擬分析與綜合。六、各教學環(huán)節(jié)學時分配教學內容講課習題課討論課實驗其他合計第1章：緒論1第2章：機構的結構分析6運動簡圖的繪制第3章：平面機構的運動分析6運動參數(shù)測試第4章：平面機構的力分析2第5章：機械的效率和自鎖4第6章：機械的平衡3回轉構件動平衡第7章：機械的運轉及其速度波動的調節(jié)6第8章：平面連桿機構及其設計6第9章：凸輪機構及其設計5第10章：齒輪機構及其設計12齒輪的范成第11章：齒輪系及其設計4第12章：其他常用機構1合計56864注：（1）習題課根據(jù)課程進度隨堂安排；（2）每個實驗2學時。七、考核及成績評定方式本課程采用閉卷考試，成績評定由：卷面考試成績80%+作業(yè)成績10%+平時成績10%=100%。1.綜合評分法課程目標目標1目標2目標3目標4考核環(huán)節(jié)成績比例合計（%）畢業(yè)要求1.32.16.212.1考核環(huán)節(jié)及成績比例（%）作業(yè)1010平時表現(xiàn)1010課程考核50201080畢業(yè)要求指標點所占比例合計（%）602010101002.評分標準：1）作業(yè)：每次作業(yè)必須在規(guī)定時間上交，遲交作業(yè)或不交作業(yè)者，以零分計，每次作業(yè)按5分制評分，作業(yè)總成績按20分評分。作業(yè)的評分標準：完成情況得分嚴格按照作業(yè)要求并及時完成，基本概念清晰，解決問題的方案正確、合理，能提出不同的解決問題方案。4-5分基本按照作業(yè)要求并及時完成，基本概念基本清晰，解決問題的方案基本正確、基本合理3分不能按照作業(yè)要求完成作業(yè)，基本概念不清晰，解決問題的方案基本不正確、不合理1-2分2）平時成績?yōu)檎n堂表現(xiàn)課堂表現(xiàn)：隨堂考勤、案例分析討論、知識點討論、作業(yè)討論等，按10分制評分。3）期終考試：按期終考試的標準答案、評分標準百分制評分，總評后折算成80分。八、教材和