一、基本信息
课程名称
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机械原理
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课程编号
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MEEN3104
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英文名称
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Theory of machines and mechanisms
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课程类型
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专业基础课
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总学时
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48
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理论学时
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39
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实验学时
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9
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实践学时
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学分
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3
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预修课程
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高等数学、普通物理、
工程图学、理论力学
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适用对象
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机制、农机、车辆、交运
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课程简介
（200字左右）
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《机械原理》是机械类专业中培养学生拟定机构运动方案、分析和设计机构能力的一门主干专业基础课。主要内容分为两大部分：第一部分为机构的结构和运动学，包括机构的结构分析和综合、机构的运动分析；主要研究机构的运动可能性和确定性以及机构运动的位移、速度和加速度，常用机构的工作原理、运动特性及其设计。第二部分为机构和机器的动力学，包括机构运动过程中，作用力与运动的关系、惯性力的平衡、机械效率和速度波动调节等。
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二、教学目标及任务
机械原理是研究机械基础理论的一门科学，是机械类各专业的一门主干技术基础课程，在创新设计机械所需的知识结构中也占有核心地位。在培养高级机械工程技术人才的全局中，本课程不仅为学生学习相关技术基础和专业课程起到承前起后的作用，而且为今后从事机械设计和研究工作起到增强适应能力和开发创新能力的作用。
本课程的任务是使学生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，学会各种常用基本机构的分析和综合方法，并具有按照机械的使用要求进行机械传动系统方案设计的初步能力。包括以下几方面：
1.掌握机构的组成原理、结构分析方法；
2.掌握常用机构的工作原理、运动特性及其设计；
3.掌握机器动力学的基本知识；
4.培养创新意识，树立正确的设计思想；
5.具有应用标准、规范、手册、图册及相关实用软件的能力；
6.对机械设计的新发展有所了解。
三、学时分配
以表格方式说明各章节的学时分配，表格如下：
教学课时分配
章节
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章节内容
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讲课
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实验
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实践
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合计
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第一章
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绪论
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2
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2
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第二章
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机构的结构分析
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5
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2
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7
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第三章
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平面机构的运动分析
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2
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|
2
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第四章
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平面机构的力分析
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4
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|
4
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第五章
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机械的效率与自锁
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2
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2
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第六章
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机械的平衡
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1
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1
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2
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第七章
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机械的运转及其速度波动调节
|
2
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|
2
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第八章
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平面连杆机构及其设计
|
5
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|
|
5
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第九章
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凸轮机构及其设计
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4
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|
|
４
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第十章
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齿轮机构及其设计
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8
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3
|
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11
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第十一章
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齿轮系及其设计
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4
|
|
|
4
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第十四章
|
机构系统创新方案搭接
|
|
３
|
|
３
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合计
|
39
|
9
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48
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实验（实践）课时分配
序号
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实验项目
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内容提要
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实验类型*
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每组人数
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学时数
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实验一
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机构运动简图测绘
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1.常用机构的认知和测绘
2.机构运动简图绘制
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综合性
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15
|
2
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实验二
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转子的动平衡实验
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1.不平衡转子的选择和设计
2.动平衡实验测试和分析
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综合性
|
15
|
1
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实验三
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齿轮参数测定和齿轮范成实验
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1.齿轮参数的测定和分析
2.标准齿轮、正、负变位齿轮的加工方法和加工过程模拟
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验证性
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15
|
3
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实验四
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机构系统创新方案搭接
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1.传动系统方案分析、设计
2.所设计传动系统的搭接及运动实现
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设计性
|
15
|
3
|
合计
|
9
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四、教学内容及教学要求
以“章节”为单位说明本章节的主要内容，重点、难点，各节相应习题要点，有关实验和实践环节的主要内容。并按“了解”、“理解”、“掌握”三个层次写明本章节的教学要求：
“了解”：是指学生应能辨认的科学事实、概念、原则、术语，知道事物的分类、过程及变化倾向，包括必要的记忆。
“理解”：是指学生能用自己的语言把学过的知识加以叙述、解释、归纳，并把某一事实或概念分解为若干部分，指出它们之间的内在联系或与其他事物的相互联系。
“掌握”：是指学生能根据不同情况对某些概念、定律、原理、方法等在正确理解的基础上结合事例加以运用，包括分析综合。
第一章 绪论
1．了解课程的研究对象和研究内容，及其在培养机械类高级工程技术人才中的地位、任务和作用；
2．了解课程的性质和特点，以便采用适当的学习方法；
3．对机械原理学科的发展现状有所了解；
4．理解机器、机构、机械、构件、零件等基本概念。
第二章 机构的结构分析
第一节 机构结构分析的内容及目的
第二节 机构的组成
第三节 机构运动简图
第四节 机构具有确定运动的条件
第五节 机构自由度的计算
第六节 计算平面机构自由度时应注意的事项
习题要点：
1．有关机构中的构件、运动副、约束、运动链、机构、自由度、复合铰链、局部自由度、虚约束等基本概念；
2．正确运用规定的符号和表达方法绘制常用机构的运动简图；
3．机构自由度的计算，并指出平面机构中的复合铰链、局部自由度、虚约束。判断机构是否具有确定的运动并给与合理的处理。
本章重点、难点：
1．常用机构运动简图的绘制；
2．机构自由度的计算，平面机构中的复合铰链、局部自由度、虚约束的识别判断。
本章教学要求：
1．正确理解构件、运动副、约束、自由度、及运动链等重要概念；
2．掌握平面机构运动简图的绘制；
3．掌握平面机构自由度的计算并判断是否具有确定运动，了解空间机构的自由度计算；
4．了解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；
5．了解平面机构的组成原理及结构分析。（自学）
第三章 平面机构的运动分析
第一节 机构运动分析的任务、目的和方法
第二节 用速度瞬心法作机构的速度分析
第三节 用矢量方程图解法作机构的速度及加速度分析（自学）
第四节 用解析法作机构的运动分析（自学）
习题要点：
1．速度瞬心的概念、瞬心位置的确定及三心定理的正确运用；
2．用瞬心法作机构的速度分析；
3．用矢量方程图解法作机构的运动分析，速度影像和加速度影像原理的应用。（自学）
本章重点、本章难点：
1．应用三心定理确定不直接接触两构件的速度瞬心位置；
2．用瞬心法作机构的速度分析。
本章教学要求：
1．正确理解速度瞬心（包括绝对瞬心、相对瞬心）的概念，掌握运用“三心定理”求解一般平面机构各瞬心的位置；
2．了解应用瞬心法对Ⅱ级机构进行速度分析；（自学）
3．了解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 平面机构的力分析
第一节 机构力分析的任务、目的和方法
第二节 构件惯性力的确定
第三节 运动副中摩擦力的确定
第四节 不考虑摩擦时机构的力分析（自学）
第五节 考虑摩擦时机构的力分析（自学）
习题要点：
1．构件惯性力的确定；
2．运动副中摩擦力及总反力的确定。
本章重点、难点：
1．运动副中摩擦力及总反力的确定；
2．考虑摩擦时有二力构件机构的力分析。
本章教学要求：
1．了解机构中各种力的分类、机构力分析的目的和方法；
2．掌握最常见的运动副中的摩擦力、总反力的分析和计算；
3．掌握考虑摩擦时有二力构件机构的力分析。
第五章 机械的效率与自锁
第一节 机械的效率
第二节 机械的自锁
习题要点：
确定简单机械的机械效率及自锁条件
本章重点、难点：
1．机械自锁的概念；
2．简单机械自锁条件的确定。
本章教学要求：
1．正确理解机械效率的概念及效率的各种表达形式，掌握机械效率的计算方法；
2．正确理解机械自锁的概念，掌握确定自锁条件的方法；
3．了解提高机械效率的途径及摩擦在机械中的应用。
第六章 机械的平衡
第一节 机械平衡的目的及内容
第二节 刚性转子的平衡计算
第三节 刚性转子的平衡实验
第四节 转子的许用不平衡量
第五节 平面机构的平衡简介（自学）
习题要点：刚性转子的动、静平衡方法及平衡计算
本章重点、难点：刚性转子的动静平衡及计算
本章教学要求：
1．了解机械平衡的目的及其分类，正确理解静平衡、动平衡等重要概念，了解机械平衡的方法；
2．熟练掌握刚性转子的平衡设计方法，了解平衡试验的原理及方法；
3．了解平面机构的平衡原理。（自学）
第七章 机械的运转及其速度波动调节
第一节 概述
第二节 机械的运动方程式
第三节 机械运动方程式的求解
第四节 稳定运动状态下机械的周期性速度波动及其调节
第五节 机械的非周期性速度波动及其调节
习题要点：
1．利用能量指示法确定飞轮的转动惯量；
2．等效构件的ωmax和ωmin及其出现的位置；
3．简单条件下机械运动方程的求解。（自学）
本章重点、难点：
1．利用能量指示法确定飞轮的转动惯量；
2．等效构件的ωmax和ωmin及其出现的位置；
本章教学要求：
1．了解机械运转过程中的三个阶段中，机械系统的功、能量和原动件运动速度的特点；
2．掌握建立单自由度机械系统等效动力学模型的基本思路及建立运动方程式的方法；（自学）
3．正确理解等效力（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，掌握其相应的计算方法；（自学）
4．了解机器运动方程的两种表达形式（能量形式、力或力矩形式）和简单情况下的求解；（自学）
5．掌握飞轮调速原理及飞轮设计的基本方法，掌握等效力矩是机构位置函数时飞轮转动惯量的计算；
6．了解机械非周期性速度波动的概念和调节方法。
第八章 平面连杆机构及其设计
第一节 连杆机构及其传动特点
第二节 平面四杆机构的类型和应用
第三节 平面四杆机构的基本知识
第四节 平面四杆机构的设计
习题要点：
1．平面四杆机构的倒置与演化；
2．根据曲柄存在条件确定铰链四杆机构及平面四杆机构的类型；
3．机构急回特性的判断及死点位置的确定，行程速比系数K及最小传动角的求解；
4．铰链四杆机构的设计。
本章重点、难点：
1．平面四杆机构的倒置与演化；
2．四杆机构类型的判断；
3．急回特性的判断及死点位置的确定，行程速比系数K及最小传动角的求解；
4．铰链四杆机构的设计。
本章教学要求：……
1．了解平面四杆机构的基本型式，掌握其演化方法；
2．了解平面连杆机构的特点及其功能
3．熟练掌握平面四杆机构的基本知识：
（1）曲柄存在条件
（2）急回特性、极位夹角和行程速比系数
（3）压力角、传动角和死点位置
4．了解平面连杆机构设计的基本问题，掌握平面四杆机构的基本设计方法，尤其是图解法设计四杆机构。
第九章 凸轮机构及其设计
第一节 凸轮机构的应用和分类
第二节 从动件的运动规律
第三节 凸轮轮廓曲线的设计
第四节 凸轮机构基本尺寸的确定
习题要点：
1．从动件常用的四种运动规律的特点及应用场合；
2．从动件运动线图的绘制，刚性冲击、柔性冲击及其位置的确定；
3．根据已知的凸轮机构运动简图，分析凸轮机构，如凸轮转角、从动件位移、从动件行程及基圆的求解；
4．凸轮机构压力角的概念，凸轮机构某一位置压力角的大小、最大压力角的求解；
5．图轮廓线的设计。
本章重点、难点：
1．常用从动件运动规律的特点、运动线图的绘制，刚性冲击、柔性冲击位置的确定；
2．凸轮机构的分析，如凸轮转角、从动件位移、从动件行程及基圆的求解；
3．凸轮机构某一位置压力角的大小、最大压力角的求解。
4．凸轮机构设计的反转法原理。
5．图解法设计凸轮廓线。
本章教学要求：
1．了解凸轮机构的类型及各类凸轮机构的特点和适用场合，学会根据工作要求和使用场合选择凸轮机构的类型；
2．掌握从动件几种常用运动规律的特点和适用场合，理解不同运动规律位移曲线的拼接方法，掌握根据工作要求选择或设计从动件的运动规律；
3．理解凸轮机构基本尺寸确定的原则，掌握根据这些原则确定移动滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径、滚子半径和偏置方向以及移动平底从动件盘形凸轮机构的基圆半径、平底宽度和偏置方向；
4．理解并灵活运用反转法原理，掌握根据这一原理设计各类凸轮的廓线；
5．掌握凸轮机构设计的基本步骤，了解凸轮机构的计算机辅助设计的方法。
第十章 齿轮机构及其设计
第一节 齿轮机构的特点及类型
第二节 齿轮的齿廓曲线
第三节 渐开线齿廓及其啮合特点
第四节 渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸
第五节 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动
第六节 渐开线齿廓的切齿原理与根切现象
第七节 渐开线变位齿轮简介
第八节 斜齿圆柱齿轮传动
第九节 直齿圆锥齿轮传动（自学）
第十节 蜗杆传动
习题要点：
1．渐开线直齿圆柱齿轮啮合原理；
2．渐开线的性质；
3．标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算；
4．齿轮的切削加工原理、根切现象及不产生根切的最小齿数；
5．重合度的求解（图解法和解析法）及重合度的意义；
6．斜齿圆柱齿轮的特点及尺寸计算；
7．当量齿轮、当量齿数及其用途；
8．蜗轮蜗杆传动的特点、计算及转向（或旋向）的确定。
本章重点、难点：
1．渐开线直齿圆柱齿轮啮合原理；
2．渐开线的性质；
3．标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算；
4．齿轮的根切现象及不产生根切的最小齿数；
5．重合度的求解（图解法和解析法）及重合度的意义；
6．斜齿圆柱齿轮的特点及尺寸计算。
7．蜗轮蜗杆传动的特点、转向（或旋向）的确定。
本章教学要求：
1．了解齿轮机构的类型及功用；
2．理解齿廓啮合基本定律和共轭齿廓；
3．理解渐开线的形成过程，掌握渐开线的性质、渐开线方程及渐开线齿廓的啮合特性；
4．深入理解渐开线直齿圆柱齿轮及其啮合传动原理；
5．理解渐开线齿廓的切齿原理，了解变位齿轮切齿的基本原理和根切现象产生的原因，掌握不发生根切的条件。
6．了解渐开线直齿圆柱齿轮机构的传动类型及特点。学会根据工作要求和已知条件，正确选择传动类型，进行直齿圆柱齿轮机构的传动设计。
7．了解平行轴和交错轴斜齿圆柱齿轮机构传动的特点，并能借助图表或手册对平行轴斜齿圆柱齿轮机构进行传动设计。
8．了解阿基米德蜗杆蜗轮机构传动的特点，并能借助图表或手册进行传动设计。
9．了解直齿圆锥齿轮机构的传动特点。（自学）
第十一章 齿轮系及其设计
第一节 齿轮系及其分类
第二节 定轴轮系的传动比
第三节 周转轮系的传动比
第四节 组合轮系的传动比
第五节 轮系的功用
第六节 行星轮系的设计基本知识
习题要点：
1．轮系的基本概念；
2．轮系传动比的计算；
3．轮系中输入、输出构件间转向关系的确定；
4．轮系的功用；
5．行星轮系的同心条件。
本章重点、难点：
1．轮系传动比的计算；
2．轮系中输入、输出构件间转向关系的确定；
3．行星轮系的同心条件。
本章教学要求：
1．了解各类轮系的组成和运动特点，熟练掌握轮系类型的判断；
2．熟练掌握各种轮系传动比的计算及主、从动件转向关系确定；
3．掌握行星轮系设计的基本知识。
第十二章 其他常用机构（自学）
第一节 棘轮机构
第二节 槽轮机构
第三节 凸轮式间歇运动机构
第四节 不完全齿轮机构
第五节 螺旋机构
本章教学要求：
了解棘轮机构、槽轮机构、凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构和螺旋机构的工作原理、特点、功能和应用场合。
第十四章 机械系统的方案设计（自学）
在上述相关章节内容的基础上，完成机械系统的创新方案搭接实验。
五、考核方式及要求
考试方式：闭卷考试。
成绩评定：1．期末总结性考试60%；
2．平时作业25~30%；
3．实验10~15%。
此外，适当考虑课堂讨论和对课程学习的理解和建设性见解。
六、推荐教材及教学参考书
教 材：《机械原理》，孙桓，陈作模，葛文杰编著，高等教育出版社出版社，2013年，标准书号：ISBN 978-7-04-037068-3。
参考书：
1．《机械原理学习指南》，陈作模，张永红，苏华编著，高等教育出版社，2001年，第4版，标准书号：ISBN7-04-009353-7。
2．《机械原理》，郑文纬编著，高等教育出版社，1997年，第7版，标准书号：ISBN7-04-005966-5。
3．《机械原理》，邹慧君，傅祥志，张春林，李杞仪编，高等教育出版社，1999年，标准书号：ISBN7-04-007282-3
4．《机械原理教程》，申永胜编，清华大学出版社，2005年，第2版，标准书号：ISBN7-302-11945-7。
5. Robert L, Norton, Design of Machinery--An Introducton to the Synthetisis and Analysis of Mechanisms and Machines (Third Edition). New York：McGraw-Hill Book Company，2004年ISBN7-111-11247-4
