《机械原理》教学大纲Word格式文档下载.docx
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课程目标2
基于理论力学知识,建立各类机构的数学与力学模型,正确表达其工程复杂问题。
8.连杆机构及其设计
9.凸轮机构及其设计
10.齿轮机构及其设计
11.轮系及其设计
12.其他常用机构
通过学习平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、等常用机构的数学模型,培养学生把复杂问题模块化、简单化,培养学生运用机构数学模型设计复杂机构。
因此,本部分对指标点2-2具有强支撑。
课程目标3
将平面机构的数学模型与力学模型,并将其用于机械工程专业问题的推演与分析。
3.平面机构的运动分析
4.平面机构的力分析
5.机械的效率和自锁
6.机械的平衡
7.机械的运转及其速度波动的调节
掌握机构运动学分析与动力学分析,是复杂工程问题分析的基础,掌握机构运动模型与动力学模型,可定性与定量判定问题的力、摩擦力、温度、速度波动等,据此实现如齿轮系等机械工程专业问题的推演因此,本部分对指标点1-3具有强支撑。
三、教学内容(四号黑体)
(具体描述各章节教学目标、教学内容等。
实验课程可按实验模块描述)
第一章绪论
1.教学目标
明确本课程研究的对象和内容,以及在培养高级工程技术人才全局中的地位、任务和作用;
了解机械原理课程的性质和特点;
对机械原理学科的发展趋势有所了解。
2.教学重难点
重点:
机械、机器、机构的识别
3.教学内容
1.1本课程研究的对象及内容
1.2学习本课程的目的
1.3如何进行本课程学习
1.4机械原理学科发展现状简介
4.教学方法
(1)讲授法:
相关概念及理论框架。
(2)研讨发:
机器、机械、机构的区别与认识
5.教学评价
选择自己感兴趣的教育技术研究方向,结合培养方案,梳理相关的方向的主要研究领域和所需知识、技能。
第二章机构的结构分析
掌握构件、运动副、运动链和机构的概念;
掌握机构运动简图的概念及测绘方法;
熟练掌握平面机构自由度计算方法,正确计算运动副的数目(复合铰链),局部自由度及除去的方法,虚约束及其常出现的几种情况;
掌握平面机构可动和具有确定运动的条件;
了解基本杆组及平面机构组成的基本原理。
平面机构自由度的计算
难点:
机构运动简图的规范化绘制、虚约束的判定
2.1机构结构分析的内容及目的
2.2机构的组成及分类
2.3机构运动简图
2.4机构具有确定运动的条件及最小阻力定律
2.5机构自由度的计算
2.6计算机构自由度时应注意的事项
2.7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
作业:
机构运动简图的测绘;
平面机构自由度计算;
平面机构的结构分析。
第三章平面机构的运动分析
明确机构运动分析的目的和方法;
掌握速度瞬心的概念,熟悉三心定理,会确定一般平面机构的全部瞬心,能用瞬心法对平面Ⅱ级机构进行速度分析;
掌握矢量方程图解法的基本原理及作法;
会用矢量方程图解法作机构的速度及加速度分析;
能用解析法(矢量分析法或矩阵法)对平面Ⅱ级机构进行运动分析,能用计算机作图画出机构运动曲线
速度瞬心的判定
速度、加速度矢量方程图解法
3.1机构运动分析的任务、目的和方法
3.2用图解法作机构的运动分析
3.3用解析法作机构的运动分析
用瞬心法对平面Ⅱ级机构进行速度分析;
用矢量方程图解法作机构的速度及加速度分析;
用计算机作图画出机构运动曲线。
第四章平面机构的力分析
了解机构中的各种力及力分析的方法;
确定运动副中的反力及需加于机械上的平衡力或平衡力矩;
掌握移动副、转动副和螺旋副等运动副中摩擦力的计算方法。
运动副中总反力的确定
机构摩擦圆的判定
4.1机构力分析的任务、目的和方法
4.2构件惯性力的确定
4.3运动副中摩擦力的确定
4.4考虑摩擦时机构的受力分析
4.5不考虑摩擦时机构的动态静力分析
考虑摩擦时机构的力分析作图。
第五章机械的效率和自锁
建立正确、全面的机械效率的概念;
掌握移动副、转动副和螺旋副的自锁条件;
掌握简单机械机械效率和自锁条件的求解方法。
机械自锁在工程上的应用
机构自锁条件的判定
5.1机械的效率
5.2机械的自锁
相关概念及理论框架;
机械自锁的工程案例。
千斤顶、螺纹副的机械自锁条件的确定与计算。
第六章机械的平衡
掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法;
了解平面机构的平衡原理。
机械的动平衡与静平衡
机械双面平衡的计算
6.1机械平衡的目的及内容
6.2刚性转子的平衡计算
6.3刚性转子的平衡实验
6.4转子的许用不平衡量和许用不平衡度
6.5平面机构的平衡
动平衡的工程案例。
刚性转子静、动平衡的计算。
第七章机械的运转及其速度波动的调节
了解机构及其系统动力学方程;
掌握建立单自由度机械系统等效动力学模型及运动方程式的方法;
掌握稳定状态下机械的周期性速度波动及其调节方法;
了解飞轮调速原理,掌握飞轮转动惯量的简易计算法;
了解机械的非周期性速度波动及其调节方法。
机械周期性速度波动调节方法
机械运动方程的求解
7.1概述
7.2机械的运动方程式
7.3机械运动方程式的求解
7.4稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节
7.5机械的非周期性速度波动及其调节
飞轮储能的工程案例。
飞轮转动惯量的简易计算。
第八章连杆机构及其设计
了解平面连杆机构传动特点及其主要优缺点;
了解平面四杆机构基本型式、演化型式及一些应用实例;
掌握平面四杆机构的一些基本知识(有曲柄的条件、急回运动及行程速比系数、传动角和压力角、死点和传动的连续性等);
能按连杆的三个位置,两连架杆的三个对应位置,行程速比系数等条件设计平面四杆机构。
有曲柄的条件、急回运动及行程速比系数、传动角和压力角、死点等判定
图解法设计平面四杆机构
8.1连杆机构及其传动特点
8.2平面四杆机构的类型及应用
8.3平面四杆机构的基本知识
8.4平面四杆机构的设计
四杆机构、曲柄滑块机构的设计与计算。
第九章凸轮机构及其设计
了解凸轮机构类型和应用;
理解推杆基本运动规律及推杆运动规律选择原则;
掌握根据选定的凸轮类型和推杆的运动规律设计凸轮的轮廓曲线的方法;
了解在确定盘形凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题。
凸轮机构的分析与反求设计
凸轮压力角等几何参数的识别
9.1凸轮机构的应用及分类
9.2推杆的运动规律
9.3凸轮轮廓曲线的设计
9.4凸轮机构基本尺寸的确定
根据选定的凸轮类型和推杆的运动规律设计凸轮的轮廓曲线。
第十章齿轮机构及其设计
了解齿轮机构类型和应用;
掌握齿廓啮合基本定律;
深入了解渐开线直齿圆柱齿轮传动啮合特性;
掌握标准直齿圆柱齿轮传动基本参数和几何尺寸计算;
明确根切现象及最少齿数、齿轮变位修正和变位齿轮传动的基本概念;
了解平行轴斜齿圆柱齿轮啮合特点,掌握标准斜齿圆柱齿轮传动几何尺寸的计算;
了解其他齿轮机构的啮合特点和适用场合。
标准直齿及斜齿圆柱齿轮传动基本参数和几何尺寸计算
齿轮啮合条件、啮合基本参数、蜗轮蜗杆的方向判定
10.1齿轮机构的特点及类型
10.2齿轮的齿廓曲线
10.3渐开线齿廓及其啮合特点
10.4渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸
10.5渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动
10.6渐开线齿廓的切制原理与根切现象
10.7渐开线变位齿轮简介
10.8斜齿圆柱齿轮传动
10.9直齿锥齿轮传动
10.10蜗轮蜗杆传动
标准直齿及斜齿圆柱齿轮传动基本参数和几何尺寸计算。
第十一章齿轮系及其设计
了解轮系分类和应用;
掌握定轴轮系、周转轮系及复合轮系传动比计算方法;
了解行星轮系类型选择及设计基本知识。
行星轮系、差动传动比的计算
复合轮系传动比的计算
11.1齿轮系及其分类
11.2定轴轮系的传动比
11.3周转轮系的传动比
11.4复合轮系的传动比
11.5轮系的功用
11.6行星轮系的效率
11.7行星轮系的类型选择及设计的基本知识
定轴轮系、周转轮系及复合轮系传动比计算。
第十二章其他常用机构
了解2~3种其他常用机构的工作原理、运动特点、应用场合和设计要点。
棘轮机构、槽轮机构的运动特征
万向联轴节的工作原理
12.1棘轮机构
12.2槽轮机构
12.3擒纵机构
12.4凸轮式间歇运动机构
12.5不完全齿轮机构
12.6万向联轴节
12.7螺旋机构
其他常用机构的工程案例。
大作业:
各类常用机构的认识。
四、学时分配
表2:
各章节的具体内容和学时分配表
章节
章节内容
学时分配
第一章
绪论
1
第二章
机构的结构分析
6
第三章
平面机构的运动分析
4
第四章
平面机构的力分析
第五章
机械的效率和自锁
第六章
机械的平衡
第七章
机械的运转及其速度波动的调节
第八章
平面连杆机构及其设计
第九章
凸轮机构及其设计
5
第十章
齿轮机构及其设计
8
第十一章
轮系及其设计
第十二章
其它常用机构
2
复习
习题课
总计
五、教学进度
表3:
教学进度表
周次
日期
章节名称
内容提要
授课时数
作业及要求
备注
本课程的研究对象及内容,学习本课程的目的,如何进行本课程的学习及学科发展现状。
完成常用机构的识别
2-3
平面机构的结构分析
§
2-1结构分析的目的内容,
2-2机构的组成
2-3机构运动简图
2-4机构具有确定运动的条件
2-5平面机构自由度计算
2-6计算平面机构自由度时的注意事项。
2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
习题2-11、12、16、20、23
完成机构简图绘制,正确计算机构自由度
3-1目的和方法
3-2速度瞬心法及其在平面机构速度分析中的应用
3-3用矢量方程图解法作机构的速度和加速度分析
习题3-6、13
掌握机构速度分析
5-6
平面机构力分析
4-1机构力分析的目的和方法
4-2构件惯性力的确定
4-3运动副中的摩擦不考虑摩擦时机构受力分析
4-5考虑摩擦时机构的受力分析
习题4-8、11、13、14、19
掌握机构惯性力分析
机械的效率与自锁
5-1机械的效率
5-2机械的自锁
习题5-5、6
掌握机械自锁的计算方法
7
6-1机械平衡目的及内容§
6-2刚性转子平衡计算
6-3刚性转子的平衡实验§
6-4转子的许用不平衡量
6-5平面机构的平衡
习题6-5、10
掌握机械的单面静平衡计算
7-1概述§
7-2机械运动方程式
7-3机械运动方程式求解
7-4稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节
7-5机械非周期性速度波动及其调节
习题7-7、9、11、12
掌握周期性波动条件方法
9-10
平面连杆及其设计
8-1连杆机构及其传动特点
8-2平面四杆机构的类型和应用
8-3有关平面连杆机构的一些基本知识
8-4平面连杆机构设计的图解法
习题8-4、5、6、8、9、16、17、23、25
掌握连杆机构的设计及计算
11
9-1凸轮机构的应用和分类
9-2推杆的运动规律
9-3凸轮轮廓曲线的设计
习题9-6、8
掌握凸轮机构的设计及计算
12-14
10-1齿轮机构的应用及分类
10-2齿轮的齿廓曲线
10-3渐开线齿廓的啮合特点
10-4渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸
10-5渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动
10-6渐开线齿轮的变位修正
10-7斜齿圆柱齿轮传动
10-8蜗杆传动
10-9圆锥齿轮传动
习题10-20、21、24、26、28、29、31、32
掌握齿轮机构的设计及计算
15
齿轮系及其设计
11-1齿轮系及其分析
11-2定轴轮系的传动比
11-3周转轮系传动比
11-4复合轮系的传动比§
11-5轮系的功用
11-6行星轮系的效率§
11-7行星轮系的类型选择及设计的基本知识
习题11-11、13、18、21
掌握差动轮系和周转轮系的传动比计算
16
第12章
12-1棘轮机构§
12-2槽轮机构§
12-3凸轮式间歇运动机构§
12-4不完全齿轮机构§
12-5非圆齿轮机构§
12-6螺旋机构§
12-7万向铰链机构§
12-8组合机构
无
了解各类常用机构
17
习题讲解与问答
六、教材及参考书目
[1]杨家军.机械原理[M],华中科技大学出版社,2009
[2]邹慧君张春林.机械原理[M],高等教育出版社,1999
[3]孙桓李继庆陈作模.机械原理学习指南[M],高等教育出版社,1998
[4]郭维林韩朝.机械原理同步辅导及习题全解[M],人民日报出版社,2008
七、教学方法
在教学方式上,根据具体教学内容,综合运用课堂讲授和演示、课堂讨论、课堂练习、发现学习法和自学指导法,通过引入问题和启发式教学,使学生更加明确教学内容的知识体系,引导学生主动学习,激发内在学习动机,提高课堂的积极性。
1.绪论部分。
绪论课是一门课的开始,是对该课程的高度概括和总结。
通过在教学中采用讲授法、演示法和发现学习法相结合,调动学生学习该课程的欲望、兴趣和学习的积极性,故讲好绪论课尤为重要。
绪论课主要解决三个问题:
该课程学什么?
为什么学?
怎样学?
学什么即该课程研究的对象和内容;
为什么学即该课程在本专业教学中的地位及在工程实际中的作用;
怎样学即该课程的特点及相应的学习方法。
通过旁征博引学生较熟悉的机械实例,结合多媒体动画(如:
一些典型的机械、机械手、机械人等),生动形象地论述了上述问题,很自然地引导学生进入状态。
另一方面,强调在学习过程中逐步树立工程的观点。
由于机械原理是机械类各专业学生在学完基础课后第一次接触的一门设计性的技术基础课,与工程实际联系紧密,教学中常以各种机械为实例提出问题和分析问题。
因此,提醒学生在学习中要应用工程技术的观点,去观察周围的机械设备,理论联系实际地深入思考。
注意将理论的严密性与工程实际的灵活性、可行性结合起来。
在注重逻辑思维的同时,加强形象思维。
2.各种常用机构的分析与设计部分。
包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、其他常用机构等。
该部分内容有较大的难度,使初学者往往找不到规律,入门较慢,学习效率较低。
要解决这一难题,关键是教学方法,抓住每一问题的实质,重在能力培养,做到举一反三。
在教学中采用讲授法、演示法和讨论法相结合:
1)强调对图形的理解。
机械原理名词、定义、概念、公式及图形较多,学习时应抓住对图形的理解,是该门课程最有效的学习方法。
机构分析与设计中的许多原理和方法都是通过图形来表达的,学习时应注意对图形的理解与应用。
公式、概念、定义要与图形有机结合起来,理解性地记忆。
对于计算公式,则应注意其原始条件、模型的建立、推导思路,重点是公式的应用,而不是机械地记忆公式。
2)机构的运动分析、力分析是机械原理难点之一。
该内容实质上是先修课程理论力学的基础理论在具体机械上的应用,解法是矢量运算,并没有更多新的知识点。
向学生讲明白了这一点,畏难思想立即得到缓解,也较容易地找到相应的学习方法。
3)相对运动原理是机械原理课程解题的核心。
在连杆机构设计、凸轮机构设计、轮系传动比计算及机构的倒置变异等章节中,都反复应用这一原理。
抓住基本原理讲解,使学生做到举一反三。
为讲清该原理,可举一些通俗易懂的实例,如:
两人在火车车箱内相对运动速度与火车是否运动无关,火车的运动只影响每一个人的绝对速度;
再如机械式钟表,整个钟表的运动并不影响时针、分针与秒针相对运动关系,即钟表内齿轮间的传动比是确定的。
要深刻理解灵活地应用这一原理去分析相关的问题。
4)注意图解法与解析法的关系。
本课程中许多内容的研究都采用了图解法,它具有概念清晰、简便、直观的特点,其不足之处,精度较低。
在电子计算机及计算技术迅速发展的今天,解析法在本学科中占有越来越重要的地位,它具有精度
八、考核方式及评定方法
(一)课程考核与课程目标的对应关系
表4:
课程考核与课程目标的对应关系表
考核要点
考核方式
主要考核:
机构的组成及分类,机构运动简图,机构具有确定运动的条件,平面机构自由度的计算,平面机构的组成原理及结构分析;
理论考试、大作业
速度瞬心的概念,三心定理,用瞬心法对平面Ⅱ级机构进行速度分析,矢量方程图解法的基本原理及作法;
确定运动副中的反力;
运动副中摩擦力的计算方法;
运动副的自锁条件;
刚性转子静、动平衡的原理和方法;
单自由度机械系统等效动力学模型,周期性速度波动及其调节方法,飞轮转动惯量的计算;
理论考试
平面四杆机构的基本特性,按给定条件设计平面四杆机构;
凸轮机构类型和应用,推杆基本运动规律及选择,凸轮轮廓曲线的方法,凸轮机构基本尺寸的选择;
齿轮机构类型和应用,齿廓啮合基本定律,直齿轮传动啮合特性,直齿轮传动基本参数和几何尺寸计算,根切现象及齿轮变位修正的基本概念,斜齿圆柱齿轮传动几何尺寸的计算,其他齿轮机构的特点;
定轴轮系、周转轮系及复合轮系传动比计算方法;
其他常用机构的工作原理、
(二)评定方法
1.评定方法
平时成绩:
20%,期中考试:
20%,期末考试:
60%,
2.课程目标的考核占比与达成度分析
表5:
课程目标的考核占比与达成度分析表
考核占比
平时
期中
期末
总评达成度
20%
50%
(例:
课程目标1达成度={0.3x平时目标1成绩+0.2x期中目标1成绩+0.5x期末目标1成绩}/目标1总分。
按课程考核实际情况描述)
60%
0%
(三)评分标准
课程
目标
评分标准
90-100
80-89
70-79
60-69
<60
优
良
中
合格
不合格
A
B
C
D
F
目标1
通过查阅文献与手册,了解机械、机器、机构、构件、零件等基本概念;
掌握平面机构的表示方法、机构运动的基本条件、机构自由度的计算,使学生掌握机构自由度的多种计算方法
通过查阅文献与手册,较好地了解机械
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