重庆大学机械原理课程教案.docx

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重庆大学机械原理课程教案

课程教案

（按章编写）

课程名称：

机械原理

适用专业：

机械设计制造及自动化等机械类专业

绪　论

一、教学目标及基本要求

1.认识和了解机器及其基本功能结构—机构；了解机构的基本功能和结构特征；对机构、可动联接、构件、零件等有明确的概念和具体的认识。

2.了解本课程的研究对象、主要内容以及在机械设计和人才培养中的地位和作用；了解学习本课程的要求和方法

通过“绪论”的学习，使学生能为后继内容的学习打下一定的感性认识和理性认识基础；明确本课程的内容与作用，激发学生学习的兴趣和积极性。

二、教学内容及学时分配

第一节机器的功能结构及机构（1学时）

第二节机械原理课程的定位与任务

第三节机械原理课程的主要内容、基本要求与学习方法（第二、三节共0.5学时）

三、教学内容的重点和难点

1.从机器及机械系统的总体去认识机构。

2.机构的基本功能特征—传递与变换运动；机构的基本功能结构—构件及可动联接。

3.本课程的学习内容与要求，注意突出其系统综合性和创新性。

四、教学内容的深化与拓宽

介绍本学科领域的现状及发展前沿。

五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题

充分利用多媒体教学手段，通过典型机器案例的功能分析、结构分析及工作过程（特别是其运动传递、变换与做功的过程）分析，具体、形象、生动地认识了解机构及其结构与运动学特征，认识典型常用机构。

应强调学习知识和培养培养能力是相辅相成的，但后者比前者更重要。

本课程的教学内容较多而教学时数相对较少，因此在讲授本课程时，着重讲重点、讲难点、讲思路、讲方法。

学生在学习本课程时，应把重点放在掌握研究问题的基本思路和方法上，着重于能力的培养。

这样，就可以利用自己的能力去获取新的知识。

六、主要参考书目

1黄茂林，秦伟主编．机械原理．北京：

机械工业出版社，2002

2申永胜主编．机械原理教程．北京：

清华大学出版社，1999

3王知行，刘廷荣主编．机械原理．北京：

高等教育出版社，2000

七、相关的实践性环节

参观机械创新设计实验室，认识及了解典型机器和机构。

八、课外学习要求

学生通过自学了解本学科（机械学、机构学）领域的现状及发展方向、机械工程在国民经济中的地位和作用。

九、思考题

0-1~0-3

第一章　机构的结构设计

一、教学目标及基本要求

1.从功能与结构设计的角度认识和了解运动副与运动副元素。

2.熟练掌握机构运动简图的绘制方法。

能够将实际机构或机构的结构简图绘制成机构运动简图；能看懂各种复杂机构的运动简图；能用机构运动简图表达自己的设计构思。

3.了解运动链和机构的结构以及机构结构设计的理论和方法，掌握运动链成为机构的条件。

4.熟练掌握机构自由度的计算方法，从结构和功能设计的角度了解局部自由度及虚约束，能准确识别出机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束，并作出正确处理；

5.掌握机构的组成原理和结构分析方法。

了解高副低代的方法；会判断杆组、杆组的级别和机构的级别；学会将Ⅱ级、Ⅲ级机构分解为机架、原动件和若干基本杆组的方法。

二、教学内容及学时分配

第一节机构的基本结构及简图（1.5学时）

第二节运动链及机构的自由度计算和机构运动简图的绘制（2.5学时）

第三节平面运动链与机构的结构设计（1学时）

第四节按基本杆组的机构结构综合与结构分析（1.5学时）

三、教学内容的重点和难点

重点：

1.机构运动简图的绘制。

2.机构自由度的计算。

3.运动链成为机构的条件。

4.机构的组成原理与结构分析。

难点：

1.机构运动简图的绘制。

2.复合铰链的准确识别和虚约束的正确判断。

四、教学内容的深化与拓宽

空间单封闭形机构自由度计算。

五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题

充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。

本章是进入整个机械系统设计的开篇。

它不仅为学习各类机构的运动设计和动力设计打下必要的基础，也为机械系统方案设计和新机构的创新设计提供一条途径。

在教学过程中，应注重突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。

运动简图是设计者交流设计思想所需要的一种工程语言，既要求简洁，又要在讨论和评价设计方案时，能够正确表达设计思想，显示出设计方案；保证机构运动学、动力学分析计算无误。

介绍绘制机构运动简图和机构自由度计算时，应通过典型例题的分析，指出初学者容易犯的错误，并要求学生在绘制机构运动简图和机构自由度计算时，采用正确、严谨的步骤。

六、主要参考书目

1黄茂林，秦伟主编．机械原理．北京：

机械工业出版社，2002

2申永胜主编．机械原理教程．北京：

清华大学出版社，1999

3王知行，刘廷荣主编．机械原理．北京：

高等教育出版社，2000

4曹惟庆．机构组成原理．北京：

高等教育出版社，1983

七、相关的实践性环节

机械设计及结构展示与分析实验。

八、课外学习要求

自学虚约束与过约束的设计及分析、运动链结构公式推导法、运动链的演化与派生及运动副元素与构件的功能结构演化等内容。

九、习题

1-2，1-4，1-5，1-6

第二章　平面连杆机构及其分析与设计

一、教学目标及基本要求

1.掌握平面连杆机构的基本类型，掌握其演化方法。

2.掌握平面连杆机构的运动特性，包括具有整转副和存在曲柄的条件、急回运动、机构的行程、极限位置、运动的连续性等；

3.掌握平面连杆机构运动分析的方法，学会将复杂的平面连杆机构的运动分析问题转换为可用计算机解决的问题。

4.掌握连杆机构的传力特性，包括压力角和传动角、死点位置、机械增益等；能够熟练地对移动副中的摩擦问题进行分析计算；掌握转动副中摩擦问题分析和计算方法；掌握机械效率的概念、效率的各种表达形式及机械效率的计算方法；正确理解自锁的概念，掌握确定自锁条件的方法。

5.掌握平面连杆机构的静力学分析方法，学会合理选择与设计平面连杆机构。

6.了解平面连杆机构设计的基本问题，掌握根据具体设计条件及实际需要，选择合适的机构型式；学会按2~3个刚体位置设计刚体导引机构、按2~3个连架杆对应位置设计函数生成机构及按K值设计四杆机构；对机构分析与设计的现代解析法有清楚的了解。

二、教学内容及学时分配

第一节概述（1.5学时）

第二节平面连杆机构运动特性与分析方法（4.5学时）

第三节平面连杆机构的传力特性与受力分析（3.5学时）

第四节平面四杆机构综合的内容与方法（4.5学时）

三、教学内容的重点和难点

重点：

1.平面四杆机构的基本型式及其演化方法。

2.平面连杆机构的运动特性，包括存在整转副的条件、从动件的急回运动及运动的连续性；平面连杆机构的传力特性，包括压力角、传动角、死点位置、机械增益。

3.平面连杆机构运动分析的瞬心法、相对运动图解法和杆组法。

4.总反力的确定，移动副和转动副中摩擦问题的分析方法，自锁条件的判定和机械效率的计算。

5.按给定2~3个位置设计刚体导引机构，按给定的2~3个对应位置设计函数生成机构，按K值设计四杆机构。

难点：

1.平面连杆机构运动分析的相对运动图解法求机构的加速度。

2.总反力的正确确定。

3.机械的自锁问题及移动副自锁条件的求解。

4.按给定的2~3个对应位置设计函数生成机构。

四、教学内容的深化与拓宽

平面连杆机构的优化设计。

五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题

充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。

在教学中应注意要求学生对基本概念的掌握，如整转副、摆转副、连杆、连架杆、曲柄、摇杆、滑块、低副运动的可逆性、压力角、传动角、极位夹角、行程速度变化系数、死点、自锁、摩擦角、摩擦圆、总反力、速度影像、加速度影像、装配模式等；基本理论和方法的应用，如影像法在机构的速度分析和加速度分析中的应用、连杆机构设计的刚化—反转法等。

在教学过程中，应注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。

六、主要参考书目

1黄茂林，秦伟主编．机械原理．北京：

机械工业出版社，2002

2申永胜主编．机械原理教程．北京：

清华大学出版社，1999

3华大年，华志宏，吕静平．连杆机构设计．上海：

上海科学技术出版社，1995

七、相关的实践性环节

机构运动学参数测试实验，工业机器人认识及应用实验，机械创新展示与分析实验。

八、课外学习要求

自学运动分析的相对运动图解法，机构的合理选用，平面四杆机构的优化设计和空间连杆机构等内容。

九、习题

第一次2-1，2-2，2-8，2-10，2-13，2-16

第二次2-5，2-6，2-18，2-19，2-21，2-24，2-26

第三次2-27，2-28，2-29，2-30，2-32

第三章　凸轮机构及其设计

一、教学目标及基本要求

1.了解凸轮机构的基本结构特点、类型及应用，学会根据工作要求和使用场合选择凸轮机构。

2.了解凸轮机构的设计过程，对凸轮机构的运动学、动力学参数有明确的概念。

3.掌握从动件常用运动规律的特点及适用场合，了解不同运动规律位移曲线的拼接原则与方法。

4.掌握凸轮机构基本尺寸设计的原则，学会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，摆动从动件盘形凸轮机构的摆杆长、中心距以及移动平底从动件平底宽度。

5.熟练掌握应用反转法原理设计平面凸轮廓线，学会凸轮机构的计算机辅助设计方法。

二、教学内容及学时分配

第一节概述

第二节凸轮机构的传力特性

第三节凸轮机构的设计过程（第一、二、三节共1.5学时）　

第四节凸轮机构运动学参数和基本尺寸的设计（1学时）

第五节平面凸轮轮廓曲线的设计（1.5学时）

第六节　凸轮机构从动件的设计（1学时）

三、教学内容的重点和难点

重点：

1.凸轮机构的型式选择。

2.从动件运动规律的选择及设计。

3.盘形凸轮机构基本尺寸的设计，凸轮轮廓曲线设计的图解法和解析法。

3.从动件的设计，包括高副元素形状选择，滚子半径和平底宽度的确定。

难点：

凸轮轮廓曲线设计的图解法

四、教学内容的深化与拓宽

空间凸轮机构与高速凸轮机构简介。

五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题

充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。

在教学过程中应强调凸轮机构的运动学参数与结构参数的概念及其选用设计；应用反转法原理进行凸轮轮廓曲线的图解法设计时凸轮转角的分度，要注意从动件反转方向；正确确定偏置移动从动件凸轮机构在反转过程中从动件所依次占据的位置线；滚子从动件凸轮机构理论轮廓曲线与实际轮廓曲线的联系和区别等。

要注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。

六、主要参考书目

1黄茂林，秦伟主编．机械原理．北京：

机械工业出版社，2002

2申永胜主编．机械原理教程．北京：

清华大学出版社，1999

3石永刚，徐振华．凸轮机构设计．上海：

上海科学技术出版社，1995

七、相关的实践性环节

凸轮机构运动参数测试实验。

八、课外学习要求

学生通过自学了解空间凸轮机构的应用特点和高速凸轮机构设计应注意的问题。

九、习题

3-1，3-3，3-5，3-6，3-7，3-8，3-11，3-12

第四章　轮系及其设计

一、教学目标及基本要求

1.了解各类轮系的组成和运动特点，学会判断一个已知轮系属于何种轮系。

2.熟练掌握各种轮系传动比的计算方法，会确定主、从动轮的转向关系；掌握周转轮系的传动特性与类型和结构的关系。

3.了解各类轮系的功能，学会根据各种要求正确选择轮系类型。

4.了解行星轮系效率的概念及其主要影响因素。

5.了解复合轮系的组合方法，学会分析复合轮系的组成，正确计算其传动比。

6.了解行星轮系设计的几个基本问题；了解几种其它类型行星传动的原理及特点。

二、教学内容及学时分配

第一节轮系的分类

第二节定轴轮系及其设计（第一、二节共1学时）

第三节周转轮系及其设计（3.5学时）

第四节复合轮系及其设计（0.5学时）

第六节　少齿差传动简介（1学时）

三、教学内容的重点和难点

重点：

1.轮系传动比的计算。

2.轮系的设计。

难点：

复合轮系传动比计算

四、教学内容的深化与拓宽

新型少齿差传动

五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题

充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。

在教学过程中应注意强调应用反转法原理求解周转轮系传动比方法的实质、转化机构的概念、正确划分基本轮系的方法。

要注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。

六、主要参考书目

1黄茂林，秦伟主编．机械原理．北京：

机械工业出版社，2002

2申永胜主编．机械原理教程．北京：

清华大学出版社，1999

3曲继方，安子军，曲志刚．机构创新设计．北京：

科学出版社，2001

七、相关的实践性环节

参观机械创新设计实验室。

八、课外学习要求

自学定轴轮系的传动效率计算、定轴轮系设计中的几个问题、封闭型轮系的功率流等内容。

九、习题

4-1，4-2，4-5，4-6，4-7，4-9，4-13，4-14，4-18

第五章　其它常用机构

一、教学目标及基本要求

了解槽轮机构、棘轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇机构及螺旋机构的工作原理、运动特点和适用场合。

二、教学内容与学时分配

第一节间歇运动机构

第二节螺旋机构

第三节摩擦传动机构（第一、二、三节共1学时）

三、教学内容的重点和难点

重点：

1.槽轮机构、棘轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构及螺旋机构的组成和运动特点。

2.简单螺旋机构与复式螺旋机构位移与转角之间的关系。

3.摩擦传动机构传动比的计算。

四、教学内容的深化与拓宽

液动、气动机构及电磁传动机构。

五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题

充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。

本章教学应侧重于概念分析，简要介绍这些机构的工作原理、运动特点和适用场合。

通过学习，开阔眼界和思路，扩大知识面，为机械系统方案设计提供一些基础知识。

在教学过程中，应注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。

六、主要参考书目

1黄茂林，秦伟主编．机械原理．北京：

机械工业出版社，2002

2申永胜主编．机械原理教程．北京：

清华大学出版社，1999

七、相关的实践性环节

机电流体传动控制实验。

八、课外学习要求

自学液动机构、电磁传动机构等内容。

九、思考题

5-1~5-4

第六章　机械动力学

一、教学目标及基本要求

1.明确认识惯性力、惯性力矩对机械工作的稳定性、动载荷和输入力矩的影响，了解机构动态静力分析的方法。

2.了解机械平衡的目的及其分类，掌握机械平衡的方法。

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，了解平面机构惯性力平衡的方法。

3.掌握机械运转过程的三个阶段，机械系统的功、能量和原动件运动速度的特点。

了解作用在机械中的力与某些运动参数之间的函数关系。

4.掌握建立单自由度机械系统等效动力学模型以确定机械的真实运动规律的基本思路及建立运动方程式的方法，能求解等效力矩和等效转动惯量均是机构位置函数时机械的运动方程式。

5.了解周期性速率波动的调节方法，掌握飞轮调速原理及飞轮的设计方法，能求解等效力矩是机构位置函数时飞轮的转动惯量。

二、教学内容与学时分配

第一节机构的动态静力分析　2学时

第二节机械的平衡　1.5学时

第三节机械的运转及其速度波动的调节　4.5学时

三、教学内容的重点和难点

重点：

1.刚性转子静平衡、动平衡的原理及平衡设计方法。

2.单自由度机械系统等效动力学模型的建立及机械系统真实运动规律的求解。

3.机械系统运动的波动及其调节方法。

难点：

1.刚性转子动平衡计算

2.等效力（力矩）、等效质量（等效转动惯量的计算）

四、教学内容的深化与拓宽

机械系统的计算机辅助运动学和动力学。

五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题

充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。

在教学过程中应强调，机械的真实运动规律是由其各构件的尺寸、质量、转动惯量和作用在各构件上的力等许多参数决定的。

只有根据这些参数确定出机械原动件的真实运动规律，才能进而对其进行运动分析，确定各构件的真实运动规律。

了解机械的真实运动情况，是对机械进行动力学研究与分析所必需的。

要注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。

六、主要参考书目

1黄茂林，秦伟主编．机械原理．北京：

机械工业出版社，2002

2申永胜主编．机械原理教程．北京：

清华大学出版社，1999

3唐锡宽，金德闻．机械动力学．北京：

高等教育出版社，1984

七、相关的实践性环节

刚性回转体平衡实验。

八、课外学习要求

自学机构动态静力分析的图解法等内容。

九、习题

6-1，6-4，6-5，6-7，6-8，6-11，6-14

第七章　机械系统运动方案设计

一、教学目标及基本要求

1.了解机械系统设计的整个过程，明确机械系统总体方案设计阶段的设计目的及工作内容。

2.了解机械系统总体方案设计中应具有的现代设计观念以及机械现代设计和创新设计的特点，逐步学会在机械执行系统、传动系统的方案设计和原动机选择过程中，正确灵活运用这些设计思想。

3.了解机械执行系统方案设计的过程和具体设计内容，学会根据机械预期实现的功能要求，进行功能原理设计的创新构思；学会根据工作原理提出的工艺动作要求，创造性地构思出合适的运动规律。

4.掌握执行机构型式设计的原则，学会运用选型和构型的方法进行执行机构型式的创新设计。

5.了解执行系统协调设计的目的和原则，掌握机械运动循环图的绘制方法。

6.了解方案评价的意义、评价准则、评价指标和评价方法。

二、教学内容与学时分配

第一节　机械总体方案设计（1学时）

第二节　现代设计观念与创新设计简介（1学时）

第三节　机械执行系统运动方案设计（3学时）

第五节　机械系统运动方案设计举例（1学时）

（注：

课内只安排2学时，着重介绍第一、三节的部分内容，其余内容安排在课程设计进行时讲授）

三、教学内容的重点和难点

重点：

1.机械系统总体方案设计阶段的设计内容和设计思想。

2.机械执行系统方案设计的内容和全过程，执行系统方案设计的具体方法。

四、教学内容的深化与拓宽

机械现代设计方法。

五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题

充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。

在教学过程中，要强调机械总体方案设计是机械产品设计中十分重要的一环，产品的功能是否齐全、性能是否优良，在很大程度上取决于总体方案设计阶段的工作；执行系统的方案设计是机械总体方案设计的核心，对机械系统能否实现预期的功能以及工作质量的优劣和产品在市场上的竞争力，都起着决定性的作用。

要注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。

六、主要参考书目

1黄茂林，秦伟主编．机械原理．北京：

机械工业出版社，2002

2申永胜主编．机械原理教程．北京：

清华大学出版社，1999

七、相关的实践性环节

机械创意组合设计实验，机械运动方案创新设计实验。

八、课外学习要求

自学现代设计观念与创新设计、机械传动系统的方案设计和原动机的选择、机械系统运动方案设计举例等内容。

九、思考题

7-1~7-3