《机械原理》课程教学大纲(本科).pdf
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1、机械原理课程教学大纲 一、课程基本信息 课程编号:0202043110 课程名称:机械原理 总 学 时:56 学时 实验学时:12 学时 总 学 分:3.5 学分 课程类别:专业技术基础课 课程性质:必修课 先行课程:高等数学 机械制图 工程力学 材料科学基础 适用专业:机械设计制造及其自动化专业本科生 责任单位:机电工程学院 开课学期:第 4 学期 二、课程简介 机械原理课程是高等工科学校本科机械类专业教学计划中的一门必修的技术基础课。本课程主要研究各种机械的一般共性问题,即机构的组成原理、运动学及机器动力学和常用机构的分析与设计,以及机械传动系统方案设计等问题。本课程的内容包括绪论、机构的
2、结构分析、平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系、其他常用机构、机械平衡、机械系统动力学和机械传动系统方案设计等。三、课程目标 课程目标 1.具有正确识别和表达常用机构并能正确选择常用机构的能力。课程目标 2.具有利用基本知识、原理、特性分析比较机构的能力。课程目标 3.具有运用基本知识、方法和原理拟定、设计机械运动方案,设计机构的能力。课程目标 4.能够按着实验要求,正确构建实验方案的能力。课程目标 5.能够选择并熟练使用常用测量工具、仪器,获取实验数据的能力。课程目标 6.能够对获得的实验数据进行分析处理、获得有效结论的能力。四、课程目标与毕业要求指标点的支撑关系 毕业要求 支撑的毕业要求
3、指标点 课程目标 课程目标主要教学内容 支撑目标实现的教学方法 毕业要求 1 1.2 能够针对机械系统或装置建立合适的数学模型,并利用恰当的边界条件进行求解。课程目标 1 机构的基本概念、连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系及其他常用机构的组成、类型、应用及特点。机械的效率、自锁、机械的平衡、运转及其速度波动的调节的基本知识。理论讲授、案例教学 1.3 能够运用专业知识和数学模型方法分析机械系统或装置,并能将专业知识和分析结果用于机械系统或装置的设计或改进中 课程目标 2 机构的结构分析;运动分析;连杆机构的特性;凸轮机构的运动规律、基本尺寸的确定;齿轮齿廓啮合基本定律,渐开线性质及啮合特点,渐
4、开线标准齿轮的正确啮合条件,正确安装条件,连续传动条件,根切,斜锥齿轮当量齿轮,蜗杆啮合正确啮合条件;其他常用机构的运动特性及参数要求。理论讲授、案例教学 毕业要求 2 2.2 能基于机械工程的基本原理和数学模型方法正确表达机械设计、制造工艺和机电控制领域中的复杂工程问题。课程目标 3 连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系、其他常用机构的结构设计。理论讲授、案例教学 毕业要求 4 4.2 能基于科学原理并采用科学方法对机械传动性能、制造工艺、精度检测、控制系统等复杂工程问题设计可行的实验方案。课程目标 4 机构简图测绘、齿轮范成、齿轮参数测定、动平衡、机构组合设计1、2 实验方案研讨 4.3能够
5、正确选用实验器件、设备或装置,搭建实验系统,安全进行科学实验,获取实验数据。课程目标 5 机构简图测绘、齿轮范成、齿轮参数测定、动平衡、机构组合设计1、2 实验操作演示,学生实操 4.4能够正确筛选、处理实验数据,通过信息综合分析,得出合理有效的结论。课程目标 6 机构简图测绘、齿轮范成、齿轮参数测定、动平衡、机构组合设计1、2 实验数据处理讲授及学生进行数据处理 五、课程的内容及要求、教学重点与难点(一)机械原理概述(支撑课程目标 1)(1)主要教学内容 本课程的研究对象和研究内容,课程的地位与作用,课程的性质与学习方法。(二)平面机构的结构分析(支撑课程目标 1、2、4、5、6)(1)主要
6、教学内容 机构结构分析的内容及目的,机构的组成,机构的运动简图(在实验课中结合实验进一步讲述),机构具有确定运动的条件,平面机构自由度的计算,计算平面机构自由度时应注意的事项,机构的组成原理、结构分类及结构分析。(2)知识点与能力点要求 知识点:掌握机器、机构的概念及组成;了解高副低代方法和杆组划分及机构的级别;理解机器、机构、零件、构件、运动副、运动链、约束、自由度等基本概念;掌握机构运动简图绘制的方法;掌握机构具有确定运动的条件、机构自由度的计算、自由度计算注意事项。能力点:能够正确绘制机构运动简图;能够正确计算机构自由度。(3)教学的重点与难点 教学重点:机械、机器及机构三者之间的关系,
7、机器和机构的特点。有关机构组成中的构件、运动副,运动链及机构等概念;机构具有确定运动的条件,机构运动简图的绘制、平面机构自由度的计算和机构的级别判断。教学难点:复合铰链、局部自由度、虚约束的识别与处理及机构自由度的正确计算。(三)平面机构的运动分析(支撑课程目标 1、2)(1)主要教学内容 机构运动分析的目的和方法,速度瞬心及其在平面机构速度分析中的应用,用矢量方程图解法做作机构的速度和加速度分析简介。(2)知识点与能力点要求 知识点:了解解析法在机构运动分析中的应用,理解相对运动图解法在机构运动分析中的应用,掌握瞬心法求解机构的速度及三心定理的应用。能力点:利用图解法正确分析机构的运动情况。
8、(3)教学的重点与难点 教学重点:用速度瞬心法对机构进行速度分析;矢量方程图解法。教学难点:对移动构件间相对瞬心线在三心定律中的运用;两构件上重合点之间的速度和加速度分析。(四)平面连杆机构及其设计(支撑课程目标 1、2、3、4、5、6)(1)主要教学内容 连杆机构及其传动的特点,平面四杆机构的类型及应用,平面四杆机构的一些基本知识,平面四杆机构的设计。(2)知识点与能力点要求 知识点:了解平面四杆机构的基本型式及其演化,了解平面四杆机构的应用;理解机构的极限位置、摆角、曲柄存在的条件、急回特性、极位夹角、压力角、传动角和死点等基本概念,反转法的基本原理;掌握四杆机构的运动特性并能进行简单四杆
9、机构的设计。能力点:能够辨识不同类型的平面连杆机构的运动及力学特性;能够利用图解法正确设计简单的平面四杆机构。(3)教学的重点与难点 教学重点:四杆机构的演化形式、平面机构的运动特性;平面机构的力学特性。教学难点:平面机构的运动特性;平面四杆机构的设计。(五)凸轮机构及其设计(支撑课程目标 1、2、3、4、5、6)(1)主要教学内容 凸轮机构的应用和分类,推杆的运动规律,用作图法设计凸轮廓线概述,凸轮机构基本尺寸的确定。(2)知识点与能力点要求 知识点:了解凸轮机构的应用;理解从动件常用运动规律,盘形凸轮轮廓曲线设计的反转法;掌握凸轮机构从动件运动规律的特点;凸轮机构压力角与机构尺寸的关系,盘
10、形凸轮轮廓曲线的设计。能力点:根据使用要求,正确选择凸轮机构从动件的运动规律,并能够正确计算位移、速度及加速度方程;能够正确设计凸轮轮廓曲线。(3)教学的重点与难点 教学重点:从动件运动规律的特点及其选择;凸轮机构基本尺寸的确定;凸轮轮廓曲线的设计。教学难点:应用反转法对凸轮机构的分析。(六)齿轮机构及其设计(支撑课程目标 1、2、3、4、5、6)(1)主要教学内容 齿轮机构的应用及分类,渐开线齿廓的形成及其特点,渐开线齿廓的啮合特点,渐开线标准齿轮各部分的名称和几何尺寸,渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,渐开线齿轮的变位修正;斜齿圆柱齿轮传动;蜗杆传动;圆锥齿轮传动。(2)知识点与能力点要求 知
11、识点:熟悉齿轮机构的特点、类型,理解齿廓啮合基本定律;熟悉齿轮各部分的名称和基本参数,掌握齿轮几何尺寸计算;了解齿轮加工方法、加工原理、根切原因。了解变位齿轮的基本概念。熟悉斜齿轮机构的特点、类型;了解圆锥齿轮传动特点与参数。能力点:正确区分不同类型齿轮(包括标准渐开线直齿轮传动、斜齿轮传动、变位齿轮传动、锥齿轮传动及其蜗轮蜗杆传动)的结构特点、运动特性;正确计算不同类型齿轮(包括标准渐开线直齿轮传动、斜齿轮传动、变位齿轮传动、锥齿轮传动及其蜗轮蜗杆传动)的几何尺寸。(3)教学的重点与难点 教学重点:平面齿轮齿廓线啮合基本定律,渐开线齿廓及其特性,直齿圆柱齿轮的啮合特性,变位齿轮的概念及其特点
12、,斜齿轮传动的特点,标准圆柱齿轮的尺寸计算。教学难点:齿轮传动的啮合过程与特点、变位齿轮传动的概念及设计计算。(七)轮系及其设计(支撑课程目标 1、2、3、4、5、6)(1)主要教学内容 轮系及其分类,定轴轮系的传动比,周转轮系的传动比,复合轮系的传动比。(2)知识点与能力点要求 知识点:了解轮系的分类及应用;理解定轴轮系、周转轮系和复合轮系的定义;掌握轮系传动比的计算。了解轮系的功用。能力点:判定和划分各种轮系;能够正确计算定轴轮系、周转轮系及其复合轮系传动比及正确判定轮系中齿轮运转方向。(3)教学的重点与难点 教学重点:定轴轮系、周转轮系、混合轮系传动比的计算。教学难点:混合轮系的识别、划
13、分及传动比方程的建立。(八)其他常用机构(支撑课程目标 1、2、3、4、5、6)(1)主要教学内容 棘轮机构、槽论机构、不完全齿轮机构、螺旋机构、圆柱凸轮机构。(2)知识点与能力点要求 知识点:棘轮、槽轮机构的工作原理、特点、应用场合。能力点:正确设计棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇机构。(3)教学的重点与难点 教学重点:棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的特点及设计 教学难点:棘轮机构、槽轮机构的设计(九)机械的效率和自锁(支撑课程目标 1、2)(1)主要教学内容 机械效率的概念及效率的各种表达方式,机械效率的计算、自锁的概念,转动副及移动副自锁条件的确定,简单机械自锁条件的确
14、定,提高机械效率的途径及摩擦在机械中的应用。(2)知识点与能力点要求 知识点:机械效率、损失率、机组、串联、并联、混联、摩擦、自锁、摩擦角。能力点:简单机械效率的计算、机械组合的效率计算、机械自锁条件的确定。(3)教学的重点与难点 教学重点:简单机械效率的计算、机械组合的效率计算、机械自锁条件的确定。教学难点:转动副和移动副自锁条件的确定,简单机械自锁条件的确定(十)机械运转及速度波动的调节(支撑课程目标 1、2)(1)主要教学内容 机械的运动方程,稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节。(2)知识点与能力点要求 知识点:了解飞轮转动惯性质量的确定和速度波动稀疏或速度不均匀系数的定义及意义
15、,等效力学模型的建立与运动方程的求解,了解非周期性与周期性速度波动的定义;理解机械运动的三个阶段及其特征和能量守恒定律的基本概念、原理和公式;掌握速度波动的调节方法。能力点:建立单自由度机械系统等效力学模型;求解运动方程。(3)教学的重点与难点 教学重点:速度波动的原因及平均速度、速度不均匀系数的概念,飞轮设计的简易方法。教学难点:机械系统的等效动力学模型及机构运动方程式的推演。(十一)机械平衡(支撑课程目标 1、2、4、5、6)(1)主要教学内容 机械平衡的目的及内容,刚性转子的平衡。(2)知识点与能力点要求 知识点:了解平衡的目的和分类,动平衡实验台的原理;理解平衡的基本原理;掌握转子静平
16、衡、动平衡的基本概念和平衡方法。能力点:平衡的计算。(3)教学的重点与难点 教学重点:转子的静平衡和动平衡基本概念与动平衡的计算方法。教学难点:不平衡质量位于平衡面外面的刚性转子的动平衡计算。(十二)机械系统的方案设计(支撑课程目标 3)(1)主要教学内容 方案拟定,方案设计举例。(2)知识点与能力点要求 知识点:机械工作原理的拟定、执行构件的运动设计和原动机的选择;机构的选型和变异;机构的组合;方案拟定,方案设计举例。能力点:能够根据使用要求拟定机械系统方案。(3)教学的重点与难点 教学重点:机构的类型选择及其方案拟定。教学难点:机械系统方案的拟定。六、教学总时数与课时分配表 理论教学学时分
17、配表 序号 项目 教学内容 学时 1(一)机械原理概述 本课程的研究对象和研究内容,课程的地位与作用,课程的性质与学习方法。2 2(二)平面机构的结构分析 机构结构分析的内容及目的,机构的组成,机构的运动简图(在实验课中结合实验进一步讲述),机构具有确定运动的条件,平面机构自由度的计算,计算平面机构自由度时应注意的事项,机构的组成原理及结构分析。6 3(三)平面机构的运动分析 机构运动分析的目的和方法,速度瞬心及其在平面机构速度分析中的应用,用矢量方程图解法做作机构的速度和加速度分析简介。2 4(四)平面连杆机构及其设计 连杆机构及其传动的特点,平面四杆机构的类型及应用,平面四杆机构的一些基本
18、知识,平面四杆机构的设计。8 5(五)凸轮机构及其设计 凸轮机构的应用和分类,推杆的运动规律,用作图法设计凸轮廓线概述,凸轮机构基本尺寸的确定。4 6(六)齿轮机构及其设计 齿轮机构的应用及分类,渐开线齿廓的形成及其特点,渐开线齿廓的啮合特点,渐开线标准齿轮各部分的名称和几何尺寸,渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动,渐开线齿轮的变位修正;斜齿圆柱齿轮传动;蜗杆传动;圆锥齿轮传动。8 7(七)轮系及其设计 轮系及其分类,定轴轮系的传动比,周转轮系的传动比,复合轮系的传动比。4 8(八)其他常用机构 棘轮机构、槽论机构、不完全齿轮机构、螺旋机构、圆柱凸轮机构。2 9(九)机械的效率和自锁 机械效率的基本
19、知识,机械效率的计算、自锁的概念,自锁的条件。2 10(十)机械运转及速度波动的调节 机械的运动方程,稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节。2 11(十一)机械平衡 机械平衡的目的及内容,刚性转子的平衡。2 12(十二)机械系统的方案设计 方案拟定,方案设计举例 2 合计 44 实验教学学时分配表 序号 实验项目名称 实验学时 实验类型 实验教学内容要求 1 机构简图测绘 2 综合 测量机构模型,绘制机构示意图、机构简图各2 个 2 齿轮范成 2 验证 根据给定的齿轮参数计算出齿轮尺寸并绘制标准和变位齿轮齿廓图 3 齿轮参数测定 2 验证 根据给定齿轮的齿数确定跨齿数,选取其三个不同位置
20、测量出公法线长度、齿根圆直径,取平均值作为测量值并按有关公式逐个计算齿轮参数 4 动平衡 2 演示 演示安排转子动平衡的原理及方法 5 机构组合设计1 2 综合 熟悉、掌握各种零件的用途,安装方法;按给定方案组装运动机构;学生自拟创新方案并设计组装 6 机构组合设计2 2 综合 熟悉、掌握各种零件的用途,安装方法;按给定方案组装运动机构;学生自拟创新方案并设计组装 合计 12 七、课程教学各环节的基本要求(一)课程讲授的基本要求 课程授课以常用机构的设计和创新能力培养为原则,采取了启发式教学和案例教学方法,提出问题(案例)?列出解决问题所需的知识点?对每一知识点进行分析、讲解?讨论、应用解决所
21、提问题?总结。(二)作业及测试的基本要求 作业应按照知识点和能力点要求,体现教学重点,紧密结合本课程目标,安排相关分析、计算、设计等作业题目,加深对所学知识的理解和应用能力。作业 1:机构的结构分析或连杆机构的基本知识;课程目标 2 作业 2:凸轮机构或齿轮机构的基本知识;课程目标 2 作业 3:机构自由度或构件速度计算;课程目标 3 作业 4:连杆机构的设计;课程目标 3 作业 5:轮系计算;课程目标 3 测验 1:课程目标 2 测验 2:课程目标 3 八、课程的考核、目标达成度评价方法与改进措施(一)课程考核 课程的考核以课程目标的达成为主要目的,以检查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为
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