《机械原理》课程教学大纲

课程名称/编号

机械原理/ZJ16219

对应人才培养方案及版本

机械设计制造及其自动化

本科专业人才培养方案

（2017版）

开课专业

机械设计制造及其自动化

开课学期

第4学期

学时/学分

总学时54/3学分，理论课学时46、实验课学时8

先修课程

高等数学A、线性代数、画法几何及机械制图、理论力学

课程简介

《机械原理》课程是机械设计制造及其自动化专业的一门专业基础课程。课程的主要内容包括机构的结构分析、平面机构的运动分析、机构的动力学分析、平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等内容。通过本门课程的学习，可以使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能，初步具有拟定机械运动方案、分析和设计机构的能力，并具备一定的创新和应用能力。

推荐教材

孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理（第8版）（“十二五”普通高等教育国家级规划教材）.北京：高等教育出版社，2013年

参考资料

[1] 郑文纬,吴克坚. 机械原理（第7版）.高等教育出版社，1997年

[2] 申永胜. 机械原理教程（第2版）.清华大学出版社，2005年

[3] 张颖,张春林.机械原理（英汉双语）（第2版）.机械工业出版社，2016年

[4] Homer D Eckhardt. Kinematic Design of Mchines and Mechamisms. 机械工业出版社，2008

[5] http://www.icourse163.org/course/nwpu-20007#/info中国大学MOOC《机械原理》，西北工业大学葛文杰主讲

1

1.3 能将机械设计、制造、控制等专业知识和数学模型方法用于推演、分析机械工程领域复杂工程问题。

M

2

2.1 能运用数学、物理等自然科学以及力学等工程科学原理，识别和判断机械工程领域复杂工程问题的关键环节。

H

3

4

3.1 掌握机械产品设计/开发全周期、全流程的基本方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素。

M

1

绪论、平面机构的结构分析

8

内容：课程的研究对象与内容、机构运动简图的测绘、机构自由度的计算、机构的结构分析。

要求：掌握机械运动简图的绘制方法。理解机构具有确定相对运动的条件，掌握机构自由度的计算方法。理解机构高副低代的方法和组成原理，能够对平面机构进行结构分析。

教学重点：机构自由度的计算、机构杆组分析

教学难点：复合铰链、局部自由度和虚约束的判断方法、机构高副低代

2

2

平面机构的运动分析

2

内容：速度瞬心的定义；瞬心法的速度求解。

要求：理解速度瞬心的定义，掌握瞬心法求解机构速度的方法。

教学重点：瞬心法求解机构的速度。

教学难点：三心定理，利用瞬心法分析机构的速度。

1

3

平面机构的力分析

4

内容：力分析的方法；运动副中摩擦力的确定；机构的受力分析。

要求：理解运动副中摩擦力和总反力方向的确定方法。掌握考虑摩擦时机构受力分析的求解方法。

教学重点：移动副与转动副中摩擦力的确定。

教学难点：当量摩擦角与摩擦圆，考虑摩擦力时机构的受力分析。

1

4

机械的效率和自锁

2

内容：机械的效率；机械的自锁。

要求：理解效率的表达形式，

理解移动副和转动副自锁的条件。掌握机械效率的求解方法。

教学重点：移动副与转动副的自锁条件。

教学难点：效率的不同表达形式，移动副与转动副的自锁条件。

1

5

平面连杆机构及其设计

6

内容：平面四杆机构的基本类型和应用；平面四杆机构的主要工作特性；四杆机构的图解法设计。

要求：了解平面四杆机构的基本类型和应用；理解平面四杆机构的演化型式和急回运动、压力角、传动角、死点位置等基本概念，掌握铰链四杆机构类型的判断；掌握图解法设计平面四杆机构的方法。

教学重点：曲柄存在的条件，平面四杆机构的主要工作特性，图解法设计平面四杆机构。

教学难点：平面连杆机构的演化，曲柄存在的条件，机构的图解法设计方法。

4

6

凸轮机构及其设计

6

内容：凸轮机构的应用和分类；从动件的运动规律；凸轮机构的设计与尺寸确定。

要求：了解凸轮机构的应用和推杆常用的运动规律；掌握图解法设计凸轮轮廓曲线的方法，理解凸轮机构基本尺寸的的选择原则。

教学重点：凸轮轮廓曲线的图解法设计，凸轮基本尺寸的选择原则。

教学难点：反转法原理，凸轮机构的图解法设计，压力角和基圆半径的定量关系式。

4

7

齿轮机构及其设计

10

内容：齿轮机构的应用与分类；齿廓啮合基本定律；渐开线的性质；齿轮尺寸的计算；齿轮的啮合传动与加工方法；其他齿轮传动。

要求：了解齿轮机构的类型和应用和切齿原理，掌握渐开线的形成及其特性；掌握渐开线齿轮基本参数及各部分几何尺寸的计算、掌握渐开线齿轮传动的正确啮合条件和连续传动条件，掌握重合度的计算方法。理解根切的原因与变位前后齿轮齿形和尺寸的变化。

教学重点：渐开线的性质与特点，齿轮的基本参数与尺寸计算方法，齿轮啮合过程，齿轮重合度的计算方法。

教学难点：齿廓啮合基本定律的理解，齿轮啮合过程，重合度的计算，变位前后齿轮尺寸的变化。

3

8

齿轮系及其设计

6

内容：轮系的分类；轮系传动比的计算。

要求：了解轮系的分类及功用，理解反转法原理；掌握定轴轮系、周转轮系及复合轮系的传动比计算。

教学重点：定轴轮系传动比的计算，周转轮系和复合轮系传动比的计算。

教学难点：周转轮系和复合轮系传动比的计算。

3

9

其他常用机构

2

内容：棘轮机构；槽轮机构；其他常用机构。

要求：了解棘轮机构和槽轮机构的工作原理；了解其他常用机构的工作原理。

教学重点：棘轮机构，槽轮机构，螺旋机构。

教学难点：棘轮机构的设计，槽轮机构的运动特性。

4

合计

46

1

机构运动简图的绘制

2

绘制机构模型的机构运动简图，计算机构自由度，拆分杆组并分析机构级别。

能够在观察分析机构模型的基础上正确规范绘制机构运动简图，计算机构自由度，分析机构结构组成，验证机构具有确定运动的条件。

验证型

2

2

渐开线直齿轮参数测定与齿轮范成法实验

3

测定渐开线直齿轮的基本参数并计算主要尺寸，借助齿轮范成仪模拟加工直齿轮轮廓并分析变位前后齿轮齿形的变化。

掌握渐开线直齿轮的参数测定方法与尺寸计算方法，理解齿轮的范成过程和变位前后齿轮齿形和参数的变化。

综合型

3

3

平面机构创意组合实验

3

小组成员构思多种机构运动方案并结合多种因素论证并优选方案。在绘制机构运动简图基础上，在实验台架上完成各元器件的组装，接通电源运行机构。

理解机构的组合原理与设计过程，初步掌握拟定机构运动方案的方法。

设计型

4

合计

8学时

1

绪论、平面机构的结构分析

案例教学法（某企业翻转机构自由度分析）、讲授法

多媒体、板书、网络教学平台

2

平面机构的运动分析

讲授法、讨论法

多媒体、板书

3

平面机构的力分析

案例教学法（偏心夹具机构力分析）、讲授法

多媒体、板书

4

机械的效率和自锁

讲授法、讨论法

多媒体、板书

5

平面连杆机构及其设计

案例教学法（四杆机构设计）、翻转课堂（连杆机构的应用）、讲授法、讨论法

多媒体、板书、大学慕课资源平台

6

凸轮机构及其设计

讲授法、讨论法

多媒体、板书

7

齿轮机构及其设计

案例教学法（齿轮加工原理）、翻转课堂（齿轮机构的应用）

讲授法、讨论法

多媒体、板书、网络教学平台

8

齿轮系及其设计

案例教学法（汽车差速器转向机构）

讲授法、讨论法

多媒体、板书

9

其他常用机构

讲授法、讨论法

多媒体、网络教学平台

1

25%

0

20%

25%

20%

19

2

25%

30%

20%

25%

20%

22

3

25%

30%

30%

25%

30%

29

4

25%

40%

30%

25%

30%

30

考核方式分值

10

10

10

10

60

100

90～100

80～89

70～79

60～69

＜60

1

能够很好的运用图解法进行机构速度分析和力分析，作图准确美观，结果精度较高。

图解法进行机构速度分析和力分析的方法正确，结果基本准确，作图使用绘图工具。

图解法进行机构运动和力分析的方法基本正确，绘图质量较为一般，结果误差较大。

图解法存在明显方法错误，绘图潦草，结果偏差较大。

不交作业，或者明显抄袭别人的作业。图解法作图错误，徒手画图凌乱潦草。

2

规范绘制机构运动简图，能够正确找出机构中的复合铰链、局部自由度和虚约束，正确计算机构自由度计算。机构结构分析结果正确，规范绘制各杆组。

机构运动简图绘制较为规范，能够正确找出复合铰链、局部自由度和虚约束，机构自由度计算结果正确，结构分析结果正确，能够较为规范的绘制各杆组。

机构运动简图绘制不够规范，机构自由度计算过程中未能正确找出复合铰链、局部自由度和虚约束。未能规范绘制出各杆组。

不能按时交作业，徒手或者潦草的绘制机构运动简图。机构自由度计算缺乏步骤且结果存在错误。杆组分析不画出各杆组。

不交作业，或者明显抄袭别人的作业；机构自由度计算，严重错误，杆组分析结果完全错误，且不画出各杆组。

3

能够很好的掌握齿轮机构基本参数的计算方法和齿轮系传动比的计算方法。绘图规范，步骤详细，计算结果全部正确。

能够较好的的掌握齿轮机构基本参数的计算方法和齿轮系传动比的计算方法。绘图较为规范，步骤较为详细，计算结果大部分正确。

能够基本掌握齿轮机构基本参数的计算方法和齿轮系传动比的计算。绘图一般，步骤不够详细，计算结果正确率一般。

齿轮机构基本参数的计算方法和齿轮系传动比的计算方法掌握不够牢固。绘图潦草，缺少必要步骤，计算结果错误较多。

未掌握齿轮机构基本参数的计算方法和齿轮系传动比的计算方法。不写步骤，计算结果错误太多。

4

能够很好的运用图解法进行连杆机构和凸轮机构设计，作图思路清晰、美观、规范。计算题与问答题全部正确。

能够较好的运用图解法进行连杆机构和凸轮机构设计，作图过程基本正确，能用作图工具绘图。计算题与问答题大部分正确。

连杆机构和凸轮机构设计的图解法基本正确，但作图不够规范美观。计算题与问答题的正确率一般。

连杆机构和凸轮机构设计的图解法存在一些错误，绘图较为潦草。计算题与问答题结果错误较多。

不交作业，或者明显抄袭别人的作业。图解法作图错误太多，计算结果错误太多。

90～100

80～89

70～79

60～69

＜60

2

机构运动简图的绘制规范，作图美观，比例尺适当，实验数据可靠，报告书写工整，能够进行深入分析并得到有效结论。

机构运动简图的绘制较为规范，但比例尺选择一般，绘图水平尚可，数据基本可靠，对结果不能进入深入分析。

机构运动简图仅仅是示意图，比例尺选择不当，尺寸不够准确，对结果缺乏深入分析。

实验过程表达过于简单，机构运动简图不规范，作图与书写潦草，不对结果进行分析。

不交实验报告或者明显抄袭。实验报告缺少机构运动简图。

3

能够合理拟定齿轮参数测定实验方案，数据测量准确，尺寸计算无误，报告书写工整，数据分析与表达正确，且能进入深入分析得到有效结论。

能够拟定齿轮参数测定实验方案，数据测量基本准确，尺寸计算基本正确，数据分析与表达基本正确，能对实验结果进行深入分析。

对方案考虑不足，数据测量精度一般，尺寸计算存在一些错误，数据分析不足，未能对实验结果进行深入分析。

不考虑实验方案，数据测量精度较差，尺寸计算存在明显错误，实验结果表达不合理，实验报告过于简单。

不交实验报告或者明显抄袭别人的数据。齿轮测量数据错误太多，且无结果分析。

4

能够合理的拟定机构运动方案。安装过程中工具使用得当，安装精度高，运转流畅。试验结果描述准确，数据分析与表达正确，且能进入深入分析得到有效结论。

能够较为合理的拟定机构运动方案。安装过程中工具使用较为得当，安装精度较高，运转较为流畅。试验结果分析与表达基本正确，且能验证方案设计结果的可行性。

机构运动方案的拟定能力一般。安装过程中工具使用能力一般，安装精度尚可，运转基本正常。试验结果分析与表达基本正确，能基本验证实验结果。

机构运动方案的拟定较为随意。安装过程中工具使用能力需要加强，安装精度较差，运转基本正常。试验结果缺乏深入分析。 

机构运动方案存在严重错误，无法完成现场安装，运行不正常。不交实验报告或者明显抄袭别人的数据。

90～100

80～89

70～79

60～69

＜60

1

针对机构速度分析和力分析等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分90分以上。

针对机构速度分析和力分析等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分80-89之间。

针对机构速度分析和力分析等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分70-79之间。

针对机构速度分析和力分析等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分60-69之间。

机构速度分析和力分析等知识点的测试得分低于60分或未能按时参加测试。

2

针对机构结构分析等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分90分以上。

针对机构结构分析等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分80-89之间。

针对机构结构分析等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分70-79之间。

针对机构结构分析等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分60-69之间。

机构结构分析等知识点的测试得分低于60分或未能按时参加测试。

3

针对齿轮机构和齿轮系等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分90分以上。

针对齿轮机构和齿轮系等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分80-89之间。

针对齿轮机构和齿轮系等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分70-79之间。

针对齿轮机构和齿轮系等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分60-69之间。

齿轮机构和齿轮系等知识点的测试得分低于60分或按时参加测试。

4

针对连杆机构和凸轮机构设计等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分90分以上。

针对连杆机构和凸轮机构设计等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分80-89之间。

针对连杆机构和凸轮机构设计等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分70-79之间。

针对连杆机构和凸轮机构设计等知识点，能够按时独立完成测试，按照题目评分标准，测试得分60-69之间。

连杆机构和凸轮机构设计等知识点的测试得分低于60分或未能按时参加测试。

90～100

80～89

70～79

60～69

＜60

1、2、3、4

积极参与课堂讨论，翻转课堂表现活跃并积极发言。线上平台参与度高，能够参与课程线上发布问题的讨论，并能在查阅相关资料的基础上，准确回答问题。

较为积极的参与课堂讨论，翻转课堂表现较为活跃。线上平台参与度较高，能够参与课程线上发布问题的讨论，回答问题较为准确。

偶尔参与课堂讨论，翻转课堂表现一般。线上平台参与度一般，不能经常参与课程线上发布问题的讨论，线上问题的回答不够准确。

很少参与课堂讨论，翻转课堂表现不活跃。线上平台参与度较低，很少参与课程发布问题的讨论与回答。

不参与课堂讨论，不参与翻转课堂活动，基本不参与线上平台的学习与讨论活动。

90～100

80～89

70～79

60～69

＜60

1

熟练掌握机构运动分析与动力学分析的知识与能力。

掌握机构运动分析与动力学分析的知识与能力。

基本掌握机构运动分析与动力学分析的知识与能力。

机构运动分析与动力学分析的分析能力存在明显不足。

对机构运动分析与动力学分析的知识与能力掌握较差。

2

熟练掌握机构结构分析的知识，机构自由度的计算完全正确。

较好的掌握机构结构分析的知识，能够较为正确的计算机构的自由度。

基本掌握机构结构分析的知识，机构自由度的计算基本正确。

对机构结构分析的知识与能力掌握情况尚可，机构自由度的计算存在明显错误。

对机构结构分析的知识与能力掌握较差。

3

熟练掌握渐开线直齿圆柱齿轮的啮合特性、尺寸计算方法和齿轮系传动比的计算。

掌握渐开线直齿圆柱齿轮的啮合特性、尺寸计算方法和齿轮系传动比的计算。

基本掌握渐开线直齿圆柱齿轮的啮合特性、尺寸计算方法和齿轮系传动比的计算。

未能较好的掌握渐开线直齿圆柱齿轮的啮合特性、尺寸计算方法和齿轮系传动比的计算。

对渐开线直齿圆柱齿轮的啮合特性、尺寸计算方法和齿轮系传动比的计算掌握较差。

4

熟练掌握连杆机构和凸轮机构设计的知识与能力。

掌握连杆机构和凸轮机构设计的知识与能力。

基本掌握连杆机构和凸轮机构设计的知识与能力。

未能较好的掌握连杆机构和凸轮机构设计的知识与能力。

对连杆机构和凸轮机构设计的知识与能力掌握较差。