《机械原理》课程教学大纲(2021版）

课程名称/

编号

机械原理/ZJ16225

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

（2021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48/3学分，理论课学时44、实验课学时4、线下学时48

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，2017年获批省级精品资源共享课程。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、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,葛文杰.机械原理（第9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，2021

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

[2] 申永胜. 机械原理教程（第3版）.清华大学出版社，2015

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

[4] http://www.icourse163.org/course/nwpu-20007#/info中国大学MOOC（慕课）《机械原理》，西北工业大学

[5] https://mooc1-1.chaoxing.com/course/207966411.html——安徽科技学院《机械原理》学习通

1

1.3掌握机械设计、制造、控制等专业基础知识和数学模型方法，并用于机械工程领域复杂工程问题的推演、分析。

M

2

2.1能够应用数学、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

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，综合设计目标和各种影响因素，设计机械工程领域特别是智能农机装备领域复杂工程问题解决方案。

M

1

激发学生的民族自豪感、爱国主义情怀和社会责任感

绪论

神州系列载人飞船、天宫系列空间站等大国重器；中国制造2025

2

培养文化自信

移动副的摩擦

中国古代机械中的楔卯机构，利用木楔产生附加摩擦力实现紧固

3

激发学生的家国情怀和不屈不挠的科学精神

平面连杆机构

中国古代机械；四杆机构克服“死点”与如何面对人生挫折

4

培养学生精益求精的科学精神

齿轮齿廓啮合

基本定律

齿轮轮廓曲线的发展历程

5

培养学生的团队意识与协作精神

齿轮系的组成

齿轮和轮系的关系——个人与集体的关系

1

8

内容：

（1）机构运动简图的绘制；

（2）机构自由度的计算；

（3）机构的组成原理与结构分析。

要求：

理解机构高副低代的方法和组成原理，掌握机构自由度的计算方法，能够对平面机构进行结构分析。

教学重点：

机构自由度的计算与机构分析。

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

8

内容：

（1）机构速度瞬心的位置求解；

（2）利用瞬心法求解机构速度；

（3）运动副中摩擦力的确定；

（4）考虑摩擦时机构的受力分析；

（5）机械的效率与自锁。

要求：

理解移动副和转动副自锁的条件，掌握瞬心法求解机构速度的方法，能够使用图解法对平面机构进行运动与静力分析，能够运用现代工具软件对机构运动复杂工程问题进行仿真与求解。

教学重点：

利用瞬心图解法求解机构的速度，考虑运动副摩擦力下的机构图解法静力分析，移动副与转动副的自锁条件。

教学难点：

三心定理，移动副与转动副中摩擦力的确定，当量摩擦角与摩擦圆。

3

28

内容：

（1）平面四杆机构的基本类型和工作特性、四杆机构的图解法设计；

（2）凸轮机构的应用、运动规律、凸轮机构的设计；

（3）齿轮机构的应用、渐开线的性质

（4）齿轮的啮合传动与齿轮尺寸的计算；

（5）齿轮系传动比的计算；

（6）其他常用机构。

要求：

理解连杆机构、凸轮机构、齿轮机构三种常用机构的基本类型、工作原理和应用场合，学会判断铰链四杆机构的类型，掌握齿轮的尺寸计算方法和齿轮系传动比的计算方法，能够利用图解法设计常用机构，能够初步解决机械系统运动方案复杂工程问题。

教学重点：

平面四杆机构的主要工作特性，齿轮的齿轮啮合过程与尺寸计算，利用图解法设计连杆机构和凸轮机构，齿轮系传动比的计算。

教学难点：

平面连杆机构和凸轮机构设计的反转法原理，齿轮重合度和变位系数，周转轮系和复合轮系传动比的计算。

合计学时

44

1

机构运动简图的绘制

2

1.绘制机构模型的机构运动简图；

2.计算机构自由度。

1.能够分析出运动副类型与各构件相互位置关系；

2.能够对原有机构模型进行抽象，并绘制出机构运动简图；

3.机构测绘尺寸要准确，比例尺恰当，绘图美观，标注规范；

4.正确计算机构自由度，并验证机构是否具有确定运动的条件。

机构运动简图绘制模型

验证型

3

渐开线直齿轮参数测定实验

2

1.制定齿轮参数测定实验方案；

2.测定并分析渐开线直齿轮的基本参数，并能判断出测定结果的合理性。

1.实验方案要合理；

2.渐开线直齿轮的参数测定方法得当，数据准确；

3.齿轮尺寸计算和变位系数正确，结论分析可信。

渐开线参数测定齿轮箱

综合型

总学时

4

1

绪论、平面机构的结构分析

案例教学法（机构自由度分析企业现场案例）

线上线下混合教学

讲授法

多媒体、板书、学习通等网络教学平台

2

平面机构的运动分析

讲授法、讨论法、翻转课堂

多媒体、板书

3

平面机构的力分析

线上线下混合教学

讲授法

多媒体、板书、学习通等网络教学平台、

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（压铸模具上料四杆机构设计）

线上线下混合教学

讲授法

多媒体、板书、学习通等网络教学平台、中国大学MOOC

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

讲授法、讨论法

线上线下混合教学

多媒体、板书、学习通等网络教学平台、中国大学MOOC

8

齿轮系及其设计

案例教学法（汽车转向机构复合轮系）

讲授法、讨论法

多媒体、板书

9

其他常用机构

线上线下混合教学、讲授法

多媒体、板书

1.掌握机构自由度的计算和杆组拆分方法，能够分析机构是否具有确定运动，并推断机构的杆组级别。

（2.5）

机构的结构分析

0

（5）

机构运动简图绘制

（2.5）

机构结构分析的基础知识

（12）

机构自由度计算与杆组分析

22

2.掌握速度瞬心法、机构受力分析、机构效率、机构自锁判断的基本原理与方法，能够运用图解法和现代工具软件对平面机构进行的运动与动力学分析。

（2.5）

机构运动分析和静力分析

（10）

现代软件进行机构运动仿真

0

（2.5）

机构运动分析和静力分析的基础知识

（12）

机构瞬心法速度分析和机构图解法静力分析

27

3.掌握连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构的基本原理，能够进行机构设计与尺寸综合，具备初步拟定机械系统运动方案的能力。

（5）

常见机构的设计与尺寸综合

0

（5）

齿轮测量方案与尺寸计算

（5）

常见机构设计的基础知识

（36）

常见机构的设计与尺寸计算、齿轮系传动比计算

51

考核方式分值

10

10

10

10

60

100

90～100

80～89

70～79

60～69

＜60

1

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。

2

能够很好的运用图解法进行机构速度分析和力分析，绘图正确规范。

能够较好的运用图解法进行机构速度分析和力分析，绘图较为正确规范。

图解法进行机构运动和力分析结果的正确率一般，绘图基本正确规范。

图解法存在明显方法错误，绘图潦草，结果偏差较大。

不交作业或明显抄袭别人的作业。图解法作图错误，结果误差太大。

3

能够很好的运用图解法进行连杆机构和凸轮机构设计，作图正确、美观、规范。齿轮机构基本参数的计算和齿轮系传动比的计算结果全部正确。

能够较好的运用图解法进行连杆机构和凸轮机构设计，作图正确、美观、规范。齿轮机构基本参数的计算和齿轮系传动比的计算结果大部分正确。

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。齿轮机构基本参数的计算和齿轮系传动比的计算结果基本正确。

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。齿轮机构基本参数的计算和齿轮系传动比的计算结果有明显错误。

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

能够很好的运用现代软件对机构运动学复杂工程问题进行运动仿真与求解，三维建模规范，机构运动仿真合理，结果分析正确。

能够较好的运用现代软件对机构运动学复杂工程问题进行运动仿真与求解，三维建模较为规范，机构运动仿真比较合理，结果分析比较正确。

基本能够运用现代软件对机构运动学复杂工程问题进行运动仿真与求解，三维建模基本规范，机构运动仿真基本合理，结果分析基本正确。

运用现代软件能力较差，建模和仿真、分析存在明显错误。

运用现代软件能力很差，建模和仿真、分析存在严重错误，或者存在明显抄袭。

90～100

80～89

70～79

60～69

＜60

1

机构运动简图的绘制规范，测绘尺寸齐全准确，比例尺适当，作图美观，机构自由度计算正确。

机构运动简图的绘制较为规范，测绘尺寸较为齐全准确，比例尺适当，作图较为美观，机构自由度计算正确。

机构运动简图的绘制基本规范，测绘尺寸基本齐全，比例尺较为适当，作图较为美观，机构自由度计算基本正确。

机构运动简图绘制不够规范，测绘尺寸不够齐全，尺寸误差较大，作图潦草，机构自由度存在明显错误。

机构运动简图绘制存在严重错误，机构自由度计算大部分错误，不交实验报告或者明显抄袭。

3

能够合理拟定齿轮参数测定方案，数据测量准确，数据分析合理，齿轮尺寸计算无误。

能够较为合理的拟定齿轮参数测定方案，数据测量较为准确，数据分析较为合理，齿轮尺寸计算较为正确。

齿轮参数测定方案的拟定基本合理，数据测量基本准确，数据分析基本合理，齿轮尺寸计算基本无误。

齿轮参数测定方案的拟定存在明显不足，数据测量精度较差，尺寸计算明显错误，实验结果表达不合理。

齿轮参数测定方案严重错误，测量数据错误太多，且无结果分析，不交实验报告或者明显抄袭。

90～100

80～89

70～79

60～69

＜60

1

针对机构结构分析等知识点，能够按时在学习通等在线平台上独立完成测试，按照在线平台题目评分标准，测试得分90分以上。

针对机构结构分析等知识点，能够按时在学习通等在线平台上独立完成测试，按照在线平台题目评分标准，测试得分80-89之间。

针对机构结构分析等知识点，能够按时在学习通等在线平台上独立完成测试，按照在线平台题目评分标准，测试得分70-79之间。

针对机构结构分析等知识点，能够按时在学习通等在线平台上独立完成测试，按照在线平台题目评分标准，测试得分60-69之间。

机构结构分析等知识点的在线测试得分低于60分或未能参加学习通等平台在线测试。

2

针对机构速度分析和力分析等知识点，能够按时在学习通等在线平台上独立完成测试，按照在线平台题目评分标准，测试得分90分以上。

针对机构速度分析和力分析等知识点，能够按时在学习通等在线平台上独立完成测试，按照在线平台题目评分标准，测试得分80-89之间。

针对机构速度分析和力分析等知识点，能够按时在学习通等在线平台上独立完成测试，按照在线平台题目评分标准，测试得分70-79之间。

针对机构速度分析和力分析等知识点，能够按时在学习通等在线平台上独立完成测试，按照在线平台题目评分标准，测试得分60-69之间。

机构速度分析和力分析等知识点的在线测试得分低于60分或未能参加学习通等平台在线测试。

3

针对连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系等知识点，能够按时在学习通等在线平台上独立完成测试，按照在线平台题目评分标准，测试得分90分以上。

针对连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系等知识点，能够按时在学习通等在线平台上独立完成测试，按照在线平台题目评分标准，测试得分80-89之间。

针对连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系等知识点，能够按时在学习通等在线平台上独立完成测试，按照在线平台题目评分标准，测试得分70-79之间。

针对连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系等知识点，能够按时在学习通等在线平台上独立完成测试，按照在线平台题目评分标准，测试得分60-69之间。

连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系等知识点的在线测试得分低于60分或未能参加学习通等平台在线测试。

90～100

80～89

70～79

60～69

＜60

1

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。

2

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一般。

对机构运动分析与动力学分析的知识与能力掌握较差。

3

熟练掌握连杆机构和凸轮机构设计的知识与能力。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。

较好掌握连杆机构和凸轮机构设计的知识与能力。较好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。

基本掌握连杆机构和凸轮机构设计的知识与能力。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。

未能较好的掌握连杆机构和凸轮机构设计的知识与能力。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。

对连杆机构和凸轮机构设计的知识与能力掌握较差。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。

1

掌握平面机构自由度的计算，并判断机构是否具有确定运动，能够进行对机构进行高副低代，并进行机构结构分析。

20%

计算题、分析题

难度分为：容易、中等、较难三个等次，建议比例构成近似为：30:50:20

2

熟练掌握机构瞬心法、运动副中总支反力的求解方法，能够对机构进行速度分析和静力分析。

20%

计算题、分析题

3

熟练掌握连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系的基本原理，能够针对机构复杂工程问题，进行方案设计、尺寸综合和机构设计。

60%

分析题、作图题

作业1：机构自由度的计算

（支撑课程目标1）

分析机构是否存在复合铰链、局部自由度和虚约束，计算机构自由度。

培养计算机构自由度的能力。

作业2：机构结构分析

（支撑课程目标1）

能够对机构进行杆组分析，判断机构级别。

培养学生结构结构分析的能力。

作业3：机构速度瞬心法

（支撑课程目标2）

能够找出平面机构的瞬心位置，并利用瞬心来进行机构速度分析。

培养学生机构运动分析能力。

作业4：机构力分析

（支撑课程目标2）

能够找出平面低副和高副总支反力的方向，能对平面机构进行考虑摩擦下的静力分析。

培养学生机构动力学分析的能力。

作业5：连杆机构设计

（支撑课程目标3）

运用连杆机构的基本原理与方法，针对连杆机构复杂工程问题，进行连杆机构的判断、设计与分析。

培养学生解决连杆机构设计复杂工程问题。

作业6：凸轮机构设计

（支撑课程目标3）

能够运用图解法解决凸轮机构的设计与分析问题。

培养学生解决凸轮机构复杂工程问题的能力。

作业7：齿轮机构

（支撑课程目标3）

能够理解齿轮机构平稳、正确和连续啮合传动的条件，正确计算直齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸。

培养学生齿轮机构尺寸综合的能力。

作业8：齿轮系传动比计算

（支撑课程目标3）

分析齿轮系的组成，计算齿轮系特别是周转轮系和复合轮系的传动比。

培养学生进行齿轮系的分析与设计能力。

作业1：机构运动仿真（支撑课程目标2）

针对机构运动分析复杂工程问题，能够运用三维设计软件进行机构建模，对此机构模型进行运动仿真，输出运动线图，并对仿真结果进行分析。

培养学生对机构运动学复杂工程问题进行运动仿真与求解的能力。