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《机械原理》教学大纲
Syllabus of Theory of Machines and Meachanisms
一、课程性质与任务
1．课程性质
机械原理是为工科各专业而开设的一门专业技术基础课，它是以高等数学、普通物理、机械制图及理论力学等课程为基础，同时又为以后学习机械设计和有关专业课程以及掌握新的科学技术打好工程技术的理论基础，并能受到一些必要的严格的基本技能和创造思维的训练，为二十一世纪祖国的腾飞，为现代化建设创造条件。
在高等工业学校开设本课的目的是在于使学生们学到有关机械的结构分析、运动分析和综合的能力，为学习后续课程：机械设计、机床等有关专业课程，以及掌握新的科学技术打好工程技术的理论基础，并能使学生受到一些必要的严格的基本技能和创造思维的训练。
2．课程主要任务 《机械原理》课程是机械专业本科学生的一门主干技术基础课。着力培养和提高大学生的创新意识和能力。它具有很强的工程性、实践性和应用性。不仅是机械类专业，就是近机类专业也要学习该课程，不但为学生后续机械类专业课程打下坚实的理论基础，而且还将增强学生对机械技术工作的适应性，提高其开发创新能力。
二、课程教学目的与要求
1．教学目的本课程教学目的在于使学生学到有关机构的结构分析，运动分析和机器动力学方面的某些基本理论和基本知识，初步具有机构分析和综合的能力，并受到有关机械的设计计算和实验研究等某些必要的技术技能的初步训练，为学生学习有关的后续课程和掌握专业知识及新的科学技术成就打好工程技术基础。
2．教学要求
1．熟悉平面机构的组成原理，及运动分析方法。2．熟练掌握各种常用机构的工作原理，特点和应用以及各种常用机构的运动设计方法。3．了解机构造型的组合概念，能对简单机械系统具有初步确定方案的能力。4．了解机械动力学的有关原理和减轻机械震动的基本知识。
三、学时分配计划
本课程3.5学分，64学时，其中理论教学60学时，实验教学4学时，课程设计1周。具体学时分配表如下表：
章次 1 2 3 4 5 6 7
教学内容
绪 论
平面机构结构分析 平面机构运动分析 平面连杆机构及设计 凸轮机构及其设计 齿轮机构及其设计 轮系及其设计
学时 1 4 5 5 4 14 6
实验1 8 9 10 11 12 13 1其它常用机构 机构运动方案的拟定 平面机构力分析 平面机构平衡 机器的机械效率
机器运转及其速度波动的调节 计算机在机构分析和综合中的应用 合计学时 课程设计 1 4 4 3 3 4 2 60 1周四、教学中应注意的问题
1．注意机械原理课程的特点，树立工程观点，即“选择与比较”“理论分析与实验根据相结合”的观点。
2．用心观察，仔细分析，逐步熟悉各种机构，“动态”地学习本课程。
五、课程教学内容
绪
论
(一)基本内容
1．本课程研究的对象和内容 2．学习本课程的目的 3．如何进行本课程的学习(二)教学基本要求
1．明确本课程的研究对象及教学内容。2．明确学习本课程的目的及教学基本要求
3．了解本课程的性质、特点及学习时应注意的事项。
(三)教学重点难点
本课程研究对象及内容(四)教学建议
为弥补同学的感性认识缺乏的弱点，建议安排一次电教片《机器的组成》，以使同学们能通过认识具体的机器来加深对本课程研究的对象及内容的理解。
第一章
平面机构的结构分析
(一)基本内容
1．机构结构分析的内容及目的 2．机构的组成 3．机构运动简图
4．机构具有确定运动的条件 5．平面机构自由度的计算
6．计算平面机构的自由度时应注意的事项 7．机构的组成原理及平面机构的结构分类* 8．平面机构中的高副低代*(二)教学重点难点 重点：
1．运动副及其分类。
2．平面机构运动简图。
3．掌握机构运动简图的概念及其绘制方法。难点：机构中的虚约束的判定问题。(三)教学基本要求
1．各种平面运动副的一般表示方法，搞清运动副，运动链、约束和自由度等重要概念 2．机构运动简图的概念及其绘制方法。
3．熟练掌握平面机构的自由度的计算。能识别平面机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和经常见的虚约束?会运用自由度计算公式，计算平面机构的自由度。并判断其运动是否确定。
(四)教学建议
1．为使同学掌握重点内容，应安排一次机构运动简图测绘实验
2．对于本章难点可在搞清什么是机构中的虚约束这一概念基础上，进一步介绍在什么情况下会有虚约束存在，但要注意此难点非本章的重点，不能占过多的精力。
3．本章主要研究平面机构的结构分析，重点是看懂和绘制平面机构运动筒图，并计算平面机构的自由度。判断虚约束是个难点，只要求掌握教材中列举的几种实例，不宜对此花费过多精力。
第二章
平面机构的运动分析
（一）基本内容
1．机构运动分析的目的和方法
2．速度瞬心及其在平面机构的速度分析中的应用 3．用相对运动图解法求机构速度、加速度 4．用解析法作机构的运动分析(二)教学重点难点
重点：速度瞬心及“三心定理”的运用，速度多边形、加速度多边形作法。
难点：机构处于特殊位置时，其速度多边形及加速度多边形的作法。(三)教学基本要求
了解速度瞬心的有关概念及其在速度分析中应用。掌握相对运动图解法对一般平面机构进行速度、加速度分析。能以解析法写出一般平面机构的位置方程式、速度、加速度方程式。
熟练掌握速度瞬心以及“三心定理”、相对运动图解法的综合分析。(四)教学建议
1.本章平面机构速度分析和加速度分析的方法，理论基于《理论力学》中的运动学，在学习本章前应布置学生复习理力中的运动学部分，特别是点的复合运动和刚体有平面运动部分，务必把点的相对运动，牵连运动和绝对运动，速度合成定理和加速度合成定理，哥式加速度，瞬时转动中心等概念搞清楚。
2．建议安排一次课堂讨论，通过讨论及练习突破难点，突出重点。
第三章 平面连杆机构及设计(一)基本内容
1．平面连杆机构的特点及设计的基本问题 2．平面四杆机构的类型和应用 3．平面四杆机构的主要工作特性 4．平面四杆机构运动设计(二)教学重点难点
重点：四杆机构形式及演化，四杆机构的一些基本知识及设计方法。难点：四杆机构工作特性。(三)教学基本要求
1．了解有关四杆机构的一些基本概念，了解四杆机构设计的基本方法
2．掌握平面四杆机构的基本类型及其演化和平面四杆机构设计中的一些共性问题。3．熟练掌握平面四杆机构的主要工作特性及根据给定的运动和几何条件设计平面四杆机构的基本原理和方法。
(四)教学建议 1．“四杆机构的基本形式与演化”安排看—次展柜，上课时可带一定的教具模型。2．如果条件和时间允许，建议带学生到农机库看一看农机具，以了解连杆机构在农业机械中的广泛应用。
3．建议上一次多媒体课。4．建议安排一次习题讨论课。
第四章 凸轮机构及其设计
(一)基本内容
1．凸轮机构的应用和分类。2．推杆的运动规律。3．凸轮轮廓曲线的设计。4．凸轮机构基本尺寸的确定。(二)教学重点难点
重点：从动件运动规律，压力角和机构尺寸和受力关系，轮廓曲线设计。
难点：基本尺寸的确定与受力关系。从动件常用运动规律的特点，凸轮机构压力角与机构尺寸的关系，盘形凸轮机构的设计。
(三)教学基本要求
了解了解凸轮机构应用及分类，了解从动件常用运动规律，了解凸轮机构基本尺寸确定及设计方法。
掌握推杆常用运动规律的特性及推杆运动规律的选择原则。熟练掌握凸轮机构基本尺寸确定的方法。能够根据选定机构型式和推杆运动规律设计出常用凸轮的轮廓曲线。
(四)教学建议 1．“凸轮机构的应用和分类”可安排一次展柜参观，不作课堂讲授。2．“用解析法设计凸轮的轮廓曲线”课堂讲授时只简单介绍，解析方程式的推导方法，留待课程设计再作编程，上机，练习。
第五章 齿轮机构及其设计(一)基本内容
1.齿轮机构的应用及分类。2.齿廓啮合基本规律。3.渐开线及渐开线齿廓。
4.渐开线齿轮的各部分名称及标准齿轮尺寸。5.渐开线齿轮的啮合传动。
6.渐开线齿轮展成法加工及根切现象。7.变位齿轮及其传动。
8.平行轴斜齿圆柱齿轮机构。9.蜗杆机构及圆锥齿轮机构。(二)教学重点难点
重点：渐开线直齿园柱齿轮外啮合传动的基本理论和设计计算。
难点：渐开线齿轮传动的基本理论中一些概念的理解和区分。变位齿轮。(三)教学基本要求
了解齿廓啮合基本定律及有关共轭齿廓等基本概念。了解渐开线及其性质，掌握渐开线齿轮的啮合特性。了解齿轮变位和变位齿轮传动的概念。
掌握渐开线齿轮各部分的名称，基本参数及各部分的尺寸关系，能对渐开线齿轮传动(包括直齿及斜齿圆柱齿轮，直齿圆锥齿轮，一般蜗轮蜗杆)进行几何计算，了解基本参数的选择，会计算基本尺寸。
熟练掌握熟悉渐开线齿轮传动的正确啮合条件，连续传动条件及有关啮合参数。能对齿轮传动进行几何设计。
(四)教学建议
1．本章重点是渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动的基本理论和设计计算，其他类型的齿轮及其啮合传动对照直齿圆柱齿轮来讲，除介绍它们与直齿圆柱齿轮啮合传动的共同点以外，着重介绍它们各自的特点。
2．渐开线齿轮传动的基本理论的一些概念既是难点又是本章的重点，建议在讲直齿圆柱齿轮外啮合传动及变位齿轮传动的基本概念之后，安排一次课堂讨论，以加深对一些容易混淆概念的理解，如分度圆与节圆，啮合角和压力角，正负变位与正负传动等。
3．本章内容较多，其特点有“三多”，名词术语参数多，计算公式多，各种图表多，在教学中要引导学生切实搞清楚各符号参数的意义，一些重要的图例要强调动态地去看，要看懂，搞熟。
第六章 轮系及其设计
(一)基本内容
1.轮系及其分类。
2.定轴轮系传动比及应用。3.周转轮系传动比。
4.复合轮系传动比及应用。
5.行星轮系各轮齿数及行星轮数的选择。
(二)教学重点难点
重点：周转轮系及复合轮系传动比计算。难点：复合轮系传动比计算。(三)教学基本要求 了解了解轮系的类型及功用。掌握各种轮系传动比的计算方法。
熟练掌握复合轮系的正确划分及传动比的计算。(四)教学建议
本章内容较单一，主要就是传动比的计算，而且又是重点。就传动比的计算来说本身并不复杂，关键是如何正确区分轮系，所以建议精讲多练，在讲完计算方法后，安排一次习题讨论课，通过课堂讨论及较多的课堂练习来突破难点，掌握重点。
第七章 其它常用机构
(一)基本内容 1．棘轮机构。2．槽轮机构。
3．凸轮式间歇运动机构。4．不完全齿轮机构。5．螺旋机构。6．万向铰链机构。(二)教学重点难点
重点：万向节、螺旋机构、槽轮机构、棘轮机构的介绍。难点：各种常用机构基本参数的确定。(三)教学基本要求
了解不完全齿轮机构，凸轮式间歇运动机构，非圆齿轮机构的工作原理，应用。各种常用机构的特点及工作原理。
掌握棘轮机构和槽轮机构的工作原理，传动特点及其参数的确定。熟练掌握棘轮机构和槽轮机构的工作原理，传动特点及应用。(四)教学建议
1．本章教学要求在于向学生介绍一些其它型式的也还比较常用的传动机构，以开阔视野和思路，故对于它们的传动性能和设计问题将不作过多的讨论，而着重介绍它们的传动特点和应用实例。
2．组合机构的内容不作课堂讲授，安排观看展柜。有条件时可安排一次多媒体课程。3．不完全齿轮机构，凸轮式间歇运动机构，非圆齿轮机构安排提示性自学，然后简单小结。
第八章 机械运动方案的拟定
(一)基本内容
1．机构组合方式及有关的设计方法。2．机构选型。
3．机器执行机构的协调和运动循环图。(二)教学重点难点
重点：机构选型，机构组合方式及有关设计方法。难点：组合机构设计方法。(三)教学基本要求
了解机构选型和组合的基本概念。掌握机械传动系统方案设计的思路和方法。
熟练掌握运动循环图的绘制与机械传动系统方案的设计。(四)教学建议
本章内容可安排一次多媒体课并参观展柜，能使学生拓展思路。讲解时重点介绍设计的思路和方法。
第九章 平面机构力分析
(一)基本内容
1．机构惯性力的确定及运动副中摩擦力确定。2．不考虑摩擦力的机构力分析。3．速度多边形杠杆法。(二)教学重点难点
重点：动态静力分析，运动副反力的确定。难点：运动副反力的确定。(三)教学基本要求
了解动有关基本概念。了解机构中作用的各种力及机构力分析的方法。掌握态静力分析的方法。
熟练掌握运动副反力的确定。(四)教学建议
本章的教学目的就是要使学生掌握对机构进行力分析的常用的工程方法和力分析的过程，其教学的要求是能使学生掌握对一般平面机构进行动态静力分析的过程。在教学时数允许的情况下，最好要求学会运用茹科夫斯基杠杆法（速度多边形杠杆法）确定加于机械上的平衡力或平衡力偶短。因为这在理论力学中未讲过，而且又有实用价值。
第十章 平面机构平衡
(一)基本内容
1．机械平衡的目的及内容。2．常用刚性转子的平衡计算。3．刚性转子的平衡实验。4．挠性转子动平衡简述。6．平面机构的平衡。(二)教学重点难点
重点：回转体的动、静平衡方法。难点：动平衡计算，机架上的平衡。(三)教学基本要求
了解平衡问题在机械工程中的重要性及挠性转子平衡的概念及平面四杆机构的平衡方法。
掌握刚性转子静、动平衡的计算方法。
熟练掌握其静、动平衡基本原理及平衡方法。(四)教学建议
鉴于本章课堂教学只安排两个学时，介绍刚性转子静、动平衡的计算方法。如果能开平衡实验，建议将中有关刚性转子静、动平衡实验的内容穿插到实验课中讲。
第十一章 机器的机械效率
(一)基本内容
1．机器的运动和功能关系。2．机器的机械效率和自锁。(二)教学重点难点
重点：机械效率和自锁。
难点：确定效率和自锁的方法。(三)教学基本要求
了解机器的运动和功能关系，机械效率和自锁情况。(四)教学建议
重点讲解机器的运动和功能关系，机械效率和自锁情况。至于瞬时效率的计算分析，主要讲清概念。
第十二章 机器运转及其速度波动的调节
(一)基本内容
1．研究机器运转及其速度波动调节的目的。2．机器等效动力学模型。3．机器运动方程式的建立。4．飞轮的设计。
5．两类速度波动的调节。(二)教学重点难点
重点：机器的等效方法，两类速度波动及调节方法，飞轮的设计。
难点：等效质量等的确定，机器运动方程式的建立及求解，飞轮的有关设计。(三)教学基本要求 了解调节的目的，机器运动方程式的建立，两类速度波动的调节方法以及一些基本概念。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。等效质量，等效转动惯量和等效力，等效力矩的意义，并能根据转化的需要进行计算。
熟练掌握机械运动周期性速度波动和非周期性速度波动产生的原因，性质的区别以及它们各自的调节方法，并掌握飞轮转动惯量简易计算方法。
(四)教学建议
本章主要介绍速度波动的调节方法以及一些基本概念。重点讲解等效动力学模型及运动方程式的建立，以及飞轮转动惯量简易计算方法。至于飞轮的解析法设计可根据学时情况灵活掌握。
第十三章 计算机在机构分析和综合中的应用
(一)基本内容 1．概述。
2．单杆及杆组运动分析。3．单杆及杆组力分析。4．平面机构综合分析。(二)教学重点难点
重点：各种杆组的数学模型建立，程序框图的绘制。难点：数学模型的建立及求解。(三)教学基本要求
了解计算机在机构分析中应用。掌握运动分析和力分析程序框图。熟练掌握各种机构的数学模型的建立。(四)教学建议
由于课时的原因，该章教学时主要讲解各机构数学模型的建立方法。有条件时让学生编程上机调试，输出机构综合分析的各主要参数。
六、教材及参考文献：
（1）郑文纬、吴克坚主编.《机械原理》第七版.高等教育出版社，1997.7（2）孙 恒主编.《机械原理》.西北工业大学出版社，1988.6（3）王知行、刘廷荣主编.《机械原理》.高等教育出版社，2000.2（4）邹慧君、傅祥志等主编.《机械原理》.高等教育出版社，1999.6（5）黄茂林、秦伟主编.《机械原理》.机械工业出版社，2002.8（6）B.PAUL.《机构运动学与动力学》.上海科学技术出版社，1995.10
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