课程编号：E07B2030
课程中文名称：机械原理
课程英文名称：Theory of Machines and Mechanism
开课学期：春季
学分/学时：2.5/54
先修课程：理论力学，工程图学
建议后续课程：机械设计
适用专业/开课对象：机械类专业/二年级本科生
团队负责人：张玉茹 责任教授：张玉茹 执笔人：郭卫东 核准院长：王春洁
一、课程的性质、目的和任务
本课程是为培养学生机构运动设计能力而开设的工科机械类系列教学主干课程。课程教学以一般中等复杂程度的机构运动设计能力培养为目标，通过本教学过程，学习机械装置的原理和机构设计中的基本理论与方法，使学生达到可以自如解决中等复杂程度的机构运动设计问题，并具备拓展机械设计知识，解决相应的机械设计实际问题的能力。
二、课程内容、基本要求及学时分配
本课程的研究对象为机构，主要包括机构的组成和结构、常用机构的分析与设计、机械系统的动力学基础等问题。
第一章 绪论（1学时）
主要内容：
1．机械原理课程的研究对象
2．机械原理课程的研究内容
3．机械原理课程的地位、作用和学习方法
基本要求及重点和难点：
了解本课程的研究对象。理解本课程的研究任务及主要研究内容。
第二章 机构的组成和结构（5学时）
主要内容：
1．机构的组成
2．机构运动简图及其绘制
3．构件的自由度与运动副的约束
4．平面运动链的自由度及其计算及自由度计算时应注意的事项
5．运动链成为机构的条件
基本要求及重点和难点：
了解机构运动简图的绘制方法，能看懂机构运动简图并用机构运动简图表达设计构思。
理解运动链成为机构的条件。
掌握机构自由度的计算方法；掌握机构的组成原理和结构分析的方法。
重点是平面机构自由度的计算。
难点是机构自由度计算中的虚约束问题。
第三章 连杆机构（8学时）
主要内容：
1．平面连杆机构的类型
2．平面连杆机构的工作特性
3．平面连杆机构的运动分析
4．平面连杆机构的设计
基本要求及重点和难点：
了解平面连杆机构的各种类型。
理解平面连杆机构的分类方法。
掌握平面四杆机构中存在曲柄的判断条件；掌握机构的急回特性判断方法；掌握应用瞬心法进行平面机构的速度分析的方法；掌握应用解析法进行机构运动分析的方法；掌握平面连杆机构设计的基本方法。
重点是平面连杆机构的工作特性分析、运动分析和设计方法。
难点是给定固定铰链位置的刚体导引机构设计和函数机构设计。
第四章 凸轮机构（6学时）
主要内容：
1．凸轮机构的组成和类型
2．从动件常用的运动规律
3．凸轮廓线的设计
4．凸轮机构基本尺寸的设计
基本要求及重点和难点：
了解凸轮机构的类型、特点及适用场合。
理解根据工作要求和使用场合选择凸轮机构的类型方法；理解不同运动规律位移曲线的组合拼接方法。
掌握根据工作要求选择或设计从动件的运动规律的方法；掌握凸轮机构基本参数确定的原则和方法；掌握并灵活运用反转法原理设计各类凸轮的廓线。
重点是盘形凸轮轮廓曲线的设计。
难点是凸轮轮廓曲线的解析法设计。
第五章 齿轮机构（8学时）
主要内容：
1．齿轮机构的类型
2．齿廓啮合基本定律
3．渐开线齿廓
4．渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算
5．渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动
6．渐开线齿轮的加工
7．渐开线变位齿轮
8．斜齿圆柱齿轮
9．圆锥齿轮
基本要求及重点和难点：
了解齿轮机构的类型和应用；了解渐开线齿廓的切削加工原理；了解变位齿轮和圆锥齿轮的基本参数、正确啮合条件及几何尺寸计算。
理解齿廓啮合基本定律和定传动比条件；理解齿轮加工中的根切现象及无根切的最少齿数。
掌握渐开线齿轮的啮合特性（定传动比、可分性、力方向不变）；掌握直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算；掌握齿轮的啮合传动（正确啮合、正确安装、连续传动）条件。
重点是渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算和啮合传动条件。
难点是渐开线齿轮的啮合过程、正确啮合条件、齿轮的安装、连续传动条件、齿廓的切制及变位齿轮等。
第六章 轮系（3学时）
主要内容：
1．轮系的类型
2．轮系的传动比计算
基本要求及重点和难点：
了解轮系的分类方法；了解轮系的功用。
理解周转轮系的设计及各轮齿数的确定方法。
掌握定轴轮系、周转轮系及混合轮系传动比的计算方法。
重点是定轴轮系、周转轮系及混合轮系的传动比计算。
难点是混合轮系的传动比计算。
第七章 间歇运动机构（1学时）
主要内容：
1．棘轮机构
2．槽轮机构
3．不完全齿轮机构
4．不完全摆线针轮机构
基本要求及重点和难点：
了解不完全齿轮机构、不完全摆线针轮机构的工作原理及运动特点。
理解棘轮机构、槽轮机构、螺旋机构、万向联连轴节的工作原理、运动特点、功能及和设计。
重点是棘轮机构、槽轮机构的工作原理、运动特点和功能。
难点是各种间歇机构的设计方法。
第八章 机构系统运动简图设计（4学时）
主要内容：
1．机构系统运动简图设计的任务与步骤
2．机构及机构系统设计的创新途径
3．组合机构
4．机构选型及机构系统运动方案设计
5．机构系统运动循环图
基本要求及重点和难点：
了解机构系统运动方案设计的任务及主要的设计步骤；了解机构组合的目的及组合方式。
理解组合机构的分析与设计的思路；理解常见组合机构的类型、特点和功能；理解原动机、执行机构的运动类型。
掌握机构选型进行执行机构系统的方案设计；掌握机构系统运动方案设计的基本原则；掌握机构运动循环图的绘制方法。
重点是机构的组合的设计、机构系统运动循环图的绘制和执行机构系统的运动方案设计。
难点是执行机构系统的运动方案设计。
第九章 机械系统动力学（4学时）
主要内容：
1．概述
2．机械的等效动力学模型
3．机械运动方程式的建立与求解
4．机械的速度波动及其调节方法
基本要求及重点和难点：
了解速度波动的不良影响；了解机械运转各阶段原动件的运转速度变化（即机械系统的动能变化）与外力所做功之间的关系。
理解利用飞轮调节机械周期性速度波动的原理。
掌握等效转动惯量和等效力矩的求取方法；掌握单自由度机械系统的等效动力学模型建立；掌握当等效力矩为机构位置函数时，机械系统真实运动的求解；掌握机械系统周期性速度波动调节中飞轮转动惯量的计算。
重点是等效动力学模型建立、真实运动求解和周期性速度波动的调节。
难点是真实运动的求解和速度波动的调节。
三、课内外教学环节及基本要求
课堂授课40学时。
课堂教学中应采用启发式和互动式教学方法，注重以科研和实际工程问题为背景的案例教学方式的运用，注重机械系统分析与设计的先进技术和方法与经典机构学理论的有机结合；注重CAI课件、视频资料、实物模型、板书和教师讲解的有机结合。
实验教学4学时。
实验一 机构的认知（1学时）
实验二 机构的表达（1学时）
实验三 凸轮机构测绘实验（1学时）
实验四 齿轮参数测量实验（1学时）
实验五 平面连杆机构创新设计实验（2学时）
实验六 机械速度波动调节实验（2学时）
实验七 机械系统创新设计（虚拟样机设计与仿真验证）实验（10个小时上机）
实验八 自主创新设计与制作实验（2学时）
必选实验：实验一（开放性实验，不占用实验计划学时）、实验二、实验七
限选实验1：实验三和实验四之一
限选实验2；实验五和实验六之一
自选实验：实验八
上机10个小时。
在虚拟样机设计与仿真实验室，用于完成实验七。
CAI课件：机械原理，郭卫东等编写，科学出版社高等教育出版中心，2011
作业：机械原理习题册（自编），郭卫东编，北航教务处教材科印刷，2011
通过作业巩固和加深课堂讲课知识，加强对问题的理解，培养分析问题和解决问题的
能力和方法。
习题库：机械原理习题库（自编），李继婷等编写，2008
四、考核方式及成绩评定
本课程以闭卷考试、实验考核和作业评定相结合。期末闭卷考试为60分，实验考核为30分，作业评定为10分。
期末闭卷考试考核学生对本课程基本知识的理解和掌握情况。
实验考核学生灵活运用知识解决问题的能力以及动手实践的能力。根据学生对实验内容的预习和准备情况、实验过程的专注情况、实验的完成质量、实验报告质量等项目评定学生的成绩。实验成绩占30分，成绩分配为：实验二：5分；限选实验1：5分；限选实验2：10分；实验七：10分。
作业考核学生对知识的理解和掌握。根据作业的认真工整情况、正确率和新方法运用情况来评价成绩。
五、教材和参考资料
教材：
1. 机械原理，郭卫东主编，科学出版社，2011年12月第1版
2. 机械原理教学辅导与习题解答，郭卫东主编，科学出版社，2011年12月第1版
3. 机械设计基础实验教程，杨洋主编，高等教育出版社，2008年11月第1版
参考资料：
1. 机械设计基础（下册），吴瑞祥等主编，北京航空航天大学出版社，2007年2月第2版
2. 虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程，郭卫东编著，北京航空航天大学出版社，2008年6月第1版
Design of machinery（Third Edition），Robert L．Norton, 机械原理（第三版改编版）韩建友改编，高等教育出版社，2007年5月第1版
