“机械原理”课程是机械类专业的技术基础课程。它揭示了机械工程中常用机构的结构组成、运动和动力分析及设计方法的基本原理。本课程所展现的不仅有机构设计的基础知识，还有传统机构与现代信息技术的结合，还有商业软件在机构设计中的应用，还有机构设计的无穷魅力！知识的学习与能力的提高助您成功！
课程名称：机械原理
所属学校：西南交通大学
负责人：谢进&
课程类型：理论课（含实践/实验）
课程属性：专业基础课/技术基础课
课程学时：68.0
学科门类：工学
专业大类：机械类
专业类：机械设计制造及其自动化
适用专业：机械类及近机...
《机械原理》课程简介
西南交通大学 谢进
一、课程简介
1 机械原理课程是机械类学生的核心专业基础课程
机械原理课程与其他课程之间有非常密切的理论和知识的逻辑关系：将理论力学和高等数学等基础科学的理论应用到机械工程中，同时，又为后续专业或专业基础课程奠定理论和知识基础。在能力培养方面，机械原理课程也有独特的作用。课程通过机械运动、动力分析和设计理论和方法的介绍，着重培养学生进行机械运动方案构思的能力...
还有谁在学这门课：
主办单位：高等教育出版社有限公司&&&&&&&&京ICP备号-2&&&&&&京公网安备-2
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本科生培养
&&&&&&发布:
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
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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：
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
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版湖北汽车工业学院
机械设计教研室
<span lang="EN-US" style="font-size:15.0mso-bidi-font-size:
10.0font-family:楷体_GB年02月
机械原理课程设计中要求积极主动查找、收集和钻研与设计内容有关的参考文献与资料，并灵活应用所学理论和实践知识，积极构思、独立思考、发挥聪明才智与创新精神及团队互助协作精神，设计出多种机械系统运动方案，并进行分析比较后，选择出较佳方案。设计图要求作图准确、布局合理、图面整洁、标注齐全。图纸规格、线条、尺寸标注等均应符合国家制图标准。反对不求甚解、盲目抄袭、敷衍塞责、容忍错误的不良作风。设计图可以用计算机绘制，但必须提交相应的手绘草图。
图纸1张、２#号设计图纸２张和16开或A4设计计算说明书用纸一本(20—、档案袋一个、绘图工具等。
～5千字左右的设计计算说明书。课程设计计算说明书是技术说明书的一种，是整个设计计算的整理和总结，同时也是审核设计的技术文件之一。针对不同的设计题目设计计算说明书内容主要包括:前言、目录、正文、参考文献和附录等。
前言主要是对设计任务、设计目的和意义、设计方法进行总体概述，以便对设计情况有一个总的了解。
目录应列出说明书中的各项内容标题及页次，包括设计任务书和附录。
正文主要为设计依据和过程，主要内容：
根据GB/T 号国家标准要求，设计过程中所用到的参考书、手册等文献资料应按如下格式编写：
[]首版免注).出版地：出版社，出版年.起页-止页（任选）
孙桓，陈作模.M北京:高等教育出版社，2006
出版集团研究[M中国书籍出版社，.
）参考文献著录项目
专著作者、论文集主编、学位申报人、专利申请人、报告撰写人、期刊文章作者)。多个责任者之间以“”“”“”“”“”
初版省略)。
出版地、出版者、出版年)。
）文献类型和标志代码
[M][C][N][J][D][R][S][P][DB]
列出设计中使用的非通用设计资料、图表、计算程序等，如：自编的主程序、子程序及所调用子程序等。
。“应用到履带车辆转向和传动上，发挥了出色的性能[3]200-205”、“其传动功率分别为110kW(150马力)和184kW(250马力)[3]320-321”。
16纸书写，并装订成册，封面样式和说明书内书写格式如下图。
布置设计题目，设计准备，讲解有关知识
选题、机械系统运动方案拟定、讨论及方案选择
执行机构系统的运动协调设计（画出运动循环图）
设计计算机构尺寸（运动副之间尺寸计算），绘制机械系统的机构运动简图
机构运动与动力分析
整理编写设计计算说明书
或 模型制作 或 实验室机构搭接，验证机构运动设计的合理性
答辩及成绩评定
题目1：自选或自拟设计题目
(改装后的体积小、成本低)
2) 家用手动压面机改为电动压面机(改装后的压面体积小、成本低)
5) 糖果包装机剪刀装置
题目2：《工件自动传送机机械系统运动方案设计》
AnD秒内自位置Ⅰ经位置Ⅱ摆至位置Ⅲ；停顿15秒；接着在10秒内由位置Ⅲ摆回至位置Ⅰ；然后停顿20秒。已知执行构件的摆角°，且摆动时的运动规律不限，滑动摩擦系数 f，各回转副的跑合轴颈的直径为，各构件的重力和惯性力忽略不计。图1为位置Ⅰ时的工件输送情况，根据实际工况条件，各固定铰链点（包括可选用的铰链点）之间的相对位置关系如图2所示，执行构件上的生产阻力曲线如图3 所示，试进行这一机械系统运动方案的设计与分析。设计时要求该机械系统的运动链尽可能短，并且结构紧凑。
题目3：《步进工件输送机机械系统运动方案设计》
设计某自动生产线的一部分——步进输送机。A2A1A3K。插板运动与滑架运动应保持一定的协调配合关系，设计数据如下表。
&H — 工件每次的移动距离；&&&&&&&&&& h — 插板的插入深度；
— 工件平均移动速度；&&&&&&&&&& [] — 机器的许用速度不均匀系数；
m& — 辊道上工件的总质量；&&&&&&&& f — 工件相对于导路的当量摩擦系数；
m& — 滑架的质量；&&&&&&&&&&&&&&&& f — 滑架相对于导路的当量摩擦系数。
题目4：《牛头刨床机械系统运动方案设计》
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求刨刀切削速度较低并且平稳均匀，近似匀速运动，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，即应具有急回，以提高生产率，行程速比系数K约为1.4左右。
刨床主轴转速为60r／min，刨刀的行程H约为300 mm，刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，切削阻力约为7000 N ，在切削的前后各有一段约0.05 H的空刀距离如图所示，而空回行程中则没有切削阻力，因此刨头在整个运动循环中，受力变化很大。
附录2&& 步进工件输送机参考设计方案
质量m& 见下表
附录3&& 洗瓶机推瓶机构的设计要求、参考数据和机构参考设计方案
如图所示为洗瓶机有关部件的工作情况示意图。待洗的瓶子放在两个转动着的导辊上，导辊带动瓶子旋转。当推头M把瓶子向前推进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净。当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。
设计推瓶机构时的参考原始数据和要求为：
(1)瓶子尺寸：大端直径d＝80mm，长200mm。
(2)推进距离600mm。推瓶机构应使推头M以接近均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱
& 离瓶子，然后推头快速返回原位，准备第二个工作循环。
(3) 按生产率的要求，推程平匀速度为υ= 45mm／s，返回时的平均速度为工作行程的3倍。
(4)机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。
机构参考设计方案：
推瓶凸轮连杆齿轮机构如图示。洗瓶机中要求推瓶机构的推头M沿轨迹(点划线)以& 较慢的匀速推瓶，并快速退回。以铰链四杆机构ABCD实现连杆上M点的推瓶运动轨迹，又以凸轮1通过与滚子从动件固联的扇形齿轮2，控制与齿轮3固联的摇杆CD，使连杆BC上M点的运动能满足预期轨迹与速度要求。
附录4& 糖果包装机剪刀机构参考设计方案
如图所示，槽凸轮1绕定轴B转动，摇杆2与机架铰接于A。构件5和6与构件2组成转动副D和C，与构件3和4 (剪刀)组成转动副E和F。构件3和4绕定轴线K转动。机构构件的尺寸满足条件：ED＝FC和KE＝KF。凸轮1转动时，通过构件2及6、5使剪刀打开和关闭。
附录5& 牛头刨床机械系统运动参考设计方案
附录6& 足底按摩器机械系统运动参考设计方案
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