机械原理教案.docx
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机械原理教案
昆 明 学院
教案
课程名称
机械原理
课程性质
专业必修
总学时数
64
专业、班级
2011级机制1-6班
任课教师
孙中朝
2013年2月
课程基本信息
课程名称
机械原理
课程性质
专业必修
学分
4
学时
总学时：
64学时其中：
课堂讲授58学时；课内实验6学时
开课部门
自动控制与机械工程学院
任课教师
王祖辰
授课
专业、班级
2010机械设计制造及其自动化专业4、5、6班
开课学期
2年级下学期
成绩评定
平时成绩占30%期末成绩占70%
考核方式
考试
选用教材
书名
主编
出版社
出版日期
机械原理
郑文纬
高等教育出版社
1997年7月
本课程在本专业人才培养方案中的地位和作用
机械原理是机械类各专业研究机械共性问题的一门主干技术基础课程。
与物力、理论力学等理论课程相比它更加接近工程实际，而与专业机械的课程又有所不同。
机械原理更多地是研究各种机械的一些共性问题和各种机器中常用的一些机构，如连杆机构、齿轮机构等。
是衔接基础课程和专业课程的一门重要技术基础课程。
本课程
教学目标
1）对一般由平面机构和简单的空间机构所组成的机械系统，能绘制其机构运动简图，计算其自由度，并判定其具有确定运动的条件。
了解平面机构的组成原理。
2）具有运用图解法对Ⅱ级机构进行速度分析和运动分析的基本技能。
3）掌握机构力分析的方法，能对Ⅱ级机构进行力分析。
4）掌握机械效率的计算方法及机械自锁的判定方法
5）熟悉机械调整与平衡的原理，掌握飞轮调速设计方法，刚性转子的平衡设计方法。
6）初步具有确定简单机械运动方案的能力。
7）具有按已知动力学条件分析和设计机械的某些基本知识。
8）掌握各种常用机构的性能、特点及适用场合。
9）具有与本课程有关的解题、运算、制图和使用技术资料等方面的基本技能。
10）了解一些与本课程有关的最基本的机械实验方法和运用实验方法研究机械的技术。
学生用主要
参考资料
1）《机械原理》（第六版）孙恒陈作模主编高教出版社
2）《机械原理教程》申永胜主编清华大学出版社
3）《机械原理》（第二版）华大年主编高教出版社
4）《机械原理（第6版）导教导学导考》陆品著西北工业大学出版社
教学进度计划表（2011～2012学年下学期）
课程名称：
机械原理 课程性质：
专业必修
开课部门：
自动控制与机械工程学院任课教师：
王祖辰
专业、班级：
2010级机制专业4、5、6班人数：
79
总学时数：
64课堂讲授学时数：
58课内实验学时数：
6
周
次
学
时
章、节、标题
教学主要内容
（讲授、讨论、习题、实验、实习）
拟布置作业
及要求
1
4
绪论
第一章机构的结构分析
机械原理研究的对象及内容，本课程的目的、地位，学科的发展趋势。
结构分析的内容及目的，运动副、运动链和机构。
2
4
第一章机构的结构分析
机构运动简图，机构具有确定运动的条件，机构自由度的计算及计算自由度时应该注意的问题，平面机构的组成原理、机构分类及机构分析。
（实验：
机构运动简图测绘）
P498习题：
1-1～1-12
3
4
第二章平面机构的运动分析
机构运动分析的任务、目的和方法，速度瞬心法作机构的速度分析，用矢量方程图解法作机构的运动分析，解析法简介。
P502习题：
2-1、2-3、2-4、2-7
4
4
第三章平面连杆机构及其设计
连杆机构及其传动特点及其设计的基本问题，平面四杆机构的基本类型及其演化型式，平面四杆机构的主要工作特性。
5
4
第三章平面连杆机构及其设计
第四章凸轮机构及其设计
平面四杆机构的设计，多杆机构。
凸轮机构的应用和分类，推杆的常用运动规律（等速运动规律、等加等减、余弦加速度、正弦加速度）。
P513习题：
3-1、3-3、3-4、3-6、3-9、3-15
6
4
第四章凸轮机构及其设计
凸轮轮廓曲线的设计（图解法、解析法），凸轮机构基本尺寸的确定。
P521习题：
4-1、4-2、4-3、4-9
7
4
第五章齿轮机构及其设计
齿轮机构的应用及分类，齿廓啮合基本定律，渐开线齿廓的啮合特点，渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸。
P525习题：
5-1、5-3、5-8
8
4
第五章齿轮机构及其设计
渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动，渐开线齿廓的展成加工及根切现象，变位齿轮简介，斜齿圆柱齿轮传动。
9
4
第五章齿轮机构及其设计
斜齿圆柱齿轮传动，蜗杆传动，圆锥齿轮传动，圆弧齿轮传动简介。
（实验：
范成仪绘制齿轮轮廓曲线）
P525习题：
5-18、5-22
10
4
第六章齿轮系及其设计
轮系及其分类，定轴轮系的传动比及应用，周转轮系的传动比及应用。
复合轮系的传动比及应用，轮系的功用，行星轮系的效率。
P530习题：
6-2、6-6、6-8、6-11、6-13
11
4
第九章平面机构的力分析
机构力分析的任务、目的和方法，构件惯性力的确定。
各种运动副中摩擦力的确定，构件组的静定条件，用图解法作机构的动态静力分析
P543习题：
9-1、9-7
12
4
第十章机械的平衡
平衡的目的和方法、刚性回转的平衡；
刚性回转件的平衡试验法、机架上的平衡。
（实验：
机构创新实验）
P551习题：
10-1
13
4
第十一章机械的效率和自锁
第十二章机器的运转及其速度波动的调节
机械的效率，机械的自锁。
研究的目的，机器等效力学模型，机器运动方程式的建立及解法。
14
4
第十二章机器的运转及其速度波动的调节
稳定运转状态下机械的速度波动及调节，机械的非周期性速度波动及调节、飞轮设计。
15
4
总复习
总复习
总复习
20
4
考试
考试
考试
教研室主任：
2013年2月21日
教案
教学题目：
（章、节）
绪论
学时数
2
教学目的和要求：
掌握机械原理课程研究的对象，机构、机器的异同；
了解学习本课程的目的、方法；
了解学科的发展现状。
教学基本内容：
机械原理研究的对象及内容，学习本课程的目的、方法，学科的发展现状。
教学重点与难点：
机构、机器的异同
教学过程：
1．课前复习：
无
2．讲授新课：
①机械原理研究的对象及内容
②学习本课程的目的、方法
③学科的发展现状
3．课程小结：
机构、机器的特征和区别
学习本课程常用的学习方法
教学方式及教学方法：
运用多媒体教学手段对教学内容进行讲授，开展课堂提问，启发式思考等方式，帮助学生掌握本节课的教学内容。
作业及课外训练：
无
教案小结：
结合大纲要求对本课程的性质、任务、研究对象等内容开展教学，完成情况良好。
年 月 日
教案
教学题目：
（章、节）
第一章平面机构的结构分析第1-3节
学时数
2
教学目的和要求：
1．了解结构分析的内容及目的；
2．掌握运动副、运动链和机构的概念；
3．掌握机构运动简图的绘制。
教学基本内容：
结构分析的内容及目的，运动副、运动链和机构，机构运动简图。
教学重点与难点：
运动副、运动副元素、约束和自由度的关系、运动链和机构的关系；机构运动简图的绘制。
教学过程：
1．课前复习：
机械的内涵，机器与机构的共同特征和区别，原动机、工作机等概念。
2．讲授新课：
①结构分析的内容及目的
②运动副、运动链和机构的概念
③机构运动简图的绘制
3．课程小结：
①运动副、运动副元素，运动链和机构等成组概念的对比
②机构运动简图的绘制方法和步骤
教学方式及教学方法：
运用多媒体教学手段对教学内容进行讲授，开展课堂提问，启发式思考等方式，对运动副、约束等重点内容举例说明，帮助学生掌握本节课的教学内容。
作业及课外训练：
将生活中所看到的实际机构绘制成机构运动简图
教案小结：
结合大纲要求对机构结构分析的内容、目的，机构的组成原理等内容开展教学，强调了杆组、杆组的级别、机构的级别等容易混淆的概念、原理，完成情况良好。
年 月 日
教案
教学题目：
（章、节）
第一章平面机构的结构分析第4节
学时数
2
教学目的和要求：
1．掌握机构具有确定运动的条件；
2．掌握机构自由度和机构原动件对机构运动的影响；
3．掌握机构自由度的计算方法。
教学基本内容：
机构具有确定运动的条件
机构自由度的计算
教学重点与难点：
机构具有确定运动的条件
机构自由度的一般计算方法
含有复合铰链、局部自由度和虚约束的机构自由度计算
教学过程：
1．课前复习：
对重点概念进行提问、复述，对容易混淆的概念进行对比。
2．讲授新课：
①机构具有确定运动的条件
②机构自由度和机构原动件对机构运动的影响
③机构自由度的一般计算方法
④含有复合铰链、局部自由度和虚约束的机构自由度计算
3．课程小结：
①F>原动件数，运动不确定；F<原动件数，超静定；F=原动件数，机构具有确定的运动
②自由度计算公式：
F=3n-2PL-PH
③计算自由度时的注意事项
教学方式及教学方法：
运用多媒体教学手段对教学内容进行讲授，开展课堂互动，对自由度的计算进行重点教学，帮助学生掌握本节课的教学内容。
作业及课外训练：
P498习题：
1-1～1-4
教案小结：
结合大纲要求对机构具有确定运动的条件，机构自由度的计算等内容开展教学，重点讲解自由度计算时应注意的事项，完成情况良好。
年 月 日
教案
教学题目：
（章、节）
第一章平面机构的结构分析第5节
学时数
2
教学目的和要求：
1．了解平面机构的低副代替高副法；
2．掌握机构的组成及组成原理；
3．能够对机构进行结构分析，并能根据机构级别对机构进行分类。
教学基本内容：
平面机构的高副低代、平面机构的组成原理、机构分类及机构分析。
教学重点与难点：
杆组、杆组的级别、机构的级别、机构的机构分析
教学过程：
1．课前复习：
机构的自由度计算，特别是含有复合铰链、局部自由度和虚约束的机构自由度计算问题。
2．讲授新课：
①平面机构的高副低代
②平面机构的组成原理
③机构分类及结构分析
3．课程小结：
总结高副低代的基本原理和基本原则，平面机构的组成原理，杆组级别和机构级别的关系，平面机构结构分析的步骤。
教学方式及教学方法：
运用多媒体教学手段对教学内容进行讲授，开展课堂互动，对平面机构的结构分析重点讲授，帮助学生掌握本节课的教学内容。
作业及课外训练：
P498习题：
1-5～1-12
教案小结：
结合大纲要求对机构的组成原理，机构的结构分析等内容开展教学，重点讲授了机构的结构分析，完成了大纲对该部分的教学要求，教学内容完成情况良好。
年 月 日
教案
教学题目：
（章、节）
第二章平面机构的运动分析第1-2节
学时数
2
教学目的和要求：
1.了解机构运动分析的任务、目的和方法
2.掌握用速度瞬心法作机构的速度分析
教学基本内容：
机构运动分析的任务、目的和方法，用速度瞬心法作机构的速度分析
教学重点与难点：
1.瞬心概念
2.瞬心的求法
3.瞬心法在运动分析中的应用
教学过程：
1．课前复习：
使用平面机构的低副代替高副法时的原则，高副低代原理；一句话总结平面机构的组成原理；杆组级别和机构级别的关系，平面机构结构分析的步骤。
2．讲授新课：
①机构运动分析的任务、目的和方法
②速度瞬心法作机构的速度分析
3．课程小结：
对瞬心的数量和求法以及瞬心法的应用范围进行总结，对瞬心法的优缺点进行分析，为引入下一节内容做好准备。
教学方式及教学方法：
运用多媒体教学手段对教学内容进行讲授，开展课堂互动，对理论力学中的瞬心概念和本课程中的瞬心概念进行比较，帮助学生理解瞬心即“等速重合点”，对机构特殊位置的瞬心进行举例说明，从而引入瞬心法进行运动分析时的局限性，使学生更好地掌握本节课的教学内容。
作业及课外训练：
P502习题：
2-1、2-3
教案小结：
结合大纲要求对瞬心法进行机构的运动分析等内容开展教学，重点讲授了瞬心的概念及瞬心法的运用，完成了大纲对该部分的教学要求，教学内容完成情况良好。
年 月 日
教案
教学题目：
（章、节）
第二章平面机构的运动分析第3-5节
学时数
2
教学目的和要求：
1．掌握矢量方程图解法的原理；
2．能够利用矢量方程图解法作机构的运动分析；
3．了解机构运动分析的解析法。
4.了解运动线图
教学基本内容：
用矢量方程图解法作机构的运动分析，解析法简介，运动图线简介
教学重点与难点：
矢量方程图解法的原理速度、加速度多边形、速度/加速度影像的做法。
教学过程：
1．课前复习：
瞬心的概念及瞬心法，分析瞬心法的局限性从而引出本节内容。
2．讲授新课：
①矢量方程图解法作机构的运动分析
②解析法简介
③运动线图简介
3．课程小结：
对矢量方程图解法重点内容进行总结，矢量方程的建立、速度多边形、加速度多边形的绘制及其含义，强调矢量方程图解法的重要性。
教学方式及教学方法：
运用多媒体教学手段对教学内容进行讲授，开展课堂互动，讲解矢量方程的建立及矢量多边形的画法，运用实例讲解矢量方程图解法，使学生更好地掌握本节课的教学内容。
作业及课外训练：
P502习题：
2-4、2-7
教案小结：
结合大纲要求对矢量方程图解法等内容开展教学，重点讲授了矢量方程建立、矢量多边形的绘制，突出了教学重点和难点，完成了大纲对该部分的教学要求，教学内容完成情况良好。
年 月 日
教案
教学题目：
（章、节）
第三章平面连杆机构及其设计第1-2节
学时数
2
教学目的和要求：
1.了解平面连杆机构的特点及其设计的基本问题
2.了解平面四杆机构的基本型式及其演化
教学基本内容：
连杆机构的分类、优缺点，连杆机构的应用；连杆机构的基本型式及其演化。
教学重点与难点：
连杆机构的优缺点，铰链四杆机构的组成，转动副向移动副演化的过程，基本型式和演化型式各机构的特点。
教学过程：
1．课前复习：
矢量方程图解法的应用及注意事项，列矢量方程式的技巧。
2．讲授新课：
平面连杆机构的特点及其设计的基本问题
②平面四杆机构的基本型式
③平面四杆机构的演化过程
3．课程小结：
连杆机构有平面和空间之分；平面连杆机构属于低副机构，其特点是所有构件通过低副连接；平面四杆机构的基本型是铰链四杆机构，包括曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种具体型式；四杆机构的演化过程主要是转动副向移动副的演化过程，当转动副的转动中心位于无穷远处时，转动副将转化为移动副。
教学方式及教学方法：
利用多媒体动画展示各类连杆机构，并指出各机构的运动特点，运用的场合，使学生初步认识各类连杆机构并了解各机构的运动特点，为后续知识建立感性认识。
作业及课外训练：
观察身边运用连杆机构的实例。
教案小结：
本节教案结合教学大纲的要求，对平面连杆机构的各个知识点进行了讲授，特别突出了四杆机构的基本型式、四杆机构的演化等重点知识，通过动画演示了各类四杆机构的运动特点为后续课程做好了准备。
年 月 日
教案
教学题目：
（章、节）
第三章平面连杆机构及其设计第3节
学时数
2
教学目的和要求：
掌握四杆机构的基本工作特性。
教学基本内容：
四杆机构的整转副存在条件、急回运动、压力角和传动角、死点位置等工作特性
教学重点与难点：
整转副存在条件和曲柄存在条件，行程速比系数及极位夹角，传动角和压力角的意义，死点位置及其消除办法和应用。
教学过程：
1．课前复习：
四杆机构的基本知识，基本型及其演化。
2．讲授新课：
转动副为整转副的充分必要条件
②行程速度变化系数
③平面四杆机构的压力角和传动角
平面四杆机构的死点位置
3．课程小结：
有曲柄存在必然有整转副存在，而有整转副存在时不一定有曲柄存在；四杆机构的急回运动和极位夹角θ有关，θ越大则K越大，急回运动也越明显；机构的压力角和传动角都是描述机构传力性能的参数；死点位置要尽量消除但是有的场合却是利用死点位置来工作的；主动件和连杆共线时机构出于极位，从动件和连杆共线时机构处于死点位置。
教学方式及教学方法：
先提出机构整转时需要经过哪些关键位置，此时机构的位型有什么特点？
机构急回现象的根本是什么？
等一系列的问题，与学生展开互动，启发学生主动参与教学，然后配合多媒体动画演示，展开教学内容。
作业及课外训练：
思考：
是不是所有曲柄摇杆机构都有急回现象，若不是其设计要求是什么？
教案小结：
本节教案结合教学大纲的要求，讲授了四杆机构的工作特性，对各个工作特性中涉及到的关键知识点采用了启发式教学，使学生对应掌握的知识点充分理解，较好的完成了教学任务。
年 月 日
教案
教学题目：
（章、节）
第三章平面连杆机构及其设计第4-6节
学时数
2
教学目的和要求：
掌握平面四杆机构设计的各种方法。
教学基本内容：
实现连杆给定位置的平面四杆机构的设计；实现已知运动规律的平面四杆机构的设计；实现已知运动轨迹的平面四杆机构的设计。
教学重点与难点：
连杆机构的设计，合理偏置方向的选择。
教学过程：
1．课前复习：
简要回顾四杆机构的工作特性的相关知识点。
2．讲授新课：
给定连杆位置的四杆机构设计
②已知运动规律的四杆机构设计
③已知运动轨迹的四杆机构设计
3．课程小结：
给定连杆位置设计四杆机构是一种基础的设计思路和方法，在给定连架杆位置和连杆标线位置设计四杆机构时都是运用运动倒置法将其转换为给定连杆的的情况，因此应该重点掌握；给定运动规律设计四杆机构是应注意偏置方向对最小传动角的影响，即对机构传力性能的影响。
教学方式及教学方法：
通过讲解给定连杆位置，利用做垂直平分线求转动中心的方法来设计四杆机构为基础，引入“运动倒置法”将另外两种情况的设计转化成给定连杆位置的设计，引导学生建立利用简单知识解决复杂问题的思维方式。
作业及课外训练：
P513习题：
3-1、3-3、3-4、3-6、3-9、3-15
教案小结：
本节教案结合教学大纲的要求，讲授了四杆机构的设计，利用深入浅出的教学方法阐述设计的各类问题，使学生充分掌握设计思想，从而能够灵活运用设计方法。
年 月 日
教案
教学题目：
（章、节）
第四章凸轮机构及其设计第1-2节
学时数
2
教学目的和要求：
了解凸轮机构的应用和分类，掌握凸轮机构中的基本名词术语，掌握从动件运动常用规律及其特点。
教学基本内容：
凸轮机构的应用和分类，各凸轮机构的基本特点，凸轮机构中基圆、推程运动角、回程运动角等基本名词术语，从动件的多项式运动规律和三角函数运动规律，对组合运动规律进行简介。
教学重点与难点：
凸轮机构中的基本名词术语，从动件常用运动规律及其特点是本节教学的重点和难点。
教学过程：
1．课前复习：
四杆机构的设计方法，偏置方向对机构传力性能的影响，以及如何判断偏置方向是否正确。
2．讲授新课：
凸轮机构的应用及分类
②凸轮机构中的基本名词术语
③从动件常用运动规律及其运动图线
3．课程小结：
凸轮机构可分为空间和平面两大类；凸轮机构中基圆是凸轮轮廓距转动中心最小向径为半径所做的圆，它是设计凸轮的重要参数之一；凸轮机构中各运动角的度量随从动件是否偏置而不同；等速运动规律具有刚性冲击，等加速等减速运动规律具有柔性冲击，余弦加速度运动规律在起点和终点具有刚性冲击，正弦加速度没有冲击。
教学方式及教学方法：
多媒体演示各种凸轮的运动特点及运用场合建立初步的感性认识，利用一个完整的转动周期介绍凸轮机构的基本名词术语，借助高等数学的相关知识，利用通式待定系数法确定多项式运动规律的运动方程，利用运动图线的特点分析运动规律的特点。
作业及课外训练：
思考：
一次多项式和二次多项式运动规律回程时怎样合理设置边界条件，从而确定待定系数，最终得到回程运动方程？
教案小结：
本节教案结合教学大纲的要求，讲授了凸轮机构的基本知识，重点讲授了从动件常用运动规律的运动方程、运动图线绘制、优缺点等知识点，较好的完成了本节课的教学任务。
年 月 日
教案
教学题目：
（章、节）
第四章凸轮机构及其设计第3节
学时数
2
教学目的和要求：
掌握凸轮机构的反转原理，掌握图解法设计凸轮的方法。
教学基本内容：
凸轮廓线设计方法的基本原理（反转原理），图解法设计凸轮机构（直动对心盘式、直动偏置盘式、摆动盘式等）。
教学重点与难点：
凸轮机构设计的反转原理，即反转法设计凸轮机构，图解法设计偏置式凸轮机构时的凸轮转角问题。
教学过程：
1．课前复习：
凸轮机构的基本名词术语，从动件常用运动规律的特点，有无刚性或者柔性冲击等重点内容。
2．讲授新课：
凸轮廓线设计方法的基本原理（反转法设计凸轮）
②作图法设计凸轮机构的作图方法
③解析法设计凸轮机构简介
3．课程小结：
凸轮机构反转时，凸轮静止不动而从动件顺-ω方向转过对应角度的同时沿位移方向产生位移，从而“描出”凸轮轮廓；对心式凸轮机构转角在基圆上直接量取，偏置式凸轮机构转角在偏置圆切点间量取；从动件位移根据位移图线等分转角后直接量取；摆动件凸轮机构按直动件凸轮机构原理设计，只需将位移替换为角位移即可；解析法设计凸轮机构主要有直角坐标方程和极坐标方程两种方法。
教学方式及教学方法：
用多媒体动画演示利用对比法验证凸轮机构反转前后从动件运动规律不变，加深学生对反转法的理解，详细讲解作图法设计凸轮机构时的注意事项，特别是偏置凸轮机构转角、压力角等难重点问题。
作业及课外训练：
思考：
滚子凸轮基圆以理论轮廓为准还是以实际轮廓为准，尖顶从动件改成滚子从动件时从动件的运动规律是否发生变化？
教案小结：
本节教案结合教学大纲的要求，讲授了凸轮机构的反转原理和作图法设计凸轮机构的所有知识点，突出“反转原理”、作图步骤等重点内容，引导学生对教学内容进行思考，加深了对本节内容的理解。
年 月 日
教案
教学题目：
（章、节）
第四章凸轮机构及其设计第4节
学时数
2
教学目的和要求：
掌握凸轮机构各个基本尺寸的确定方法
教学基本内容：
凸轮机构的压力角和自锁，凸轮机构基圆半径的确定，凸轮机构滚子半径的确定，凸轮机构平底尺寸的确定
教学重点与难点：
本节内容为整章教学的重点难点问题，包含压力角及其影响因素、凸轮机构的自锁现象、基圆半径的确定、滚子尺寸对凸轮轮廓的影响、平底从动件运动失真等。
教学过程：
1．课前复习：
反转法作图设计凸轮机构。
2．讲授新课：
凸轮机构的压力角和自锁
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