《機(jī)械原理A（雙語）》課程教學(xué)大綱

《機(jī)械原理A（雙語）》課程教學(xué)大綱課程編碼：412202課程名稱：機(jī)械原理A英文名稱：THEORYOFMACHINEANDMECHANISMS（A）開課學(xué)期：第四學(xué)期學(xué)時/學(xué)分：72/4.5（其中實驗學(xué)時：6）課程類型：技術(shù)基礎(chǔ)課開課專業(yè)：機(jī)械工程及自動化，車輛工程，工業(yè)設(shè)計、交通運輸，農(nóng)業(yè)機(jī)械，包裝工程等先修課程：大學(xué)英語、高等數(shù)學(xué)、機(jī)械制圖、理論力學(xué)、計算機(jī)語言等。選用教材：《MECHANISMSANDMACHINETHEORY》YeZhonghe,LanZhaohui,M.R.Smith,高等教育出版社，2004年4月主要參考書：1、《KINEMATICDESIGNOFMACHINESANDMECHANISMS》HomerD.Eckhardt機(jī)械工業(yè)出版社（引進(jìn)）2003年3月；2、《機(jī)械原理》崔可維、熊健主編，高等教育出版社，2012年2月；3、《機(jī)械原理學(xué)習(xí)指導(dǎo)》陳曉華主編，高等教育出版社，2012年2月；各種版本的《機(jī)械原理》雙語教材均可。一、課程性質(zhì)、目的與任務(wù)機(jī)械原理課程是研究機(jī)械基礎(chǔ)理論的一門科學(xué)，是高等學(xué)校機(jī)械類各專業(yè)的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，在創(chuàng)造新機(jī)械所需的知識結(jié)構(gòu)中占有核心地位。本課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)器動力學(xué)的基本理論、基本知識和基本技能，學(xué)會各種常用基本機(jī)構(gòu)的分析和綜合方法，并具有按照機(jī)械的使用要求進(jìn)行機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計的初步能力。在培養(yǎng)高級機(jī)械工程技術(shù)人才的全局中，本課程不僅為學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)課程起到承前啟后的作用，而且為今后從事機(jī)械設(shè)計和研究工作起到增強(qiáng)適應(yīng)能力和開發(fā)創(chuàng)新能力的作用。二、教學(xué)基本要求機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的基本知識了解機(jī)構(gòu)的組成要素；能繪制平面機(jī)構(gòu)運動簡圖；能正確判斷機(jī)構(gòu)是否具有確定運動；了解平面機(jī)構(gòu)組成原理；了解空間機(jī)構(gòu)及機(jī)器人機(jī)構(gòu)的基本知識。平面機(jī)構(gòu)的運動分析和力分析能對簡單基本機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動分析和力分析。常用機(jī)構(gòu)及其設(shè)計熟悉各種常用機(jī)構(gòu)的特點和應(yīng)用：了解平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化；對平四桿機(jī)構(gòu)的運動和傳力性能有明確的概念；結(jié)合具體實例，掌握反轉(zhuǎn)原理；能按給定構(gòu)件三個相對位置和行程速比系數(shù)要求設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)。對凸輪機(jī)構(gòu)的從動件運動規(guī)律、機(jī)構(gòu)壓力角有明確的概念；掌握盤形凸輪廓線的設(shè)計方法和確定基本尺寸的選擇原則。對齒輪嚙合基本定律、漸開線性質(zhì)及其嚙合特性有明確概念；掌握標(biāo)準(zhǔn)漸開線直齒圓柱齒輪傳動的基本參數(shù)和尺寸計算；掌握變位齒輪的概念及其它齒輪傳動的特點和尺寸計算。能計算各類輪系的傳動比；了解輪系設(shè)計的基本知識。了解機(jī)構(gòu)組合的基本知識。機(jī)械系統(tǒng)運動方案設(shè)計了解機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的一般過程和創(chuàng)新設(shè)計的基本知識；掌握機(jī)械系統(tǒng)運動方案設(shè)計的基本步驟、內(nèi)容和方法；了解機(jī)械系統(tǒng)運動方案的評價準(zhǔn)則。機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)對單自由度機(jī)械系統(tǒng)等效力學(xué)模型有明確概念；掌握建立機(jī)械運動方程式的方法，了解周期性與非周期性速度波動的調(diào)節(jié)原理；掌握飛輪轉(zhuǎn)動慣量的近似計算方法；掌握剛性轉(zhuǎn)子靜平衡、動平衡的原理和方法；了解平面機(jī)構(gòu)振動力的平衡原理。三、各章節(jié)內(nèi)容及學(xué)時分配Chapter1Introduction（1學(xué)時）教學(xué)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解本課程研究的對象和內(nèi)容，明確機(jī)器與機(jī)構(gòu)的概念。教學(xué)內(nèi)容1.1StudyObject1.2StudyContent1.3PurposeChapter2StructuralAnalysisofPlanarMechanisms（4學(xué)時）教學(xué)目的與要求掌握構(gòu)件、運動副（高、低副）、運動鏈和機(jī)構(gòu)的概念；能繪制機(jī)構(gòu)運動簡圖；能計算機(jī)構(gòu)的自由度；掌握機(jī)構(gòu)可動和具有確定運動的條件；了解機(jī)構(gòu)組成的基本原理。重點：機(jī)構(gòu)自由度計算。難點：計算機(jī)構(gòu)自由度時注意事項的判斷。教學(xué)內(nèi)容2.1PlanarKinematicPairsandPlanarMechanisms2.1.1KinematicPairs2.1.2KinematicChainandMechanism2.2TheKinematicDiagramofaMechanism2.2.1DifinitionandPurpose2.2.2RepresentationofaKinematicPair2.2.3TheRepresentationofaLinkintheKinematicDiagram2.2.4ProceduresforDrawingtheKinematicDiagramofaMechanism2.3DegreeofFreedomofaMechanism2.3.1Definition2.3.2DegreeofFreedomofaLinkandtheNuberofConstraintsofaKinematicPair2.3.3StruralformulaofaMechnism2.3.4ConditionsforaMechanismtoHaveaDeterminedMotion2.4PointsforAttentionduringtheCalculationofDOF2.4.1CompoundHinge2.4.2PassiveDOF2.4.3RedundantConstraints2.5TheCompositionPrincipleandStructuralAnalysis2.5.1CompositionPrincipleofMechanisms2.5.2ClassificationofAssurGroupandMechanism2.5.3StructuralAnalysis考核要求了解：機(jī)構(gòu)組成的基本原理，機(jī)構(gòu)級別的判定。理解：計算自由度時機(jī)構(gòu)中注意事項的判斷掌握：本節(jié)介紹的基本概念和基本條件，能用公式和本節(jié)講的注意事項計算平面機(jī)構(gòu)自由度。Chapter3KinematicAnalysisofMechanisms（11學(xué)時）教學(xué)目的與要求掌握速度瞬心的概念，熟知三心定理的內(nèi)容，能求機(jī)構(gòu)的全部瞬心。會用矢量方程圖解法求二級機(jī)構(gòu)的速度和加速度，掌握解析計算機(jī)構(gòu)運動的方法，能用計算機(jī)作圖畫出機(jī)構(gòu)運動曲線。能對二級機(jī)構(gòu)進(jìn)行考慮摩擦的受力分析，掌握機(jī)械效率和機(jī)械自瑣的概念和條件。重點：速度瞬心的求法，計算機(jī)構(gòu)運動分析的方法，考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析。難點：機(jī)構(gòu)運動方程的建立和機(jī)構(gòu)運動副中總反力作用線的確定。教學(xué)內(nèi)容3.1TasksandMethodsofKinematicAnalysis3.2VelocityAnalysisbytheMethodofInstantCentres3.2.1DefinitionoftheInstantCentre3.2.2NumberofInstantCentreofaMechanism3.2.3LocationoftheInstantCentreofTwoLinksConnectedbyaKinematicPair3.2.4TheoremofThreeCentres（Aronhold-KennedyTheorem）3.2.5ApplicationsofInstantCentres3.3KinematicAnalysisbyAnalyticalMethods3.3.1TheLINKSubroutine3.3.2TheRRRSubroutine3.3.2TheRPRSubroutine3.3.4MainProgram3.3機(jī)構(gòu)的力分析（《機(jī)械原理》教材中的內(nèi)容）3.3.1機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析3.3.2考慮摩擦的力分析考核要求了解：機(jī)構(gòu)運動分析和力分析的基本方法。理解：速度瞬心（相對、絕對瞬心）的概念和三心定理，并會用。掌握：1、機(jī)構(gòu)中全部瞬心的求法及應(yīng)用；2、矢量方程圖解法對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動分析和解析分析方法；3、考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析。Chapter4PlanarLinkageMechanisms（8學(xué)時）教學(xué)目的與要求了解四桿機(jī)構(gòu)的基本形式、演化和應(yīng)用，掌握曲柄存在條件，掌握壓力角、傳動角、行程速比系數(shù)、死點位置和極位等基本概念，能按已知連桿二、三位置，連架桿二、三對對應(yīng)角位移及行程速比系數(shù)K設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)。重點：有關(guān)曲柄存在條件的桿長關(guān)系的全面分析和四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本方法。難點：四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計中的置換機(jī)架法。教學(xué)內(nèi)容4.1CharacteristicsofPlanarLinkageMechanisms4.2TheTypesofFour-barLinkages4.2.1TheBasicFormofFour-barMechanism4.2.2VariationofRevoluteFour-barMechnisms4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages4.3.1GrashofCriterion（ConditionsforHavingaCrank）4.3.2P4.3.3TogglePositionsandDead-point4.3.4QuickReturnCharacteristics4.4DimensionalSynthesisofFour-barLinkages4.4.1BodyGuidance4.4.2FunctionGeneration4.4.3DesignofquickReturnMechanisms4.4.4PathGeneration4.4.5LimitationofLinkageMechanisms考核要求了解：四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和演化的基本方法。理解：四桿機(jī)構(gòu)倒置的設(shè)計方法。掌握：1、四桿機(jī)構(gòu)的基本概念和特性；2、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件和推論；3、三種圖解設(shè)計機(jī)構(gòu)的基本方法。Chapter5CamMechanisms（7學(xué)時）教學(xué)目的與要求了解凸輪機(jī)構(gòu)的類型，明確從動件常用運動規(guī)律的特點，掌握凸輪廓線設(shè)計的方法（圖解、解析），掌握凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定。能調(diào)通凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計程序，在屏幕上畫出運動規(guī)律曲線和凸輪廓線。重點：常用運動規(guī)律的特點，凸輪廓線設(shè)計的方法和凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定。難點：凸輪廓線設(shè)計的反轉(zhuǎn)法——正確確定從動件的反轉(zhuǎn)方向，從動件在反轉(zhuǎn)中占據(jù)的位置、位移和凸輪轉(zhuǎn)角等。教學(xué)內(nèi)容5.1CharacteristicsandClassificationofCamMechanisims5.1.1CharacteristicsofCamMechanisims5.1.2ClassificationofCamMechanisims5.2FollowerMotionCurves5.2.1ConstantVelocityMotionCurve5.2.2ConstantAccelerationandDecelerationMotionCurve5.2.3CosineAccelerationMotionCurve（orSimpleHarmonicMotionCurve）5.2.4SineAccelerationMotionCurve（orCycloidMotionCurve）5.2.53-45.2.6CombinedMotionCurves5.3PlateCamwithTranslatingRoller（orKnife-edge）Follower5.3.1GraphicalSynthesisofthePitchCurve5.3.2GraphicalSynthesisofPlateCamwithTranslatingRollerFollower5.3.3AnalyticalSynthesisofthePitchCurve5.3.4AnalyticalSynthesisoftheCam5.3.5LocusofCentreofMillingCutter5.3.6PressureAnglea5.3.7RadiusofCurvature5.4PlateCamwithOscillatingRollerFollower5.4.1GraphicalSynthesis5.4.2A5.4.3AnalyticalSynthesisoftheCam5.4.4RadiusofCurvatureofthePitchCurve5.4.5P5.5PlateCamwithTranslatingFlat-facedFollower5.5.1GraphicalSynthesis5.5.2AnalyticalSynthesis5.5.3LocusoftheCentreofMillingCutter5.5.4RadiusofCurvatureofCamContourandRadiusofPrimeCircle5.5.5WidthoftheFlatFace考核要求了解：凸輪機(jī)構(gòu)的類型式和名稱。理解：凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計方法——反轉(zhuǎn)法。掌握：1、凸輪機(jī)構(gòu)的基本概念，常用從動件運動規(guī)律的特性和圖形；2、凸輪廓線的設(shè)計；3、凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定。Chapter6GearMechanisms（14學(xué)時）教學(xué)目的與要求了解齒輪機(jī)構(gòu)的類型、齒廓嚙合基本定律、漸開線特性；明確漸開線直齒圓柱齒輪嚙合特性及傳動條件（正確嚙合條件、無側(cè)隙嚙合條件和連續(xù)傳動條件），掌握齒輪參數(shù)及尺寸計算，了解齒輪加工原理及根切現(xiàn)象，掌握標(biāo)準(zhǔn)齒輪的最少齒數(shù)、變位齒輪傳動的參數(shù)計算及概念。了解斜齒圓柱齒輪齒廓曲線的形成、嚙合特點，能計算標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪的幾何尺寸、當(dāng)量齒數(shù)和中心距等。了解標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪的傳動特點，能計算當(dāng)量齒數(shù)和傳動比。對蝸桿傳動特點和尺寸計算有所了解。掌握蝸桿傳動中嚙合點處蝸輪線速度方向的判定。重點：漸開線直齒圓柱齒輪外嚙合傳動條件（標(biāo)準(zhǔn)和變位）及尺寸計算，斜、錐、蝸桿傳動與直齒圓柱齒輪傳動的不同點。難點：一對輪齒的嚙合過程，變位齒輪傳動及斜、錐齒輪的當(dāng)量齒輪和當(dāng)量齒數(shù)。教學(xué)內(nèi)容6.1TypesofGearMechanisms6.1.1PlanarGearMechanisms6.1.2SpatialGearMechanisms6.2FundamentalsofEngagementofToothProfiles6.2.1FundamentalLawofGearing6.2.2ConjugateProfiles6.3TheInvoluteanditsProperties6.3.1GenerationofInvolute6.3.2PropertiesofInvolute6.3.3EquationoftheInvolute6.3.4GearingofInmvoluteProfile6.4StandardInvoluteSpurGears6.4.1ExternalGears6.4.2TheRack6.4.3InternalGears6.5GearingofInvoluteSpurGears6.5.1ProperMeshingConditionsforInvoluteGears6.5.2CentreDistanceandWorkingPressureAngleofaGearPair6.5.3MeshingofaRackandPinion6.6ContactRatioofanInvoluteSpurGearSet6.7ManufacturingMethodsofInvoluteProfiles6.7.1CuttingofToothProfiles6.7.2CuttingaStandardGearwithStandardRack-shapedCutter6.7.3CutterInterference6.8AddendumModificationonInvoluteGears6.8.1IntrductionofAddendumModification6.8.2GeometricDimensionsofCorrectedGear6.8.3GearingofaCorrectedGearPair6.8.4TypesofCorrectedGearPair6.9HelicalGearsforParallelShafts6.9.1GenerationandCharacteristicsofHelicalTeeth6.9.2Parametera6.9.3ProperMeshingconditionsforHelicalGears6.9.4ContactRatioforaHelicalGearPair6.9.5VirtualNumberofTeethforHelicalGears6.10WormGearing6.10.1WormGearinganditsCharacteristics6.10.2TypesofWorms6.10.3ProperMeshingconditionsforWormDrives6.10.4MainParametersandDimensionsforWormDrives6.11BevelGears6.11.1TypesandApplicationsofBevelGears6.11.2BackConeandVirtualGearofaBevelGear6.11.3ParametersandDimensionsofBevelGears考核要求了解：1、齒輪機(jī)構(gòu)的類型、齒廓嚙合基本定律、漸開線特性；2、齒輪加工原理及根切現(xiàn)象；3、斜齒圓柱齒輪齒廓曲線的形成、嚙合特點；4、標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪和蝸桿傳動的特點；5、蝸桿傳動特點和尺寸計算。理解：輪齒的嚙合過程，變位齒輪傳動及斜、錐齒輪的當(dāng)量齒輪和當(dāng)量齒數(shù)。掌握：1、漸開線直齒圓柱齒輪嚙合特性及傳動條件；2、漸開線直齒圓柱齒輪的參數(shù)和尺寸計算；3、標(biāo)準(zhǔn)齒輪的最少齒數(shù)和變位齒輪傳動的參數(shù)計算；4、斜齒圓柱齒輪的參數(shù)、傳動條件、當(dāng)量齒數(shù)和尺寸計算；5、錐齒輪的當(dāng)量齒數(shù)和傳動比計算；6、蝸桿傳動中嚙合點處蝸輪線速度方向的判定。Chapter7GearTrains（8學(xué)時）教學(xué)目的與要求掌握定軸、周轉(zhuǎn)和復(fù)合輪系傳動比計算，了解輪系的功能及行星輪系各輪齒數(shù)確定的條件。重點：輪系傳動比計算。難點：復(fù)合輪系傳動比計算。教學(xué)內(nèi)容7.1GearTrainsangTheirClassification7.2TrainRatioofaGearTrainwithFixedAxes7.2.1AbsoluteValueofTrainRatio7.2.2RelativeRotatingDirectionsofGears7.3TrainRatioofElementaryEpicyclicGearTrain7.4TrainRatioofaCombinedGearTrain7.5ApplicationsofGearTrains7.6MechanicalEfficiencyofPlanetaryGearTrains7.7ToothNumbersofGearsandNumberofPlanetGears考核要求了解：輪系的類型和行星輪系各輪齒數(shù)的確定。理解：復(fù)合輪系中各個輪系的關(guān)系。掌握：1、定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系傳動比計算公式及應(yīng)用；2、復(fù)合輪系傳動比的計算；3、行星輪系各輪齒數(shù)的確定的條件。Chapter8OtherMechanismsinCommonUse（1學(xué)時）教學(xué)目的與要求掌握槽輪機(jī)構(gòu)運動系數(shù)，萬向聯(lián)軸節(jié)傳動比恒為一的條件。了解間歇機(jī)構(gòu)的種類和特點等。重點：槽輪機(jī)構(gòu)運動系數(shù)和特點。教學(xué)內(nèi)容8.1RatchetMechanisms8.1.1WorkingPrincipleofRatchetMechanism8.1.2TypesofRatchetMechanisms8.1.3TheApplicationsofRatchetMechanisms8.2GenevaMechanisms8.2.1TheWorkingPrincipleoftheGenevaMechanism8.2.2TypesofGenevaMechanisms8.2.3TheRatiokbetweenMotionTimeandDwellTime8.2.4TheCharacteristicsandApplicationsofGenevaMechanism8.3Cam-TypeIndexMechanisms8.3.1CylindricalCamIndexMechanisms8.3.2HourglassCamIndexingMechanisms8.3.3Advantages，DisadvantagesandApplications8.4UniversalJoints8.4.1TheSingleUniversalJoint8.4.2TheDoubleUniversalJoints8.5ScrewMechanisms8.5.1WorkingPrincipleandTypesofScrewMechanisms8.5.2TheCharacteristicsandApplicationsofScrewMechanisms考核要求了解：間歇機(jī)構(gòu)的種類和組合機(jī)構(gòu)的基本概念。掌握：1、槽輪機(jī)構(gòu)運動系數(shù)和特點；2、萬向聯(lián)軸節(jié)傳動比恒為一的條件。Chapter9CombinedMechanisms（1學(xué)時）教學(xué)目的與要求了解組合機(jī)構(gòu)的類型、組合方式和特點。教學(xué)內(nèi)容9.1Introduction9.2MethodsfortheClassificationofCombinedMechanisms9.3SeriesCombinedMechanisms9.4ParallelCombinedMechanisms9.5CompoundCombinedMechanisms9.6MultipleCombinedMechanisms9.7FeedbackCombinedMechanisms9.8MixedCombinedMechanisms9.9MattersNeedingAttentionChapter10BalancingofMachinery（3學(xué)時）教學(xué)目的與要求了解撓性轉(zhuǎn)子動平衡、平面機(jī)構(gòu)平衡和平衡精度，掌握剛性轉(zhuǎn)子動、靜平衡的條件和計算的方法。重點：剛性轉(zhuǎn)子動、靜平衡的條件。難點：剛性轉(zhuǎn)子動平衡的計算。教學(xué)內(nèi)容10.1PurposesandMethodsofBalancing10.1.1P10.1.2Methode10.2BalancingofDisk-likeRotors10.2.1ConditionsfortheBalancingofaDisk-likeRotor10.2.2CalculationfortheBalancingofaDisk-likeRotor10.2.3StaticBalancingMachines10.3BalancingofNon-diskRigidRotors10.3.1ConditionsfortheBalancingofaNon-diskRigidRotor10.3.2ResolutionofForces10.3.3CalculationfortheBalancingofaNon-diskRigidRotor10.3.4DynamicBalancingMachines10.4UnbalancingAllowanceofRotor考核要求了解：撓性轉(zhuǎn)子動平衡、平面機(jī)構(gòu)平衡和平衡精度。理解：剛性轉(zhuǎn)子動平衡的計算方法。掌握：剛性轉(zhuǎn)子動、靜平衡的條件和計算的方法。。Chapter11MotionofMechanicalSystemsandItsRegulation（6學(xué)時）教學(xué)目的與要求了解機(jī)械系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的特點、求解真實運動的方法及速度波動的原因和調(diào)節(jié)的方法，熟知等效動力學(xué)模型概念的建立，掌握四個等效量的計算，掌握飛輪轉(zhuǎn)動慣量計算的方法。重點：四個等效量和飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算。難點：計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量時的最大盈虧功的計算。教學(xué)內(nèi)容11.1Introduction11.2MotionEquationofaMechanicalSystem11.2.1GeneralExpressionoftheEquationofMotion11.2.2DynamicallyEquivalentModelofaMechanicalSystem11.2.3OtherFormsofMotionEquation11.3SolutionoftheMotionEquationofaMechanicalSystem11.4PeriodicSpeedFluctuationanditsRegulation11.4.1ConditionforaPeriodicSteady11.4.2CoefficientofSpeedFluctuation11.4.3CalculationofmomentofinertiaofaFlywheel11.5IntroductiontoAperiodicSpeedFluctuationanditsRegulation考核要求了解：機(jī)械系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的特點、求解真實運動的方法及周期性速度波動的原因和調(diào)節(jié)的方法、非周期性速度波動調(diào)節(jié)的方法。理解：計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量時的最大盈虧功的計算。掌握：1、四個等效量的計算；2、飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算Chapter12CreativeDesignofMechanismSystems（2學(xué)時）教學(xué)目的與要求此章內(nèi)容應(yīng)結(jié)合機(jī)械原理課程設(shè)計題目的布置而講解。重點：機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計。教學(xué)內(nèi)容12.1Introductiont