西北工业大学 机械原理精品课

西北工业大学 机械原理精品课

  • 分类名称:大学课程
  • 更新时间:2022-03-16
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《机械原理》是机械类各专业的专业平台课,也是机械设计制造及其自动化、车辆工程专业的必修课程。
本课程的目的是使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能,并初步具有确定机械运动方案、分析和设计机构的能力。使学生在掌握机械共性问题的基础上,增强学生对机械技术工作的适应性,培养其开发创新能力。

本课程的任务是培养学生掌握对机械运动和动力分析的能力,为学生学习后续课程和掌握专业知识以及新的科学技术打好基础。使学生在就业和从事机械类设计、加工、安装、维修等行业的工作岗位时,会初步分析机械的运动原理,并适应机械类行业的工作岗位。

二、教学的基本要求

本课程教学的基本要求是:使学生掌握机构学和机构动力学的基本理论、基本知识和基本技能,学会各种常用基本机构的分析和综合方法,并初步具有按照机械的使用要求确定机构运动方案、分析和设计机构的能力,了解机械动力学的基本理论,掌握基本的实验技能。

三、课堂教学内容及要求

第1章:绪论(反映课程目标4)

(1)明确本课程研究的对象和内容,及在培养机械类工程技术人才中的地位、任务和作用;

(2)了解本课程的性质、特点,发展现状和趋势;

(3)理解机械和机构的定义。

第2章:机构的结构分析(反映课程目标1)

(1)掌握构件、运动副、约束、自由度及运动链等重要概念;

(2)掌握简单机械机构运动简图的绘制,机构自由度的计算,分析其是否具有确定运动;

(3)掌握机构基本杆组的划分和结构分类,平面机构中的高副低代;

(4)了解平面机构的组成原理。

第3章:平面机构的运动分析(反映课程目标1)

(1)掌握速度瞬心的定义和位置确定;

(2)掌握用矢量方程图解法对Ⅱ级机构进行速度和加速度分析;

(3)掌握矢量法或矩阵法建立Ⅱ级机构的位置方程并进行运动分析。

第4章:平面机构的力分析(反映课程目标1)

(1)了解机构中作用的各种力的分类及机构力分析的目的和方法;

(2)理解运动副反力、平衡力或平衡力偶、构件的质量代换、摩擦角和摩擦圆的定义;

(3)掌握几种最常见的运动副中摩擦力的分析和计算;

(4)掌握构件惯性力的确定方法,用图解法作机构的动态静力分析。

第5章:机械的效率和自锁(反映课程目标1)

(1)理解机械效率的定义和机械自锁现象;

(2)掌握串联、并联、混联机构的效率计算;

(3)掌握简单机械自锁条件的确定。

第6章:机械的平衡(反映课程目标1)

(1)了解机械平衡的目的和机械平衡的内容;

(2)理解刚性转子、柔性转子的定义,静平衡、动平衡的原理和方法;

(3)掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法和平衡基面选不同位置时质径积的换算问题;

(4)了解转子许用不平衡量的意义,平面四杆机构的平衡原理。

第7章:机械的运转及其速度波动的调节(反映课程目标1)

(1)了解建立单自由度机械系统等效动力学模型及运动方程的方法;

(2)了解飞轮调速的原理;了解机械非周期性速度波动调节的基本概念和方法;

(3)掌握能量指示图的画法,利用能量指示图计算最大盈亏功,计算调速飞轮的转动惯量;

第8章:平面连杆机构及其设计(反映课程目标1、2、3)

(1)了解连杆机构的传动特点及其主要优缺点;了解平面四杆机构的基本型式、演化型式及平面四杆机构的一些应用实例;

(2)理解并掌握曲柄存在条件,急回运动,行程速比系数,传动角,压力角,死点,运动连续性;

(3)掌握按连杆的三个位置,两连架杆的三个对应位置,及行程速比系数等条件设计平面四杆机构。

第9章:凸轮机构及其设计(反映课程目标1、2、3)

(1)了解了解凸轮机构的类型和应用,高速凸轮机构;

(2)掌握基圆、推程运动角、回程运动角、休止角凸轮机构压力角等概念;

(3)掌握推杆常用运动规律的特点及其选择原则;盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计;

(4)掌握凸轮基圆半径和压力角关系,掌握滚子半径的确定方法,能根据上述基本原理解决凸轮设计中的实际问题。

第10章:齿轮机构及其设计(反映课程目标1、2、3)

(1)了解齿轮机构的类型和应用,平行轴斜齿圆柱齿轮的啮合特点,标准直齿圆锥齿轮传动的特点及其几何尺寸的计算,蜗杆传动的特点;

(2)理解齿廓啮合基本定律的概念,理解渐开线的形成及其特性,渐开线齿廓的啮合特点;

(3)掌握渐开线直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮传动的基本参数和几何尺寸计算;

(4)掌握渐开线齿轮的正确啮合条件和连续传动条件,理解中心距、啮合角、压力角的定义;

(5)了解根切现象及根切发生的原因,理解变位齿轮概念,掌握变位齿轮传动设计的方法。

第11章:齿轮系及其应用(反映课程目标1)

(1)了解轮系的分类和应用;了解行星轮系的效率计算,以及选型和齿轮齿数选取等行星轮系设计的基本知识;对新型行星齿轮传动有所了解。

(2)掌握定轴轮系、周转轮系及复合轮系传动比的计算和转向确定方法;

(3)了解轮系功用以及行星轮系配齿问题。

第12章:其他常用机构(反映课程目标1)

(1)了解棘轮机构、槽轮机构、擒纵机构、凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构、非圆齿轮机构、螺旋机构和万向铰链机构等一些其他常用机构的工作原理、运动特点及其应用;

(2)了解对组合机构的组合方式及特点;

(3)掌握槽轮机构、棘轮机构、螺旋机构、万向铰链机构、及组合机构的组合情况、运动特点及使用场合。

第13章:机器人机构及其设计(反映课程目标4)

通过课外阅读,了解工业机器人的组成情况及其分类,工业机器人操作机的主要技术指标,工业机器人操作机的运动分析的方法及步骤,工业机器人操作机的力分析,工业机器人操作机机构的设计。

第14章:机械系统的方案设计(反映课程目标2)

(1)了解机械传动系统设计的任务及大体的设计步骤;了解在拟定机械传动系统方案时应考虑的基本原则及要点;了解机构选型的基本知识;了解机构组合及变异的基本知识;

(2)掌握机构的组合方式、机构的变异方法及机械传动方案的拟定过程。

四、实验教学内容及要求

实验教学,教师集中讲授实验原理、实验方法和步骤,分组进行指导和“以学生自主训练为主的开放模式组织教学”的形式,实验教学以单独课程形式执行并考核。

1.机械运动简图的绘制

(1)掌握机构运动简图绘制方法;

(2)熟悉分析和验证机构自由度的基本技能,掌握机械自由度的计算方法;

(3)加深对机构结构分析的了解。

2.运动参数测试

(1)了解机械运动参数电测量的基本原理和方法;

(2)掌握简单机械机构运动参数(直线运动的线位移、线速度、线加速度;转动的角位移、角速度、角加速度)的测试和分析。

3.回转件的动平衡

(1)掌握动平衡机的基本工作原理和操作方法;

(2)验证刚性转子和回转构件动平衡的理论知识;

(3)巩固和验证回转构件动平衡的基本概念。

4.机构搭接创新

(1)加深学生对机构组成原理的认识,为机构创新设计奠定良好的基础;

(2)掌握利用若干不同的杆组,拼接各种不同的平面机构;

(3)训练学生的工程实践动手能力;培养学生创新设计意识及综合设计的能力。

5.齿轮范成

(1)掌握用范成法制造渐开线齿轮齿廓的基本原理;

(2)了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和方法;

(3)加深理解标准齿轮和变位齿轮加工原理和异同点。

五、课程教学思想、教学方法、教学手段

1.教学思想

本课程要用到物理、数学、力学、机械制图和工程材料等先修课程的知识,尤其是理论力学的知识。但并不是这些课程的简单重复和堆砌,而是要引导学生如何应用所学的知识解决工程实际中所遇到的问题。所以本课程的学习不同于理论课程的学习,也不同于专业课,而具有一定的理论系统性及逻辑性和较强的工程实践性的特点。因此本课程的教学思想为:(1)理解基本概念,应用基本原理,掌握基本方法;(2)注重理论联系实际;(3)帮组学生初步建立工程观点;(4)突出工程设计软件的应用。

2.教学方法:

针对目前本课程的学时少、内容多的现状,采用的教学方法主要是讲重点、讲难点、讲思路、讲方法,突出机构分析与综合的主线、强化理论联系实际,在严格的逻辑推理基础上突出工程观点,通过小型实例讨论培养学生的学习兴趣和自主学习的能力。