機械設計基礎機械原理B教學大綱

課程編碼：412206

課程名稱：機械原理B

英文名稱：TheoryofMachineandMechanisms(B)

開課學期：5

學時/學分：50/3(其中實驗學時：6)

課程類型：必修課

開課專業：工程力學，工業工程，熱能與動力工程，建筑環境，材料學院各專業等.

選用教材：崔可維、熊健主編：《機械原理》高等教育出版社，2年2月.

《機械原理學習指導》陳曉華主編，高等教育出版社，2年2月.

主要參考書：

1、《機械原理》申永勝主編,高等教育出版社.0年2月.

2、《機械原理學習指導》申永勝主編，高等教育出版社，2009年7月.

3、其他院校的《機械原理》教材

4、其他院校的《機械原理學習指導》輔助教材

一、課程簡介

【教學目的】機械原理誤程是研究機械基礎理論的一門學科，任務是使學生掌握機楂學和

機器動力學的基本理論、基本知識和基本技能，學會各種常用基本機構的分析和綜合方法，

并具有按照機械的使用要求進行機械傳動系統方案設計的初步能力。本課程不僅為學生學習

相關技術基礎和專業課程起到承前啟后的作用，而且為今后從事機械設計和研究工作起到增

強適應能力和開發創新能力的作用。

[TeachingObjectslTheMechanicalPrinciplesCourseisadisciplinethatstudiesthebasictheory

ofmechanics.Thetaskistoenablestudentstomasterthebasictheories,basicknowledgeandbasic

skillsofiiislilulionalandinacliincdyiiainius,lulearntheanalysisLindsynllicsismclliodsufvarious

commonbasicinstitutions,andtofollowthemachinery.Ilieuseoftheinitialcapabilityofthe

mechanicaltransmissionsystemdesignisrequired.Thiscoursenotonlyplaysaleadingrolein

learningrelatedtechnicalfoundationsandprofessionalcourses,butalsoplaysanimportantrolein

enhancingtheadaptabilityanddevelopinginnovativeabilityformechanicaldesignandresearch

workinthefuture.

【教學內容】本課程內容共分為II章。掌握機械原理研究的對象和基本知識內容，明確機

器與機構的概念，并能對平面機構進行運動分析。重點掌握常用機構及其設計，熟悉各種常

用機構的特點和應用，對凸輪機構的從動件運動規律、機構壓力角有明確的概念并掌握選擇

原則，對齒輪嚙合基本定律、漸開線性質及其嚙合特性有明確概念并能根據要求進行計算，

能計算各類輪系的傳動比與機構組合的基本知識。掌握機械系統運動方案設計的基本步驟、

內容和方法。

[TeachingContent]Thecoursecontentisdividedinto11chapters.Mastertheobjectsandbasic

knowledgeofmechanicalprinciples,clarify(heconceptofmachinesandmechanisms,andperform

motionanalysisonplanarmechanisms.Focusoncommoninstitutionsandtheirdesign,familiar

withthecharacteristicsandapplicationsofvariouscommonlyusedmechanisms,haveaclear

conceptofthefollowermovementlawofthecammechanism,themechanismpressureangleand

mastertheselectionprinciple,thebasiclawofthegearmeshing,involutenatureItsmeshing

characteristicshaveaclearconceptandcanbecalculatedaccordingtorequirements,andcan

calculatethebasicknowledgeofthegearratioandmechanismcombinationofvarioustypesof

(rains.Masterthebasicsteps,contentandmethodsofmechanicalsystemmotiondesign.

【授課對象】本課程的授課對象為材料科學與工程一級學科的本科生包括無機非金屬材料

工程專業的學生。

[TargetStudents]Thetargetstudentsofthiscoursemainlyarctheundergraduatesmajoringin

materialsscienceandengineeringincludingthoseofinorganicnonmetallicmaterialsengineering.

【前期課程要求或背景知識】高等數學、機械制圖、理論力學、計算機語言等。

[PrecourseRequirementsorBackgroundKnowledge]Advancedmathematics,mechanical

drawing,theoreticalmechanics,computerlanguage,etc.

二、課程目標(CourseObjectives,CO)及支撐的畢業要求(GA)

COL掌握基本機構結構知識，明確平四桿機構運動與傳動性能、凸輪機構的從動件運動規

律與機構壓力角、齒輪嚙合基本定律與漸開線性質及其嚙合特性的概念。知嘵輪系設計的基

本知識，熟悉各種常用機構的特點和應用，檢錄數學木星并求解、建立數學模型求解，并能

夠將其用于工程問題的表述。(支撐GA1.2)

CO2.掌握盤形凸輪廓線的設計方法和基本尺寸的選擇原則、變位齒輪的概念及其它齒輪傳

動的特點與輪系基本知識等，能夠分析影響設計目標和技術方案的各種因素。并通過對機械

系統運動方案設計的基本步驟、內容和方法的學習，能選擇面向工程設計和產品開發全周期

全流程設計/開發解決方案的基本方法與技術。(支撐GA3.I)

三、課程目標與畢業要求的對應關系

表1"機械原理B"課程目標與畢業要求的對應關系表

課程目標

畢業要求(GA)畢業要求二級指標點(CO)

CO1C02

GA1.工程知識：能夠招數學、自GA1.2能夠針對具體的材料工程71

然科學、工程基礎和專業知識用于問題，建立數學模型并求解。

解決材料工程領域特別是無機非

金屬材料復雜工程問題。

GA3.設計/開發解決方案：能夠GA3.1掌握面向工程設計和產品q

設計針對無機非金屬材料復雜工開發全周期全流程設計/開發解

程問題的解決方案，設計滿足特定決方案的基本方法與技術，了解

需求的無機非金屬材料及其工藝影響設計目標和技術方案的各種

流程，并能夠在設計環節中體現創因素。

新意識，考慮社會、健康、安全、

法律、文化以及環境等因素。

課程目標對畢業要求支持關系的評價依據：

GA1.2考察點在于，是否能夠通過學習基本機構結構知識，掌握平四桿機構運動與傳動性

能、凸輪機構的從動件運動規律與機構壓力角、齒輪嚙合基本定律與漸開線性質及其嚙合特

性的等基本概念的學習，建立數學模型，使學生并能夠將其用于工程問題的表述上？

GA3.1能否掌握掌握盤形凸輪廓線的設計方法和基本尺寸的選擇原則、變位齒輪的概念及其

它齒輪傳動的特點與輪系基本知識，了解影響設計目標和技術方案的各種因素？并通過對機

械系統運動方案設計的基本步驟、內容和方法的學習，能否掌握面向工程設計和產品開發全

周期全流程設計/開發解決方案的基本方法與技術？

第一節速度瞬心教學方式：以課

堂講授PPT為

平面機一、速度瞬心

主，結合課堂，

構的運二、機構中瞬心的數目

課外作業與小

3動分析三、機構中瞬心位置的2C01

組討論。

和力分確定

析四、速度瞬心在速度分

析中的應用

第一節平面四桿機構的基教學方式：以課

堂講授PPT為

本型式、應用和演化

主，結合小組討

一、較鏈四桿機構的基本型

論。

式

二、錢鏈四桿機構的演化

第二節平面四桿機構的特

性

平面連

一、錢鏈四桿機構曲柄存在

桿機構COI

4條件6

及其設C02

二、急回特性

計

三、壓力角和傳動角

四、死點位置

第三節平面四桿機構的設

計

一、平面四桿機構設計的基

本問題

二、圖解設計四桿機構

教學方式：以課

第一節凸輪機構的類型和

堂講授PPT為

凸輪機應用

主，結合課堂，COI

構及其一、組成和應用

5課外作業與小6

C02

設計二、凸輪機構的分類組討論。

第二節從動件的常用運動

規律

一、名詞概念

二、從動件常用運動規

律

三、組合運動規律

第三節凸輪廓線的設計

一、基本方法一反轉法

二、圖解法設計凸輪廓

線

三、用解析法設計凸輪

廓線

第四節凸輪機構基本尺寸

的確定

一、凸輪機構的壓力角

與作用力

二、凸輪基圓半徑的確

定

三、滾子半徑與平底尺

寸的確定

第一節齒輪機構的應用及教學方式：以課

堂講授PPT為

分類

主，結合課堂，

一、平面齒輪機構

課外作業與小

二、齒輪機構

齒輪機組討論。

笫二節齒廓嚙合基本定律CO1

6構及其10

及齒廓曲線CO2

設計

三、齒廓嚙合基本定律

四、漸開線及其特性

五、漸開線方程

六、漸開線齒廓嚙合特性

第三節新開線標準齒輪

一、外齒輪

二、齒條

三、內齒輪

第四節漸開線直齒圓柱齒

輪嚙合傳動

一、一對漸開線齒輪的正確

嚙合條件

二、齒輪的中心距和嚙合角

三、漸開線齒輪連續傳動的

條件

第萬節漸開線齒廓的加T

一、仿形法

二、范成法

第六節漸開線齒廓的根切

及最少齒數

一、漸開線齒廓的根切

二、漸開線標準齒輪不產生

根切的最少齒數

第七節變位齒輪傳動

一、變位齒輪概念

二、變位齒輪傳動類型

第八節斜齒圓柱齒輪傳動

一、斜齒輪的提出

二、斜齒圓柱齒輪齒面的形

成及嚙合特點

三、斜齒輪的參數計算

四、斜齒輪正確嚙合條件

五、斜齒輪的當量齒數

六、斜齒輪的重合度

七、斜齒輪傳動特點

第九節蝸輪蝸桿轉動

一、蝸輪蝸桿的形成及類型

二、蝸輪蝸桿傳動的正確嚙

合條件

三、主要參數及幾何尺寸計

算

四、蝸輪蝸桿機構轉向判別

五、蝸輪蝸桿傳動特點

第九節直齒圓錐齒輪機構

一、直齒圓錐齒輪齒廓曲面

的形成

二、背錐和當量齒數

三、直齒圓錐齒輪的參數及

幾何尺寸計算

第一節輪系及其類型教學方式：以課

堂講授PPT為

一、定軸輪系

主，結合課堂，

二、周轉輪系

課外作業與小

三、混合輪系

組討論。

第二節定軸輪系傳動比計

算

GA1.2

7輪系一、定軸輪系傳動比大小的5

GA3.1

計算

二、定軸輪系主動輪、從動

輪轉向關系的確定

第三節周轉輪系傳動比計

算

第四節混合輪系傳動比計

算

第五節行星輪系各輪齒數

的確定

一、傳動比條件

二、同心條件

三、裝配條件

四、鄰接條件

教學方式：以課

堂講授PPT為

第一節間歇運動機構

主，結合課堂，

一、棘輪機構

間歇機課外作業與小

二、槽輪機構

構及其組討論。CO1.1

8三、不完全齒輪機構2

它常用CO2.1

第二節其它常用機構

機構

一、萬向聯軸器

二、螺旋機構

三、組合機構

第一節概述教學方式：以課

堂講授PPT為

一、本章研究的內容及目的

主，結合課堂，

二、機械運轉的三個階段

課外作業與小

三、作用在機械上的力

機械的組討論。

第二節機械系統的等效動

運轉及

力學模型GA1.2

9速度波6

第三節機械的速度波動及GA3.1

動的調

其調節

■44-

一、周期性速度波動及其調

節

二、非周期性速度波動及其

調節

教學方式：以課

10機械第一節機械平衡的目的和2GA1.2

堂講授PPT為

的平衡內容GA3.I

主，結合課堂，

一、機械平衡的目的

課外作業與小

二、機械平衡的內容

組討論。

第二節剛性轉子的平衡

一、剛性轉子的靜平衡

二、剛性轉子的動平衡

第三節剛性轉子的平衡試

驗和平衡精度

一、靜平衡試驗

二、動平衡試驗

三、平衡精度

第四節平面機構的平衡簡

介

一、完全平衡

二、部分平衡

教學方式：以課

第一節概述

堂講授PPT為

一、執行系統的方案設計

主，結合課堂，

二、傳動系統的方案設計

課外作業與小

三、原動機類型的選擇

組討論。

四、操縱控制系統的選擇

第二節機械系統的方案設

機械系

計GA1.2

11統方案2

一、機械的功能原理及運動GA3.1

設計

規律的分析

二、執行系統的型式——結

構選型設計

三、執行系統的協調設計

第三節機械傳動系統的方

案設計

一、選擇傳動類型

二、擬定傳動路線及機構順

序

三、分配各級傳動比

第四節機械系統方案及機

械運動簡圖設計

一、機械系統方案與機構運

動簡圖的設計的一般程序

二、機械系統方案及機械運

動簡圖設計實例

教學方式：課堂

簡圖測繪講授PPT和學

GA1.2

生實驗操作相

12實驗齒輪范成6

結合OGA3.1

機械平衡

合計4162

五、各章節內容及學時分配

第一章緒論（0.5學時）

教學目的與要求

通過本章的學習，要求學生了解本課程研究的對象和內容，明確機器與機構的概念。

教學內容

第一節機械原理課程研究的對象和內容

第二節機械原理課程的地位及學習本課程的目的和方法

機構的結構分析（3.5學時）

教學目的與要求

掌握構件、運動副（高、低副）、運動鏈和機構的概念；能繪制機構運動簡圖；能計算機構

的自由度；掌握機構可動和具有確定運動的條件；了解機構組成的基本原理。

重點：機構自由度計算。

難點：計算機構自由度時注意事項的判斷。

教學內容

笫一節基本概念

一、構件

二、自由度與約束

三、運動副

四、運動副類型

五、運動鏈

六、機構

笫二節機構運動簡圖

一、機構運動簡圖

二、機構運動簡圖的畫法

笫三節平面機構自由度/算

一、平面機構自由度計算公式

二、機構具有確定運動的條件

三、計算機構自由度時的注意事項

考核要求

了解：機構組成的基本原理，機構級別的判定。

理解：計算自由度時機構中注意事項的判斷。

掌握：本節介紹的基本概念和基本條件,能用公式和本節洪的注意事項計算平面機構自由度。

第三章平面機構的運動分析和力分析（2學時）

教學目的與要求

了解機構運動分析的基本方法，掌握速度瞬心的概念，熟知三心定理的內容，能求機構的全

部瞬心。

重點：機構速度瞬心求解，

難點：三心定理的應用。

教學內容

第一節速度瞬心

一、速度瞬心

二、機構中瞬心的數目

三、機構中瞬心位置的確定

四、速度瞬心在速度分析中的應用

考核要求

了解：機構運動分析的基本方法。

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：機構中全部瞬心的求法及應用。

笫四章平面連桿機構及其設計（6學時）

教學目的與要求

了解四桿機構的基本形式、演化和應用，掌握曲柄存在條件，掌握壓力角、傳動角、行程速

比系數、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、三對對應角位

移及行程速比系數K設計平面四桿機構。

重點：有關曲柄存在條件的桿長關系的全面分析和四桿機構設計的基本方法。

難點：四桿機構設計中的置換機架法。

教學內容

第一節平面四桿機構的基本型式、應用和演化

一、錢鏈四桿機構的基本型式

二、錢鏈四桿機構的演化

第二節平面四桿機構的特性

一、錢鏈四桿機構曲柄存在條件

二、急回特性

三、壓力角和傳動角

四、死點位置

第三節平面四桿機構的設計

一、平面四桿機構設計的基本問題

二、圖解設計四桿機構

考核要求

了解：四桿機構的基本型式和演化的基本方法。

理解：四桿機構倒置的設計方法。

掌握：四桿機構的基本概念和特性；較鏈四桿機構曲柄存在的條件和推論；三種圖解設計機

構的基本方法。

凸輪機構及其設計（6學時）

教學目的與要求

了解凸輪機構的類型，明確從動件常用運動規律的特點，掌握凸輪廓線設計的方法（圖解、

解析），掌握凸輪機構基本尺寸的確定。

重點：常用運動規律的特點，凸輪廓線設計的方法和凸梵機構基本尺寸的確定。

難點：凸輪廓線設計的反轉法——正確確定從動件的反轉方向，從動件在反轉中占據的位置、

位移和凸輪轉角等。

教學內容

第一節凸輪機構的類型和應用

一、組成和應用

二、凸輪機構的分類

第二節從動件的常用運動規律

一、名詞概念

二、從動件常用運動規律

三、組合運動規律

第三節凸輪廓線的設計

一、基本方法一反轉法

二、圖解法設計凸輪廓線

三、用解析法設計凸輪廓線

第四節凸輪機構基本尺寸的確定

一、凸輪機構的壓力角與作用力

二、凸輪基圓半徑的確定

三、滾子半徑與平底尺寸的確定

考核要求

了解：凸輪機構的類型式和名稱。

理解：凸輪機構設計方法——反轉法。

掌握：凸輪機構的基本概念，常用從動件運動規律的特性和圖形；凸輪廓線的設計；凸輪機

構基本尺寸的確定。

第六章齒輪機構及其設計（10學時）

教學目的與要求

了解齒輪機構的類型、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、無側隙嚙合條件和連續傳動條件），掌握齒輪參數及尺寸計算，

了解齒輪加工原理及根切現象，掌握標準齒輪的最少齒數。了解變位齒輪傳動的參數計算及

概念。了解斜齒圓柱齒輪齒廓曲線的形成、嚙合特點，能計算標準斜齒圓柱齒輪的幾何尺寸、

當量齒數和中心距等。了解標準直齒圓錐齒輪的傳動特點，能計算當量齒數和傳動比。對蝸

桿傳動特點和尺寸計算有所了解。

重點：漸開線直齒圓柱齒輪外嚙合傳動條件（標準和變位）及尺寸計算，斜、錐、蝸桿傳動

與直齒圓柱齒輪傳動的不司點。

難點：一對輪齒的嚙合過程，變位齒輪傳動及斜、錐齒掄的當量齒輪和當量齒數。

教學內容

第一節齒輪機構的應用及分類

平面齒輪機構

齒輪機構

第二節齒廓嚙合基本定律及齒廊曲線

齒廓嚙合基本定律

漸開線及其特性

漸開線方程

漸開線齒廓嚙合特性

第三節漸開線標準齒輪

外齒輪

齒條

內齒輪

第四節漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動

一對漸開線齒輪的正確嚙合條件

齒輪的中心距和嚙合角

漸開線齒輪連續傳動的條件

第五節漸開線齒廓的加工

仿形法

范成法

第六節漸開線齒廓的根切及最少齒數

漸開線齒廓的根切

漸開線標準齒轉不產生根切的最少齒數

第七節變位齒輪傳動

變位齒輪概念

變位齒輪傳動類型

第八節斜齒圓柱齒輪傳動

斜齒輪的提出

斜齒圓柱齒輪齒面的形成及嚙合特點

斜齒輪的參數計算

斜齒輪正確嚙合條件

斜齒輪的當量齒數

斜齒輪的重合度

斜齒輪傳動特點

第九節蝸輪蝸桿轉動

蝸輪蝸桿的形成及類型

蝸輪蝸桿傳動的正確嚙合條件

主要參數及幾何尺寸計算

蝸輪蝸桿機構轉向判別

蝸輪蝸桿傳動特點

第九節直齒圓錐齒輪機構

直齒圓錐齒輪齒廓曲面的形成

背錐和當量齒數

直齒圓錐齒輪的參數及幾何尺寸計算

考核要求

了解：齒輪機構的類型、齒廓嚙合基本定律、漸開線特性；齒輪加工原理及根切現象；斜齒

圓柱齒輪齒廓曲線的形成、嚙合特點；標準直齒圓錐齒輪和蝸桿傳動的特點；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、錐齒輪的當量齒輪和當量齒數。

掌握：漸開線直齒圓柱齒輪嚙合特性及傳動條件；漸開線直齒圓柱齒輪的參數和尺寸計算;

標準齒輪的最少齒數和變位齒輪傳動的參數計算；斜齒圓柱齒輪的參數、傳動條件、當量齒

數和尺寸計算；錐齒輪的當量齒數和傳動比計算；蝸桿傳動中嚙合點處蝸輪線速度方向的判

定。

第七章輪系（5學時）

教學目的與要求

掌握定軸、周轉和復合輪系傳動比計算，了解輪系的功能及行星輪系各輪齒數確定的條件。

重點：輪系傳動比計算。

難點：復合輪系傳動比計算。

教學內容

第一節輪系及其類型

定軸輪系

周轉輪系

混合輪系

第二節定軸輪系傳動比計算

定軸輪系傳動比大小的計算

定軸輪系主動輪、從動輪轉向關系的確定

第三節周轉輪系傳動比計算

第四節混合輪系傳動比計算

第五節行星輪系各輪齒數的確定

傳動比條件

同心條件

裝配條件

鄰接條件

考核要求

了解：輪系的類型和行星輪系各輪齒數的確定。

理解：復合輪系中各個輪系的關系。

掌握：定軸輪系和周轉輪系傳動比計算公式;及應用；復合輪系傳動比的計算；為星輪系各輪

齒數的確定的條件。

第八章間歇機構及其它常用機構（2學時）

教學目的與要求

掌握槽輪機構運動系數，萬向聯軸節傳動比恒為一的條件。了解間歇機構的種類和組合機構

重點：槽輪機構運動系數和特點。

教學內容

第一節間歇運動機構

棘輪機構

槽輪機構

不完全齒輪機構

第二節其它常用機構

萬向聯軸器

螺旋機構

組合機構

考核要求

了解：間歇機構的種類和組合機構的基本概念。

堂樨：槽輪機構運動系數和特點；萬向聯軸節傳動比恒為一的條件C

第九章機械的運轉及速度波動的調節（6學時）

教學目的與要求

了解機械系統運轉的特點、求解真實運動的方法及速度波動的原因和調節的方法，熟知等效

動力學模型概念的建立，掌握四個等效量的計算，掌握飛輪轉動慣量計算的方法。

重點：四個等效量和飛輪轉動慣量的計算。

難點：計算飛輪轉動慣量時的最大盈虧功的計算。

教學內容

第一節概述

本章研究的內容及目的

機械運轉的三個階段

作用在機械上的力

第二節機械系統的等效動力學模型

第三節機械的速度波動及其調節

周期性速度波動及其調節

非周期性速度波動及其調節

考核要求

了解：機械系統運轉的特點、求解真實運動的方法及周期性速度波動的原因和調節的方法、

非周期性速度波動調節的方法。

理解：計算飛輪轉動慣量時的最大盈虧功的計算。

掌握：飛輪轉動慣量的計算。

第十章機械的平衡（2學時）

教學目的與要求

了解撓性轉子動平衡、平面機構平衡和平衡精度，掌握剛性轉子動、靜平衡的條件和計算的

方法。

重點：剛性轉子動、靜平衡的條件。

難點：剛性轉子動平衡的計算。

教學內容

第一節機械平衡的目的和內容

機械平衡的目的

機械平衡的內容

第二節剛性轉子的平衡

剛性轉子的靜平衡

剛性轉子的動平衡

第三節剛性轉子的平衡試驗和平衡精度

靜平衡試驗

動平衡試驗

平衡精度

第四節平面機構的平衡簡介

完全平衡

部分平衡

考核要求

了解：撓性轉了動平衡、平面機構平衡和平衡精度。

理解：剛性轉子動平衡的計算方法。

掌握：剛性轉子動、靜平衡的條件和計算的方法。

第十一章機械系統方案設計（2學時）（課程設計講）

教學目的與要求

此章內容應結合機械原理課程設計題目的布置而講解。

重點：機械系統方案設計，

教學內容

第一節概述

執行系統的方案設計

傳動系統的方案設計

原動機類型的選擇

操縱控制系統的選擇

第二