机械原理
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spContent=机械原理研究机构和机器的学科。研究机械中机构的结构和运动,以及机器的结构、受力、质量和运动的学科。这一学科的主要组成部分为机构学和机械动力学。机构是由两个以上的构件通过活动联接以实现规定运动的组合体。机器是由一个或一个以上的机构组成,用来完成机械能与其他形式的能量之间的转换。
—— 课程团队
课程概述

机械原理(theory of machines and mechanisms)研究机构机器的学科。

机械原理研究机械中机构的结构和运动,以及机器的结构、受力、质量和运动的学科。这一学科的主要组成部分为机构学机械动力学。人们一般把机构和机器合称为机械。机构是由两个以上的构件通过活动联接以实现规定运动的组合体。机器是由一个或一个以上的机构组成,用来作有用的功或完成机械能与其他形式的能量之间的转换。机构学的研究对象是机器中的各种常用机构,如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、螺旋机构和间歇运动机构(如棘轮机构、槽轮机构等)以及组合机构等。它的研究内容是机构结构的组成原理和运动确定性,以及机构的运动分析和综合。机构学在研究机构的运动时仅从几何的观点出发,而不考虑力对运动的影响。机械动力学的研究对象是机器或机器的组合。研究内容是确定机器在已知力作用下的真实运动规律及其调节、摩擦力和机械效率、惯性力的平衡等问题。

    机械原理的传统研究方式,一般不考虑构件接触面间的间隙、构件的弹性或温差变形以及制造和装配等所引起的误差。这对低速运转的机械一般是可行的。但随着机械向高速、高精度方向发展,尤其是航天技术以及机械手工业机器人的飞速发展,还必须研究由上述因素引起的运动变化。机构精确度问题已越来越引起人们的重视,并已成为机械原理的不可缺少的一个组成部分。

本课程并不是研究某种具体的机械,而是着重研究一般机械的共性问题,即机构的结构分析和综合的基本理论和基本的方法。这些基本理论和方法是紧密为工程服务的。因此,在本课程的学习过程中,一方面要注意这些理论和方法在理论上建立和推演的严密性和逻辑性,另一方面更要注意这些理论和方法如何在工程实际中的应用。此外还应随时留意日常生活和生产中遇到的各种机械,以丰富自己的感性认识;并用所学到的理论和方法认识分析这些机械,以加深理解,使理论和实践相互促进。

本课程要用到很多与工程有关的名词、符号、公式、标准及参数和对机械研究的一些常用的简化方法,如倒置、反转、转化、当量、等效、代换等等。在机构分析与综合中,除解析法外还有实验法以及试凑法等一些工程中实用的方法。另外,实际工程问题都是涉及多方面的因素的问题,其求解可采用多种方法,其解一般也不是唯一的。这就要求设计者具有分析、判断、决策的能力,要养成综合分析、全面考虑问题的习惯和科学严谨、一丝不苟的工作作风。

    本课程全部教学工作的完成,需要自学、听课、习题课、实验课、课后作业、答疑和考试等教学环节。要学好这门课,希望大家对每个教学环节予以充分重视。

课程大纲

第一章 绪论 (2学时)

1-1 机械发展的历史

1-2 机械原理的研究对象及内容

1-3 机械原理课程的地位及学习课程的目的

1- 4 机械原理学科的发展趋势

1-5 学习本课程之方法

第二章 机构的结构分析(4学时)

2-1  机构的组成

2-2 机构运动简图

2-3 平面机构自由度的计算

2-4 平面机构的组成原理、结构分类及结构分析

第三章 平面机构的运动分析(6学时)

3-1  机构运动分析的任务、目的和方法

3-2 用速度瞬心法作机构的速度分析

3-3 用矢量方程图解法作机构的速度和加速度分析

3-4  综合运用瞬心法和图解法对复杂机构进行速度分析

3-5  用解析法作机构的运动分析

第四章 平面机构的力分析(6学时)

4-1  机构力分析的任务、目的和方法

4-2  构件惯性力的确定

4-3  运动副中摩擦力的确定

4-4  不考虑摩擦时机构的受力分析

4-5  考虑摩擦时机构的力分析

第五章 机械的效率和自锁(2学时)

5-1  机构的效率

5-2  机械的自锁

第六章 机械的平衡 (4学时)

6-1  机构平衡的目的及内容

6-2  刚性转子的平衡计算

6-3  刚性转子的平衡试验

6-4  转子的许用不平衡

6-5 平面机构的平衡

第七章 机械的运转及其速度波动的调节  (6学时)

7-1  概述

7-2 机械的运动方程式

7-3  机械运动方程式的求解

7-4  机械的周期性速度波动及其调节

7-5  机械的非周期性速度波动及其调节

第8周 第八章 连杆机构及其设计(5学时)

8-1  连杆机构及其传动特点

8-2  连杆机构的类型和应用

8-3  平面四杆机构的基本知识

8-4   平面四杆机构的设计

8-5  多杆机构的功用

第9周 第九章 凸轮机构及其设计(4学时)

9-1  概述

9-2 推杆的运动规律

9-3  平面凸轮轮廓曲线的设计

9-4  用解析法设计凸轮廓线

9-5  凸轮机构基本尺寸的确定

第十章 齿轮机构及其设计(10学时)

10-1 齿轮机构的应用及分类

10-2  齿轮的齿廓曲线

10-3 渐开线齿廓及其啮合特点

10-4 渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸

10-5 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动

10-6 渐开线齿廓的切制原理与根切现象

10-7 渐开线变位齿轮简介

10-8 斜齿圆柱齿轮传动

10-9 直齿锥齿轮传动

10-10 蜗轮蜗杆传动

第十一章 齿轮系及其设计(8学时)

11-1  齿轮系及其分类

11-2  定轴轮系的传动比

11-3 周转轮系的传动比

11-4 复合轮系的传动比

11-5 轮系的功用

11-6 行星轮系的效率

11-7 行星轮系的类型选择及设计的基本知识

第十二章 其他常用机构 (4学时)

12-1 棘轮机构

12-2  槽轮机构

12-3  擒纵轮机构

12-4  凸轮式间歇运动机构

12-5   不完全齿轮机构

12-6  非圆柱齿轮机构

12-7  螺旋机构

12-8 万向铰链机构

12-9 组合机构


预备知识

简单了解实际生活和生产中的机械产品,对机械产品有一些感性认识。

先修课:高等数学、理论力学、机械制图、机械制造基础,金工实习等课程。

证书要求

1. 学习完本课程内容并考试合格(60分及以上)均可申请证书,证书的形式包括:免费证书(电子版)和认证证书(包含可查询验证的电子版和纸质版2个版本),学员可以在课程结束后根据需要进行申请,认证证书的收费标准为100/份。

2. 评分标准

        本课程课程考核采用百分制,考核环节包括单元测试、单元作业、课程讨论和课程考试等环节,各考核环节所占分数比例分别为单元测试20%、单元作业20%、课程讨论10%和考试50%

3. 证书

       设置合格达到60分及以上)、"优秀"达到85分及以上)两档标准,由任课教师签发课程结业证书,其中成绩优秀者将颁发优秀证书。

参考资料
  1. 孙桓,陈作模,葛文杰主编,机械原理(第八版),北京: 高等教育出版社,2013.5

  2. 张伟社等编,机械原理(第二版),西安:西北工业大学出版社,2013,6

  3. 申永胜. 机械原理教程. 北京:清华大学出版社,2002.

  4. 华大年,华志宏. 连杆机构设计与应用创新. 北京:机械工业出版社,2008

  5. 吕庸厚,沈爱红. 组合机构设计与应用创新. 北京:机械工业出版社,2008