第一篇：機械原理

機械原理學科的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

當今世界正經(jīng)歷著一場新的技術革命，新概念、新理論、新方法、新工藝不斷出現(xiàn)，作為向各行各業(yè)提供裝備的機械工業(yè)，也得到了迅猛的發(fā)展。

現(xiàn)代機械日益向高速、重載、高精度、高效率、低噪聲等方向發(fā)展，對機械提出的要求也越來越苛刻。有的需要用于宇宙，有的要在深海作業(yè)，有的小到能沿人體的血管爬行，有的又是龐然大物，有的速度數(shù)倍于聲速，有的又要作亞微米級甚至納米級的微位移，如此等等。處于機械工程發(fā)展前沿的機械原理學科，為了適應這種情況，新的研究課題與日俱增，新的研究方法日新月異。

為了適應生產發(fā)展的需要，當前在自控機構，機器人機構、仿生機構、柔性及彈性機構和機電光液廣義機構等的研制上有很大進展。在機械的分析與綜合中，也由只考慮其運動性能過渡到同時考慮其動力性能的影響；考慮到機械在運轉時構件的振動和彈性變形，運動副中的間隙和構件的誤差對機構運動及動力性能的影響；以及如何對構件和機構進一步作好動力平衡的問題等。

在連桿機構方面，重視了對空間連桿機構，多桿多自由度機構，連桿機構的彈性動力學和連桿機構的動力平衡的研究；在齒輪機構方面，發(fā)展了齒輪嚙合原理，提出了許多性能優(yōu)異的新型齒廓曲線和新型傳動，加快了對高速齒輪、精密齒輪、微型齒輪的研制；在凸輪機構方面，十分重視對凸輪結構的研究，為了獲得動力性能好的凸輪機構，在凸輪機構推桿運動規(guī)律的開發(fā)、選擇和組合上作了很多工傷。此外，為了適應現(xiàn)代機械高速度、快節(jié)拍、優(yōu)性能的需要、還發(fā)展了高速高定位精度的分度機構、具有優(yōu)良綜合性能的組合機構以及各種機構的變異和組合等。

目前，在機械的分析和綜合中日益廣泛地應用了計算機，發(fā)展并推廣了計算機輔助設計、優(yōu)化設計、考慮誤差的概率設計、提出了多種便于對機械進行分析和綜合的數(shù)學工具，編制了許多大型通用或專用的計算程序。此外，隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，測試手段的日臻完善，也加強了對機械的實驗研究。

總之，作為機械原理學科，其研究領域鹽十分廣闊，內涵豐富。在機械原理的各個領域，每年都有大量內容新穎的文獻資料涌現(xiàn)。但是，作為一門技術基礎課程，將只有研究有關機械的一些最基本的原理和方法。

1、生產的發(fā)展促進了機械原理學科的發(fā)展。而學科的發(fā)展又反過來為生產的發(fā)展提供了有利條件，促進了生產的發(fā)展。隨著科學技術的發(fā)展，為了更好地滿足生產實際的需要和機械自動化的要求,就需要不斷創(chuàng)新一些新型機構,因而以機構創(chuàng)新為主要內容的機構學得到了迅速發(fā)展。例如多桿多自由度的平面連桿機構、空間機構、各種組合機構（包括各種含有撓性構件的組合機構）、機、電、液一體化的機構都在研究之中，有些已得到應用。同時機器人、機械手等仿生機械得到較快的發(fā)展,包括高溫、高壓、有毒、有放射性等特殊條件

下工作的機器人和機械手。例如宇宙飛船上用于收回衛(wèi)星的機械臂；在核電站安裝設備的機器人；在深海海底作業(yè)的機器人等。此外,微技術的發(fā)展,還創(chuàng)造了一些微型機械。如可在人的腹腔內進行外科手術的手術刀,甚至可在人的血管中爬行的微型機器人等都已經(jīng)使用。

2、為了對這些新型機械的分析及設計,機械原理學科近年來也發(fā)展了許多新的理論和方法,并引入了一些不同的數(shù)學及力學工具,特別是計算機的推廣應用,為機械原理學科的發(fā)展提供了極有利的條件。計算機輔助分析、計算機輔助設計、優(yōu)化設計（包括多目標優(yōu)化設計）都得到迅速發(fā)展,并且漸趨成熟。

3、由于機械向高速度、高精度、高負荷、高效率等方向發(fā)展，也給機械原理學科提出了一些新的課題，開辟了一些新的研究領域。例如，對于高速重載機械來說，不僅要研究其運動性能，還要研究其動力性能，有時還要考慮構件的彈性形變、質量分布、連接間隙及機械中摩擦等對機械工作的影響，考慮機械的振動、沖擊和平衡問題。

隨著宇航技術、核技術、海洋開發(fā)、醫(yī)療器械、工業(yè)機器人及微技術等高新科學技術的興起和計算機的普及應用 ,極大地促進了機械原理學科的發(fā)展,創(chuàng)立了不少新的理論和研究方法,開拓了一些新的研究領域。

1、在機構結構理論方面,主要是機構的類型綜合、桿數(shù)綜合和機構自由度的計算。對平面機構來說,雖然機構結構的分析與綜合研究得比較成熟,但仍有一些新的發(fā)展。例如將關聯(lián)矩陣、圖論、拓撲學、網(wǎng)絡理論等引入對結構的研究;用拆副、拆桿、甚至拆運動鏈的方法將復雜桿組轉化為簡單桿組,以簡化機構的運動分析和力分析;仿照機構組成原理對機構功能原理的研究;關于機構中虛約束的研究及無虛約束機制的綜合;以及組合機構的類型綜合等。近年來對空間機構結構分析與綜合的研究也有不少的進展,特別是在機器人機構學方面取得了較多成就。

2、在機構運動分析和力分析方面,主要是大力發(fā)展了計算機輔助分析方法的研究,并且已經(jīng)研制了一些應用軟件。對于高級別平面機構的運動分析及力分析問題,可以采用型轉化法或選不同的構件為機架以降低機構級別的方法進行,也可以采用分解合成的分析方法。對空間機構的運動分析及力分析則多采用按桿組分析的方法。另外,為了便于利用計算機進行分析,建立機構運動分析及力分析的邏輯體系,并期望將機構的結構分析、運動分析、動力分析構成一個整體的系統(tǒng)。

3、在機器動力學方面,大力發(fā)展了機構彈性動力學的研究,包括低副機構和高副機構。在某些高速重載的高副機構中還考慮了熱變形的問題，還開展了對機械中的摩擦、機械效率以及功率傳遞等問題的研究；發(fā)展了對運動副間隙引起的沖擊、動載荷、振動、噪聲及疲勞

失效等問題的研究；對機構運動精度及誤差的研究。對于平面機構平衡問題的研究,得出了一般n桿機構可以用n/2 個配重達到平衡的結論。對空間機構平衡問題的研究,也得到了不少的成果。此外,還研究了具有變質量構件和在運動過程中結構有變化的機構的平衡問題,機構在非穩(wěn)定狀態(tài)及瞬變過程中的時間、位移、速度和加速度等的動力響應的計算問題等。

4、在機構學方面,對平面連桿機構的研究仍在繼續(xù)深入,并轉而注重于多桿多自由度平面連桿機構的研究,提出了這類機構的分析和綜合的一些方法。研究了提高機構動力性能為目標的綜合方法,多精確點的四桿機構的綜合方法(如點位縮減法)等。由于電子計算機的普遍應用,連桿機構的優(yōu)化設計得到了迅速發(fā)展,包括多目標優(yōu)化。并且編制了一些表征機構主要尺度參數(shù)與其運動、動力性能之間關系的數(shù)表及圖譜,編制了大量適用范圍廣、節(jié)省機時、使用方便的機構分析與綜合的軟件。

5、在凸輪機構方面,高速凸輪的彈性動力學是一個受到普遍重視的研究課題,并且已研究得比較深入。推桿運動規(guī)律的選擇和擬合,凸輪機構尺度參數(shù)的優(yōu)化設計,凸輪機構工作過程中的振動、減振和穩(wěn)定性的研究,也都受到重視,并已取得不少研究成果。

6、在齒輪機構方面,首先是齒輪嚙合原理的研究,再如新型齒廓的選用(如圓弧、拋物線等非漸開線齒廓),輪齒的修正和修形等課題的研究,也都取得不少的新成就。

7、在輪系方面,一些新型齒輪機構(如內齒行星輪傳動、活齒齒輪傳動、行星摩擦傳動、非圓齒輪周轉輪系、錐齒輪諧波傳動、摩擦式諧波傳動等)的研制，周轉輪系效率的研究，考慮摩擦時的功率流及考慮輪齒彈性變形時的功率流的計算問題的研究，周轉輪系均載裝置的研究等，都已取得一些研究成果。此外，應用圖論、網(wǎng)絡理論和其他一些新的數(shù)學工具和計算技術來研究輪系的類型綜合及運動分析和力分析問

題也得到大力開展，并取得一些成績。除上述連桿、凸輪和齒輪三大常用的基本機構以外，組合機構的研究近年來也發(fā)展得十分迅速。對齒輪—連桿、凸輪—連桿等類型的組合機構的分析和綜合，已有較詳細的研究。

近年來機械原理學科的發(fā)展是非常迅猛的。不論在基本原理方面，還是在研究方法方面，都有較大的進展。在機構的類型方面也有一些新的創(chuàng)造，有些已突破傳統(tǒng)機構學的范疇，而進入所謂“廣義機構學的”領域，創(chuàng)造了具有氣、液、光、電等環(huán)節(jié)的機構。當前尚有由三本基本機構組成的組合機構，和包括撓性構件組合機構。對空間組合機構的研究也已進行了不少工作。此外，對于一些具有特殊運動及動力性能的組合機構也有所研究。隨著機械向高速、重載方向的發(fā)展，機械動力學的研究發(fā)展很快。由于電子計算機的普遍應用，機構的計算機輔助分析和計算機輔助設計得到較快發(fā)展。從機械原理學科的發(fā)展可以看出，生產發(fā)展 的需要是學科發(fā)展的主要動力。而學科的發(fā)展又反過來促進了生產的發(fā)展，提高了生產的水平?？梢云谕?，隨著生產對技術現(xiàn)代化的要求不斷提高，機械原理學科也會繼續(xù)迅速的得到發(fā)展。

參考文獻

[1] KonstantinosE.ParsopoulosandMichael N.Vrahatis On the Computation of All Global MinimizersThroughParticleSwarm Optimization.IEEETRANSACTIONSON EVOLUTIONARY COMPUTATION,2004 ： 211-224 [2] GONG Jiafen, ZOU Xiufen, JIN Hui.A DynamicTwo-LevelEvolutionaryAlgorithmfor SolvingMulti-modalFunctionOptimization Problems.ProgressinIntelligenceComputation & Applications,2005：50-55 [3] 鄒奇德,龔佳芬,王延.適用于多峰函數(shù)優(yōu)化問題的通用演化算法.計算機與數(shù)字工程，2004；32（2）：81-84

第二篇：機械原理課程設計

機械原理 課程設計說明書

設計題目：牛頭刨床的設計

機構位置編號：11 3

方案號：II

班 級： 姓 名： 學 號：

年 月 日

目錄

一、前言………………………………………………1

二、概述

§2.1課程設計任務書…………………………2 §2.2原始數(shù)據(jù)及設計要求……………………2

三、設計說明書

§3.1畫機構的運動簡圖……………………3 §3.2導桿機構的運動分析…………………4 §3.3導桿機構的動態(tài)靜力分析3號點……11 §3.4刨頭的運動簡圖………………………15

§3.5飛輪設計………………………………17

§3.6凸輪機構設計…………………………19 §3.7齒輪機構設計…………………………24

四、課程設計心得體會……………………………26

五、參考文獻………………………………………27

一〃前言

機械原理課程設計是高等工業(yè)學校機械類專業(yè)學生第一次較全面的機械運動學和動力學分析與設計的訓練，是本課程的一個重要實踐環(huán)節(jié)。是培養(yǎng)學生機械運動方案設計、創(chuàng)新設計以及應用計算機對工程實際中各種機構進行分析和設計能力的一門課程。其基本目的在于： 

⑴．進一步加深學生所學的理論知識培養(yǎng)學生獨立解決有關本課程實際問題的能力。

⑵.使學生對于機械運動學和動力學的分析設計有一較完整的概念。

⑶.使學生得到擬定運動方案的訓練并具有初步設計選型與組合以及確定傳動方案的能力。

⑷.通過課程設計，進一步提高學生運算、繪圖、表達、運用計算機和查閱技術資料的能力。

⑸.培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，理論聯(lián)系實際，獨立思考與分析問題能力和創(chuàng)新能力。

機械原理課程設計的任務是對機械的主體機構連桿機構、飛輪機構凸輪機構，進行設計和運動分析、動態(tài)靜力分析，并根據(jù)給定機器的工作要求，在此基礎上設計凸輪，或對各機構進行

運動分析。

二、概述

§2.1課程設計任務書

工作原理及工藝動作過程 牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如圖(a）所示，由導桿機構1-2-3-4-5帶動刨頭5和削刀6作往復切削運動。工作行程時，刨刀速度要平穩(wěn)，空回行程時，刨刀要快速退回，即要有極回作用。切削階段刨刀應近似勻速運動，以提高刨刀的使用壽命和工件的表面 加工質量。切削如圖所示。

§2.2.原始數(shù)據(jù)及設計要求

三、設計說明書(詳情見A1圖紙)

§3.1、畫機構的運動簡圖

以O 4為原點定出坐標系，根據(jù)尺寸分別定出O 2點B點，C點。確定機構運動時的左右極限位置。曲柄位置圖的作法為，取1和8’為工作行程起點和終點所對應的曲柄位置，1’和7’為切削起點和終點所對應的曲柄位置，其余2、3?12等，是由位置1起，順ω2方向將曲柄圓作12等分的位置，如下圖：

§3.2 導桿機構的運動分析

11位置的速度與加速度分析 1）速度分析

取曲柄位置“11”進行速度分析。因構件2和3在A處的轉動副相連，故VA2=VA3，其大小等于W2lO2A，方向垂直于O2 A線，指向與ω2一致。

曲柄的角速度 ω2=2πn2/60 rad/s=6.702rad/s υA3=υA2=ω2〃lO2A=6.702×0.09m/s=0.603m/s（⊥O2A）

取構件3和4的重合點A進行速度分析。列速度矢量方程，得

υA4= υA3+ υA4A3 大小 ?

√ ? 方向 ⊥O4B ⊥O2A ∥O4B 取速度極點P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm，作速度多邊形如下圖

由圖得

υA4=0.567m/s

υA4A3 =0.208m/s

用速度影響法求得

VB5=VB4=VA4*04B/O4A=1.244m/s 又

ω4=VA4/O4A=2.145rad/s 取5構件為研究對象,列速度矢量方程,得

vC = vB+ vCB 大小

? √ ? 方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC 取速度極點P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm, 作速度多邊行如

上圖。則圖知，vC5= 1.245m/s

Vc5b5=0.111m/s

ω5=0.6350rad/s

2）加速度分析

取曲柄位置“11”進行加速度分析。因構件2和3在A點處的轉動副相連，故aA2n=aA3n,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。ω2=6.702rad/s, aA3n=aA2n=ω22lO2A=6.702×0.09 m/s2=4.0425m/s2 取3、4構件重合點A為研究對象，列加速度矢量方程得：

aA4 = aA4n + aA4τ

= aA2n

+ aA4A2k

+

aA4A

2大小:

?

ω42lO4A

?

√

2ω4υA4 A2

?

方向: ? A→O4 ⊥O4B A→O2

⊥O4B

∥O4B 取加速度極點為P＇,加速度比例尺μa=0.1（m/s2）/mm, 作加速度多邊形如下圖所示.由圖可知

aA4=2.593m/s2 用加速度影響法求得

aB4= aB5 = aA4* L04B / L04A =5.690 m /s2 又

ac5B5n =0.0701m/s2 取5構件為研究對象,列加速度矢量方程,得

ac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5τ 大小

?

√

w52 Lbc

? 方向

∥XX √

c→b

⊥BC 作加速度多邊形如上圖，則

″

aC5B5τ= C5′C5·μa =2.176m/s2

aC5 =4.922m/s2

3號位置的速度與加速度分析 1)速度分析

取曲柄位置“3”進行速度分析，因構件2和3在A處的轉動副相連，故VA3=VA2，其大小等于w2〃lO2A，方向垂直于O2 A線，指向與w2一致。

曲柄的角速度 ω2=2πn2/60 rad/s=6.702rad/s υA3=υA2=ω2〃lO2A=6.702×0.09m/s=0.603m/s（⊥O2A）取構件3和4的重合點A進行速度分析，列速度矢量方程，得，VA4

=VA3

+ VA4A3

大小

?

√

?

方向

⊥O4B

⊥O2A

∥O4B 取速度極點P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm，作速度多邊形如下圖

VA4=pa4〃μv= 0.487m/s VA4A3=a3a4〃μv= 0.356 m/s w4=VA4?lO4A=1.163rad/s VB=w4×lO4B= 0.675m/s

取5構件作為研究對象，列速度矢量方程，得

υC =

υB

+

υCB

大小

?

√

? 方向 ∥XX(向右)

⊥O4B

⊥BC

取速度極點P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm, 作速度多邊形如上，則

Vc5=0.669m/s

Vcb=0.102m/s

W5=0.589rad/s 2）.加速度分析

取曲柄位置“3”進行加速度分析。因構件2和3在A點處的轉動副相連，故aA2n=aA3n,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。ω2=6.702rad/s，9 aA2n=aA3n=ω22lO2A=6.702×0.09 m/s2=4.0426m/s2 取3、4構件重合點A為研究對象，列加速度矢量方程得：

aA4 =aA4n+ aA4τ = aA3n + aA4A3K + aA4A3v 大小: ? ω42lO4A ? √ 2ω4υA4 A3 ? 方向 ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B ∥O4B（沿導路）取加速度極點為P＇,加速度比例尺μa=0.1（m/s2）/mm, 作加速度多邊形下圖所示：

則由圖知：

aA4 =P′a4′〃μa =3.263m/s2 aB4= aB5 = aA4* L04B / L04A =4.052 m/ s2 取5構件為研究對象,列加速度矢量方程,得

ac = aB + acBn+ a cBτ

大小 ? √ ω5l2CB ? 方向 ∥X軸 √ C→B ⊥BC 其加速度多邊形如上圖，則 ac =p ′c〃μa =4.58m/s2 §3.3 導桿機構的動態(tài)靜力分析 3號點 取3號位置為研究對象：

①.5-6桿組共受五個力，分別為P、G6、Fi6、R16、R45, 其中R45和R16 方向已知，大小未知，切削力P沿X軸方向，指向刀架，重力G6和支座反力R16 均垂直于質心，R45沿桿方向由C指向B，慣性力Fi6大小可由運動分析求得，方向水平向左。選取比例尺μ=(40N)/mm，受力分析和力的多邊形如圖所示：

已知：

已知P=9000N，G6=800N，又ac=ac5=4.58m/s2 那么我們可以計算 FI6=-G6/g×ac =-800/10×4.5795229205 =-366.361N 又ΣF=P + G6 + FI6 + F45 + FRI6=0，方向 //x軸 → ← B→C ↑ 大小 9000 800 √ ？ ？ 又

ΣF=P + G6 + Fi6 + R45 + R16=0，方向

//x軸

→

←

B→C

↑ 大小

8000

620

√

？

？ 由力多邊形可得：F45=8634.495N

N=950.052 N 在上圖中，對c點取距，有

ΣMC=-P〃yP-G6XS6+ FR16〃x-FI6〃yS6=0 代入數(shù)據(jù)得x=1.11907557m ②.以3-4桿組為研究對象（μ=50N/mm）

已知： F54=-F45=8634.495N，G4=220N aB4=aA4〃 lO4S4/lO4A=2.261m/s2 , αS4=α4=7.797ad/s2

可得：

FI4=-G4/g×aS4 =-220/10×2.2610419N=-49.7429218N MS4=-JS4〃aS4=-9.356 對O4點取矩：

MO4= Ms4 + Fi4×X4 + F23×X23-R54×X54-G4×X4 = 0 代入數(shù)據(jù)，得：

MO4=-9.356-49.742×0.29+F23×0.4185+8634.495×0.574+220×0.0440=0 故：

F23=11810.773N Fx + Fy + G4 + FI4 + F23 + F54 = 0 方向： ？ ？ √ M4o4 √ √ 大?。?√ √ → √ ┴O4B √

解得：

Fx=2991.612N Fy=1414.405N 方向豎直向下

③.對曲柄分析，共受2個力，分別為F32,F12和一個力偶M,由于滑塊3為二力桿，所以F32=F34，方向相反，因為曲柄2只受兩個力和一個力偶，所以F12與F32等大反力。受力如圖：

h2=72.65303694mm,則，對曲柄列平行方程有，ΣMO2=M-F32〃h2=0 即

M=0.0726*11810.773=0，即M=858.088N〃M

§3.4刨頭的運動簡圖

§3.5飛輪設計

1.環(huán)取取曲柄AB為等效構件，根據(jù)機構位置和切削阻力Fr確定一個運動循的等效阻力矩根據(jù)個位置時

值，采用數(shù)值積分中的梯形法，計算曲柄處于各的功

??。因為驅動力矩可視為

，確定等效驅動力常數(shù)，所以按照

矩Md。

2.估算飛輪轉動慣量 由

確定等效力矩。

§3.6凸輪機構設計

1.已知：擺桿為等加速等減速運動規(guī)律，其推程運動角?o?=10o，回程運動角?0'=70o，擺桿長度=70遠休止角001lo9D=135mm，最大擺角?max=15o，許用壓力角[?]=38.2.要求:(1)計算從動件位移、速度、加速度并繪制線圖。（2）確定凸輪機構的基本尺寸，選取滾子半徑，劃出凸輪實際輪廓線，并按比例繪出機構運動簡圖。

3.設計步驟：

1、取任意一點O2為圓心，以作r0=45mm基圓；

2、再以O2為圓心，以lO2O9/μl=150mm為半徑作轉軸圓；

3、在轉軸圓上O2右下方任取一點O9;

4、以O9為圓心，以lOqD/μl=135mm為半徑畫弧與基圓交于D點。O9D即為擺動從動件推程起始位置，再以逆時針方向旋轉并在轉軸圓上分別畫出推程、遠休、回程、近休，這四個階段。再以11.6°對推程段等分、11.6°對回程段等分（對應的角位移如下表所示），并用A進行標記，于是得到了轉軸圓山的一系列的點，這些點即為擺桿再反轉過程中依次占據(jù)的點，然后以各個位置為起始位置，把擺桿的相應位置

?畫出來，這樣就得到了凸輪理論廓線上的一系列點的位置，再用光滑曲

線把各個點連接起來即可得到凸輪的外輪廓。

5、凸輪曲線上最小曲率半徑的確定及滾子半徑的選擇

（1）用圖解法確定凸輪理論廓線上的最小曲率半徑min?：先用目測法估計凸輪理論廓線上的min?的大致位置（可記為A點）；以A點位圓心，任選較小的半徑r 作圓交于廓線上的B、C點；分別以B、C為圓心，以同樣的半徑r畫圓，三個小圓分別交于D、E、F、G四個點處，如下圖9所示；過D、E兩點作直線，再過F、G兩點作直線，兩直線交于O點，則O點近似為凸輪廓線上A點的曲率中心，曲率半徑?min?OA?；此次設計中，凸輪理論廓線的最小曲率半徑?min? 26.7651mm。

凸輪最小曲率半徑確定圖（2）凸輪滾子半徑的選擇（rT）

凸輪滾子半徑的確定可從兩個方向考慮： 幾何因素——應保證凸輪在各個點車的實際輪廓曲率半徑不小于1~5mm。對于凸輪的凸曲線處???C?rT，對于凸輪的凹輪廓線???C?rT（這種情況可以不用考慮，因為它不會發(fā)生

失真現(xiàn)象）；這次設計的輪廓曲線上，最

小的理論曲率半徑所在之處恰為凸輪

上的凸曲線，則應用公式：???min?rT?5?rT??min?5?21.7651mm；滾

子的尺寸還受到其強度、結構的限制，不能做的太小，通常取rT?(0.1?0.5)r0

及4.5?rT?22.5mm。綜合這兩方面的考慮，選擇滾子半徑可取rT=15mm。

然后，再選取滾子半徑rT，畫出凸輪的實際廓線。設計過程 1.凸輪運動規(guī)律 推程0≤2φ≤δo /2時：

???2?max1??2??20????4?max?1?2????0,?0???0??2???4?max?2 ????1??20

推程δo /2≤φ≤δo時：

????2?max1?max?(?2??20??)0????4?max?1?(?????20??)0???0?2,??0???4?max?2????1???20

回程δo+δs01≤φ≤δo+δs+δ'o/2時：

????2?max1??max2??'2?0????4?max?1??????'2?0??0,?0'??2???4?max?2????1???'20

回程δo+δs+δ’o/2≤φ≤δo+δs+δ’o時：????2?max1(?0'??)2??'20????4?max?1??(?????'20'??)0???0'?2,??0'???4?max?2????1??'20

2.依據(jù)上述運動方程繪制角位移ψ、角速度ω、及角加速度β的曲線，由公式得出如下數(shù)據(jù)關系（1）角位移曲線：

（2）角速度ω曲線:

（3）角加速度曲線:

4）、求基圓半徑ro及l(fā)O9O2

3.由所得數(shù)據(jù)畫出從動桿運動線圖

§3.7齒輪機構設計 1、設計要求：

計算該對齒輪傳動的各部分尺寸，以2號圖紙繪制齒輪傳動的嚙合圖，整理說明書。

2.齒輪副Z1-Z2的變位系數(shù)的確定

齒輪2的齒數(shù)Z2確定：

ｉo＇＇2=40＊Z2／16＊13=n0＇＇／no2=7.5

得Z2=39

取x1=-x2=0.5

x1min=17-13／17=0.236 x2min=17-39／17=-1.29

計算兩齒輪的幾何尺寸：

小齒輪

d1=m＊Z1=6＊13=78mm

ha1=（ha*+x1）*m=（1+0.5）*6=9mm

hf1=（ha*+c*-x1）*m=（1+0.25-0.5）*6=4.5mm

da1=d1+2*ha1=78+2*9=96

df1=d1-2*h f1=78-9=69

db1=d1*cosɑ=78*cos20?=73.3

四 心得體會

機械原理課程設計是機械設計制造及其自動化專業(yè)教學活動中不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)。作為一名機械設計制造及其自動化大三的學生，我覺得有這樣的實訓是十分有意義的。在已經(jīng)度過的生活里我們大多數(shù)接觸的不是專業(yè)課或幾門專業(yè)基礎課。在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎理論面，如何去面對現(xiàn)實中的各種機械設計？如何把我們所學的專業(yè)理論知識運用到實踐當中呢？我想這樣的實訓為我們提供了良好的實踐平臺。

一周的機械原理課程設計就這樣結束了，在這次實踐的過程中學到了很多東西，既鞏固了上課時所學的知識，又學到了一些課堂內學不到的東西，還領略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質，更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調合作的機制，最重要的還是自己對一些問題的看法產生了良性的變化。

其中在創(chuàng)新設計時感覺到自己的思維有一條線發(fā)散出了很多線，想到很多能夠達到要求的執(zhí)行機構，雖然有些設計由于制造工藝要求高等因素難以用于實際，但自己很欣慰能夠想到獨特之處。這個過程也鍛煉了自己運用所學知識對設計的簡單評價的技能。

五、參考文獻

1、《機械原理教程》第7版

主編：孫桓

高等教育出版社

2.《機械原理課程設計指導書》主編:戴娟

高等教育出版社

3.《理論力學》主編：尹冠生

西北工業(yè)大學出版社

第三篇：機械原理教案

課程教案

（按章編寫）

課程名稱：機械原理

適用專業(yè)：機械設計制造及自動化等機械類專業(yè) 年級、學年、學期：2010級，2011-2012學年第一學期 教材：《機械原理》，鄒慧君 張春林 李杞儀主編，高等教育出版社，2006

《機械原理》，黃錫鎧 鄭文緯主編，高等教育出版社，1999

任課教師：胡昌軍

編寫時間：2011年08月 機械原理課程教案

緒 論

緒 論

一、教學目標及基本要求

1.認識和了解機器及其基本功能結構—機構；了解機構的基本功能和結構特征；對機構、可動聯(lián)接、構件、零件等有明確的概念和具體的認識。

2.了解本課程的研究對象、主要內容以及在機械設計和人才培養(yǎng)中的地位和作用；了解學習本課程的要求和方法

通過“緒論”的學習，使學生能為后繼內容的學習打下一定的感性認識和理性認識基礎；明確本課程的內容與作用，激發(fā)學生學習的興趣和積極性。

二、教學內容及學時分配

第一節(jié) 機器的功能結構及機構（1學時）第二節(jié) 機械原理課程的定位與任務

第三節(jié) 機械原理課程的主要內容、基本要求與學習方法（第二、三節(jié)共0.5學時）

三、教學內容的重點和難點

1.從機器及機械系統(tǒng)的總體去認識機構。

2.機構的基本功能特征—傳遞與變換運動；機構的基本功能結構—構件及可動聯(lián)接。3.本課程的學習內容與要求，注意突出其系統(tǒng)綜合性和創(chuàng)新性。

四、教學內容的深化與拓寬

介紹本學科領域的現(xiàn)狀及發(fā)展前沿。

五、教學方式與手段及教學過程中應注意的問題

充分利用多媒體教學手段，通過典型機器案例的功能分析、結構分析及工作過程（特別是其運動傳遞、變換與做功的過程）分析，具體、形象、生動地認識了解機構及其結構與運動學特征，認識典型常用機構。

應強調學習知識和培養(yǎng)培養(yǎng)能力是相輔相成的，但后者比前者更重要。本課程的教學內容較多而教學時數(shù)相對較少，因此在講授本課程時，著重講重點、講難點、講思路、講方法。學生在學習本課程時，應把重點放在掌握研究問題的基本思路和方法上，著重于能力的培養(yǎng)。這樣，就可以利用自己的能力去獲取新的知識。

六、主要參考書目 黃茂林，秦偉主編．機械原理．北京：機械工業(yè)出版社，2002 2 申永勝主編．機械原理教程．北京：清華大學出版社，1999 3 王知行，劉廷榮主編．機械原理．北京：高等教育出版社，2000

七、相關的實踐性環(huán)節(jié)

參觀機械創(chuàng)新設計實驗室，認識及了解典型機器和機構。

機械原理課程教案

緒 論

八、課外學習要求

學生通過自學了解本學科（機械學、機構學）領域的現(xiàn)狀及發(fā)展方向、機械工程在國民經(jīng)濟中的地位和作用。

九、思考題 0-1~0-3 2 機械原理課程教案

第一章 機構的結構設計

第一章 機構的結構設計

一、教學目標及基本要求

1.從功能與結構設計的角度認識和了解運動副與運動副元素。

2.熟練掌握機構運動簡圖的繪制方法。能夠將實際機構或機構的結構簡圖繪制成機構運動簡圖；能看懂各種復雜機構的運動簡圖；能用機構運動簡圖表達自己的設計構思。

3.了解運動鏈和機構的結構以及機構結構設計的理論和方法，掌握運動鏈成為機構的條件。

4.熟練掌握機構自由度的計算方法，從結構和功能設計的角度了解局部自由度及虛約束，能準確識別出機構中存在的復合鉸鏈、局部自由度和虛約束，并作出正確處理；

5.掌握機構的組成原理和結構分析方法。了解高副低代的方法；會判斷桿組、桿組的級別和機構的級別；學會將Ⅱ級、Ⅲ級機構分解為機架、原動件和若干基本桿組的方法。

二、教學內容及學時分配

第一節(jié) 機構的基本結構及簡圖（1.5學時）

第二節(jié) 運動鏈及機構的自由度計算和機構運動簡圖的繪制（2.5學時）第三節(jié)平面運動鏈與機構的結構設計（1學時）

第四節(jié) 按基本桿組的機構結構綜合與結構分析（1.5學時）

三、教學內容的重點和難點 重點：

1.機構運動簡圖的繪制。2.機構自由度的計算。3.運動鏈成為機構的條件。4.機構的組成原理與結構分析。難點：

1.機構運動簡圖的繪制。

2.復合鉸鏈的準確識別和虛約束的正確判斷。

四、教學內容的深化與拓寬 空間單封閉形機構自由度計算。

五、教學方式與手段及教學過程中應注意的問題 充分利用多媒體教學手段，圍繞教學基本要求進行教學。

本章是進入整個機械系統(tǒng)設計的開篇。它不僅為學習各類機構的運動設計和動力設計打下必要的基礎，也為機械系統(tǒng)方案設計和新機構的創(chuàng)新設計提供一條途徑。在教學過程中，應注重突出重點，多采用啟發(fā)式教學以及教師和學生的互動。運動簡圖是設計者交流設計思想所需要的一種工程語言，既要求簡潔，又要在討論和評價設計方案時，能夠正確表達設計思想，顯示出設計方案；保證機構運動學、動力學分析計算無誤。介紹繪制機構運動簡圖和 3 機械原理課程教案

第一章 機構的結構設計

機構自由度計算時，應通過典型例題的分析，指出初學者容易犯的錯誤，并要求學生在繪制機構運動簡圖和機構自由度計算時，采用正確、嚴謹?shù)牟襟E。

六、主要參考書目 黃茂林，秦偉主編．機械原理．北京：機械工業(yè)出版社，2002 2 申永勝主編．機械原理教程．北京：清華大學出版社，1999 3 王知行，劉廷榮主編．機械原理．北京：高等教育出版社，2000 4 曹惟慶．機構組成原理．北京：高等教育出版社，1983

七、相關的實踐性環(huán)節(jié)

機械設計及結構展示與分析實驗。

八、課外學習要求

自學虛約束與過約束的設計及分析、運動鏈結構公式推導法、運動鏈的演化與派生及運動副元素與構件的功能結構演化等內容。

九、習題

1-2，1-4，1-5，1-6 4 機械原理課程教案

第二章平面連桿機構及其分析與設計

第二章平面連桿機構及其分析與設計

一、教學目標及基本要求

1.掌握平面連桿機構的基本類型，掌握其演化方法。

2.掌握平面連桿機構的運動特性，包括具有整轉副和存在曲柄的條件、急回運動、機構的行程、極限位置、運動的連續(xù)性等；

3.掌握平面連桿機構運動分析的方法，學會將復雜的平面連桿機構的運動分析問題轉換為可用計算機解決的問題。

4.掌握連桿機構的傳力特性，包括壓力角和傳動角、死點位置、機械增益等；能夠熟練地對移動副中的摩擦問題進行分析計算；掌握轉動副中摩擦問題分析和計算方法；掌握機械效率的概念、效率的各種表達形式及機械效率的計算方法；正確理解自鎖的概念，掌握確定自鎖條件的方法。

5.掌握平面連桿機構的靜力學分析方法，學會合理選擇與設計平面連桿機構。6.了解平面連桿機構設計的基本問題，掌握根據(jù)具體設計條件及實際需要，選擇合適的機構型式；學會按2~3個剛體位置設計剛體導引機構、按2~3個連架桿對應位置設計函數(shù)生成機構及按K值設計四桿機構；對機構分析與設計的現(xiàn)代解析法有清楚的了解。

二、教學內容及學時分配 第一節(jié) 概述（1.5學時）

第二節(jié)平面連桿機構運動特性與分析方法（4.5學時）第三節(jié)平面連桿機構的傳力特性與受力分析（3.5學時）第四節(jié)平面四桿機構綜合的內容與方法（4.5學時）

三、教學內容的重點和難點 重點：

1.平面四桿機構的基本型式及其演化方法。

2.平面連桿機構的運動特性，包括存在整轉副的條件、從動件的急回運動及運動的連續(xù)性；平面連桿機構的傳力特性，包括壓力角、傳動角、死點位置、機械增益。

3.平面連桿機構運動分析的瞬心法、相對運動圖解法和桿組法。

4.總反力的確定，移動副和轉動副中摩擦問題的分析方法，自鎖條件的判定和機械效率的計算。

5.按給定2~3個位置設計剛體導引機構，按給定的2~3個對應位置設計函數(shù)生成機構，按K值設計四桿機構。

難點：

1.平面連桿機構運動分析的相對運動圖解法求機構的加速度。2.總反力的正確確定。

3.機械的自鎖問題及移動副自鎖條件的求解。4.按給定的2~3個對應位置設計函數(shù)生成機構。

機械原理課程教案

第二章平面連桿機構及其分析與設計

四、教學內容的深化與拓寬平面連桿機構的優(yōu)化設計。

五、教學方式與手段及教學過程中應注意的問題 充分利用多媒體教學手段，圍繞教學基本要求進行教學。

在教學中應注意要求學生對基本概念的掌握，如整轉副、擺轉副、連桿、連架桿、曲柄、搖桿、滑塊、低副運動的可逆性、壓力角、傳動角、極位夾角、行程速度變化系數(shù)、死點、自鎖、摩擦角、摩擦圓、總反力、速度影像、加速度影像、裝配模式等；基本理論和方法的應用，如影像法在機構的速度分析和加速度分析中的應用、連桿機構設計的剛化—反轉法等。在教學過程中，應注意突出重點，多采用啟發(fā)式教學以及教師和學生的互動。

六、主要參考書目 黃茂林，秦偉主編．機械原理．北京：機械工業(yè)出版社，2002 2 申永勝主編．機械原理教程．北京：清華大學出版社，1999 3 華大年，華志宏，呂靜平．連桿機構設計．上海：上?？茖W技術出版社，1995

七、相關的實踐性環(huán)節(jié)

機構運動學參數(shù)測試實驗，工業(yè)機器人認識及應用實驗，機械創(chuàng)新展示與分析實驗。

八、課外學習要求

自學運動分析的相對運動圖解法，機構的合理選用，平面四桿機構的優(yōu)化設計和空間連桿機構等內容。

九、習題

第一次 2-1，2-2，2-8，2-10，2-13，2-16 第二次 2-5，2-6，2-18，2-19，2-21，2-24，2-26 第三次 2-27，2-28，2-29，2-30，2-32 6 機械原理課程教案

第三章 凸輪機構及其設計

第三章 凸輪機構及其設計

一、教學目標及基本要求

1.了解凸輪機構的基本結構特點、類型及應用，學會根據(jù)工作要求和使用場合選擇凸輪機構。

2.了解凸輪機構的設計過程，對凸輪機構的運動學、動力學參數(shù)有明確的概念。3.掌握從動件常用運動規(guī)律的特點及適用場合，了解不同運動規(guī)律位移曲線的拼接原則與方法。

4.掌握凸輪機構基本尺寸設計的原則，學會根據(jù)這些原則確定移動滾子從動件盤形凸輪機構的基圓半徑、滾子半徑和偏置方向，擺動從動件盤形凸輪機構的擺桿長、中心距以及移動平底從動件平底寬度。

5.熟練掌握應用反轉法原理設計平面凸輪廓線，學會凸輪機構的計算機輔助設計方法。

二、教學內容及學時分配 第一節(jié) 概述

第二節(jié) 凸輪機構的傳力特性

第三節(jié) 凸輪機構的設計過程（第一、二、三節(jié)共1.5學時）

第四節(jié) 凸輪機構運動學參數(shù)和基本尺寸的設計（1學時）第五節(jié)平面凸輪輪廓曲線的設計（1.5學時）第六節(jié) 凸輪機構從動件的設計（1學時）

三、教學內容的重點和難點 重點：

1.凸輪機構的型式選擇。2.從動件運動規(guī)律的選擇及設計。

3.盤形凸輪機構基本尺寸的設計，凸輪輪廓曲線設計的圖解法和解析法。3.從動件的設計，包括高副元素形狀選擇，滾子半徑和平底寬度的確定。難點：

凸輪輪廓曲線設計的圖解法

四、教學內容的深化與拓寬 空間凸輪機構與高速凸輪機構簡介。

五、教學方式與手段及教學過程中應注意的問題 充分利用多媒體教學手段，圍繞教學基本要求進行教學。

在教學過程中應強調凸輪機構的運動學參數(shù)與結構參數(shù)的概念及其選用設計；應用反轉法原理進行凸輪輪廓曲線的圖解法設計時凸輪轉角的分度，要注意從動件反轉方向；正確確定偏置移動從動件凸輪機構在反轉過程中從動件所依次占據(jù)的位置線；滾子從動件凸輪機構理論輪廓曲線與實際輪廓曲線的聯(lián)系和區(qū)別等。要注意突出重點，多采用啟發(fā)式教學以及教 7 機械原理課程教案

第三章 凸輪機構及其設計

師和學生的互動。

六、主要參考書目 黃茂林，秦偉主編．機械原理．北京：機械工業(yè)出版社，2002 2 申永勝主編．機械原理教程．北京：清華大學出版社，1999 3 石永剛，徐振華．凸輪機構設計．上海：上?？茖W技術出版社，1995

七、相關的實踐性環(huán)節(jié) 凸輪機構運動參數(shù)測試實驗。

八、課外學習要求

學生通過自學了解空間凸輪機構的應用特點和高速凸輪機構設計應注意的問題。

九、習題

3-1，3-3，3-5，3-6，3-7，3-8，3-11，3-12 8

機械原理課程教案

第四章 輪系及其設計

第四章 輪系及其設計

一、教學目標及基本要求

1.了解各類輪系的組成和運動特點，學會判斷一個已知輪系屬于何種輪系。

2.熟練掌握各種輪系傳動比的計算方法，會確定主、從動輪的轉向關系；掌握周轉輪系的傳動特性與類型和結構的關系。

3.了解各類輪系的功能，學會根據(jù)各種要求正確選擇輪系類型。4.了解行星輪系效率的概念及其主要影響因素。

5.了解復合輪系的組合方法，學會分析復合輪系的組成，正確計算其傳動比。6.了解行星輪系設計的幾個基本問題；了解幾種其它類型行星傳動的原理及特點。

二、教學內容及學時分配 第一節(jié) 輪系的分類

第二節(jié) 定軸輪系及其設計（第一、二節(jié)共1學時）第三節(jié) 周轉輪系及其設計（3.5學時）第四節(jié) 復合輪系及其設計(0.5學時)第六節(jié) 少齒差傳動簡介（1學時）

三、教學內容的重點和難點 重點：

1.輪系傳動比的計算。2.輪系的設計。難點：

復合輪系傳動比計算

四、教學內容的深化與拓寬 新型少齒差傳動

五、教學方式與手段及教學過程中應注意的問題 充分利用多媒體教學手段，圍繞教學基本要求進行教學。

在教學過程中應注意強調應用反轉法原理求解周轉輪系傳動比方法的實質、轉化機構的概念、正確劃分基本輪系的方法。要注意突出重點，多采用啟發(fā)式教學以及教師和學生的互動。

六、主要參考書目 黃茂林，秦偉主編．機械原理．北京：機械工業(yè)出版社，2002 2 申永勝主編．機械原理教程．北京：清華大學出版社，1999 3 曲繼方，安子軍，曲志剛．機構創(chuàng)新設計．北京：科學出版社，2001

機械原理課程教案

第四章 輪系及其設計

七、相關的實踐性環(huán)節(jié) 參觀機械創(chuàng)新設計實驗室。

八、課外學習要求

自學定軸輪系的傳動效率計算、定軸輪系設計中的幾個問題、封閉型輪系的功率流等內容。

九、習題

4-1，4-2，4-5，4-6，4-7，4-9，4-13，4-14，4-18

機械原理課程教案

第五章 其它常用機構

第五章 其它常用機構

一、教學目標及基本要求

了解槽輪機構、棘輪機構、不完全齒輪機構、凸輪式間歇機構及螺旋機構的工作原理、運動特點和適用場合。

二、教學內容與學時分配 第一節(jié) 間歇運動機構 第二節(jié) 螺旋機構

第三節(jié) 摩擦傳動機構（第一、二、三節(jié)共1學時）

三、教學內容的重點和難點 重點：

1.槽輪機構、棘輪機構、不完全齒輪機構、凸輪式間歇運動機構及螺旋機構的組成和運動特點。

2.簡單螺旋機構與復式螺旋機構位移與轉角之間的關系。3.摩擦傳動機構傳動比的計算。

四、教學內容的深化與拓寬 液動、氣動機構及電磁傳動機構。

五、教學方式與手段及教學過程中應注意的問題 充分利用多媒體教學手段，圍繞教學基本要求進行教學。

本章教學應側重于概念分析，簡要介紹這些機構的工作原理、運動特點和適用場合。通過學習，開闊眼界和思路，擴大知識面，為機械系統(tǒng)方案設計提供一些基礎知識。在教學過程中，應注意突出重點，多采用啟發(fā)式教學以及教師和學生的互動。

六、主要參考書目 黃茂林，秦偉主編．機械原理．北京：機械工業(yè)出版社，2002 2 申永勝主編．機械原理教程．北京：清華大學出版社，1999

七、相關的實踐性環(huán)節(jié) 機電流體傳動控制實驗。

八、課外學習要求

自學液動機構、電磁傳動機構等內容。

九、思考題 5-1~5-4

機械原理課程教案

第六章 機械動力學

第六章 機械動力學

一、教學目標及基本要求

1.明確認識慣性力、慣性力矩對機械工作的穩(wěn)定性、動載荷和輸入力矩的影響，了解機構動態(tài)靜力分析的方法。

2.了解機械平衡的目的及其分類，掌握機械平衡的方法。熟練掌握剛性轉子的平衡設計方法，了解平衡試驗的原理及方法，了解平面機構慣性力平衡的方法。

3.掌握機械運轉過程的三個階段，機械系統(tǒng)的功、能量和原動件運動速度的特點。了解作用在機械中的力與某些運動參數(shù)之間的函數(shù)關系。

4.掌握建立單自由度機械系統(tǒng)等效動力學模型以確定機械的真實運動規(guī)律的基本思路及建立運動方程式的方法，能求解等效力矩和等效轉動慣量均是機構位置函數(shù)時機械的運動方程式。

5.了解周期性速率波動的調節(jié)方法，掌握飛輪調速原理及飛輪的設計方法，能求解等效力矩是機構位置函數(shù)時飛輪的轉動慣量。

二、教學內容與學時分配

第一節(jié) 機構的動態(tài)靜力分析 2學時 第二節(jié) 機械的平衡 1.5學時

第三節(jié) 機械的運轉及其速度波動的調節(jié) 4.5學時

三、教學內容的重點和難點 重點：

1.剛性轉子靜平衡、動平衡的原理及平衡設計方法。

2.單自由度機械系統(tǒng)等效動力學模型的建立及機械系統(tǒng)真實運動規(guī)律的求解。3.機械系統(tǒng)運動的波動及其調節(jié)方法。難點：

1.剛性轉子動平衡計算

2.等效力（力矩）、等效質量（等效轉動慣量的計算）

四、教學內容的深化與拓寬

機械系統(tǒng)的計算機輔助運動學和動力學。

五、教學方式與手段及教學過程中應注意的問題 充分利用多媒體教學手段，圍繞教學基本要求進行教學。

在教學過程中應強調，機械的真實運動規(guī)律是由其各構件的尺寸、質量、轉動慣量和作用在各構件上的力等許多參數(shù)決定的。只有根據(jù)這些參數(shù)確定出機械原動件的真實運動規(guī)律，才能進而對其進行運動分析，確定各構件的真實運動規(guī)律。了解機械的真實運動情況，是對機械進行動力學研究與分析所必需的。要注意突出重點，多采用啟發(fā)式教學以及教師和學生的互動。

機械原理課程教案

第六章 機械動力學

六、主要參考書目 黃茂林，秦偉主編．機械原理．北京：機械工業(yè)出版社，2002 2 申永勝主編．機械原理教程．北京：清華大學出版社，1999 3 唐錫寬，金德聞．機械動力學．北京：高等教育出版社，1984

七、相關的實踐性環(huán)節(jié) 剛性回轉體平衡實驗。

八、課外學習要求

自學機構動態(tài)靜力分析的圖解法等內容。

九、習題

6-1，6-4，6-5，6-7，6-8，6-11，6-14

機械原理課程教案

第七章 機械系統(tǒng)運動方案設計

第七章 機械系統(tǒng)運動方案設計

一、教學目標及基本要求

1.了解機械系統(tǒng)設計的整個過程，明確機械系統(tǒng)總體方案設計階段的設計目的及工作內容。

2.了解機械系統(tǒng)總體方案設計中應具有的現(xiàn)代設計觀念以及機械現(xiàn)代設計和創(chuàng)新設計的特點，逐步學會在機械執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)的方案設計和原動機選擇過程中，正確靈活運用這些設計思想。

3.了解機械執(zhí)行系統(tǒng)方案設計的過程和具體設計內容，學會根據(jù)機械預期實現(xiàn)的功能要求，進行功能原理設計的創(chuàng)新構思；學會根據(jù)工作原理提出的工藝動作要求，創(chuàng)造性地構思出合適的運動規(guī)律。

4.掌握執(zhí)行機構型式設計的原則，學會運用選型和構型的方法進行執(zhí)行機構型式的創(chuàng)新設計。

5.了解執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調設計的目的和原則，掌握機械運動循環(huán)圖的繪制方法。6.了解方案評價的意義、評價準則、評價指標和評價方法。

二、教學內容與學時分配

第一節(jié) 機械總體方案設計（1學時）

第二節(jié) 現(xiàn)代設計觀念與創(chuàng)新設計簡介（1學時）第三節(jié) 機械執(zhí)行系統(tǒng)運動方案設計（3學時）第五節(jié) 機械系統(tǒng)運動方案設計舉例（1學時）

（注：課內只安排2學時，著重介紹第一、三節(jié)的部分內容，其余內容安排在課程設計進行時講授）

三、教學內容的重點和難點 重點：

1.機械系統(tǒng)總體方案設計階段的設計內容和設計思想。

2.機械執(zhí)行系統(tǒng)方案設計的內容和全過程，執(zhí)行系統(tǒng)方案設計的具體方法。

四、教學內容的深化與拓寬 機械現(xiàn)代設計方法。

五、教學方式與手段及教學過程中應注意的問題 充分利用多媒體教學手段，圍繞教學基本要求進行教學。

在教學過程中，要強調機械總體方案設計是機械產品設計中十分重要的一環(huán)，產品的功能是否齊全、性能是否優(yōu)良，在很大程度上取決于總體方案設計階段的工作；執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計是機械總體方案設計的核心，對機械系統(tǒng)能否實現(xiàn)預期的功能以及工作質量的優(yōu)劣和產品在市場上的競爭力，都起著決定性的作用。要注意突出重點，多采用啟發(fā)式教學以及教師和學生的互動。

機械原理課程教案

第七章 機械系統(tǒng)運動方案設計

六、主要參考書目 黃茂林，秦偉主編．機械原理．北京：機械工業(yè)出版社，2002 2 申永勝主編．機械原理教程．北京：清華大學出版社，1999

七、相關的實踐性環(huán)節(jié)

機械創(chuàng)意組合設計實驗，機械運動方案創(chuàng)新設計實驗。

八、課外學習要求

自學現(xiàn)代設計觀念與創(chuàng)新設計、機械傳動系統(tǒng)的方案設計和原動機的選擇、機械系統(tǒng)運動方案設計舉例等內容。

九、思考題 7-1~7-3 15

第四篇：機械原理問答題

1.構具有確定運動的條件是什么？若此條件不滿足，將會產生什么結果？

機構具有確定運動的條件是F＞0，且F等于原動件數(shù)。F＞0時，如原動件數(shù)目少于自由度數(shù)，則運動不能確定；如原動件數(shù)目多于自由度數(shù)，則機構不能滿足所有原動件的給定運動。F＝0時，構件之間不可能存在相對運動，是一個剛性桁架。F＜0時，構件之間所受約束過多，成為超靜定桁架。

2.何謂平面連桿機構？何謂平面四桿機構？何謂鉸鏈四桿機構？

平面連桿機構是許多構件用低副（轉動副和移動副）連接組成的平面機構，有時也稱為低副機構。由四個構件組成的平面連桿機構稱為平面四桿機構。全部四個運動副都是轉動副的平面四桿機構，稱為鉸鏈四桿機構。

3.平面連桿機構有哪些優(yōu)缺點？

優(yōu)點：面接觸，承載能力高，耐磨損；制造簡便，易于獲得較高的制造精度。缺點：不易精確實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律；設計較為復雜；構件數(shù)和運動副數(shù)較多時，效率較低。

4.剛性轉子的靜平衡條件和動平衡條件是什么？

靜平衡：偏心質量產生的慣性力平衡，離心慣性力的合力為零；動平衡：偏心質量產生的慣性力和慣性力矩同時平衡，離心慣性力系的合力及合力矩為零。

5.飛輪是如何調節(jié)周期性速度波動的？

飛輪實質是一個能量儲存器。當機械出現(xiàn)盈功速度上升時，飛輪的角速度只做微小上升，他將多余的能量儲存起來；當機械出現(xiàn)虧功速度下降時，他將能量釋放出來，飛輪的角速度只做微小下降。

6.造成轉子動不平衡的原因是什么？如何平衡？

轉子的偏心質量產生的慣性力和慣性力偶矩不平衡。平衡方法：增加或減少配重使轉子偏心質量產生的慣性力和慣性力偶矩同時平衡。

7.造成轉子不平衡的原因？平衡目的是什么？

原因：轉子質心與其回轉中心存在偏距。平衡目的：使構件的不平衡慣性力和慣性力矩平衡以消除或減小其不良影響。

8.何謂凸輪工作廓線的變尖現(xiàn)象和推桿運動的失真現(xiàn)象？它對凸輪機構的工作有何影響？如何加以避免？

凸輪理論廓線的曲率半徑ρ等于滾子半徑時，實際廓線的曲率半徑為零。于是工作廓線將出現(xiàn)尖點，尖點變尖現(xiàn)象。應在滿足滾子強度條件下，減小其半徑大小。當ρ

9.鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件是什么？以不同構件為機架時，各為何種機構？

⑴最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；⑵取最短桿或最短桿相鄰桿為機架。取最短桿為機架時，為雙曲柄機構。取最短桿相鄰桿為機架時，為曲柄搖桿機構。

10.何謂壓力角？何謂傳動角？它們的大小對連桿機構工作有何影響？

在不計各桿質量和運動副中的摩擦的情況下，作用在從動件上的驅動力和該力作用點處從動件的絕對速度之間所夾的銳角，稱為壓力角，用α表示。壓力角的余角，稱為傳動角，用γ表示。α越小，γ越大，傳動越省力，機構傳力性能越好，傳動效率越高。反之，α越大，γ越小，傳動越費力，機構傳力性能越差，傳動效率越低，并有可能自鎖。

11.凸輪輪廓曲線設計的基本原理是什么？如何選擇推桿滾子半徑？。

1）反轉法原理。2）在滿足強度條件下，保證凸輪實際輪廓曲線不出現(xiàn)尖點和失真，即小于凸輪理論輪廓的最小曲率半徑。

12.凸輪機構有哪些優(yōu)缺點？

優(yōu)點：只要正確地設計和制造出凸輪的輪廓曲線，就能把凸輪的回轉運動準確可靠地轉變?yōu)閺膭蛹A期的復雜運動規(guī)律的運動，而且設計簡單；凸輪機構結構簡單、緊湊、運動可靠。缺點：凸輪與從動件之間為點或線接觸，故難以保持良好的潤滑，容易磨損；加工制造較復雜。

13.何謂凸輪機構的壓力角？壓力角的大小與凸輪機構的傳力性能有何關系？

壓力角是不計摩擦時，凸輪對從動件的作用力（法向力）與從動件上受力點速度方向所夾的銳角。壓力角越小，凸輪機構的傳力性能越好。

14.判定機械自鎖的條件有哪些？

1）驅動力位于摩擦錐或摩擦圓內；2）機械效率小于等于0；3）工作阻力小于或等于0。

15.齒輪機構有哪些主要優(yōu)缺點?

齒輪機構的優(yōu)點有：使用的圓周速度和功率范圍廣；效率較高；能保證恒定的傳動比；壽命長；工作平穩(wěn)，可靠性高；能傳遞任意夾角兩軸間的運動。缺點有：制造、安裝精度要求較高，因而成本也較高；不宜作遠距離傳動。

16.機構運動分析當中的加速度多邊形具有哪些特點？

1）極點p’的速度為零；2)由極點向外放射的矢量代表絕對加速度，而連接倆絕對加速度矢端的矢量代表該兩點的相對加速度；3)加速度多邊形相似于同名點在構件上組成的多邊形。

17.要使一對齒輪傳動時保持定角速比，則齒廓曲線應滿足什么條件？

欲使兩齒輪瞬時角速比恒定不變，則無論齒廓在何處嚙合，過接觸點所作的齒廓公法線必須與連心線交于一個定點。

18.什么是齒輪的節(jié)圓？標準直齒輪在什么情況下其節(jié)圓與分度圓重合？

經(jīng)過節(jié)點、分別以兩嚙合齒輪回轉中心為圓心的兩個相切的圓稱為節(jié)圓。當兩標準齒輪按標準中心距安裝時其節(jié)圓與分度圓重合。

19.圓的漸開線是怎樣形成的？有哪些主要性質？

當一直線在一圓周上純滾動時，此直線上任意一點的軌跡稱為該圓的漸開線。這個圓稱為漸開線的基圓，該直線稱為發(fā)生線。

漸開線的性質有：1)發(fā)生線在基圓上滾過的一段長度等于基圓上相應被滾過的一段弧長。2)漸開線上任意一點的法線必與基圓相切。3)漸開線齒廓上各點的壓力角不等。離輪心越遠，壓力角越大。4)漸開線的形狀取決于基圓的大小。5)基圓內無漸開線。

20.漸開線齒廓嚙合的特點？

1）定傳動比；2）可分性；3）輪齒的正壓力方向不變

21.漸開線齒輪有哪些傳動特性？

1）漸開線齒廓滿足定角速比要求。2）漸開線齒輪傳動嚙合角不變，正壓力的大小和方向也不變，傳動過程比較平穩(wěn)。3）漸開線齒廓具有中心距的可分性。

22.什么是標準中心距？一對標準齒輪的實際中心距大于標準中心距時，其傳動比和嚙合角分別有無變化？

一對標準齒輪安裝時他們的分度圓相切即各自分度圓與節(jié)圓重合時的中心距為標準中心距。當實際中心距大于標準中心距時，傳動比不變，嚙合角增大。

23.漸開線直齒圓柱齒輪/外嚙合斜齒圓柱齒輪輪傳動/直齒錐齒輪傳動/蝸桿傳動的正確嚙合條件是什么？

兩輪的模數(shù)和壓力角分別相等/兩斜齒輪的法面模數(shù)相等；兩斜齒輪的法面壓力角相等；兩斜齒輪的螺旋角大小相等，方向相反。/兩輪大端模數(shù)相等，兩輪壓力角相等，兩輪外錐距相等/蝸桿的軸向模數(shù)等于蝸輪的端面模數(shù)，蝸桿的軸向壓力角等于蝸輪的端面壓力角，蝸桿中圓柱上螺旋線的導程角等于蝸輪分度圓上的螺旋角，且螺旋線方向相同。

24.何謂漸開線齒輪的重合度？它對傳動有何影響？齒輪連續(xù)傳動的條件是什么？

實際嚙合線長度與基圓齒距的比值稱為重合度，以ε表示。重合度大對提高齒輪傳動的平穩(wěn)性和承載能力都有重要意義齒輪連續(xù)傳動的條件是ε＞1。

25.什么叫根切？有何危害？

用展成法加工齒輪時，若刀具的齒頂線（或齒頂圓）超過理論嚙合線極限點N時，被加工齒輪齒根附近已加工出的漸開線齒廓將被切去一部分，這種現(xiàn)象稱為根切。根切使齒輪的抗彎強度削弱、承載能力降低、嚙合過程縮短、傳動平穩(wěn)性變差，因此應避免根切。

26.什么是機械的自鎖？移動副和轉動副自鎖的條件分別是什么？

自鎖：無論驅動力多大，機構都不能運動的現(xiàn)象。移動副條件：驅動力作用在摩擦錐里；轉動副條件：驅動力作用在摩擦圓里。

27.直齒圓柱齒輪傳動存在哪些主要缺點？斜齒圓柱齒輪傳動有何優(yōu)缺點？

直齒圓柱齒輪傳動在高速重載的情況下，會出現(xiàn)傳動不平穩(wěn)和承載能力差的情況。斜齒圓柱齒輪傳動運轉平穩(wěn)，噪聲小；承載能力較高；不根切最少齒數(shù)小于直齒輪。主要缺點是有軸向力。

28.什么是周轉輪系？什么是周轉輪系的轉化輪系？

至少有一個齒輪的軸線的位置不固定，而繞其他固定軸線回轉的輪系稱為周轉輪系。在周轉輪系加上公共角速度-ωH后，行星架相對靜止，此時周轉輪系轉化成定軸輪系，這個假想的定軸輪系即為轉化輪系。

29.螺旋角β對斜齒輪的傳動性能有何影響？其取值范圍如何？

螺旋角β對斜齒輪的傳動性能影響很大。β較小，優(yōu)點不突出；β太大，則軸向力太大。設計時一般取β=8°-20°。

第五篇：機械原理課程設計

機械原理課程設計

培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新思維能力是高等教育改革的一項重要任務．機械原理是機械類專業(yè)必修的一 門重要的技術基礎課，它是研究機械的工作原理、構成原理、設計原理與方法的一門學科，特別是機械原理

課程中關于機械運動方案的設計是機械工程設計中最具有創(chuàng)造性的內容，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計能力起

著十分重要的作用．機械原理課程設計是機械原理教學的一個重要實踐環(huán)節(jié)，以往我們在機械原理課程設

計中存在著很多不足，主要問題是學生完成課程設計后，在后續(xù)課程的學習與實踐中，不能正確地選用和

設計機構，特別是創(chuàng)造性設計能力與分析解決實際工作問題的能力、動手能力和適應能力顯得不足．高等

學校工科本科《機械原理課程教學基本要求》中，對機械原理課程設計提出的要求是：“結合一個簡單的機

械系統(tǒng)，綜合運用所學的理論和方法，使學生受到擬定機械運動方案的訓練，并能對方案中某些機構進行

分析和設計”．它要求針對某種簡單機械進行機械運動簡圖設計，其中包括機器功能分析、工藝動作過程確

定、執(zhí)行機構選擇、機械運動方案評定、機構尺度綜合等．依據(jù)這一基本精神，要求把培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計、開拓能力作為一條主線貫穿于課程設計的始終，在深入掌握機械原理基本知識、強化學生運算能力和繪圖

基本功的同時，開展創(chuàng)造性教育，培養(yǎng)學生創(chuàng)造性設計能力．如何在機械原理課程設計中體現(xiàn)這種能力培

養(yǎng)，幾年來我們不斷地對課程設計內容、設計方法和設計手段等進行了一些探索與實踐． 1 合理安排課程設計內容，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力

對于機械原理課程設計的內容選擇，以往教學中存在著兩種不同的看法：一種認為選用已有的典型機 械，對其進行比較系統(tǒng)的運動分析與受力分析等，以加深學生對機械原理課程各章節(jié)內容的理解和掌握；

另一種認為根據(jù)某些功能要求，要求學生獨立地確定機械系統(tǒng)的運動方案，并對其中的某些機構進行設

計．前者側重于分析，后者則側重于設計．我們在課程設計內容選擇問題上也進行了多年探索，如以培養(yǎng)學

生的運算、繪圖的基本技能和鞏固基本知識為主要目的，選用對典型機械進行分析設計的題目，但是在后

續(xù)的課程教學中發(fā)現(xiàn)學生創(chuàng)造性設計新機械的能力與分析解決實際工作問題的能力和適應能力顯得不

足．我們也曾經(jīng)嘗試只給出設計題目，讓學生自己獨立地進行機械運動方案確定和對其中某些機構進行設

計．雖然這種設計內容能夠促使學生主動地進行獨立思考，自覺地進行一些相關資料的查詢，但是由于學

生沒有進行過一次比較系統(tǒng)的設計過程訓練，大多數(shù)學生不知從哪里下手，較難進入設計狀態(tài)，設計

過程

中出現(xiàn)多次反復修改使得設計進度非常緩慢．從最后的設計結果來看，只有少數(shù)學生比較理想，多數(shù)學生的設計都出現(xiàn)了一些錯誤，設計結果不能滿足題目要求，而且由于多次修改使得圖面質量較差．經(jīng)過多年的探索與實踐，我們認為在機械原理課程設計中，分析與設計都是很重要的兩個環(huán)節(jié)，對典型機械的分析__和學生獨立創(chuàng)新機械的設計對于學生來說都是不能缺少的．那么怎樣才能在有限的設計時間內把這些內

容都安排進去而又同時能保證設計質量呢?我們結合現(xiàn)有實際條件，交給學生的課程設計內容是：先進行

典型的機械分析，然后進行創(chuàng)新機械設計．我們選擇了牛頭刨床傳動方案作為課程設計題目，要求學生不

能照搬現(xiàn)有牛頭刨床傳動方案，每個學生必須至少提出一種新的傳動方案，并且提出的方案越多越好．學

生在方案構思過程中，積極查閱資料，熱烈討論，表現(xiàn)出了極大的主動性，提出了很多方案，最后經(jīng)過歸納

得出l0種可以實現(xiàn)刨床運動要求的方案，如圖I所示．在這一過程中，使學生突破了固有傳動方案模式，拓寬了方案構思思路，得到了一次提高創(chuàng)新思維能力的訓練．