机械原理（Theory of Machines and Mechanisms）是机械类专业中研究机械共性问题的一门主干技术基础课，是机械类各专业必修的重要课程之一。使学生掌握机构学和机械动力学的基础理论、基本知识和基本技能；掌握范成法切制渐开线齿轮的基本方法，并初步具有确定机械运动方案、分析和设计机构的能力。在培养机械类高级工程技术人才的全局中，具有增强学生对机械技术工作的适应性，培养其开发创新能力的作用。
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和机械动力学。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。
不同的机器往往由有限的几种常用机构组成，如内燃机、压缩机和冲床等的主体机构都是曲柄滑块机构。这些机构的运动不同于一般力学上的运动，它只与其几何约束有关，而与其受力、构件质量和时间无关。1875年，德国的 F.勒洛把上述共性问题从一般力学中独立出来，编著了《理论运动学》一书，创立了机构学的基础。书中提出的许多概念、观点和研究方法至今仍在沿用。1841年，英国的R.威利斯发表《机构学原理》。19世纪中叶以来，机械动力学也逐步形成。进入20世纪，出现了把机构学和机械动力学合在一起研究的机械原理。1934年，中国的刘仙洲所著《机械原理》一书出版。1969年，在波兰成立了国际机构和机器原理协会，简称IFTOMM。
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。
按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，还必须研究由上述因素引起的运动变化。因而从40年代开始，又提出了机构精确度问题。由于航天技术以及机械手和工业机器人的飞速发展，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。
通过《机械原理》的教学，使学生了解和掌握机构学和机械动力学的基本理论和基本知识，并初步具有分析和设计机构的能力，增强学生对机械技术工作的适应性，具有培养其开发创新能力的作用。在培养机械类高级工程技术人才的全局中，本课程为学生今后从事机械设计、研究和开发创新奠定必要的基础，使学生具有掌握工程基础知识和本专业的基本理论知识及具备解决工程技术问题的初步技能。
主要教学内容包括基本知识学习、案例分析、创新实践、名家讲谈四个方面。
基本知识学习平面机构的结构分析，平面机构的运动分析、力分析，平面机构的平衡；常见机构（平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系）及其设计；运动方案的拟定等。
案例分析
结合所学章节内容对典型机械产品进行案例分析，讲解各典型机构工作原理及运动学特性，掌握典型机构的设计方法。如焊接机器人、挖掘机、港口起重机、啤酒灌装机、工业用振动筛、汽车差速器、轿车转向装置、牛头刨床、单冲程发动机、油田抽油机、大型压力机、汽车档位转换装置等。
创新实践
针对具体题目提出新的设计方案，并进行运动学和动力学分析，分析结果作为大作业上交任课教师，由任课老师评判完成质量。拟选择题目如：自动铸造生产线自动反箱装置、公共汽车安全门驱动装置、适于大型集会用新型折叠椅、运动员专项力量训练器、自动凉衣架、高楼逃生装置、仿震避难床等。
名家讲坛
邀请知名企业工程师作报告，教授具体机构、机器的设计方法和步骤。重点联系国内知名企业如济南柴油机厂、潍坊柴油机厂、临沂工程机械厂、济南机床一厂、济南机床二厂、济南重型汽车集团、莱芜钢铁集团有限公司、山东省机械设计院、等企事业单位，邀请高级工程师专题讲授。
（1）应用多媒体与板书相结合的教学方法。充分发挥学校数字化教室的硬体优势。多媒体软体和资源对于提出问题，揭示矛盾，从工程背景引出理论问题，培养学生发现问题的能力具有很好的效果。并对于扩大课堂信息量，增进工程实践意识，开展师生互动式教学，加强学生对重点、难点的理解和记忆，具有明显的效果。同时，也要利用板书解决讲授中的重点、难点，遵循由浅入深、由简单到复杂、由易到难的教学规律，使学生易于理解所学知识。
（2）在教学中注意在简捷的数学推导过程中突出思路、突出方法。因此，在数学推导前，首先要有定性分析，使学生懂得「问题是什么」「问题的性质是什么」「解决问题的方法是什么」特别注意启发式教学，少一些理论与推导，多一些问题的分析与讨论。
（3）大学教育应该是「授人以渔」不是「授人以鱼」。因而在教学过程中关键是要教会学生学习的方法，使得终身受益。要为学生留出充分的思维空间，留出一些问题让学生去想、去自学、去研究；要改变教师「一言堂」，展开课堂讨论，活跃学术气氛。在选课后习题时，要精而少，避免学生”照猫画虎”，让学生自己去思考学过的知识，并把知识应用到解题中。
通过该课程的先进教学方法和教学手段，使学生在较短课时掌握较多知识。学生从对本专业的茫然到了解，最后热爱专业，学生不仅要知道机械原理的内容、思维方式和解决问题的方法，而且要激发他们对机制专业的探索和开拓激情，以及对科学执著的追求精神。
2.学习、研究方法指导
本课程是一门技术基础课，其最显著的特点是基础理论与工程实际的结合。要用到物理、数学、力学、机械制图和工程材料及机械制造基础等先修课程的知识，尤其是理论力学的知识。但并不是这些课程的简单重复，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，在学习本课程时应注意掌握基本的概念、原理及机构的分析与综合的方法。
注重理论联系实际: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。
初步建立工程观点:本课程要用到很多与工程有关的名词、符合、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，除解析法外还介、实验法以及试凑等一些工程中实用的方法。因此在学习时，对名词应正确理解其含义，对公式应着重于应用，而对方法则着重掌握其基本原理和作法。另外，实际工程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。
认真对待教学的每一个环节: 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。
机械原理章节
第0章 绪论
教学要点：本课程的研究对象、内容以及在培养机械类高级工程技术人才全局中的地位、作用和任务。对机械原理学科的新发展有所了解。
1、 明确机械原理的研究对象。
2、了解机械原理课程的内容及在培养人才中的地位、任务和作用。
3、联系实际介绍机械原理学科的发展现状及最新发展趋势。
第1章 平面机构的结构分析
教学要点：绘制机构运动简图；计算平面机构的自由度；平面机构组成的基本原理。
1、掌握运动副的概念。
2、掌握平面机构运动简图的绘制。
3、能正确计算平面机构的自由度。
4、能对平面机构进行高副低代、杆组分析。
5、最新出现的新型机构中（如并行机构、发泡机构、变胞机构、四足五足机构、生物仿生机构）包含运动副类型以及自由度确定。
第二章 平面机构的运动分析
教学要点：用瞬心法对简单高、低副机构进行速度分析。用相对运动图解法或解析法对二级机构进行运动分析。
1、了解机构运动分析的目的和方法。
2、掌握速度瞬心法、相对运动图解法、解析法对机构进行运动分析的原理和方法。
3、具体案例分析。以港口起重机、工业用振动筛、多连杆压力机为例分析运动规律。
教学时数：4学时（3学时授课+1学时案例课）
第2章 平面连杆机构及其设计
教学要点：平面四杆机构的运动和传力性能的概念。按已知连杆三位置、两连架杆三对应位置、行程速比系数等要求设计平面四杆机构。
1、了解平面连杆机构的基本形式及其演化。
2、掌握曲柄存在条件、传动角、死点位置、行程速比系数等概念。
3、掌握按连杆三位置和连架杆三对应位置、行程速比系数设计四杆机构等的方法。
4、了解实现给定连杆曲线的实验或图谱综合法。
5、具体案例分析。以焊接机器人、挖掘机、牛头刨床等为例分析其设计。
6、创新实践。根据教学内容选择一具体创新题目，提出新的解决方案，提交设计报告，选择优秀设计方案课堂讨论。
第3章 凸轮机构及其设计
教学要点：用作图法和解析法设计凸轮的轮廓曲线。凸轮机构基本尺寸确定。
1、了解凸轮机构的类型和应用。
2、掌握从动件的基本运动规律和特点。
3、熟练掌握设计凸轮轮廓的作图法和解析法。
4、掌握凸轮机构基本尺寸的确定。
5、具体案例分析。以啤酒装瓶机、转塔冲压机床为例分析凸轮设计。
第4章齿轮机构及其设计
教学要点：齿廓啮合基本定律。渐开线直齿圆柱齿轮基本参数与几何尺寸的关系、啮合特性。渐开线轮齿根切现象、最少齿数、变位齿轮传动。斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮、蜗轮蜗杆的特点及其基本尺寸的计算。
1、了解齿轮机构的类型和应用。
2、掌握平面齿轮机构的齿廓啮合基本定律。
3、掌握渐开线直齿圆柱齿轮的啮合特性（定传动比、可分性、连续啮合传动条件等），及标准直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸的关系。
4、了解渐开线齿轮的展成原理、根切现象、最少齿数。
5、掌握变位齿轮传动的概念和设计。
6、了解斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成、啮合特点。并能计算标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸。
7、了解标准直齿圆锥齿轮传动、蜗轮蜗杆传动的特点，并能进行基本尺寸的计算。
8、创新实践。根据教学内容选择一具体创新题目，4人一组，提出新的解决方案，提交设计报告。
第5章轮系及其设计
教学要点：定轴、周转及混合轮系传动比的计算。
1、了解轮系的分类和应用。
2、掌握定轴、周转及混合轮系传动比的计算。
3、具体案例分析。以汽车差速器、车床自动夹紧装置、自动卷扬机为例分析运动的传递。
第6章机械运动方案的拟定
教学要点：机构的选型、组合方式、运动循环图拟定。
1、了解机械系统设计的一般过程。
2、熟悉机构的选型、组合方式、运动循环图拟定和创新设计等方面的基本知识。掌握机械系统运动方案设计的基本步骤和功能分析方法。
3、了解机械系统运动方案的评价标准。
4、具体案例分析。以工业用振动筛为例分析运动方案的实现。
第9章 平面机构的力分析
教学要点：构件惯性力的确定。不考虑摩擦时机构的受力分析。
1、了解机构力分析的目的方法；
2、掌握构件惯性力的确定方法及不考虑摩擦时机构的受力分析。
第10章 平面机构的平衡
教学要点：刚性转子静、动平衡的原理和方法。
1、了解平衡的目的和分类；
2、掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法。
教材和参考书目
教材名称及版本：
1.《机械原理》 郑文纬，吴克坚主编 高等教育出版社, 2000。