机械设计基础课程标准.docx
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机械设计基础课程标准
《机械设计基础》课程教学大纲
参考学时：
112 学分：
7
设计2周 学分：
2
一、课程的性质、教学目的与基本要求：
（一）课程的性质与任务
本课程是机械类专业一门设计性技术基础课程，它的主要任务是阐述常用机构和通用机械零件的设计理论和设计方法。
通过本课程的教学，训练和培养学生设计通用零件、机械传动装置及简单机械的能力，为学生在今后的工作中解决机械技术问题，以及学习后继课程及新的科学技术，打下必要的基础，同时也为学生今后从事机械技术工作打下一定的基础。
（二）教学目的与基本要求
通过本课程教学，学生应达到下列基本要求：
1、了解机械设计的一般规律，初步树立正确的设计思想。
2、掌握机械结构分析的基本知识。
3、掌握常用机械的运动分析。
4、具有设计常用机构的能力，了解确定机构运动方案和机构组合应用的基本原理与基本方法，并能设计简单的组合机构。
5、了解机械动力学的基本理论。
6、掌握设计机械零件的基本方法和基本技能：
确定设计步骤；进行失效分析，根据计算准则，进行材料及其热处理方法选择、参数选择、设计计算、结构设计等。
7、具有设计机械传动装置和简单机械的能力。
8、掌握各种零件的类型、特点和应用，掌握主要零件的工作原理。
9、能正确运用机械零件计算中的一些常用技术处理方法：
计算载荷、条件性计算、当量法、试算法等。
10、能够提出改善零件工作条件和受力状况、提高零件强度和刚度以防止零件发生失效的技术措施，能考虑工艺问题。
11、能够运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料，会编制技术文件。
12、掌握基本的实验技能。
二、教学内容
绪论
1、机器的组成及特征（机械、机器、机构、构件、部件和零件）。
2、本课程的内容、性质和基本要求。
3、学习本课程方法。
实验一：
机构认识实验；
实验二：
机械零件认识实验；
（一）机械设计概述
1、机械设计的基本要求：
设计机械零件的基本要求，机械设计的基本要求。
2、机械设计的内容与步骤。
3、机械零件的失效形式及设计计算准则：
失效形式，设计计算准则。
4、机械零件设计的标准化、系列化及通用化。
（二）摩擦、磨损及润滑概述
1、摩擦与磨损：
摩擦及其分类，磨损及其过程，磨损分类。
2、润滑：
润滑剂的性能与选择，润滑方法和润滑装置。
3、密封装置。
（三）平面机构的机构分析
1、机构的组成：
运动副，自由度和运动副约束，运动链和机构。
2、平面机构的运动简图：
运动副及构件的表示方法，绘制机构运动简图的步骤。
3、平面机构的自由度：
机构具有确定运动的条件，平面机构自由度的计算，计算机自由度的注意事项（复合铰链、局部自由度、虚约束）。
实验三：
机构运动简图的测绘。
（四）平面连杆机构
1、概述。
2、平面机构的运动分析：
同一构件上点的速度、加速度分析，组成移动副的两构件瞬时重合点的速度、加速度分析。
3、平面机构的力分析：
运动副的摩擦，机构受力分析，机械效率及自锁，螺旋机构的效率。
4、四杆机构的基本形式及其演化：
四杆机构的基本形式（曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构），平面四杆机构的演化。
5、平面四杆机构的基本特性：
铰链四杆机构有曲柄的条件，压力角和传动角，急回特性，死点。
6、平面四杆机构的设计：
图解法设计平面四杆机构，※解析法设计平面四杆机构，※实验法设计四杆机构。
（五）凸轮机构
1、概述：
凸轮机构的应用，凸轮机构的分类，凸轮和滚子的材料。
2、常用的从动件运动规律：
平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数，常用的从动件运动规律（等速运动规律、等加速等减速运动规律、余弦加速度运动规律、正弦加速度运动规律），从动杆运动规律的选择。
3、盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法：
反转法原理，※解析法设计凸轮轮廓曲线，作图法设计凸轮轮廓曲线，凸轮轮廓的加工。
4、凸轮机构基本尺寸的确定：
凸轮机构的压力角，基圆半径的确定，滚子半径的确定。
（六）间歇运动机构
1、棘轮机构：
棘轮机构的工作原理，棘轮转角的调节，棘轮机构的特点与应用。
2、槽轮机构：
槽轮机构的工作原理，槽轮机构的类型、特点及应用，槽轮槽数Z和拨盘圆柱销数K的选择。
3、※不完全机构和凸轮式间歇运动机构：
不完全齿轮机构，凸轮式间歇运动机构。
（七）螺纹联接与螺旋传动
1、螺纹联接的基本知识；螺纹的类型，螺纹的参数，常用螺纹的特点及应用，螺纹联接的基本类型，标准螺纹联接件。
2、螺纹联接的预紧与防松：
螺纹联接的预紧，螺纹联接的防松。
3、单个螺栓联接的强度计算：
受拉螺栓联接，受剪切螺栓联接。
4、螺栓组联接的结构设计和受力分析：
螺栓组联接的结构设计，螺栓组联接的受力分析。
5、螺纹联接件的材料和许用应力：
螺纹联接件的材料，螺纹联接件的许用应力。
6、提高螺栓联接强度的措施。
7、活动螺旋传动简介：
螺旋传动的类型，螺旋传动的结构及材料。
8、滚动螺旋传动简介：
滚珠丝杠的分类、特点和应用，滚珠丝杠副的特征代号及标注，滚动螺旋传动设计计算的说明。
（八）带传动
1、概述：
带传动的类型，带传动的特点和应用，带传动的形式。
2、V带和带轮的结构：
普通V带的结构和尺寸标准，普通V带轮的结构。
3、带传动的工作能力分析：
带传动的受力分析，带传动的应力分析，带传动的弹性滑动和传动比。
4、V带传动的设计：
带传动的失效形式和设计准则，单根V带传递的功率，V带传动的设计步骤和方法。
5、同步带传动；同步带传动特点和应用，同步带的参数、型式、尺寸和标记，梯形齿同步带传动的设计。
6、带传动的张紧、安装与维护。
※（九）链传动
1、概述。
2、滚子链的结构及标准：
滚子链的结构，滚子链的标准。
3、链传动的运动特性。
4、滚子链传动的设计计算；链传动的失效形式，功率曲线图，设计计算准则，链传动主要参数的选择，链传动的设计计算，链轮。
5、链传动的布置、张紧及润滑。
（十）齿轮传动
1、齿轮传动的特点和基本类型。
2、渐开线齿轮的齿廓及传动比：
渐开线的形成，渐开线的性质，渐开线方程，渐开线齿廓的啮合特点。
3、渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算：
齿轮各部分的名称和符号，标准直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算。
4、渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动：
正确啮合的条件，连续传动的条件，重合度，渐开线齿轮的无侧隙啮合。
5、渐开线齿轮的加工方法。
6、渐开线齿廓的根切现象与标准外齿轮的最少齿数。
7、变位齿轮传动：
变位齿轮，最少变位系数，变位齿轮的几何尺寸和传动类型。
8、齿轮常见的失效形式，齿轮的设计准则。
9、齿轮的常用材料及许用应力：
齿轮材料的基本要求，齿轮的常用材料及其热处理，许用应力。
10、渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算：
轮齿的受力分析，轮齿的计算载荷，齿面接触疲劳强度计算，齿根弯曲疲劳强度计算。
11、斜齿圆柱齿轮传动：
齿廓曲面的形成及啮合特点，斜齿轮的基本参数和几何尺寸计算，斜齿轮正确啮合的条件和重合度，斜齿圆柱齿轮的当量齿数，斜齿圆柱齿轮的强度计算。
12、直齿圆锥齿轮传动：
圆锥齿轮传动概述，※圆锥齿轮的齿廓曲线、背锥和当量齿数，几何尺寸计算，强度计算。
13、齿轮的结构设计，齿轮传动的润滑和效率。
14、标准齿轮传动的设计计算：
主要参数的选择，齿轮精度等级的选择，设计计算的步骤。
实验四：
齿轮范成原理实验。
实验五：
直齿圆柱齿轮参数的测定与分析实验。
（十一）蜗杆传动
1、蜗杆传动的类型和特点。
2、蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算。
3、蜗杆传动的失效形式和计算准则。
4、蜗杆传动的材料，蜗杆、蜗轮的结构。
5、蜗杆传动的强度计算：
受力分析，蜗轮齿面接触疲劳强度计算，蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算，蜗轮材料的许用应力。
6、蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算。
7、普通圆柱蜗杆传动的精度等级选择、安装和维护。
8、常用各类齿轮传动的选择：
各类齿轮传动性能的比较，传动类型的选择。
（十二）齿轮系
1、定轴齿轮系传动比的计算。
2、行星齿轮系传动比的计算：
行星齿轮系的分类、动比的计算，复合齿轮系传动比的计算。
3、齿轮系的应用：
实现分路传动，获得大的传动比，实现换向传动，实现变速传动，用于对运动进行合成与分解。
4、其他新型齿轮传动装置简介：
摆线针轮行星传动，谐波齿轮传动。
5、减速器：
常用减速器的主要类型、特点和应用，传动比的分配，结构。
（放在课程设计周）。
实验六：
减速器拆装和结构分析实验。
（十三）轴和轴毂联接
1、概述：
分类、形状。
2、轴的结构设计：
轴的强度、刚度，零件在轴上的固定，轴的加工和装配工艺性。
3、轴的强度计算：
扭转强度计算，弯扭组合强度计算，※刚度计算。
4、轴的材料及选择。
5、轴的设计。
6、轴毂联接：
键联接，花键联接。
（十四）轴承
1、轴承的功用和类型。
2、滚动轴承的组成、类型及特点。
3、滚动轴承的代号：
基本代号，前置代号和后置代号。
4、滚动轴承类型的选择：
影响轴承承载能力的参数，类型的选择。
5、滚动轴承的工作情况分析及计算：
受载情况分析，失效形式及计算准则，寿命计算（寿命、可靠度、基本额定寿命、基本额定动载荷，当量动载荷），静强度计算。
6、滚动轴承的选择。
7、滚动轴承的组合设计：
轴承的轴向固定，轴承组的轴向固定，轴承组合的调整，轴承组合支承部分的刚度和同轴度，轴承的预紧，配合与装拆，润滑与密封。
8、滑动轴承的特点、应用及分类，滑动轴承的结构、润滑。
9、滚动轴承与滑动轴承的性能比较。
（十五）其他常用零、部件
1、联轴器：
刚性联轴器，无弹性元件联轴器，弹性联轴器。
2、离合器：
牙嵌式离合器，摩擦离合器，特殊功用离合器。
3、※弹簧：
分类及应用，圆柱形螺旋弹簧的结构。
（十六）※机械的平衡与调速
1、概述。
2、回转件的静平衡
3、回转件的动平衡
4、机器速度波动的调节：
机器速度波动的原因及类型，周期性速度波动的调节，非周期性速度波动的调节。
三、实践环节
（一）实验：
1、机构与认识实验；
2、机械零件认识实验；
3、机构运动简图测绘实验；
4、齿轮范成原理实验；
5、直齿圆柱齿轮参数的测定与分析实验；
6、减速器结构分析及拆装实验。
（二）课程设计
课程设计题目：
单级或双级圆柱齿轮减速器，单级直齿圆锥齿轮减速器，单级蜗杆减速器或简单机械传动装置。
每个学生的设计工作量：
设计计算说明书1份，装配图1张，主要零件工作图1～3张。
时间：
集中安排2周。
每位指导老师指导学生数不宜超过15人。
（三）大型作业题目：
1、凸轮设计；
2、三角带传动设计；
3、圆柱齿轮传动设计；
4、※圆锥齿轮传动设计；
5、蜗杆传动
6、轴设计；
7、※滚动轴承的组合结构设计。
上面不带“※ ”号的为必作作业。
（四）习题课、讲座课课时可有计划地分配给以下教学内容：
1、平面机构运动简图与自由度计算。
2、四杆机构设计。
3、凸轮机构及其设计。
4、齿轮系传动比计算。
5、螺栓强度计算（螺栓组联接受力分析）。
6、直齿和斜齿圆柱齿轮传动设计计算。
7、齿轮传动、蜗杆传动受力分析（受力图）及从动轮转向判别。
8、轴的结构设计和强度计算。
9、滚动轴承结合结构设计、滚动轴承寿命计算。
课外作业布置应及时并适当分散，题量合适（见“四”），题目难易适中。
四、课时分配
序号
内容
教 学 时 数
作业题数
合计
讲课
实践
习题课
绪论
6
2
4
1
机械设计概述
1
1
1～4
2
摩擦、磨损及润滑概述
1
1
3
平面机构的结构分析
7
4
2
1
5～7
4
平面连杆机构
8
6
2
10～15
5
凸轮机构
4
3
1
5～9
6
间歇运动机构
2
2
2～4
7
螺纹联接与螺旋传动
4
4
3～5
8
带传动
4
4
2～4
9
链传动
1
1
2～4
10
齿轮传动
26
20
4
2
10～20
11
蜗杆传动
6
6
2～4
12
齿轮系
6
4
2
6～10
13
轴和轴毂联接
8
6
2
2～4
14
轴承
12
8
2
2
3～5
15
其他常用零、部件
2
2
2～4
16
机械的平衡与调速
1
1
4～7
选学与机动
13
13
总计
112
88
12
12
课程设计
2周
五、说明
（一）总说明
1、本大纲根据国家教育部《高职高专教育机械设计机础课程教学基本要求》，以及目前教学改革发展的要求，突出高等职业教育的特点，并结合本院机械类各专业实际情况制定而成。
2、本大纲规定的总学时数为最少学时数。
在保证达到教学要求的前提下，对教学内容、次序和学时分配等，可根据需要作适当调整。
3、本课程先修课为机械制图、金属工艺学、工程力学等课程。
4、学内容中打“※”号的部分，教师可根据不同学期安排的实际授课时数自主取舍或布置学生自学。
5、齿轮切削原理，建议看电视录像，以便了解齿轮加工的动态过程。
6、学校条件许可的情况下，本课程应尽力开发实用教学软件，开展CAI及采用其它现代化教学手段，以改进教学方法，提高教学质量。
7、本课程教学应以培养技术应用性人才为目标，贯彻基本理论以“必需、够用”为度的原则。
要突出应用性，着重培养学生灵活应用基本原理、基本知识分析和解决实际问题的能力。
应通过各种教学环节的密切配合并注意发挥多种教学媒体的作用，使对学生设计基本技能的培养贯穿在全课程之中。
（二）有关章节重点、难点说明
1、平面机构的结构分析
重点：
平面机构运动简图测绘。
平面机构自由度计算。
难点：
把实际机构抽象为简图。
自由度计算中机构虚约束的判定及处理。
2、平面连杆机构
重点：
四杆机构基本形式。
铰链四杆机构有曲柄的条件、压力角、传动角、死点位置、极位夹角、行程速比系数等基本概念。
四杆机构的三类设计问题。
难点：
四杆机构演化及按连架杆三组对应位置设计四杆机构
3、凸轮机构
重点：
从动件常用的四种运动规律。
凸轮机构的压力角、自锁的概念。
图解法设计盘形凸轮轮廓曲线。
确定盘形凸轮的基圆半径和滚子半径。
难点：
校核最大压力角。
4、间歇运动机构
重点：
槽轮机构以及棘轮机构的结构与工作原理。
5、螺纹联接与螺旋传动
重点：
螺纹联接的类型、特点与作用，预紧与防松。
典型螺栓组联接的受力分析。
单个螺栓的强度计算。
螺旋机构结构、原理与分析
难点：
受翻转力矩作用的螺检组联接的受力分析。
既受预紧力又受轴向工作载荷的螺栓的强度计算。
6、带传动
重点：
普通V带传动的设计计算。
难点：
弹性滑动和打滑的概念。
7、链传动
重点：
中、高速滚子链传动的设计计算。
8、齿轮传动
重点：
渐开线性质及参数方程。
渐开线齿廓的啮合传动（定传动比、中心距可分性）。
渐开线标准直齿圆柱齿轮基本参数与几何尺寸计算。
渐开线圆柱齿轮任意圆上齿厚和公法线长度计算。
渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动（正确啮合条件、重合度及几何计算等）。
渐开线齿轮的无侧隙啮合。
齿条及齿轮——齿条啮合的特点，齿条插刀切齿特点、根切及最少齿数概念。
标准斜齿轮、蜗杆蜗轮及直齿圆锥齿轮几何尺寸的计算。
难点：
齿轮各主要参数的概念及其关系。
变位齿轮：
齿轮变位基本原理。
斜齿圆柱齿轮与直齿圆锥齿轮齿廓的形成以及当量直齿圆柱齿轮、当量齿数等概念。
齿轮传动的设计计算
重点：
齿轮传动的失效形式和设计准则。
齿轮传动的载荷系数。
直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、真齿圆锥齿轮传动的受力分析。
直齿和斜齿圆柱齿轮传动的强度计算及参数选择。
难点：
齿轮传动的载荷系数。
9、蜗杆传动
重点：
阿基米德蜗杆传动的受力分析、参数选择、强度计算。
难点：
蜗杆传动中蜗轮转向的判别。
10、齿轮系
重点：
定轴齿轮系、行星齿轮系和复合齿轮系传动比计算，它们的主要应用。
难点：
复合齿轮系中行星齿轮系的辨识。
11、轴和轴毂联接
重点：
轴的强度计算——按钮转强度计算和按弯扭组合强度计算。
轴的结构设计。
普通平键联接的选择设计。
难点：
轴的精确校核。
12、轴承
重点：
滚动轴承的类型选择。
滚动轴承的组合结构设计。
难点：
角接触球轴承和圆锥滚子轴承派生轴向力轴向载荷的计算。
13、机械的平衡与调速
重点：
刚性回转件的动平衡。
难点：
平衡精度的概念。
（三）有关教学环节说明及教法建议
1、应采取切实措施确保每个学生亲自动手做实验并独立完成实验报告。
2、学习本课程，每个学生除完成规定的课外习题，还应至少完全一个设计作业。
每个设计作业的工作量一般为图纸1张，说明书1份，约需10～15课外学时完成。
3、课程设计是培养和训练学生机械零件及机械传动装置设计能力的十分重要的环节。
每个学生均必须独立完成自己的设计任务。
为此同一班级的设计任务。
为此同一班级的设计题目应力求多样化及采用多组资料，一位指导教师指导的学生数不超过15人。
课程设计应单独计成绩。
4、花键联接的分类中应着重计定心方法及其选用。
5、受倾覆力矩的螺栓组联接受力分析以讲清结论为主。
6、带传动传递功率的讲述重点，在于说明各项系数的物理意义以及与何种因素有关。
适当介绍直齿圆柱齿轮设计计算公式的推导过程，其它齿轮传动仅简要说明与直齿圆柱齿轮的关系，公式不推导。
7、联轴器和离合一章主要讲述一些常用联轴器、离合器的原理、结构、标准。
8、带轮、链轮、齿轮、蜗杆、蜗轮及弹簧等有选择地布置绘图作业，如带轮工作图、齿轮工作图、轴的结构草图等。
9、教学过程中要组织学生参观机械零件陈列柜，增强学生感性认识。
10、本课程学习应配备一本简明的手册，做到学生人手一册，在平时应有意识地进行熟悉手册的训练。
11、尽可能利用电化教学手段，如：
滑动轴承的结构及应用、联轴器、离合器的结构及应用、减速器等。
12、注意应用CAD，目前首先在课程设计中引入CAD技术。
13、积极进行“CAI”、“多媒体教学”的偿试与探索
六、参考书目
1、《机械设计基础》，陈立德主编，高等教育出版社，2000
2、《机械设计基础课程设计指导书》，陈立德主编，高等教育出版社，2000
3、《机械设计基础》，陈立德主编，高等教育出版社，2004
4、《机械设计基础课程设计指导书》，陈立德主编，高等教育出版社，2004
5、《机械设计基础》，栾学钢主编，高等教育出版社，2003
6、《机械设计基础》，石固欧主编，高等教育出版社，2003
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