《机械设计基础Ⅱ》教学大纲要点.docx
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《机械设计基础Ⅱ》教学大纲要点
《机械设计基础Ⅱ》教学大纲
英文课程名称：
FundamentofMechanicalDesigningⅡ
课程编号：
0111308
总学时：
32（理论课学时：
30实验学时：
2）
总学分：
2
先修课程：
高等数学、工程制图、工程力学
适用专业：
印刷工程
开课单位：
机械工程学院机械设计理论与方法研究室
一、课程教学内容
绪论
第一节本课程的研究对象和内容
第二节本课程在教学中的地位
第三节机械设计的一般过程和基本要求。
基本要求：
良好的使用性能、安全、可靠耐用、经济、符合环保要求；一般过程：
明确设计要求，提出设计方案，总体设计，结构设计，试制鉴定，产品定型。
第一章平面机构的自由度
第一节运动副及其分类
自由度、低副和高副的定义；低副的组成：
回转副和移动副。
第二节平面机构运动简图
运动副的表示法；构件的表示法；构件的分类；简图的绘制步骤。
第三节平面机构的自由度
平面自由度的计算公式；计算自由度的注意事项。
第二章平面连杆机构
第一节铰链四杆机构的基本型式及其应用
铰链四杆机构；含有一个移动副的四杆机构；含有两个移动副的四杆机构；偏心轮机构；四杆机构的扩展。
第二节平面四杆机构的基本特性
铰链四杆机构整转副的条件；急回特性；压力角和传动角；死点位置。
第三节平面四杆机构的设计
给定行程速比系数设计四杆机构的方法；给定连杆位置设计四杆机构的方法。
第三章凸轮机构
第一节凸轮机构的应用和类型
按凸轮的形状分：
盘形、移动、圆柱；按从动件的形式分：
尖顶、平底、滚子。
第二节从动件的常用运动规律
等速、简谐和正弦加速度位移曲线的画法。
第三节凸轮机构的压力角
直动从动件盘形凸轮：
偏置尖顶直动、滚子直动、平底直动；摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制。
第四章齿轮机构
第一节齿轮机构的特点和类型
平面齿轮机构：
圆柱齿轮机构，直齿、斜齿、人字齿传递平行轴运动；空间齿轮机构。
第二节实现定角速比传动的条件
角速比与齿廓间的一般规律；节圆；中心距。
第三节渐开线齿廓
渐开线特性；渐开线齿廓满足定角速比要求；渐开线齿廓啮合的特点。
第四节齿轮各部分的名称及渐开线标准齿轮的基本尺寸
齿顶圆、齿根圆、任意圆、模数、齿顶高齿根高及计算公式。
第五节标准齿轮的啮合
正确啮合条件；标准中心距；重合度。
第六节切齿原理、
成形法；范成法。
第七节根切现象和最少齿数
根切的原因及措施。
第八节平行轴斜齿轮机构
啮合的共轭齿廓曲面；斜齿轮各部分名称和几何尺寸计算；斜齿轮的重合度。
第五章轮系
第一节轮系的类型
轮系的定义类型。
第二节定轴轮系及其传动比
平面定轴轮系传动比的计算；空间定轴轮系传动比的计算。
第三节周转轮系及其传动比
周转轮系的组成；传动比的计算。
第六章其它常用机构
第一节棘轮机构
工作原理；工作条件；几何尺寸计算及齿形画法。
第二节槽轮机构
工作原理；槽轮机构的主要参数。
第九章机械零件设计概论
第一节机械零件设计概述
机械零件的失效形式；机械零件的设计步骤。
第二节机械零件的强度
应力的种类；静应力下的许用应力；变应力下的许用应力；安全系数。
第三节机械零件的接触强度
赫兹公式。
第四节机械零件的耐磨性
磨损的主要类型。
第五节机械制造常用材料及其选择
金属材料；非金属材料。
第十章联接
第一节螺纹参数
螺纹的形成；螺纹的类型及参数。
第二节螺旋副的受力分析、效率和自锁
矩形螺纹；非矩形螺纹；效率和自锁条件。
第三节机械制造常用螺纹
普通螺纹；梯形螺纹；锯齿形螺纹。
第四节螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件
螺纹连接的基本类型；螺纹紧固件。
第五节螺纹联接的预紧和防松
拧紧力矩螺纹连接的放松。
第六节螺纹联接的强度计算
松螺栓连接；紧螺栓连接。
第七节螺栓的材料和许用应力
力学性能的等级；安全系数；许用应力。
第八节键联接
键联接类型和强度校核。
第十一章齿轮传动
第一节轮齿的失效形式
轮齿折断；齿面点蚀胶合磨损塑性变形。
第二节齿轮材料及热处理
常用材料和五种热处理方法；软齿面和硬齿面的定义。
第三节齿轮的精度
国家标准精度；常用精度。
第四节直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷
轮齿作用力；计算载荷。
第五节直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算
验算公式；设计公式。
第六节轮齿弯曲强度计算
验算公式；设计公式。
第七节设计圆柱齿轮时材料和参数的选择
材料；参数；例题。
第八节斜齿圆柱齿轮
轮齿的作用力；强度计算。
第九节直齿圆锥齿轮
轮齿作用力。
第十节齿轮的构造
实心式、腹版式、齿轮轴。
第十一节齿轮传动的润滑和效率
齿轮传动的润滑；齿轮传动的效率。
第十二章蜗杆传动
第一节蜗杆传动的特点和类型
主要优缺点；类型。
第二节蜗杆传动的主要参数、几何尺寸和运动关系
主要参数；几何尺寸。
第三节蜗杆传动的失效形式材料和结构
失效形式及材料选择；结构形式。
第四节受力分析
蜗轮转向的判定；圆周力、径向力、轴向力大小及方向的判定。
第十三章带传动和链传动
第一节带传动的类型和应用
类型、优缺点、工作原理及应用场合。
第二节带传动的受力分析
平带的受力分析；三角带的受力分析。
第三节带的应力分析
带的应力的组成；应力分布图。
第四节带传动的弹性滑动和传动比
弹性滑动和打滑的概念；滑动率、传动比。
第五节普通V带传动的计算
V带的的规格；单根V带的许用功率；V带的型号和根数的确定；主要参数的选择。
第六节V带轮的结构。
材料；结构。
第七节链传动的特点和应用
工作原理、特点及应用场合。
第十四章轴
第一节轴的功用和类型
转轴、传动轴、心轴的定义；轴的类型。
第二节轴的材料
碳素钢；合金钢。
第三节轴的结构设计
制造安装要求；轴上零件的定位；轴上零件的固定轴的各段直径和长度的确定；轴受力情况的改善方法。
第四节轴的强度计算
按扭转强度计算；按弯扭合成强度计算。
第十六章滚动轴承
第一节滚动轴承的基本类型和特点
接触角；常用类型和特点。
第二节滚动轴承的代号
基本代号、前置代号、后置代号。
第三节滚动轴承的选择计算
失效形式；轴承寿命；当量动载荷计算；角接触向心轴承轴向载荷计算与静强度校核。
第四节滚动轴承的润滑和密封
润滑；密封。
第五节滚动轴承的组合设计
轴承的固定、调整、配合和装拆。
二、习题课、课堂讨论内容
1.平面机构的自由度
2.平面连杆机构
3.凸轮机构
4.轮系
5.齿轮与蜗杆传动
6.滚动轴承
三、实验内容
轴系结构分析与测绘
教学大纲说明书
一、课程的性质与任务
《机械设计基础》课程包括机械原理和机械设计两部分，是非机类各专业的一门专业基础必修课，它在培养学生的机械综合设计能力和创新能力所需的知识结构中，占有十分重要的地位。
本课程的任务是培养学生：
1）掌握常用机构和通用零件的基本知识、设计理论和设计方法；2）掌握机械设计的一般规律，具有设计机械传动装置和简单机械的能力；3）掌握某些机械参数的测试并具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关设计资料的能力；4）初步具备机械系统总体方案创新设计的能力。
二、课程与其他课程的联系与分工
本课程的先修课程为高等数学、工程制图、工程力学，作为非机类各专业的一门专业基础必修课，该课程的学习为进一步学习专业设备课提供了必要的基础知识。
三、各章内容的基本要求及重点、难点
绪论
基本要求：
掌握机器和机构、构件和零件、通用零件和专用零件等概念；了解本课程研究的对象和内容，及地位和学习方法；了解课程的现状和展望。
重点：
机器和机构、构件和零件、通用零件和专用零件等概念。
难点：
机器与机构的区别。
第一章平面机构的自由度
基本要求：
了解机构组成要素，掌握平面机构运动简图的绘制方法，熟练掌握平面机构自由度的计算和运动确定条件的判定，能准确识别机构中的复合铰链、局部自由度、虚约束。
重点：
绘制平面机构运动简图应注意的问题。
难点：
计算平面机构自由度应注意的问题。
第二章平面连杆机构
基本要求：
掌握平面连杆机构的基本知识，掌握铰链四杆机构的基本型式、应用和演化。
确立行程速比系数、传动角、压力角、死点等基本概念。
掌握按行程速比系数设计平面连杆机构。
重点：
四杆机构的基本型式及其演化，有关四杆机构的一些基本知识，以及平面四杆机构的一些基本设计方法。
第三章凸轮机构
基本要求：
了解凸轮机构的应用和分类，掌握等速运动、等加速等减速运动、简谐运动位移线图的绘制及基本特性。
掌握盘形凸轮轮廓曲线的设计，了解凸轮机构磙子半径的选择方法，压力角与自锁的关系以基圆半径对压力角的影响。
重点：
推杆常用的运动规律，凸轮的基圆半径与压力角及自锁的关系，盘形凸轮轮廓曲线的设计。
第四章齿轮机构
基本要求：
了解齿轮机构的应用和分类，了解齿轮共轭齿廓的概念，理解渐开线齿廓的啮合特点，掌握渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸计算。
理解渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动，理解斜齿圆柱齿轮传动的特点。
重点：
渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动的基本理论和设计计算。
对于其它类型的齿轮及其啮合传动，除介绍它们与直齿圆柱齿轮啮合传动的共同点之外，则着重介绍它们的特殊点。
第五章轮系
基本要求：
了解齿轮系及其分类的概念，掌握定轴轮系的传动比计算，掌握周转轮系的传动比计算掌握复合轮系的传动比计算。
了解轮系的功用。
重点：
轮系特别是周转轮系和复合轮系的传动比计算，及轮系的功用。
难点：
周转轮系和复合轮系传动比的计算。
第六章其它常用机构
基本要求：
了解棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构等间歇运动机构的结构形式和工作原理。
重点：
间歇运动机构的工作原理。
第九章机械设计概论
基本要求：
建立机械设计的总体概念，了解机械零件的失效形式及计算准则，了解机械零件的设计方法，了解机械零件设计的一般步骤，了解机械零件常用材料选用原则，理解机械设计中的标准化原则，了解载荷和应力的分类，了解静强度、疲劳强度计算中的概念和公式，了解材料疲劳曲线与极限应力图，了解机械零件接触强度及其公式，了解提高机械零件疲劳强度的措施，了解干摩擦、边界摩擦和流体摩擦的概念；了解摩擦的性质、磨损的分类，润滑油的粘度和影响粘度的因素。
重点：
机械设计的总体概念和机械零件设计的一般步骤。
第十章螺纹联接
基本要求：
掌握螺纹和螺纹联接的基本知识、熟练掌握单个螺栓联接的强度计算理论和方法，以及螺纹联接的预紧与防松措施；熟练掌握提高螺纹联接强度的各种措施.了解键联接的类型、结构、特点和应用。
重点：
螺纹联接形式，螺纹联接的主要类型；螺栓联接的拧紧和防松；螺栓联接的受力分析、强度计算；提高螺栓联接强度的措施。
第十一章齿轮传动
基本要求：
了解齿轮传动的类型、特点和应用，理解齿轮传动的失效形式和计算准则，了解齿轮材料及其选择、齿轮材料的热处理；掌握齿轮传动的计算载荷；掌握直齿圆柱齿轮传动的受力分析，掌握直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲强度计算及齿面接触强度计算；理解圆柱齿轮传动的设计参数、许用应力和精度等级选择，理解斜齿圆柱齿轮传动的受力分析。
重点：
齿轮传动的特点、应用和分类；齿轮传动的材料、失效形式和计算准则；直齿圆柱齿轮传动的强度计算；斜齿圆柱齿轮传动的受力分析。
第十三章带传动和链传动
基本要求：
了解带传动的主要类型、工作原理、特点和应用，了解V带的类型与结构，理解带传动的力分析、欧拉公式，理解带的弹性滑动、打滑及传动比实现。
了解带传动的失效形式和计算准则，掌握V带传动的设计计算方法，了解V带轮的材料、结构及尺寸确定，理解带传动的布置、张紧方式和张紧装置。
重点：
带传动的特点、应用和分类；带传动的受力分析、应力分析；带传动的弹性滑动和打滑；带传动的设计。
第十四章蜗杆传动
基本要求：
了解蜗杆传动的类型、特点和应用，掌握普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算方法；了解蜗杆蜗轮材料的选择及其许用应力；掌握蜗杆传动的受力分析方法。
重点：
蜗杆传动的特点、应用和分类；蜗杆传动的材料、失效形式和计算准则；蜗杆传动的基本参数和几何计算；蜗杆传动的载荷计算。
第十五章轴
基本要求：
了解轴的用途和分类，掌握轴的结构设计方法及强度计算方法，掌握提高轴的疲劳强度的措施。
了解轴的材料及其选择方法，理解轴的结构设计原则。
重点：
轴的功用、分类和材料；轴的结构设计；轴的强度设计。
第十六章滚动轴承
基本要求：
了解滚动轴承的基本类型、结构特点及代号，了解轴承套圈及滚动体上载荷分布及应力的变化，了解滚动轴承的失效形式和计算准则；理解基本额定寿命、基本额定动载荷及当量动载荷，掌握角接触球轴承（7类）和圆锥滚子轴承（3类）轴向载荷的计算方法，掌握滚动轴承基本额定寿命的计算方法，了解滚动轴承的组合设计，了解轴承的配置、固定、配合、预紧和装拆，润滑与密封。
重点：
滚动轴承的构造、分类和代号；滚动轴承的载荷分析、失效形式和计算准则；滚动轴承的设计计算；滚动轴承的组合设计。
四、习题课、课堂讨论要求
1．平面机构的自由度
选择例题1-5、1-7和习题1-9、1-10题，强调如何确定构件数目、局部自由度、复合铰链和虚约束的方法。
2.平面连杆机构
讲解习题2-3，理解压力角、传动角的定义，讲解2-6，2-7，说明如何按照行程速比系数设计四杆机构，并说明四杆之间长度的关系。
3.凸轮机构
讲解习题3-1，说明怎样由凸轮轮廓确定各运动角。
习题3-2主要讨论压力角定义的应用，强调对心式和偏置式压力角的画法，强调滚子从动件压力角的画法是在理论廓线上。
讲解习题3-4，要求熟记盘形凸轮廓线的画法。
4.轮系
讲解习题5-1，要求掌握由蜗杆旋向和转向判定蜗轮转向的方法。
讲解习题5-2，说明传动比大小等于所有从动轮的齿数除以所有主动轮齿数，方向可以用画箭头的方法，也可以用外啮合次数来表示。
讲解习题5-9，说明借助转化轮系并用定轴轮系传动比公式求解周转轮系传动比的方法。
传动比的大小只能用画箭头的方法。
说明转化轮系的传动比不是真实的传动比，最终还要求出真实传动比的大小和方向。
5.齿轮与蜗杆传动
讲解习题11-7、11-8，要求熟练掌握圆周力Ft、径向力Fr、轴向力Fa的判定方法。
补充一道含有斜齿轮和涡轮蜗杆的例题，进一步掌握蜗轮蜗杆的受力情况。
6.滚动轴承
讲解习题16-1，进一步说明轴承代号的意义，要求记住深沟球、圆锥滚子、角接触轴承代号的含义。
讲解习题16-6，说明角接触轴承轴向载荷的确定方法以及轴承的选用原则。
五、实验要求
轴系结构分析与测绘
通过观察转轴的外形及测量各部分尺寸，了解轴上零件安装、定位和固定的方法；掌握轴系结构设计的方法。
六、学时分配建议
讲课学时（习题课学时）
实验学时
小计
绪论
1
0
1
第一章
3
（1）
0
3
第二章
3
（1）
0
3
第三章
3
（1）
0
3
第四章
3
0
3
第五章
4
（1）
0
4
第六章
1
0
1
第九章
1
0
1
第十章
2
0
2
第十一章
3
（1）
0
3
第十二章
1
0
1
第十三章
2
0
2
第十四章
1
0
1
第十六章
2
（1）
0
2
轴系结构分析与测绘
0
2
2
合计
30
2
32
七、推荐教材和主要参考教材
推荐教材
1.机械设计基础，杨可桢主编，高等教育出版社，2006。
参考教材
1.机械设计，濮良贵主编，高等教育出版社，2005。
2．机械原理，郑文纬主编，高等教育出版社，2005。
八、考核方式
期末考试和平时考核相结合。
其中，期末考试成绩占70%，平时考核成绩占30%。
期末考试采取闭卷考试形式；平时考核包括实验情况、作业和平时上课情况、小测验。
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