教学大纲

《机械设计基础》课程教学大纲

来源:管理科学与工程学院    浏览:次    发布时间:2008年12月12日

《机械设计基础》课程教学大纲

(1997年制订,2008年第三次修订)

课程编号:200062/200222

  名:Basics  of  Machinery  Design

课程类别:学科基础课/类别选修课

  课:工程图学/机械制图

  课:

    分:4学分/3学分

    时:68学时/54课时

主讲教师:朱建萍、杨国峰等

选定教材:杨可桢等,机械设计基础(第五版),北京:高等教育出版社,2006年

课程概述

本课程主要介绍常用机构和通用机械零件的基本知识、基本理论、应用及简单的设计方法。内容包括绪论、平面机构的组成和结构、平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系、间歇运动机构、机械零件设计概论、联接、齿轮传动、蜗杆传动、带传动与链传动、轴、滚动轴承、联轴器与离合器等。

教学目的

本课程将为学生在今后工作中解决机械技术问题以及学习后续课程和新的科学技术打下基础。通过本课程的学习,使学生掌握机械结构分析的基本知识;掌握常用机构的运动分析;具有设计常用机构的能力;掌握一般机械中通用零件的设计理论和设计方法;学习运用标准、规范和手册等设计资料;具有设计机械零件和简单传动装置的能力。

教学方法

本课程教学要突出应用性,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。应通过各个教学环节的密切配合并注意发挥各种教学媒体的作用(如模型、图片、动画图等),把对学生设计基本技能的培养贯穿在全课程中。

各章教学要求及教学要点

第一章 绪论

课时分配:2学时

教学要求

了解本课程研究的对象和内容;掌握机械、机器、机构和零件的概念。

教学内容

第一节 课程研究的对象和内容

一、研究对象

二、研究内容。

第二节 课程在教学中的地位

第三节 机械设计的基本要求和一般过程

一、基本要求。

二、设计内容。

三、设计一般过程。

思考题

1、机器的特征是什么?机器和机构有何区别?

2、构件和零件有何区别?

3、本课程的研究内容?

4、机械设计的基本要求?设计的一般过程?

第二章 平面机构的结构分析

课时分配:4学时/3学时(第四节不讲)

教学要求

了解机构的组成;掌握机构运动简图的绘制方法;掌握机构具有确定运动的条件;会计算平面机构的自由度并判断其运动是否确定;掌握平面连杆机构运动分析中的瞬心法。

教学内容:

第一节 运动副及其分类

一、运动副定义

二、运动副分类

第二节 平面机构的运动简图

一、构件。

二、运动简图。

第三节 平面机构的自由度及机构具有确定运动的条件

一、平面机构自由度计算。

二、机构具有确定运动的条件。

三、计算平面机构自由度的注意事项。

第四节 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用

一、 速度瞬心及其求法。

二、 瞬心在速度分析上的应用。

思考题

1、机构运动简图与机构示意图有何不同? 

2、机构具有确定运动的条件是什么?

3、瞬心法在速度分析中的应用有哪些?

第三章 平面连杆机构

课时分配:4学时

教学要求

掌握平面四杆机构的基本型式;了解平面四杆机构的演化;掌握平面连杆机构的运动特性(包括有整转副的条件,急回运动特性)和传力特性(压力角和传动角,死点位置);了解平面连杆机构的特点及功能;熟悉平面连杆机构的运动设计,会按行程速比系数和按给定连杆位置设计四杆机构。

教学内容

第一节 铰链四杆机构的基本型式和特性

一、基本型式。

二、特性。

第二节 铰链四杆机构有整转副的条件

第三节 铰链四杆机构的演化

一、转动副转化为移动副。

二、选取不同构件为机架。

三、扩大转动副的尺寸。

第四节 平面四杆机构的设计

一、按行程速比系数设计。

二、按给定连杆位置设计。

思考题

1、平面连杆机构有何特点?

2、铰链四杆机构有整转副的条件是什么?

3、急回运动特性在生产中有何作用?

4、死点位置的概念?可采取什么措施使机构通过死点位置?死点位置是否一定是不利的?

第四章 凸轮机构

课时分配:4学时/3学时(第四节不讲)

教学要求

了解凸轮机构的组成和类型;了解凸轮机构的特点和功能;熟悉从动件常用运动规律;掌握作图法设计凸轮廓线的设计原理和设计方法;了解用解析法设计凸轮廓线的方法;熟悉凸轮机构基本尺寸确定的原则。

教学内容

第一节 凸轮机构的组成、类型和应用

一、凸轮机构的组成。

二、凸轮机构的分类。

三、凸轮机构的应用。

第二节 从动件的常用运动规律

一、从动件常用运动规律。

二、选择或设计从动件运动规律时应考虑的问题。

第三节 凸轮廓线

一、凸轮廓线设计的基本理论。

二、用作图法设计凸轮廓线。

三、用解析法设计凸轮廓线。

第四节 凸轮机构基本尺寸

一、凸轮基圆半径的确定。

二、滚子半径的选择等。

思考题

1、凸轮机构有哪些类型?

2、选择或设计从动件运动规律应考虑哪些问题?

3、凸轮廓线设计的基本原理是什么?

4、凸轮机构压力角和自锁的关系如何?

第五章 齿轮机构

课时分配:10学时/8学时(第九节不讲)

教学要求

了解齿轮机构的类型;掌握齿廓啮合基本定律和渐开线齿廓的啮合特性;熟悉渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称;掌握标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算;掌握渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合条件和连续传动条件;了解渐开线齿轮的加工方法和渐开线齿廓的根切;了解斜齿圆柱齿轮机构、蜗杆蜗轮机构和直齿圆锥齿轮机构的特点,能根据公式计算它们的几何尺寸。

教学内容

第一节 齿轮机构的特点和类型

一、特点。

二、类型。

第二节 齿廓啮合基本定律

第三节 渐开线齿廓

一、渐开线的形成和特性。

二、渐开线齿廓的啮合特性。

第四节 渐开线标准直齿圆柱齿轮

一、齿轮各部分名称。

二、基本参数。

三、几何计算。

第五节 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动

一、正确啮合条件。

二、无齿侧间隙啮合条件。

三、连续传动条件。

第六节 渐开线齿轮的加工

一、切制齿轮的基本原理。

二、渐开线齿廓的根切及避免根切的措施。

第七节 斜齿圆柱齿轮机构

一、渐开线斜齿圆柱齿轮。

二、平行轴斜齿轮机构。

第八节 蜗杆蜗轮机构

一、蜗杆、蜗轮的形成。

二、蜗杆蜗轮机构的啮合传动。

三、 蜗杆蜗轮机构的特点及应用。

四、 蜗杆蜗轮机构的传动设计。

第九节 圆锥齿轮机构

一、圆锥齿轮机构的特点及应用。

二、直齿圆锥齿轮的啮合传动。

三、标准直齿圆锥齿轮的传动设计。

思考题

1、齿轮机构主要有哪些类型?

2、齿廓啮合的基本定律是什么?

3、渐开线齿廓的啮合特性有哪些?

4、渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件和连续传动的条件各是什么?

5、渐开线齿廓的根切是如何产生的?避免根切可采取哪些措施?

6、蜗杆蜗轮机构有何特点?

第六章 轮系

课时分配:3学时

教学要求

了解轮系的类型;掌握各种定轴轮系、简单周转轮系和简单混合轮系的传动比计算(包括大小、方向)。

教学内容

第一节 轮系的类型

第二节 轮系的传动比

一、定轴轮系的传动比大小计算和主、从动轮转向关系的确定。

二、周转轮系传动比计算的基本思路和计算方法。

三、混合轮系传动比的计算方法以及计算举例。

第三节 轮系的应用

思考题

1、轮系分哪几种类型?

2、对轮系中所有齿轮的几何轴线不都平行的定轴轮系,其传动比的方向如何确定?

3、周转轮系传动比计算的基本思路是什么?

4、计算混合轮系传动比的正确方法是什么?

第七章 间歇运动机构

课时分配:1学时/0学时

教学要求

了解棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构的工作原理和应用场合。

教学内容

第一节 棘轮机构

一、组成和工作原理。

二、类型和特点。

第二节 槽轮机构

一、组成和工作原理。

二、类型。

三、特点和应用。

第三节 不完全齿轮机构

思考题

1、棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构都属间歇运动机构,它们各有什么特点?用在什么场合?

第八章 机械零件设计概论

课时分配:3学时

教学要求

了解机械零件设计应满足的要求及设计的一般步骤;熟悉常用材料的选用原则;掌握机械零件的工作能力、失效形式、计算准则以及强度、耐磨性等基本概念。

教学内容: 

第一节 机械零件设计概述

第二节 机械零件的强度

一、载荷的分类。

二、应力的分类。

三、强度条件式。

第三节 机械零件的表面强度

一、表面接触强度。

二、表面挤压强度。

三、表面磨损强度。

第四节 机械零件的耐磨性

一、摩擦。

二、磨损。

三、润滑。

第五节 机械零件常用材料及其选择

一、金属材料。

二、非金属材料。

第六节 公差与配合、表面粗糙度

一、公差与配合。

二、表面粗糙度。

第七节 机械零件的工艺性及标准化

一、工艺性。

二、标准化。

思考题

1、机械零件有哪两类?一般机器上用的是哪类?

2、机械零件设计应满足的要求?

3、机械中常用材料有哪几种?设计时选择材料应如何考虑?

4、机械零件的工作能力、承载能力、失效、计算准则各指什么?

第九章 联接

课时分配:8学时/7学时(第二节 九、螺旋传动不讲)

教学要求

    了解键联接的功用、类型;掌握键的选择方法以及平键联接的失效形式和强度计算;了解花键联接的类型、特点和应用以及其强度计算;了解销联接的功用和类型;了解螺纹联接的主要类型、结构和性能;掌握螺纹联接的强度计算;了解螺旋传动的类型和应用。

教学内容

第一节 键、花键、销联接

一、键联接。

二、花键联接。

三、销联接。

第二节 螺纹联接与螺旋传动

一、螺纹的形成、类型、主要参数。

二、螺纹副的受力分析、效率和自锁。

三、机械制造常用螺纹。

四、螺纹联接的基本类型、螺纹紧固件。

五、 螺纹联接的预紧和防松。

六、 螺纹联接的强度计算。

七、 螺纹联接件的材料及许用应力。

八、 螺纹联接的结构设计。

九、 螺旋传动。

思考题

1、键联接的作用是什么?键的常用材料是什么?

2、平键联接的失效形式有哪两种?其对应的设计准则是什么?

3、为何机械设计中,多采用平键联接?

4、花键联接有哪几种类型?各有什么特点?

5、用于联接的螺纹和用于传动的螺纹有何不同?

6、螺纹联接的预紧,其目的是什么?防松又是为了什么?

7、对受横向载荷的螺栓组联接,采用普通螺栓联接和采用铰制孔用螺栓联接,其联接

原理有何不同?

第十章   齿轮传动

课时分配:8学时/6学时(第九节不讲)

教学要求

了解齿轮传动的失效形式;掌握齿轮传动的设计准则;熟悉齿轮材料;理解齿轮传动的计算载荷的概念;掌握轮齿受力分析;掌握直齿圆柱齿轮传动齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算方法;熟悉标准斜齿圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动的强度计算特点和强度公式的应用。

教学内容:

第一节 齿轮传动的失效形式

一、齿的折断。

二、齿面点蚀。

三、齿面胶合。

四、齿面磨损。

五、齿面塑性变形。

第二节 齿轮材料

一、锻钢。

二、铸钢。

三、铸铁。

四、非金属。

第三节 齿轮传动的计算准则

一、开式传动。

二、闭式传动。

第四节 直齿圆柱齿轮传动的载荷分析

一、齿的受力分析。

二、计算栽荷。

第五节 直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲强度计算

一、计算简图。

二、齿根危险截面的确定。

三、齿根危险截面上的弯曲应力。

四、齿根弯曲疲劳强度计算。

第六节 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算

第七节 齿轮传动的主要参数选择

一、齿宽系数。

二、齿数。

第八节 斜齿圆柱齿轮传动

一、齿的受力分析。

二、强度计算。

第九节 直齿圆锥齿轮传动

一、齿的受力分析。

二、强度计算。

思考题

1、齿轮传动的失效形式有哪些?采取哪些措施可减轻或防止各种失效的发生?

2、齿轮传动的设计准则是什么?

3、与其他机械传动相比,齿轮传动有什么特点?

4、为什么斜齿轮的承载能力比直齿轮高?

5、常用齿轮材料有哪些? 

第十一章   蜗杆传动

课时分配:3学时/2学时

教学要求

    了解蜗杆传动的失效形式、设计准则与材料的选择;掌握传动的主要参数和几何尺寸的计算;掌握受力分析、转向判断和强度计算;理解蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算。

教学内容

第一节 蜗杆传动失效形式、材料和结构

一、失效形式。

二、常用材料。

三、结构。

第二节 蜗杆传动的受力分析

一、受力分析。

第三节 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算

一、效率。

二、润滑。

三、热平衡计算。

第四节 蜗杆传动的特点

思考题

1、与齿轮相比,蜗杆传动有何优缺点?

2、如何比较恰当地选用蜗轮蜗杆传动的传动比i,蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2

3、蜗杆导程角γ对蜗杆传动的啮合效率有何影响?

4、为何闭式蜗杆传动要进行热平衡计算?可采用哪些措施来改善散热条件?

第十二章  带传动与链传动

课时分配:8学时/6学时(第七节~第十一节不讲)

教学要求

了解带传动的类型;理解带传动中弹性滑动和打滑的基本概念;掌握带传动的设计计算;了解带传动的预紧;了解链传动的类型;理解链传动的多边形效应;熟悉链传动的主要参数选择计算

教学内容

第一节 带传动的工作原理、类型和应用

一、工作原理。

二、类型及应用。

第二节 普通V带及其带轮

一、普通V带。

二、V带轮。

第三节 带的受力分析和应力分析

一、 受力分析。

二、 应力分析。

三、 应力分布。

第四节 带传动的滑动

一、 弹性滑动。

二、 打滑。

第五节 带传动的失效形式、计算准则、普通V带传动能力的计算

一、失效形式。

二、计算准则。

三、 求单根普通V带的许用功率。

四、 普通V带根数Z的计算。

第六节 带传动的特点

第七节 链传动的工作原理、类型和应用

一、工作原理。

二、类型及应用。

第八节 滚子链及其链轮

一、滚子链。

    二、链轮。

第九节 链传动的运动分析和受力分析

一、运动分析。

二、受力分析。

第十节 链传动的主要参数选择计算

一、 齿数Z 。

二、 节距p 。

三、 链节数Lp和中心距a 。

第十一节 链传动的特点

思考题

1、带传动中的打滑和弹性滑动是如何产生的?两者有何区别?对带传动各产生什么影响?打滑首先发生在哪个带轮上?为什么?

2、链传动的运动特性?产生的原因?欲减少链传动的多边形效应和动载荷,在转速一定时,应采取什么措施? 

第十三章  轴

课时分配:5学时/4学时

教学要求:

了解轴的功用、类型和材料;掌握轴的强度计算方法(包括按扭转强度和按弯扭合成

强度计算);掌握轴结构设计的基本知识。

教学内容:

第一节 轴的功用和类型

一、功用

二、类型

第二节 轴的材料

一、碳钢

二、合金钢

第三节 轴的强度计算

一、按扭转强度计算。  

二、按弯扭合成强度计算。

三、两种方法比较和应用。

第四节 轴的结构设计

一、设计方法。

    二、影响轴结构的因素。

思考题

1、按受载情况分,轴有哪几种?各承受什么载荷?试举例说明。

2、轴的结构设计应满足哪些要求?

3、轴的强度计算公式MCA=[M2+(аT)2]1/2 中,а的含义是什么?其大小如何确定?

4、轴的常用材料是什么?为提高轴的刚度,将轴的材料由碳钢改为合金钢行吗?为何?

第十四章   滚动轴承

课时分配:4学时/3学时(第五节不讲)

教学要求

了解滚动轴承的结构、类型和代号;能正确选择滚动轴承的类型;掌握滚动轴承的寿命计算;掌握滚动轴承部件组合设计的基本方法。

教学内容

第一节 滚动轴承的组成与材料

一、组成。

二、材料。

第二节 滚动轴承的基本类型、特点和代号

一、主要类型。

二、代号。

三、类型选择。

第三节 滚动轴承的失效形式及选择计算

一、失效形式。

二、寿命计算。

第四节 滚动轴承部件的组合设计

一、两种支承型式。

二、滚动轴承的调整。

三、滚动轴承的配合。

四、滚动轴承的装拆。

第五节 滚动轴承的润滑和密封

一、 润滑。

二、 密封。

思考题

1、说明下列滚动轴承代号的含义:6216,1308/P6,52215,7409AC/DB,N2210,32308E/P4。

2、滚动轴承的类型选择主要考虑哪些因素?

3、对一般转速的滚动轴承,其主要失效形式是什么?对应的计算准则是什么?

4、轴承的支承结构中,最基本的形式是哪两种?其中对两端固定支承的结构,为补偿轴的伸长,应采取什么措施?

第十五章   联轴器和离合器

课时分配:1学时/0学时

教学要求;

了解常见联轴器和离合器的类型结构和特点;熟悉联轴器和离合器的选择方法。

教学内容;

第一节 联轴器

一、类型。

    二、选择。

第二节 离合器

一、牙嵌式离合器。

二、圆盘摩擦离合器。

三、定向离合器。

思考题

1、联轴器与离合器都用于轴的联接,它们有何不同?

2、刚性凸缘联轴器如何对中?

附录:参考书目

1、刘显贵等.机械设计基础[M].北京:北京理工大学出版社,2007.

2、京玉海等.机械设计基础学习指导与习题[M].北京:北京理工大学出版社,2007.

3、陈晓南等.机械设计基础[M].北京:科学出版社,2007.

4、濮良贵等.机械设计(第七版)[M].北京:高等教育出版社,2001.

5、申永胜.机械原理教程[M].北京:清华大学出版社,1999年.

6、杨明忠,机械设计[M].北京:机械工业出版社,2001.

7、陈良玉等.机械设计基础[M].沈阳:东北大学出版社,2000.

8、朱东华等.机械设计基础[M].北京:机械工业出版社,2003.

9、蒋玉珍.机械设计基础[M].北京:机械工业出版社,2002.

10、黄靖远等.机械设计(第二版)[M].北京:机械工业出版社,2000.

11、黄纯颖等.机械创新设计[M].北京:高等教育出版社,2000.

12、侯珍秀.机械系统设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2001.

13、王世刚等.机械设计实践(修订版)[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2003.

14、汤嘉吉.机械设计新论[M].西安:西安工业大学出版社,2001.

15、朱龙英.机械设计基础[M].北京:机械工业出版社,2001.

16、范顺成等.机械设计基础(多学时)第3版[M].北京:机械工业出版社,2000.

17、吴宗泽等.机械设计课程设计手册(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1999.

执笔人:朱建萍    2008年11月

审定人孟秀丽    2008年11月

院(系部)负责人王海燕     2008年11月


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