1、1=機械設計基礎課程教學大綱課程名稱：機械設計基礎課程代碼：IMEE1003英文名稱：FundamentalsofMechanicalDesign課程性質：大類基礎課程學分/學時：3學分/54學時開課學期：第3學期適用專業：智能制造工程、機械工程、機械電子工程、材料成型及控制工程先修課程：高等數學、工程圖學、理論力學、C語言程序設計等后續課程：智能制造裝備及技術、智能物流裝備、機器人學、工業機器人及應用一、課程性質和教學目標（在人才培養中的地位與性質及主要內容，指明學生需掌握知識與能力及其應達到的水平）課程性質：機械設計基礎課程是機械類各專業中研究機械共性問題的一門主干技術基礎課。它的任務是使

2、學生掌握機構學和機械動力學的基本理論、基本知識和基本技能，并初步具有擬定機械運動方案、分析和設計機構的能力。它在培養高級工程技術人才的全局中，具有增強學生對機械技術工作的適應能力和開發創造能力的作用。教學目標：本課程以理論力學知識作為理論基礎，將所學理論力學知識應用到機器和機構分析設計中，但因為機器和機構的復雜和多樣性，因而它不是理論力學知識簡單重復和堆砌，具有很強的工程實踐性?；诖吮菊n程在理論上具有基本概念多、邏輯性強、內容分散等特點，實踐上又具有工程中解決問題方法的靈活和巧妙、設計的多方案性、求解問題方法的多樣性等特點，是一門理論性和實踐性均較強的課程。目標是使學生掌握機構學和機器動力學

3、基本理論、基本知識和基本技能，學會各種常用基本機構分析和綜合方法，并具有按照機械使用要求進行機械傳動系統方案設計的初步能力和機械創新設計的素質。本課程的具體教學目標如下：1. 掌握機械、機器、機構、構件、零件等基本概念；掌握平面機構的表示方法和機構運動的基本條件；2. 掌握平面連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、螺旋機構等機械中常用機構的組成、工作原理、工作特性、應用特點等基本知識。；3. 掌握齒輪系的類型、功用和傳動比的計算方法。掌握圓柱齒輪傳動、圓錐齒輪傳動和蝸桿傳動的知識；了解間歇運動機構的類型、基本特性和應用特點；4. 了解機械動力學的基本理論。教學目標與畢業要求的對應關系:畢業要求指標點課

4、程目標對應關系說明畢業要求1:工程知識1-2掌握控制、機械、計算機、工業工程的基礎知識，能用于智能工廠的分析和設計問題；教學目標3掌握平面連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、螺旋機構等機械中常用機構的組成、工作原理、工作特性、應用特點等基本知識。教學目標4掌握齒輪系的類型、功用和傳動比的計算方法。掌握圓柱齒輪傳動、圓錐齒輪傳動和蝸桿傳動的知識。畢業要求2：問題分析2-2能夠通過文獻檢索與查詢獲取解決一個復雜工程問題的多種解決方案教學目標2掌握平面機構的表示方法和機構運動的基本條件。畢業要求4：研究4-1能夠基于智能制造專業知識，選擇研究路線，設計解決方案；教學目標3掌握平面連桿機構、凸輪機構、齒輪機

5、構、螺旋機構等機械中常用機構的組成、工作原理、工作特性、應用特點等基本知識。畢業要求10：溝通10-1能夠針對智能制造工程專業問題，以口頭和書面等方式，準確表達自己的觀點，跟公眾和同行有效溝通并能夠合理決策；教學目標1掌握機械、機器、機構、構件、零件等基本概念二、課程教學內容及學時分配（含課程教學、自學、作業、討論等內容和要求，指明重點內容和難點內容。重點內容：;難點內容：）1、緒論（1學時）（支撐教學目標1）1.1本課程研究的對象及內容1.2學習本課程的目的1.3如何進行本課程學習1.4機械原理學科發展現狀簡介目標及要求：1）明確本課程研究的對象和內容大,以及在培養高級工程技術人才全局中的地

6、位、任務和作用；2）了解機械設計基礎課程的性質和特點*；3）對機械學科的發展趨勢有所了解。2、機構的結構分析（6學時）（支撐教學目標1,2）2.1機構結構分析的內容及目的2.2機構的組成及分類2.3機構運動簡圖2.4機構具有確定運動的條件2.5機構自由度的計算2.6計算機構自由度時應注意的事項2.7平面機構的組成原理、結構分類及結構分析目標及要求：1）掌握構件、運動副、運動鏈和機構的概念;2）掌握機構運動簡圖的概念及測繪方法*；3）熟練掌握平面機構自由度計算方法，正確計算運動副的數目（復合皎鏈）,局部自由度及除去的方法，虛約束及其常出現的幾種情況4）掌握平面機構可動和具有確定運動的條件；5）了

7、解基本桿組及平面機構組成的基本原理。討論內容：虛約束的識別及其除去的方法。作業內容：機構運動簡圖的測繪；平面機構自由度計算；平面機構的結構分析。自學拓展：平面機構中的高副低代：高副低代的概念、目的及其條件；高副低代的方法及舉例。3、平面機構的運動分析（4學時）（支撐教學目標6）3.1機構運動分析的任務、目的和方法3.2用圖解法作機構的運動分析3.3用解析法作機構的運動分析目標及要求：1）明確機構運動分析的目的和方法；2）掌握速度瞬心的概念，熟悉三心定理，會確定一般平面機構的全部瞬心,能用瞬心法對平面II級機構進行速度分析:3）掌握矢量方程圖解法的基本原理及作法；會用矢量方程圖解法作機構的速度及

8、加速度分析;4）能用解析法（矢量分析法或矩陣法）對平面II級機構進行運動分析，能用計算機作圖畫出機構運動曲線小討論內容：用解析法建立機構位置矢量方程。作業內容：用瞬心法對平面II級機構進行速度分析；用矢量方程圖解法作機構的速度及加速度分析；用計算機作圖畫出機構運動曲線。自學拓展：MATLAB軟件實訓。4、連桿機構及其設計（6學時）（支撐教學目標3）4.1連桿機構及其傳動特點4.2平面四桿機構的類型及應用4.3平面四桿機構的基本知識4.4平面四桿機構的設計目標及要求：1）了解平面連桿機構傳動特點及其主要優缺點；2）了解平面四桿機構基本型式、演化型式及一些應用實例；3）掌握平面四桿機構的一些基本知

9、識（有曲柄的條件、急回運動及行程速比系數、傳動角和壓力角、死點和傳動的連續性等）4）能按連桿的三個位置，兩連架桿的三個對應位置，行程速比系數等條件設計平面四桿機構眾兀討論內容：平面四桿機構的應用實例。作業內容：平面四桿機構的基本知識（有曲柄的條件、急回運動及行程速比系數、傳動角和壓力角、死點等）；平面四桿機構的設計（圖解法、解析法）自學拓展：平面多桿機構。5、凸輪機構及其設計（5學時）（支撐教學目標3）5.1凸輪機構的應用及分類5.2推桿的運動規律5.3凸輪輪廓曲線的設計5.4凸輪機構基本尺寸的確定目標及要求：1）了解凸輪機構類型和應用；2）理解推桿基本運動規律及推桿運動規律選擇原則；3）掌握

10、根據選定的凸輪類型和推桿的運動規律設計凸輪的輪廓曲線的方法4）了解在確定盤形凸輪機構的基本尺寸時應考慮的主要問題討論內容：確定盤形凸輪機構的基本尺寸時應考慮的主要問題。作業內容：根據選定的凸輪類型和推桿的運動規律設計凸輪的輪廓曲線。自學拓展：凸輪機構的分析與反求設計；高速凸輪機構簡介。6、齒輪機構及其設計（6學時）（支撐教學目標3）6.1齒輪機構的特點及類型6.2齒輪的齒廓曲線6.3漸開線齒廓及其嚙合特點6.4漸開線標準齒輪的基本參數和幾何尺寸6.5漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動6.6漸開線齒廓的切制原理與根切現象6.7漸開線變位齒輪簡介6.8斜齒圓柱齒輪傳動6.9直齒錐齒輪傳動6.10蝸輪蝸桿

11、傳動目標及要求：1）了解齒輪機構類型和應用；2）掌握齒廓嚙合基本定律；3）深入了解漸開線直齒圓柱齒輪傳動嚙合特性；4）掌握標準直齒圓柱齒輪傳動基本參數和幾何尺寸計算&5）明確根切現象及最少齒數、齒輪變位修正和變位齒輪傳動的基本概念*；6）了解平行軸斜齒圓柱齒輪嚙合特點，掌握標準斜齒圓柱齒輪傳動幾何尺寸的計算7）了解其他齒輪機構的嚙合特點和適用場合。討論內容：常見共輾齒廓的類型。作業內容：標準直齒及斜齒圓柱齒輪傳動基本參數和幾何尺寸計算。自學拓展：其他齒輪傳動簡介。7、齒輪系及其設計（5學時）（支撐教學目標4）7.1齒輪系及其分類7.2定軸輪系的傳動比7.3周轉輪系的傳動比7.4復合輪系

12、的傳動比7.5輪系的功用7.6行星輪系的效率7.7行星輪系的類型選擇及設計的基本知識目標及要求：1）了解輪系分類和應用；2）掌握定軸輪系、周轉輪系及復合輪系傳動比計算方法3）了解行星輪系類型選擇及設計基本知識。討論內容：輪系的功用作業內容：定軸輪系、周轉輪系及復合輪系傳動比計算。自學拓展：其他新型行星齒輪傳動。8、帶傳動（5學時）（支撐教學目標3）8.1帶傳動工作情況分析8.2普通V帶傳動設計計算8.3 V帶輪的設計8.4 V帶傳動的張緊、安裝與防護目標及要求：5）掌握帶傳動的受力分析，掌握帶傳動的最小初拉力和臨界摩擦力，掌握帶傳動的應力分析，掌握帶的彈性滑動和打滑；6）掌握普通V帶傳動的設計

13、準則，了解單根V帶的額定功率Pr,了解帶傳動的參數選擇，掌握帶傳動的設計計算；7）掌握V帶輪的設計；8）了解V帶傳動的張緊、安裝與防護。作業內容V帶傳動的受力計算，V帶傳動的設計；自學拓展：學習V帶傳動帶輪的結構特征9、其他常用機構（2學時）（支撐教學目標5）9.1棘輪機構9.2槽輪機構9.3擒縱機構9.4凸輪式間歇運動機構9.5不完全齒輪機構9.6萬向聯軸節9.7螺旋機構目標及要求：1）著重了解23種其他常用機構的工作原理、運動特點、應用場合和設計要點;2）一般了解2勺種其他常用機構的運動特點及應用場合。討論內容：作業內容：自學拓展：星輪機構；非圓齒輪機構；組合機構。10、聯接設計（6學時）

14、（支撐教學目標3）10.1螺紋10.2螺紋連接的類型和標準連接件10.3螺紋連接的預緊10.4螺紋連接的防松10.5螺栓組連接的設計10.6螺紋連接的強度計算10.7螺紋連接件的材料及許用應力10.8提高螺紋連接強度的措施10.9螺旋傳動目標及要求：1）掌握螺紋的類型和應用；2）了解螺紋連接的基本類型，了解螺紋連接件結構特點；3）掌握螺紋連接的預緊方法；4）掌握螺紋連接的防松方法；5）掌握螺栓組連接的結構設計，受力狀態；6）掌握松、緊螺栓連接強度計算準則；7）了解螺紋連接件的常用材料，掌握螺紋連接件的許用應力；8）掌握提高螺紋連接強度的措施；9）了解螺旋傳動的類型和應用，了解滑動螺旋的結構和材

15、料，掌握滑動螺旋傳動的設計計算。討論內容：討論提高螺紋連接強度的具體實際措施作業內容：螺栓組連接受力計算，設計螺旋傳動并進行校核。11、軸設計（4學時）（支撐教學目標3）11.1軸的結構設計11.2軸的計算目標及要求：1）了解軸的用途及分類、軸設計的主要內容、軸的材料；2）掌握軸的結構設計，包括擬定軸上零件的裝配方案，定位，各軸段直徑和長度的確定，提高軸強度的常用措施及軸的結構工藝性；3）掌握軸的強度校核計算，掌握軸的剛度校核計算，了解軸的振動及振動穩定性概念。4）了解軸承作業內容：軸的設計計算，軸結構畫法糾錯。12、軸承（4學時）（支撐教學目標3）12.1軸承的主要結構形式12.2軸承的失效

16、形式及常用材料12.3軸瓦結構12.4軸承潤滑劑的選用12.5軸承設計計算12.6液體動力潤滑徑向滑動軸承設計計算12.7其他形式滑動軸承簡介3)3)4)5)6)7)8)9)目標及要求：了解整體式徑向滑動軸承、對開式徑向滑動軸承、止推滑動軸承的主要結構形式；了解軸承的失效形式及常用材料；了解軸瓦的結構；了解軸承潤滑劑的選用；掌握不完全液體潤滑滑動軸承設計及計算，包括徑向滑動軸承與止推滑動軸承的計算；掌握液體動力潤滑徑向滑動軸承設計計算；了解其他形式滑動軸承。作業內容:軸承的設計與強度計算。三、教學方法在教學方式上，根據具體教學內容，綜合運用課堂講授和演示、課堂討論、課堂練習、發現學習法和自學指

17、導法，通過引入問題和啟發式教學，使學生更加明確教學內容的知識體系，引導學生主動學習，激發內在學習動機，提高課堂的積極性。結合具體教學內容，本課程所采用的教學方法說明如下：1. 緒論部分。緒論課是一門課的開始，是對該課程的高度概括和總結。通過在教學中采用講授法、演示法和發現學習法相結合，調動學生學習該課程的欲望、興趣和學習的積極性，故講好緒論課尤為重要。緒論課主要解決三個問題：該課程學什么？為什么學？怎樣學？學什么即該課程研究的對象和內容；為什么學即該課程在本專業教學中的地位及在工程實際中的作用；怎樣學即該課程的特點及相應的學習方法。通過旁征博引學生較熟悉的機械實例，結合多媒體動畫（如：一些典型

18、的機械、機械手、機械人等），生動形象地論述了上述問題，很自然地引導學生進入狀態。另一方面，強調在學習過程中逐步樹立工程的觀點。由于機械原理是機械類各專業學生在學完基礎課后第一次接觸的一門設計性的技術基礎課，與工程實際聯系緊密，教學中常以各種機械為實例提出問題和分析問題。因此，提醒學生在學習中要應用工程技術的觀點，去觀察周圍的機械設備，理論聯系實際地深入思考。注意將理論的嚴密性與工程實際的靈活性、可行性結合起來。在注重邏輯思維的同時，加強形象思維。2. 各種常用機構的分析與設計部分。包括連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、其他常用機構等。該部分內容有較大的難度，使初學者往往找不到規律，入門較慢，學習效

19、率較低。要解決這一難題，關鍵是教學方法，抓住每一問題的實質，重在能力培養，做到舉一反三。在教學中采用講授法、演示法和討論法相結合:1）強調對圖形的理解。機械原理名詞、定義、概念、公式及圖形較多，學習時應抓住對圖形的理解，是該門課程最有效的學習方法。機構分析與設計中的許多原理和方法都是通過圖形來表達的，學習時應注意對圖形的理解與應用。公式、概念、定義要與圖形有機結合起來，理解性地記憶。對于計算公式，則應注意其原始條件、模型的建立、推導思路，重點是公式的應用，而不是機械地記憶公式。2）機構的運動分析、力分析是機械設計基礎難點之一。該內容實質上是先修課程理論力學的基礎理論在具體機械上的應用，解法是矢量運算，并沒有更多新的知識點。向學生講明白了這一點，畏難思想立即得到緩解，也較容易地找到相應的學習方法。3）相對運動原理是機械設計基礎課程解題的核心。在連桿機構設計、凸輪機構設計、輪系傳動比計算及機構的倒置變異等章節中，都反復應用這一原理。抓住基本原理講解，使學生做到舉一反三。為講清該原理，可舉一些通俗易懂的實例，如：兩人在火車車箱內相對運動速度與火車是否運動無關，火車的運動只影響每一個人的絕對速度；再如機械式鐘表，整個鐘表的運動并不影響時針、分針與秒針相對運動關系，即鐘表內齒