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机械设计基础教学大纲Principium of Mechanics Desing课程代码：适用专业：机械工程及自动化 学时数：90 学分数：5执笔者：王燕 编写日期：2004年4月审批者： 审批日期：2004年5月第一部分 大纲说明 一、课程的性质、任务1. 机械设计基础课程对于高职机械类专业是主干技术基础课程，是研究机械共性问题的主干学科基础。2. 综合运用先修课程中所学到的有关知识和技能，通过学习本课程的机构和通用机械零件的基本知识和基本设计方法，结合各种教学实践环节进行机械工程应用型人才必要的基本训练，为顺利地过渡到学习专业课程及进行机械工程现场的技术应用打下初步的基础。 二、本课程与相关课程的联系本课程应在学完机械制图课程和工程力学、金属工艺学课程开课一学期以后开讲，可与公差配合与技术测量课程同时开设，并为机械制造工艺学、金属切削机床、模具设计、夹具设计等专业课打下基础。 三、教学方法的建议 1教学方法： 本课程是一门技术基础课，在教学过程中应注重建立感性认识，面授课应尽可能为学生演示各类典型机构及其运动情况。 2.实践性环节教学要求： （1）习题课和课堂讨论 习题课的目的在于帮助学生消化和巩固课程中重要的繁难基本概念和内容，帮助学生提高解题能力和计算技巧，指导学生查阅技术资料。 习题课的方式可以是讲典型例题，也可以组织学生分析问题，讨论解题方法和步骤。 课堂讨论比习题课更进一步，目的在于指导学生对复杂的、有一定难度的综合性问题进行剖析、归纳、对不同设计方案进行比较、判断，启发同学进行新的探索。 课堂讨论的课题必须明确，学生在讨论前要有准备，教师要适当加以引导、归纳。 习题课和课堂讨论的内容、方式、时间均由辅导教师决定，不作统一要求，可以参考学时分配表中推荐的学时。 以下习题课和课堂讨论的内容可供参考： l、轮系的识别和传动比计算； 2、带传动的设计计算； 3、齿轮传动的结构选用和强度计算以及参数分析； 4、滚动轴承选型与组合设计。 （2）实验 实验课是理论联系实际的重要环节，可以使学生验证、巩固和加深所学的基本理论，能训练学生某些有关的实验方法、能力、测量技能，养成踏实细致、严谨认真的作风。 实验前，学生应预习实验指导书，明确实验要求和内容，实验后要填写实验报告，并由实验指导教师批阅，评定成绩。 实验项目： l平面机构运动简图的测绘（2学时） 要求：掌握一般平面机构的测绘技能，验证机构运动是否确定，巩固和扩展对机构结构的认识。 内容：选择一至两种实际机械模型，顺序测量各运动副间的相对位置，绘制机构运动简图，另选二至三种实际机构或模型，徒手绘制机构示意图。计算上述实物或模型的机构自由度，并验证其运动是否确定。 2渐开线齿廓范成实验（2学时） 要求：观察用范成法形成渐开线齿廓的过程，齿廓根切现象及变位修正后获得的齿形，理解范成原理，分析和验证根切原因和修正后齿轮的尺寸变化。 内容：用渐开线范成仪模拟范成加工过程，先后“切制”（绘制）出标准齿轮齿廓和变位齿轮齿廓，在图纸上要绘制23个完整的齿形，按要求分析和比较这两种齿廓。 3轴系结构的观察（2学时） 要求：通过轴系结构的观察分析，理解轴、轴承、轴上零件的结构特点，掌握轴系结构设计要求。 内容：通过对减速箱中典型轮系结构的观察，绘制轴系结构草图，测定和标注各部分尺寸，分析轴头、轴颈等各部分结构特点，并提出自己的见解和评价。 （3）课程设计 课程设计的目的在于进一步巩固和加深所学基本知识，使学生能综合运用已学的有关课程的基本知识。通过简单的机械传动设计，培养学生独立设计能力，掌握基本的设计方法，学会查阅技术资料，树立正确的设计思想和严谨的工作作风。 1课程设计的题目 课程设计的题目应能满足教学要求，符合生产实际，建议采用能包括课程大部分内容的部件，如减速器或简单机械传动装置，一般选单级圆柱齿轮减速器为宜，有条件的也可选双级圆柱齿轮减速器或单级蜗杆蜗轮减速器。 2课程设计的内容 课程设计的内容应包括传动装置的全部设计计算和结构设计，具体要求如下： （a）设计准备 阅读设计任务书，明确设计要求、工作条件、内容和步骤；通过对减速器的装拆了解设计对象；阅读有关资料，明确课程设计的方法和步骤，初步拟定设计计划。 （b）传动装置的总体设计 根据任务书中所给参数和工作要求，分析和选定传动装置的总体方案；计算功率并选择电动机；确定总传动比和分配各级传动比；计算各轴的转速、转矩和功率；画传动装置方案简图。 （c）各级传动零件的设计计算 通过设计计算，确定各传动零件的主要参数和尺寸，一般包括带传动、联轴器、齿轮传动（或蜗杆蜗轮传动）等。一般应先计算箱外传动件（如带、联轴器），后计算箱内传动件。 （d）减速器装配工作图的结构设计及绘制分析和选定减速器的结构方案，给轴系结构及箱内、外与其有关部分；选择减速器中受力较复杂的一轴及其轴上零件，校核轴、键和联轴器的强度及滚动轴承寿命（轴的校核按弯担合成强度计算）；进行轴系、箱体及其附件的结构设计，箱体附件一般应包括窥视窗、油标、排油孔及其螺塞、起吊装置等。底图完成后，应进行检查并修改。标注必要的尺寸和公差配合，写出减速器特性、技术要求和零件序号，编写零件明细表及标题栏。 （e）零件工作图的设计和绘制 零件工作图一般选轴和齿轮，尺寸和公差标注及技术要求应完整，绘制齿轮零件工作图应有齿轮公差表。 （f）加深和完成减速器装配图 （g）整理、编写设计说明书 说明书应包括文字叙述、设计计算和必要的简图，在说明书每页的右侧应单独写明有关计算结果和简短结论（如：“ m3”、“满足强度要求”等等） （h）设计总结和答辩 课程设计集中在两周内完成。设计完成后进行总结、验收，必要时应单独考核并评定成绩。 3学生设计工作量 每个学生应完成减速器装配图一张（l号或0号图纸），零件工作图2张（按1：1比例绘制），设计说明书一份。 四特殊说明 l教学媒体设置及要求 本课程教学媒体有文字主教材、学习指导书、录像带、课程设计指导书。主教材为主要教学媒体，应系统地介绍本大纲要求的教学内容；学习指导书为辅助教材，主要帮助学生学习和掌握课程的重点、难点内容，学习解题方法和技巧；录像带主要征对课程的重点、难点内容，以形象教学为主，并可结合生产实际进行讲解，以提高学生的感性认识；课程设计指导书主要征对课程设计为学生提供设计指导、设计规范及标准、设计参考图等。 2课程的教学要求层次本课程教学内容按了解、理解、掌握三个层次要求。 3教学中应注意的问题本课程是一门技术基础课，是从基础课到专业课的桥梁，同时，本课程的知识也可直接用于生产实际，在教学中应注意培养学生对本专业的感性认识，尽可能将理论教学与生产实际结合起来，将本课程的内容与其它专业课或技术基础课的内容结合起来。第二部分 大纲本文绪论。教学目的与要求 绪论部分阐述机构和机器的概念和组成，介绍本课程的性质和研究对象以及学习本课程的方法。要求学生理解机构和机器的概念，了解机器的组成。了解本课程的性质、研究对象和学习本课程的基本要求和学习方法。 。教学内容机器及其组成；本课程的性质和研究对象；学习本课程的基本要求和方法。第一章 平面机构的运动简图和自由度 、教学目的与要求 本章是研究和设计机构的基础，要求学生理解平面运动副和机构自由度的概念，掌握手面机构运动简图的绘制方法和平面机构自由度的计算方法，理解机构具有确定运动的条件。 、教学内容 第一节 平面运动副 运动副的概念；自由度和约束条件；运动副的分类。 第二节 平面机构的运动简图、 绘制机构运动简图的目的；平面机构运动简图的绘制。 第三节 平面机构的自由度 平面机构自由度的计算；机构具有确定运动的条件。 、教学建议在本章教学过程中，教师应尽可能提供一些典型机构的实物或模型，如缝纫机机头等，以增强学生的感性认识，便于掌握好机构运动简图的绘制方法。本章教学完成后应及时完成实验一。第二章 平面连杆机构 、教学目的与要求 掌握平面连杆机构的特点和应用，以及铰链四杆机构的类型和曲柄存在的条件。了解压力角、传动角、死点、急回特性等概念。掌握平面四杆机构运动设计的方法。 、教学内容 第一节 概述 平面连杆机构的特点；平面连杆机构的应用和分类； 第二节 铰链四杆机构铰链四杆机构的组成；铰链四杆机构的类型；铰链四杆机构中曲柄存在的条件。 第三节 含有一个移动副的平面四杆机构 曲柄滑块机构；导杆机构：摇块机构和定块机构。 第四节 平面四杆机构的工作特性 急回特性；压力角和传动角；死点。 第五节 平面四杆机构运动设计 1接连杆的预定位置设计四杆机构； 2授给定的行程速比系数设计四杆机构。 。教学建议本章的教学应尽可能结合各种四杆机构的实物或模型进行，讲解过程中可联系学生在生产劳动中碰到的实际机构，从感性到理性的分析，也可组织学生到牛头刨床或插床等有关机床旁进行现场教学。第三章 凸轮机构 。教学目的 了解凸轮机构的特点和应用，掌握凸轮轮廓曲线的设计；应注意的问题。 。教学内容 第一节 概述 凸轮机构的组成、特点及应用；凸轮机构的分类。 第二节 凸轮的轮廓与从动件的运动规律 确定凸轮轮廓的基本依据；凸轮与从动件的运动关系；从动件常用的运动规律。 第三节 盘形凸轮轮廓曲线的设计 1尖顶对心移动从动件盘形凸轮； 2滚子移动从动件盘形凸轮； 3偏置从动件盘形凸轮； 4摆动从动件盘形凸轮。 第四节 凸轮机构基本尺寸的确定 滚子半径与运动失真；压力角及其许用值；基圆半径的选择；偏距的大小及其方位：从动件导路尺寸对传动的影响。 第五节 凸轮机构设计的其它总问题 常用材料；凸轮的精度要求和加工方法；凸轮在轴上的固定方法。 。教学建议本章的重点是尖顶对心移动从动件盘形凸轮轮廓的设计，这也是其它盘形凸轮轮廓设计的基础。摆动从动件盘形凸轮轮廓的设计只作简介。第四章 直齿圆柱齿轮机构 。教学目的与要求 了解齿轮机构的特点和类型；理解齿廓啮合基本定律以及渐开线的性质和渐开线齿廓啮合特点；掌握渐开线齿轮的几何尺寸计算，圆柱齿轮传动规律，齿轮加工原理和根切现象。了解变位齿轮和变位系数的概念、变位齿轮的几何尺寸计算。 。教学内容 第一节 概述 齿轮机构的特点；齿轮机构的类型。 第二节 齿廓啮合基本定律 第三节 渐开线齿廓 渐开线的形成和性质；渐开线的数学方程式；渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律；渐开线齿廓啮合的特点。 第四节 渐开线齿廓各部分的名称和几何尺寸 齿轮各部分的名称；主要参数；标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸。 第五节 渐开线标准在齿圆柱齿轮的啮合传动 正确啮合条件；中心距与啮合角：连续传动条件。 第六节 渐开线齿轮的加工原理和根切现象 齿轮的加工原理；根切现象与最少齿数；公法线长度与分度圆弦齿厚。 第七节 渐开线变位圆柱齿轮传动 1概述 *2变位直齿圆柱齿轮传动的啮合角和中心距 *3变位传动的类型和特点 *4选择变位系数的基本要求 。教学建议本章以渐开线直齿圆柱齿轮传动和几何尺寸计算为重点，变位齿轮传动只作了解。带*的部分为选学内容，不作基本要求。第五章 其它常用齿轮机构 。教学目的与要求 了解斜齿圆柱齿轮机构的啮合特点和传动性质，掌握其主要几何尺寸计算，理解当量齿轮的概念，掌握当量齿数的计算。掌握圆锥齿轮机构的几何尺寸计算，理解当量齿轮的概念，掌握当量齿数的计算。了解蜗杆蜗轮机构的特点，掌握其主要参数的几何尺寸计算。 。教学内容 第一节 斜齿圆柱齿轮机构 齿廓形成与啮合特点；主要参数和几何尺寸；正确啮合条件；当量齿轮与当量齿数；公法线长度和分度圆弦齿厚。 第二节 直齿圆锥齿轮机构 圆锥齿轮机构的类型和传动比；几何尺寸计算；当量齿轮与当量齿数。 第三节 蜗杆蜗轮机构蜗杆蜗轮机构的组成和类型；蜗杆蜗轮机构的特点；主要参数和几何尺寸。第六章 轮系和减速器 、教学目的与要求 了解轮系的分类和应用，掌握定轴轮系、行星轮系和复合轮系的传动比计算，了解减速器的主要类型、结构和应用。 、教学内容 第一节 概述 轮系的定义和分类。 第二节 定轴轮系的传动比 第三节 行星轮系的传动比；行星轮系的组成；行星轮系的传动比计算。 第四节 复合轮系的传动 第五节 减速器简介 减速器的主要类型。减速器的结构；减速器的选用。 、教学建议本章以轮系的传动比计算为重点，可针对传动比计算上一次习题课。减速器简介一节可结合减速器的装拆实验进行教学。第七章 其它常用机构、教学目的与要求了解间隙运动机构（棘轮机构、槽轮机构）的工作原理、类型和应用。、教学内容第一节 棘轮机构工作原理、类型和应用。第二节 槽轮机构工作原理、类型和应用。 .教学建议通过应用实例了解棘轮机构和槽轮机构的工作原理与特点，尽可能提供上述机构的实物、模型或进行现场教学。第八章 键联接和销联接 。教学目的与要求 了解联接和联接件，健联接、花键联接、销联接的类型及其应用，掌握平键联接和花键联接的尺寸选择和强度校核。 。教学内容 第一节 概述 联接和联接件的概念、类型。 第二节 键联接的类型松键联接；紧键联接。 第三节 平键联接的尺寸选择和强度校核尺寸选择；强度校核。 第四节 花键联接花键联接的特点；花键联接的类型：花键联接的选择和强度校核。 第五节 销联接销的类型、特点和应用。 。教学建议本章以普通平键联接为重点，要求学生掌握乎键联接的尺寸选择和强度校核，并运用于课程设计中第九章 螺纹联接和螺旋传动 。教学目的与要求 了解螺纹的类型、主要参数和标准，掌握螺纹联接的主要类型和应用，了解螺纹联接件的种类和标准，掌握螺栓联接的设计和强度计算，了解螺旋传动的应用和计算。 。教学内容 第一节 螺纹的形成、类型和主要参数 螺纹的形成和类型；螺纹的主要参数；常用螺纹。 *第二节 螺旋副的受力分析、自锁和效率 1矩形螺纹 螺旋副的受力分析，螺旋传动的效率，螺纹的自锁。 2其它螺纹 第三节 螺纹联接的基本类型和螺纹联接件 螺纹联接的基本类型；螺纹联接件。 第四节 螺纹联接设计应注意的几个问题 螺栓联接的预紧；螺栓联接的防松；螺栓联接结构设计注意事项。 第五节 螺栓强度的计算 1普通螺栓的强度计算。 （1）松联接 （2）紧联接；只受预紧力的紧螺栓联接；受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接。 2配合螺栓联接的强度计算 第六节 螺旋传动 螺旋传动的类型和应用；螺旋传动的计算。 、教学建议本章重点放在螺纹联接方面，螺旋传动部分只作简单介绍。讲授螺纹联接件时应向学生介绍有关标准和规范。第十章 带传动 。教学目的与要求 了解带传动的特点、类型和应用以及三角带的标准，理解带传动的受力分析、应力分析和滑动分析，掌握三角带传动的设计计算和结构设计。 。教学内容 第一节 概述 带传动的特点和类型；三角胶带的构造和标准。 第二节 带传动的基本理论 带传动的受力分析；带传动工作时的应力分析；滑动分析。 第三节 三角带传动的设计计算 带传动的设计准则；单根三角胶带所能传递的功率；三角胶带传动的设计方法和步骤。 第四节 三角带轮 带轮材料；带轮结构。 第五节 带传动的张紧、安装和维护 带传动的张紧装置；带传动的安装与维护。 。教学建设三角带传动的设计计算是本章的重点，也是生产实际中经常遇到的设计问题，要求学生要掌握好，同时，对于带传动的特点、受力分析、应力分析、滑动分析以及弹性滑动和打滑的概念也要充分理解。第十一章 链传动 。教学目的与要求 了解链传动的特点、类型和应用，滚子链的规格和主要参数。 。教学内容 第一节 概述 链传动的工作原理和特点；链的类型和应用。 第二节 滚子链和链轮 滚子链的规格；*滚子链链轮。 第三节 链传动的运动特性和主要参数 链传动的运动特性；链传动的主要参数选择。 。教学建议本章为非重点章节，只要求学生了解链传动的特点和应用，对于链轮的结构、链传动的运动特性等内容可不讲或作简单介绍。第十二章 齿轮传动 教学目的与要求 理解齿轮传动的失效形式和设计准则，了解齿轮常用材料及热处理，掌握齿轮传动的强度计算和结构设计。 。教学内容 第一节 齿轮传动的失效形式和设计准则 齿轮传动的失效形式；齿轮传动的设计准则。 第二节 齿轮常用材料及热处理 *第三节 圆柱齿轮传动精度简介 精度等级；齿轮副侧隙；精度等级与齿轮副侧隙的标注。第四节 直齿圆柱齿轮传动的强度计算轮齿受力分析；计算载荷；齿面接触疲劳强度计算；轮齿的弯曲疲劳强度计算；齿轮的许用应力；齿轮传动主要参数的选择。第五节 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算轮齿受力分析；强度计算；圆柱齿轮的结构设计。 第六节 直齿圆锥齿轮传动的强度计算 轮齿受力分析；强度计算；圆锥齿轮的结构设计。 。教学建议本章以直齿圆柱齿轮传动为重点，应讲清它的失效形式、受力分析和强度计算方法，对于接触强度和弯曲强度的计算公式只要求学生搞清各符号的意义和计算方法，不要求公式的推导。关于齿轮的结构只需讲解其类型和应用范围，而各部分尺寸的确定则不必详细讲解。第十三章 蜗杆传动 。教学目的与要求 理解蜗杆传动的失效形式和设计准则，掌握蜗杆传动的强度计算，了解热平衡计算的目的和计算方法，了解蜗杆蜗轮的常用材料和结构。 。教学内容 第一节 概述 蜗杆传动的失效形式和设计准则；蜗杆蜗轮的材料；蜗杆传动的制造精度。 第二节 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；蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度计算；蜗轮的许用应力；主要参数的选择。 第三节 蜗杆传动的效率和热平衡计算 蜗杆传动的效率；蜗杆传动的热平衡计算。 第四节 蜗杆蜗轮的结构 蜗杆的结构；蜗轮的结构。教学建议本章蜗杆传动的失效形式和受力分析为重点，对蜗杆传动的效率和热平衡计算仅作一般介绍。第十四章 轴 。教学目的与要求 理解轴的分类，了解轴的材料，掌握轴的结构设计原则和要求，掌握轴的强度计算。 。教学内容 第一节 概述 轴的功用和分类；轴的材料：轴的设计要求和一般设计步骤。 第二节 轴的结构设计 轴的结构设计要求；结构设计的步骤和方法；轴上零件的定位和固定；轴的结构工艺性；提高轴疲劳强度的措施。 第三节 轴的强度计算 按扭转强度初步计算轴径；按弯扭组合核核轴的强度。 第四节 轴的刚度计算简介 第五节 轴的工作图 。教学建议 本章以轴的结构设计和强度计算为重点，而轴的刚度计算和轴的工作图只需作简要介绍。在讲授轴的强度计算之前，可先让学生复习材料力学的有关内容。讲授轴的结构设计时，可以理论联系实际，列举一些典型轴系结构。第十五章 滑动轴承 。教学目的与要求 了解滑动轴承的类型、结构和材料，非液体摩擦滑动轴承的计算。 。教学内容 第一节 概述 滑动轴承的特点和应用；滑动轴承的摩擦状态。 第二节 滑动轴承的主要类型和结构 向心滑动轴承；推力滑动轴承。 第三节 轴瓦和轴承衬 轴瓦的结构；轴瓦的常用材料。 第四节 非液体摩擦滑动轴承的计算 计算准则；向心滑动轴承的校校计算。 。教学建议本章为非重点章节，只需作必要的简介，介绍的重点是非液体摩擦向心滑动轴承的校校计算。第十六章 滚动轴承 。教学目的与要求 了解滚动轴承的类型和代号，掌握滚动轴承类型的选择，理解滚动轴承的失效形式，掌握滚动轴承的寿命计算，了解滚动轴承的静载荷能力计算，掌握滚动轴承的组合设计。 。教学内容 第一节 概述 滚动轴承的构造；滚动轴承的类型；滚动轴承的代号。 第二节 滚动轴承类型的选择 第三节 滚动轴承的失效形式 第四节 滚动轴承的寿命计算 额定寿命、额定动载荷和寿命计算公式；滚动轴承的当量动载荷；向心推力轴承的轴向力。 第五节 滚动轴承的静载荷能力计算 第六节 滚动轴承的组合设计 轴承的轴向固定；轴的支承结构型式；轴的轴向位置调整；滚动轴承的配合；保证支承部分的刚度和同轴度；滚动轴承的装拆；滚动轴承的润滑与密封。 *第七节 滚动轴承与滑动轴承的比较 。教学建议本章以滚动轴承的类型选择和尺寸选择为重点，而寿命计算是尺寸选择的依据，因此在教学中要着重讲授，最好能安排一次习题课，帮助学生掌握好滚动轴承的寿命计算。滚动轴承的静载荷能力计算仅作一般介绍。滚动轴承组合设计应当足够重视。第十七章 联轴器和离合器 。教学目的与要求 了解常用联轴器的类型和特点，联轴器的选择、标记方法；了解常用离合器的类型和特点。 。教学内容 第一节 概述 联轴器和离合器的功用。 第二节 常用联轴器 联轴器的分类；常用联轴器的构造和特点；联轴器的选择；联轴器的标记方法。 第三节 常用离合器 操纵式离合器；自动离合器。教学建议本章为非重点章节，教学中着重分析、介绍套柱销联轴器的结构、特点、标记和选择方法以及万向联轴器的运动特点，其它内容只作简要介绍。 二、教学媒体的使用说明 本课程教学媒体为文字教材、录像教材及学习指导书三位一体模式，三个方面总体设计，相互联系，充分体现远距离多媒体教学体系的特点。 文字教材是本课程教学的基本指南，教材内容符合本大纲的教学要求，但其内容不能代替多媒体一体化全部教学内容，特别是在涉及生产实际、感性知识、形象思维等方面，必须要有录像教材来补充。 录像教材包括：各章节基本内容的讲解、规纳，重点、难点内容的专题讲解，现场教学，动化及图表、图形的形象演绎等。 学习指导书主要包括： （1）各章节的基本要求，学习指导，典型例题，习题提示和自我测验题； （2）课程设计要求； （3）实验指导实验报告参考