大理工机械设计基础教学大纲

※<目的和任务>本课程是由“理论力学”、“材料力学”、“机械原理”、“机械设计”四门课程整合而成的一门新型地综合性的机械设计基础课程，是机械类各专业的一门主干技术基础课，是专业应用和学习后继专业课的重要基础。其目的是培养学生的工程计算和简单机械零部件的设计能力，本课程的内容分机构的组成与分析、常用机构的运动设计、机械零件设计的计算基础及通用零件的选择与设计。主要任务是：1．研究常用机构及零件的受力分析；2．培养机构的选型与综合能力；3．培养零件的强度、刚度、稳定性的计算能力；4．培养零件和简易机械的测绘与设计能力；5．了解现代设计方法的一些基本原理；6．培养认真细致的工作作风。5※<基本要求>通过本课程的学习，学生应达到如下要求：1．熟悉机械的基本规律和它的主要研究方法，掌握平面机构的结构分析、运动分析和力分析的基本方法，具有分析、应用机构的能力。2．掌握一般机构的强度（疲劳）、刚度、稳定性的计算方法和通用零件的设计方法，了解机械设计的一般规律。3．应用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力。4．能正确分析一般机械工作原理及基本构造，并具有初步设计一般机械的能力。5．掌握基本的实验技能，具有一定的工程实践能力和工程意识。6．对计算机辅助设计（CAD）有初步认识。5※<课程内容>绪论1．本课程的研究对象和内容（包括各种力学模型的概念）。2．本课程的地位与作用。3．本课程的特点与学习方法。（一）机构的组成与分析1．平面机构的结构分析（1）机构结构分析的内容与目的。（2）运动副、运动链与机构。（3）机构运动简图。（4）运动链自由度及确定成为机构的条件。（5）平面机构的组成原理。2．机构运动分析基础（1）点的运动。运动学基本概念，用矢径法、直角坐标系法、弧坐标法、自然坐标法表示点的位置、速度及加速度。（2）刚体的基本运动。刚体平行移动和定轴转动。（3）点的合成运动。绝对运动、相对运动、牵连运动，速度合成定理、加速度合成定理。（4）刚体平面运动。构件平面运动的简化，用基点法求平面图形上各点的速度、加速度。3．机构静力分析（1）刚体静力学。（2）平面机构的静力分析。平面汇交力系的合成与平衡，平面力对点之矩，力偶理论，平面一般力系的合成与平衡，平面机构的静力分析，静定与静不定问题的概念。（3）机械中空间力系分析。力在空间直角坐标上的投影，力对轴之矩，空间力系的平衡方程，平行力系的中心和重心，空间力系的平面解法。4．摩擦与机械效率滑动摩擦；考虑摩擦时的平衡问题；自锁、运动副及机械中的摩擦；滚动摩擦的概念；机械效率。5．机械动力学基础（1）动力学基本概念与基本方程。（2）质心运动定理，动量定理，质心运动守恒定理，质点与质点系动量定理，动量守恒定理。（3）动量矩定理与转动惯量，质点与质点系动量矩定理。（4）动能定理，功率和功率方程。6．机械动力学问题（1）惯性力，机构惯性力系的简化，达朗伯原理，平面机构的动态静力分析。（2）刚性转子的平衡问题。机械平衡的目的，刚性转子的静平衡，刚性转子的动平衡。（3）机械系统速度波动及其调节。稳定运转状态下机械的周期性速度波动与调节，机械的非周期性速度波动与调节。（二）常用机构的运动设计1．平面连杆机构（1）平面四杆机构的基本形式及其演化。（2）铰链四杆机构中曲柄存在的条件。（3）平面四杆机构的急回特性和行程速比系数、压力角、传动角、死点位置。（4）平面连杆机构的运动设计。图解法、实验法、解析法。2．凸轮机构（1）凸轮机构的应用与分类。（2）从动件常用的运动规律。等速运动规律，等加速等减速运动规律，简谐运动规律，摆线运动规律，改进型运动规律。（3）凸轮机构的压力角和基圆半径。压力角的确定与校核，基圆半径，诺谟图。（4）用图解法设计凸轮轮廓。直动从动件盘形凸轮轮廓设计，摆动从动件盘形凸轮轮廓设计。（5）用解析法设计盘形凸轮轮廓3．间歇运动机构（1）棘轮机构的类型、工作原理、特点、应用、主要参数和设计要点。（2）槽轮机构的类型、工作原理、运动特点、设计要点和应用。（3）不完全齿轮机构的特点、应用（4）凸轮式间隙运动机构的特点、应用。（三）机械零件设计的计算基础1．轴向拉伸与压缩（1）轴向拉伸与压缩的概念。（2）截面法、轴力、轴力图。（3）斜截面上的应力。（4）拉（压）杆的变形与虎克定律。（5）材料在拉伸和压缩时的力学性能。（6）拉（压）杆的强度计算。（7）拉压静不定问题。2．剪切与挤压（1）剪切的概念及实用计算。（2）挤压的概念及实用计算。（3）键联接类型、特点、应用及平键联接的设计。（4）其它实用举例（销、铆钉、焊缝等）。3．圆轴扭转（1）扭转的概念。（2）扭矩、扭矩图。（3）薄壁圆筒的扭转，切应力互等定律，剪切虎克定律。（4）圆轴扭转时的应力。（5）圆轴扭转时的强度计算。（6）圆轴扭转时的变形和刚度计算。（7）提高圆轴扭转强度和刚度的措施。4．梁的弯曲强度（1）平面弯曲的概念。（2）梁的计算简图及其分类。（3）剪力和弯矩。（4）剪力方程和弯矩方程、剪力图和弯矩图。（5）弯矩、剪力与载荷集度间的关系。（6）弯曲时梁横截面上的正应力。（7）惯性矩计算、平行移轴公式。（8）弯曲正应力的强度计算。（9）提高梁强度的措施。5．梁的弯曲刚度（1）梁弯曲变形概述。（2）挠曲线近似微分方程。（3）用积分法求梁的变形。（4）用叠加法求梁的变形。（5）用变形比较法解简单超静定梁。6．杆件的组合变形（1）应力状态分析。应力状态的概念，平面应力状态分析，主应力，广义虎克定律。（2）强度理论。常用强度理论，应用举例。（3）组合变形。拉弯组合变形强度计算，弯扭组合变形强度计算。7．动应力和轴的设计（1）构件作匀速运动时的动应力，构件作匀加速直线运动和作等速转动时的动应力计算。（2）冲击载荷。冲击载荷的概念，冲击时的动应力计算。（3）交变应力。交变应力概念，循环特性。（4）材料的持久极限。（5）构件的持久极限及疲劳强度安全系数校核计算。（6）轴的设计。轴的分类，轴的材料，轴的结构设计，轴的扭转强度条件计算，轴按弯扭组合强度条件计算，轴按安全系数精确计算，轴的刚度计算，轴的振动设计。8．压杆稳定（1）压杆稳定的概念。（2）细长压杆的临界压力和临界应力。（3）欧拉公式的适用范围。（4）压杆稳定计算。（5）提高压杆稳定性的措施。（四）通用机械零件的选择与设计1．螺纹联接（1）螺纹。（2）螺纹联接的类型和预紧、放松。（3）螺栓组联接的设计。结构设计与受力分析。（4）单个螺栓联接的强度计算。（5）提高螺栓联接强度的措施。（6）螺旋传动。2．齿轮传动（1）齿轮传动的类型、特点和应用。（2）齿廓啮合基本定律。（3）渐开线及渐开线齿廓。（4）渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的各部分名称、基本参数和尺寸。（5）渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动。（6）渐开线齿轮的加工与测量简介。（7）根切及标准直齿轮不根切的最少尺数。（8）变位直齿圆柱齿轮传动。（9）平行轴斜齿圆柱齿轮机构。（10）直齿圆锥齿轮机构。（11）齿轮传动的失效形式与设计准则。（12）齿轮常用材料和许用应力。（13）齿轮传动的精度。（14）齿轮传动的计算载荷和载荷系数。（15）标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算。（16）平行轴标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算。（17）标准直齿圆锥齿轮传动的强度计算。（18）齿轮的结构。（19）齿轮传动的润滑。3．蜗杆传动（1）蜗杆机构的形成、类型及特点。（3）蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算。（3）蜗杆传动的失效形式、设计准则和材料选择。（4）蜗杆传动的强度和刚度计算。（5）蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算。（6）蜗杆和蜗轮的结构。4．轮系（1）轮系及其分类。（2）定轴轮系的传动比。（3）周转轮系的传动比（4）混合轮系的传动比。（5）轮系的的功用。5．带传动（1）概述。带传动的组成、工作原理、类型、V带的结构类型。（2）带传动的工作情况分析。受力分析、应力分析、运动分析。（3）普通V带传动设计。（4）V带带轮设计和带传动的张紧与维护。（5）其它带传动简介。6．链传动（1）概述。链传动的特点、类型、应用场合。（2）滚子链及链轮。（3）链传动的设计计算。主要失效原因、设计准则、设计计算方法。（4）链传动的布置、张紧及润滑。7．轴承（1）概述。轴承的分类、特点和应用场合。（2）滑动轴承的结构与材料。滑动轴承的典型结构，轴瓦、轴衬的结构与材料。（3）不完全液体润滑轴承的设计计算。（4）滚动轴承的主要类型与选择。结构组成，主要类型与代号，选择原则。（5）滚动轴承的计算原理和尺寸选择。（6）滚动轴承组合结构设计。（7）滚动轴承和滑动轴承的润滑与密封。8．其它常用零、部件（1）联轴器。（2）离合器。（3）弹簧。9．机械传动系统运动设计（1）常用机构的比较和机构的变异和组合应用。（2）机构的选型。（3）机器执行机构间运动的协调设计。（4）机械传动系统运动方案的拟定。5※<实践环节>1．大型作业除各章节的习题外，应安排以下几个大作业题

目要

求根据现场实物测绘机构运动简图按比例画出机构运动简图凸轮轮廓的解析法设计编程，作图，检查压力角滚动轴承组合结构设计计算，作图，方案说明2．现场参观

为了紧密联系实际，根据教学过程，适时组织3~4次工厂现场参观，要求：

（1）了解实际机构。

（2）熟悉机构运动简图。

（3）了解通用零件的失效原因。（4）开阔眼界，增强对实际机构的认识。3．实验安排实验项目学时实验性质要求材料拉压实验扭转实验弯曲实验疲劳破坏实验机构测绘齿轮测绘与齿轮传动效率实验齿轮范成实验动静平衡实验减速器拆装21212

2222验证验证验证验证应用

应用验证验证应用必做必做必做验证必做

必做必做必做必做4．课程设计

将机械原理设计和机械设计结合起来，从运动方案设计到机械设计完成，形成一个较完整的工程设计过程。它是培养学生设计能力的一个重要环节，其目的是：（1）综合运用机械设计课程及其它有关已修课程理论和产生实际知识进行机械设计训练，从而使这些知识得到进一步巩固、加深。（2）学习和掌握通用机械零部件、机械传动及一般机械设计的基本方法与步骤。培养学生工程设计能力和分析问题、解决问题的能力。（3）提高学生在计算、制图、运用设计资料、进行经验估算、考虑技术决策等机械设计方面的基本技能以及机械CAD技术课程设计一般选择由机械设计课程所学过的大部分零部件所组成的机械传动装置或结构较简单的机械作为设计题目。使学生通过翻阅技术资料、手册、图册、现场调研、决定方案等环节的训练，培养学生的工程能力和工程技术应用能力，强调学生独立思考，鼓励学生创新。课程设计共3周，一般要求每个学生完成以下工作：（1）总图和传动装置部件装配图（A1或A0号图纸）一张。（2）零件工作图若干张（传动件、轴、箱体、机架等，具体由教师指定）。（3）设计计算说明书一份课程设计完成后应进行总结和答辩5．设计制作

设计制作是在学生金工实习完成后，与本课程的理论教学同步进行的。其目的是：（1）培养学生理论联系实际，应用所学理论知识解决工程技术问题的能力。（2）进一步掌握机器运动设计方法，建立空间概念。（3）通过加工、制作、培养学生的实际动手能力，并逐步了解一些加工工艺的知识。（4）通过装配调试，使学生了解零件间的配合、定位、协调关系等。（5）通过创造性教育培养学生的革新、创造能力。通过实物模型设计制作，使学生得到从运动设计、强度设计、结构设计到转化为产品全过程的工程实践锻炼，提高学生综合解决问题的能力与创造能力。设计制作的组织形式采用集中与分散相结合的方式，以课外时间为主，课内时间只讨论设计方案及对零件图、装配图的审定，其余加工、制作、装调等均在课外完成。总教学时数为2周。5※<学时分配>

讲课习课题实验小计绪论1

1机构的组成与分析平面机构的结构分析机构运动分析基础机构静力分析摩擦与机械效率动力学基础和机械动力学问题动能定理和机械速度波动的调节429222

2

2

2

6211242小计222428常用机构平面连杆机构凸轮机构间歇运动机构642

642小计12

12零件设计的计算基础轴向拉伸与压缩剪切与挤压圆轴扭转梁的弯曲强度梁的弯曲刚度杆件的组合变形动应力和轴的设计压杆稳定64482682

2

2

2

12

1

1045122692

小计404650

机械零件设计螺纹联接齿轮传动蜗杆传动轮系带传动链传动轴承其它常用零、部件机械传动系统运动设计6144444844

2

2

2

4

2

61846441066小计526664总

计12612161545※<大纲说明>一、本大纲内容的顺序、重点及深广度1．在保证基本要求的前提下，本大纲教学内容的处理，教学环节的安排，教学时数的分配等，允许根据具体情况做适当的变动。2．本大纲（一）至（四）中的内容均属基本内容，是按一般机械设计过程安排的，应予以保证。3．对本大纲各部分内容的重点及深广度，提出以下意见，以供参考。（1）

平面机构的结构分析重点为运动副的概念，机构运动简图的绘制，运动链成为机构的条件。（2）

运动学部分重点掌握平面机构运动分析的基础知识及瞬心的概念。（3）

静力学部分以平面任意力系为重点，考虑摩擦的平面任意力系的分析方法，空间力系的平面解法。（4）

动力学部分重在应用，以解决工程中机械动力学基本问题的要求安排动力学基本概念的讲解。（5）

常用机构以平面连杆机构和凸轮机构为重点，着重于它们的工程应用、类型、特点及简单的设计方法。（6）

零件设计的计算基础部分，以拉（压）、剪切、扭转、弯曲等四种基本变形为重点，用截面法研究杆件的内力、应力的变化规律，归纳出四种基本变形条件下的强度和刚度计算公式。（7）

杆件的组合变形与应力状态部分，以平面应力状态为重点，以拉、弯组合变形，弯、扭组合变形为例讲应力状态理论的应用。（8）

机械零件设计部分以通用机械中的零件为主，通常包括联接类零件、轴系零部件和机械传动部分。以工程应用为目的，重点讨论各种零件的功用、类型、特点、失效形式及设计准则。结合手册、标准、规范，以强度、刚度、结构设计的要求出发掌握各机械零件的设计要点。（9）

简单介绍计算机辅助设计的有关知识。

二、习题与作业1．习题（1）机构的组成与分析及零件设计的计算基础两部分，除课内讲授一定量的例题和习题课训练外，还应安排课外习题。总数不少于100题，其数量和难易程度应保证学生能在规定的时间内完成。（2）常用机构和机械零件设计部分，应在每种机构或机械零件学习的基础上，规定一定数量的设计类习题，以对设计过程加强训练。2．作业

每部分的基本内容和习题完成后，布置适当的作业，作业的选题应以包容每部分的基本内容为要求，以综合训练为目的巩固所学知识，加强工程实践能力。

三、教学环节与教学方法1．本课程的教学有讲课、习题课、实验、参观、课程设计、设计制作、考试、考查等环节，课内外学时数的比例，一般应为1：1。本课程按两个学期安排。2．本课程的理论课部分，要将基本理论讲明讲透，讲课要贯彻“少而精”的原则，举例要注意典型性及工程应用性，教会学生思路、技巧和方法。要注意培养学生的自学能力。教学中要充分利用电影、录像、幻灯等电化教学手段和多媒体教学技术。3．习题课主要帮助学生消化和巩固所学知识，培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的工程应用能力。4．实验课和工厂现场参观，