《机械设计》教学大纲

《机械设计（三）》教学大纲一、课程名称机械设计（三）MachineDesign（Ⅲ）二、课程编码0821321三、学时与学分56学时/3.5学分四、先修课程画法几何及机械制图、工程材料及机械制造基础、金属材料及热处理、互换性及技术测量、金工实习、理论力学、材料力学、机械原理、算法语言和程序设计等。五、课程教学目标机械设计是一门培养学生具有机械设计能力的技术基础课，是机械类各专业培养方案中的主干课程。本课程在教学内容方面应着重传授基本知识、基本理论和基本方法，在培养实践能力方面应着重创新设计构思和综合设计技能的基本训练。本课程的主要任务是通过课程教学与实验、实践环节培养学生：机械工程科学知识的应用能力；设计机械系统、部件和过程的能力；对于机械工程问题进行系统表达、建立模型、分析求解和论证的能力；在机械工程实践中初步掌握并使用各种技术、技能和现代化设计工具的能力。具体为：1.掌握通用机械零部件的设计原理、设计方法和机械设计的一般规律，突出创新意识和创新思维的培养，具有基本的机械系统设计能力；2.了解国家当前的有关技术经济政策，树立正确的设计思想；3.具有应用计算机辅助机械设计的能力；4.具有获取与运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力；5.掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技能的基本训练；6.了解机械设计发展的新趋势。课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求1：工程知识能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂机械工程问题。1.1具有解决机械工程问题所需的数学与自然科学知识及其应用能力。1.2具有解决机械工程问题所需的工程基础知识及其应用能力。1.3具有机械设计制造专业基础知识及其应用能力。课程目标11.4能够运用数学、自然科学、工程基础和专业知识解决复杂机械工程问题。毕业要求2：问题分析能够应用数学、自然科学基本原理，并通过文献研究，识别、表达、分析机械工程问题，以获得有效结论。2.1能够将数学、自然科学基本原理运用于机械工程问题的表述。2.2能够针对机械系统或过程选择正确、可用的数学模型。2.3能够对于模型的正确性进行论证并求解。2.4能够从数学与自然科学的角度对解决方案进行分析，并试图改进。毕业要求3：设计/开发解决方案能够设计针对复杂机械工程问题的解决方案，设计满足特定需求的机械系统、部件或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等因素。3.1能够对复杂机械工程问题进行分析和提炼，设计解决方案。课程目标13.2能够对解决方案的可行性进行初步分析与论证。课程目标13.3能够设计满足特定需求的机械系统、部件和过程，并能够体现创新意识。课程目标13.4设计过程中能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素，并得出可接受的指标。课程目标2毕业要求4：研究能够基于科学原理并采用科学方法对机械工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。4.1能够对机械工程相关的各类物理现象、材料特性进行研究和实验验证。4.2能够基于科学原理并采用科学方法对机械零件、结构、装置、系统制定实验方案。课程目标54.3能够根据实验方案构建实验系统，进行实验。课程目标54.4能够对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。课程目标5毕业要求5：使用现代工具能够在机械工程实践中开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，并了解其局限性。5.1了解机械工程学科发展现状，能够在机械工程实践中初步掌握并使用现代工程技术、方法和工具。课程目标1、3、4、65.2能够初步运用现代信息技术工具对机械工程问题进行预测与模拟，并了解其局限性。5.3掌握机械工程重要文献资料的来源和获取方法。课程目标4毕业要求6：工程与社会能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价机械工程实践和机械工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。6.1了解与机械工程相关的技术标准、知识产权、产业政策和法律法规。6.2能正确认识机械制造过程和装备对于客观世界和社会的影响。6.3能正确认识机械工程领域新产品、新技术、新工艺、新材料的开发和应用对于客观世界和社会的影响。毕业要求7：环境和可持续发展能够理解和评价工程实践对环境、社会可持续发展的影响。7.1了解国家的环境可持续发展战略及相关的政策和法津、法规。7.2能正确认识机械工程实践对于环境和社会可持续发展的影响。毕业要求8：职业规范具有人文社会科学素养、社会责任感和工程职业道德。8.1理解世界观、人生观的基本意义及其影响。8.2具有健康的体质和良好的心理素质，理解个人在历史以及社会、自然环境中的地位。8.3能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。毕业要求9：个人和团队具有在多学科团队中发挥作用的能力。9.1能够正确认识多学科团队对复杂工程问题的工程实践的意义和作用。9.2能够理解一个多学科团队中每个角色对于整个团队目标的意义，能够在多学科团队中发挥作用。9.3能与团队其他成员有效沟通，并作出合理反应。毕业要求10：沟通能够就工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。10.1能够就工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。10.2至少掌握一种外语应用能力，能够阅读本专业外文文献资料，能够使用技术语言，在跨文化环境下进行沟通与表达。毕业要求11：项目管理理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。11.1理解机械工程活动中涉及的重要经济与管理因素。11.2具有在多学科环境中应用工程管理和经济决策知识的能力。毕业要求12：终身学习具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。12.1对自主学习和终身学习的必要性有正确的认识。12.2有不断学习和适应发展的能力。六、适用学科专业机械、测控、轮机等专业七、基本教学内容与教学安排序号教学内容教学要求学时教学方式对应的教学目标11机械设计概述（1）机械设计在经济建设中的地位及设计人员应具有的素质（2）机械设计的性质及研究对象（3）机械设计的学习方法（4）机器的构成及其功能结构（5）机械设计的过程及其特点（6）机械设计中的创新和优化、机械设计的发展趋势（7）机械设计中的可持续发展问题1.了解机械设计对经济建设的作用和设计人员要具备的基本素质2.了解本课程与基础课、专业课之间的关系及学习方法3.掌握机器的构成及功能结构4.了解机械设计的一般规律和特点5.了解机械设计的创新方法、优化方法和发展趋势6.了解机械设计中的若干可持续发展问题2讲授1、2、62现场教学1.机械及传动类零部件认知参观传动类机械零部件陈列室，通过教师的讲解和现场观察，增强感性认识1.了解传动类机械零部件的功能2.了解这类零部件的常用结构类型3.了解机械零部件的常用材料4.了解传动件的常见失效形式2现场教学132机械设计中的约束分析（1）约束的分类（2）机械设计中的强度问题（3）机械设计中的摩擦、磨损和润滑问题1.掌握约束的几种类型2.掌握载荷及应力的分类3.掌握静应力作用下的强度问题4.掌握变应力作用下的强度问题5、了解摩擦、磨损和润滑的机理及其对机械设计的影响3讲授1、643齿轮传动设计（1）齿轮传动的失效形式和设计约束（2）直齿圆柱齿轮的强度计算（3）齿轮材料和许用应力（4）斜齿圆柱齿轮传动的强度条件（5）直齿锥齿轮传动的强度条件（6）齿轮传动的设计方法（7）用Inventor软件进行齿轮的设计计算（8）其他类型的齿轮传动设计简介1.掌握齿轮传动的常见失效形式和设计准则2.能够根据工况条件合理选用齿轮材料并获取机械性能参数3.掌握圆柱齿轮及锥齿轮传动的受力分析方法4.掌握影响计算载荷的各种因素5掌握齿轮的接触强度及弯曲强度的计算方法6掌握齿轮传动的设计方法，通过对设计参数的调整以改进设计方案（7）能够用Inventor软件进行齿轮的设计计算（8）了解曲线齿锥齿轮和准双曲面齿轮传动6讲授1、3、4、654蜗杆传动设计（1）蜗杆传动的类型（2）蜗杆传动的主要参数（3）蜗杆传动的失效形式和设计约束（4）圆柱蜗杆传动的强度条件（5）蜗杆传动的效率和热平衡计算（6）圆柱蜗杆传动的设计方法（7）环面蜗杆传动1.掌握蜗杆传动的主要类型及其特点2.掌握普通圆柱蜗杆传动及圆弧圆柱蜗杆传动的主要参数3.掌握蜗杆传动的受力分析方法4.掌握蜗杆传动的强度计算方法及材料选用原则5.掌握蜗杆传动的热平衡计算方法及散热措施6.掌握蜗杆传动主要参数的选用原则7.了解其他蜗杆传动的特点3讲授1、3、465挠性传动设计（1）V带传动设计（2）链传动设计（3）其他挠性传动（1）掌握带传动的工作原理、类型与特点（2）掌握摩擦型带传动的工作原理（3）掌握普通V带传动的设计方法（4）掌握滚子链传动的特点及设计方法（5）了解绳传动、同步带传动及高速带传动的特点5讲授1、3、67实验1.带传动实验（实验1与实验2二选一）（1）掌握实验设备的工作原理及使用方法（2）通过实验测量带传动的弹性滑动与载荷的关系（3）培养动手能力和对实验数据的分析、处理能力（2）实验1、4、58现场教学2.支承类、连接类等零部件认知参观支承类、连接类等机械零部件陈列室，通过教师的讲解和现场观察，增强感性认识1.了解支承类、连接类等机械零部件的功能2.了解这类零部件的常用结构类型3.了解这类零部件的常用材料4.了解这类零部件的常见失效形式2现场教学196轴和轴毂连接设计（1）轴的功能及类型（2）轴设计的主要任务和约束条件（3）轴的材料及选择（4）轴的结构设计（5）轴的校核计算（6）轴的设计的方法（7）用Inventor软件进行轴的设计计算（8）轴毂连接计算（1）了解轴的功能及类型，掌握轴设计的约束条件（2）了解影响轴结构的主要因素，掌握轴结构设计的方法（3）能合理选用轴的材料，掌握轴的强度计算方法（4）了解轴的刚度约束条件和临界转速约束条件（5）能够用Inventor软件和二维CAD软件进行轴的强度计算和结构设计（6）掌握键及花键连接计算4讲授1、3、4、6107滑动轴承（1）摩擦状态（2）滑动轴承的结构及材料（3）非液体摩擦滑动轴承设计（4）液体摩擦动压向心滑动轴承设计（5）用Inventor软件进行滑动轴承设计计算（6）其他滑动轴承简介（1）掌握滑动轴承的摩擦状态，了解滑动轴承类型和特点（2）了解滑动轴承结构和材料选择（3）掌握非液体摩擦滑动轴承的设计方法（4）了解动压润滑的基本原理（5）掌握动压向心滑动轴承的设计方法（6）能够用Inventor软件进行滑动轴承的设计计算（7）了解多油楔滑动轴承、静压轴承、气体润滑轴承的特点4讲授1、3、4、611实验2.滑动轴承实验（实验1与实验2二选一）（1）掌握实验设备的工作原理及使用方法（2）通过实验了解动压油膜的形成机理及必要条件（3）动压油膜的厚度与载荷及转速的关系（4）培养动手能力和对实验数据的分析、处理能力（2）实验1、4、5128滚动轴承的选择与校核（1）滚动轴承的类型及代号（2）滚动轴承的选择（3）滚动轴承的受载及设计约束（4）滚动轴承的校核计算（5）用Inventor软件进行滚动轴承校核计算（6）新型轴承与滚动导轨（1）了解滚动轴承的类型和代号，能够合理选用轴承（2）掌握滚动轴承的失效形式和设计准则（3）掌握滚动轴承轴向载荷及径向载荷的计算方法（4）掌握滚动轴承疲劳寿命计算方法（5）了解滚动轴承静强度、极限转速校核方法（6）能用Inventor软件对滚动轴承进行校核计算（7）了解陶瓷轴承、关节轴承及滚动导轨的特点4讲授1、3、4、6139联轴器、离合器和制动器（1）联轴器（2）离合器（3）制动器（1）掌握常用联轴器的类型及选用原则（2）掌握常用离合器的类型及工作原理（3）了解常用制动器的类型及工作原理2讲授1、41410连接设计（1）螺纹连接概述（2）螺纹连接设计（3）螺旋传动（4）销链接（5）焊接与胶接（1）了解螺纹的类型、主要参数及应用场合（2）掌握螺旋副的受力分析方法，了解螺旋副的效率及自锁（3）掌握螺栓连接的结构设计方法和防松原理及方法（4）掌握普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接的计算方法（5）掌握螺栓组的受力分析方法（6）了解螺旋传动的设计方法（7）了解销链接、焊接及胶接的特点4讲授1、41511弹簧设计（1）弹簧的功能与类型（2）圆柱拉压螺旋弹簧的设计（3）板簧的设计（4）碟簧的设计（5）橡胶弹簧及空气弹簧（1）了解弹簧的类型及特点（2）掌握螺旋弹簧的结构及特性曲线（3）掌握圆柱拉压螺旋弹簧的设计方法（4）了解板簧、碟簧、橡胶弹簧及空气弹簧的原理及特点2讲授1、4、61612结构设计的方法和准则（1）结构设计的工作步骤和要求（2）结构设计的基本原则和方法（3）结构设计的准则（1）了解结构设计的工作步骤和要求（2）了解结构设计的基本原则和方法（3）掌握结构设计的各项准则2讲授11713典型零部件的结构设计（1）轮类零件的结构设计（2）箱体类零件的结构设计（3）支承部件的结构设计（1）掌握轮类零件的特点及结构设计方法（2）掌握箱体类零件的特点及结构设计方法（3）掌握滚动轴承支承部件的特点及结构设计方法，合理选用支承方式，能用CAD软件绘制结构图3讲授1、3、41814机械零部件的润滑与密封（1）润滑（2）密封（1）掌握润滑剂的类型、特性及选用原则（2）掌握常用润滑方式（3）掌握机械密封方式和密封结构1讲授1、41915机械系统的组成（1）动力机（2）传动系统（3）执行系统（4）控制系统（1）掌握机械系统的组成部分（2）掌握动力系统、传动系统、执行系统及控制系统的功能、原理、类型、特点和选用原则（3）了解机械系统发展的新趋势1讲授1、2、62016机械系统的总体方案设计（1）方案设计步骤和方法（2）方案的评价与决策（3）方案设计案例（1）掌握总体方案设计的内容和要求（2）掌握方案设计的创新性思维方法和设计原理（3）了解评价与决策的意义及基本方法（4）通过对典型案例的分析、归纳，培养总体方案设计能力2讲授1、2、4、621实验3.机械传动方案设计综合实验根据要求设计总体方案，选用相应传动模块，组建机械传动系统，采集运动参数和动力参数等实验数据，综合分析系统的机械效率、工作性能，通过对多组方案的比较，选定较佳设计方案（1）掌握实验台的工作原理及使用方法（2）设计机械传动总体方案（3）组装动力、传动、转矩转速仪等模块（4）掌握转速、转矩、机械效率的测量方法（5）培养动手能力、创新能力和总体方案设计能力2实验1、2、5、6八、教学方法探索和改进教学方法，提倡启发式、讨论式、研究式教学，避免重演绎推理、轻归纳综合，突出对学生创新思维和创新意识的培养。课程教学分课内与课外二部分，具体内