机械设计基础B(64学时)教学大纲

《机械设计基础》B（64学时）教学大纲（2006年修订）一、课程的目的和任务《机械设计基础》是一门培养学生具有一定机械设计能力的技术基础课，为学生学习后续课程及解决生产实际问题奠定基础。本课程教学内容方面应着重基本知识、基本理论和基本方法，在培养学生实践能力方面应着重设计技能的基本训练，同时注意培养学生正确的设计思想和严谨的工作作风。本课程的主要任务是：（1）掌握常用机构的基本原理、运动特性和机构动力学的基本知识，初步具有分析和设计基本机构的能力，并对机械运动方案的确定有一定的了解；（2）掌握通用机械零件的工作原理、特点、选用和设计计算的基本知识，初步具有设计简单机械及普通机械传动装置的能力；（3）具有运用标准、规范、手册、图册等有关资料的能力；（4）能通过实验验证理论，并巩固和加深对理论的理解。二、课程的基本要求（1）要求掌握的基本知识：机械设计的一般知识。机械和机械零件的主要类型、性能、特点、应用、机械零件的常用材料、标准和结构工艺性。摩擦、磨损、润滑和密封的一般知识。（2）要求掌握的基本理论和方法机构的组成、工作原理和运动特性。机械动力学的基本知识。机械动力学的基本原理、防震、减振的途径。通用机械零件的工作原理、受力分析、应力状态、失效形式等。通用机械零件的设计计算准则：强度、刚度、耐磨性、寿命、热平衡等。简化计算、当量法、试算法等。改善载荷和应力分布不均匀的方法，提高零件疲劳强度的措施，改善摩擦学性能的途径。（3）要求掌握的基本技能绘制机构简图，零部件的设计计算及工作图的绘制；查阅标准、规范、手册等技术资料；编写技术文件等。三、与其它课程的联系与分工（1）本课程的先修课程主要有：《机械制图》、《金属材料与热处理》、《互换性》、《理论力学》、《材料力学》等；（2）本课程着重讨论常用机构与通用机械零件设计的相关问题，培养学生机械设计的基本技能。为今后的各专业学习和专业课程设计奠定基础。四、课程内容与学时安排章次内容总学时数课堂授课学时数实验时数0绪论4221平面机构及其自由度332平面连杆机构333凸轮机构5414齿轮机构4315轮系336其它常用机构227机械的动力性能338机械零件设计概论5329联接54110齿轮传动64211蜗杆传动2212带传动43113链传动2214轴4415滑动轴承43116滚动轴承4417联轴器、离合器及制动器2218弹簧321综合实验44总学时745616选8五、本课程的性质及适用对象必修课，近机械类各专业，如：材料学院各专业等。六、课程设计课程设计是本课程的主要教学环节之一，主要培养学生的综合设计能力。主要的内容如下：（1）能从机器功能要求出发，制订设计方案，合理选择传动机构和零件；（2）能按机器的工作状况分析，建立相应的计算模型，并计算出作用在零件上的载荷。能合理选择零件材料，正确计算零件的工作能力和确定零件尺寸；（3）能考虑制造工艺、使用维护、经济和安全等问题，对机器、零件进行结构设计和创新设计；（4）绘制机器装配图和零部件的零件图，编写设计说明书。课程设计基本要求：（1）每个学生必须独立完成课程设计；（2）设计题目为一般机械装配（主要为减速器）。设计工作量相当于以单级或两级圆柱齿轮减速器为主体的机械传动装置为最低要求；（3）课程设计学时应安排2~3周集中的全天工作时间，其间不得安排其它的教学内容；（4）每个学生至少应完成：0号装配图1张和2号零件图2张，设计说明书约6000－8000字。课程设计完成后每个学生应进行答辩，成绩应单独记分。七、实验每个学生至少要做5个实验，共8个学时。学生应完成实验大纲中规定的必开实验和从选开实验中选择。实验内容主要是：对机构和机械零件的认识、齿轮范成、凸轮机构、机构运动参数测试、机械传动装置和机器的效率测定等方面。通过实验环节，学生应掌握典型机械零件的实验基本方法，获得实验基本技能的训练。实验成绩应作为课程成绩的一部分。实验的具体要求和规定请参见《机械设计基础》实验教学大纲。教学大纲内容0绪论主要教学内容：0.1引言；0.2本课程研究的对象和内容；0.3本课程的目的和特点；0.4机械设计的基本要求和一般过程。教学要点：（1）重点介绍本课程的性质、研究对象、学习目的、课程特点和学习方法，简单介绍机械设计的一般步骤和方法。（2）特别注意讲清楚机械、机器与机构之间的区别，通用零件与专用零件的分类。1平面机构及其自由度主要教学内容：1.1运动副及其分类；1.2平面机构运动简图；1.3平面机构的自由度及其计算；1.4速度瞬心及其在机构速度分析中应用。教学要点：（1）重点介绍机构、运动副、运动链、自由度与约束及机构具有确定运动的条件等基本概念、机构运动简图的绘制和机构自由度的计算及机构具有确定运动的条件；（2）简单介绍速度瞬心（包括绝对瞬心和相对瞬心）的基本概念和用“三心定理”确定一般平面机构各瞬心位置的方法。（3）平面机构自由度分析和计算是本章学习的重点。复合铰链、局部自由度和虚约束的判断是正确计算自由度的关键。（4）讲解机构运动简图绘制时，应安排一次机构运动简图测绘实验，以提高教学效果2平面连杆机构主要教学内容：2.1概述；2.2铰链四杆机构的基本类型和特性；2.3铰链四杆机构的力学特性；2.4铰链四杆机构的演化；2.5平面四杆机构的设计；2.6平面多杆机构简介。教学要点：（1）重点介绍四杆机构的组成、基本形式、压力角和传动角、死点位置、急回特性及其计算、曲柄存在的条件、杆机构的基本演化方法和典型杆机构的设计方法；（2）简单介绍平面多杆机构。（3）平面四杆机构的设计是本章的一个难点。不同的设计任务和设计要求，应采用不同的设计方法。（4）图解法直观，易理解，常用于解决给定位置的设计任务，并了解解析法求解的基本方法。3凸轮机构主要教学内容：3.1凸轮机构的应用和分类；3.2从动件的常用运动规律；3.3图解法设计凸轮轮廓；3.4解析法设计凸轮轮廓简介；3.5设计凸轮机构应注意的问题教学要点：（1）重点介绍凸轮机构的组成、分类及特点。凸轮一般作连续等速转动，从动件可作连续或间歇的往复运动或摆动。掌握凸轮机构的优点、缺点。（2）介绍从动件常用的运动规律。凸轮的轮廓是由从动件运动规律决定的。只有某种运动规律的加速度曲线是连续变化的，这种运动规律才能避免冲击。等速运动规律在某些点的加速度在理论上为无穷大，所以有刚性冲击；而等加速等减速运动规律在某些点的加速度会出现有限值的突然变化，所以有柔性冲击。（3）介绍图解法绘制凸轮轮廓的基本方法。图解法绘制凸轮轮廓是按照相对运动原理来绘制凸轮的轮廓曲线的，也就是“反转法”。掌握用“反转法”绘制凸轮轮廓的三个主要步骤。（4）设计凸轮机构应注意的问题。在选择滚子半径，必须保证滚子半径小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径；在确保运动不失真的情况下，可以适当增大滚子半径，以减小凸轮与滚子之间的接触应力。为了确保凸轮机构的运动性能，应对凸轮轮廓各处的压力角进行校核，检查其最大压力角是否超过许用值。如果最大压力角超过了许用值，一般可以通过增加基圆半径或重新选择从动件运动规律，以获得新的凸轮轮廓曲线，来保证凸轮轮廓上的最大压力角不超过压力角的许用值。4齿轮机构主要教学内容：4.1引言；4.2齿轮机构的特点及类型；4.3齿廓啮合基本定律；4.4渐开线性质及渐开线齿廓；4.5渐开线直齿圆柱齿轮各部分的名称和尺寸计算；4.6渐开线标准齿轮的啮合传动；4.7渐开线齿廓的加工原理及变位齿轮的概念；4.8平行轴斜齿齿轮机构；4.9圆锥齿轮机构教学要点：（1）齿轮传动的最基本要求之一是其瞬时角速度比必须保持恒定。通过分析一对齿轮的传动关系导出了齿廓啮合基本定律，同时引出了共轭齿廓、节点和节圆等基本概念；（2）渐开线的形成决定了渐开线的性质，由于渐开线齿廓具有众多的优点，所以渐开线齿轮是目前使用最广的齿轮；（3）渐开线齿轮的各部分的名称、符号和计算公式等由标准规定，不宜随意改动；（4）标准齿轮采用标准压力角、标准模数、标准齿顶高系数和径向间隙系数；（5）渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合条件是模数相等、压力角相等，外啮合斜齿轮还应满足螺旋角大小相等，方向相反。（6）重合度的大小，反映出同时啮合的齿对数的多少，斜齿轮有较大的重合度；（7）当用范成法加工齿轮时，若被加工的齿轮齿数较少时会出现根切，由此引出了最少齿数的概念；（8）斜齿轮的法面参数为标准的，端面参数与法面参数存在一定的关系。斜齿轮的端面仍为渐开线齿轮，所以渐开线直齿中的计算公式可以直接用于斜齿轮的端面齿轮；（9）本章是本课程的重点和难点内容之一，应安排齿轮机构范成实验和齿轮参数测绘实验，以强化对本章内容的理解。5轮系主要教学内容：5.1引言；5.2轮系的类型；5.3定轴轮系及其传动比；5.4周转轮系及其传动比；5.5混合轮系及其传动比；5.6轮系的典型应用。教学要点：（1）介绍轮系的分类和应用，通过学习要掌握定轴轮系、周转轮系以及混合轮系的传动比的计算方法和转向的确定方法，并对新型行星齿轮传动及特点有所了解。（2）本章学习的重点是轮系的传动比计算和转向的判定。在运用反转法计算周转轮系的传动比时，应十分注意转化轮系传动比计算式中的转向正负号的确定，并区分行星轮系和差动轮系的传动比计算的特点。（3）混合轮系传动比计算的要点是如何正确划分出各个基本轮系，划分的关键是先找出轮系中的周转轮系部分。（4）轮系的组成情况和运动传递情况十分丰富。在掌握基本轮系和典型轮系的基础上，可创新设计出功能独特的混合轮系。6其它常用机构主要教学内容：6.1棘轮机构；6.2槽轮；6.3不完全齿轮机构；6.4凸轮间歇运动机构；6.5组合机构。教学要点：（1）连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系，以及棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮间歇运动机构等，是构成机械运动的常见基本机构。通过学习应掌握各种机构的特点，各个机构能实现何种运动规律；通过机构间的比较，掌握各机构间的相同点和不同点。同一个运动规律，可以由多种不同的机构来实现。设计时，根据设计要求的运动规律，首先应选定某种运动机构，再进行机构的参数设计。也可以选定多个机构进行设计，再比较各自的性能指标，最终确定选用的哪个机构。（2）除已学的机构外，还有大量的不常用的机构和特殊用途的机构，平时应注意观察，了解并掌握这些机构的特点，充实自身的机构知识。另外，与平面机构相对应的空间机构（如空间槽轮机构等），种类也十分丰富，也应了解、掌握。（3）当单一基本机构不能满足设计要求时，可考虑采用组合机构。一般来说，组合机构能完成复杂的运动规律，同一个运动规律，能实现的组合机构更多，选择、设计难度更大。另外，机构越复杂、构成机构的构件越多，机构的可靠性就越低，制造成本就越高。所以，应综合评价一个组合机构的优劣。（4）在机械的创新设计设计中，机构的创新设计占据十分重要的地位。掌握基本机构的特点和机构组合的基本方法，是机械创新设计的前提和基础。7机械的动力性能主要教学内容：7.1回转件的平衡；7.2机械速度波动与调节；7.3机器的机械效率。教学要点：（1）机械的惯性载荷将严重影响机械工作的平稳性、影响机械的运动质量、降低机械零件的工作寿命，同时还将引起机械本身及周围环境的冲击和振动，甚至造成非常危险的后果。惯性载荷与速度有关，对于高速运转的机械来说，应十分重视惯性载荷问题。另外，造成构件的质心偏离回转中心的原因很多，如：几何形状、制造精度、安装误差、材质不均等。当测出不平衡量（质径积）和方位后，一般采用增减质量法进行平衡。但也有的机器其工作原理就是利用惯性载荷的。（2）机械的速度波动是绝对的，普遍存在的，而速度恒定是相对的。不同的机械对速度稳定性的要求也是不同的。当机器对速度有控制要求时，应增加调速功能。调速的方法不外乎是通过改变驱动力所作的功或改变阻力所作的功来实现。8机械零件设计概论主要教学内容：8.1机械零件设计概述；8.2机械零件设计要点；8.3机械零件的强度；8.4机械零件的接触强度；8.5摩擦、磨损及润滑概述。教学要点：（1）机械零件设计的主要任务是合理确定