机械设计基础

机械设计基础

课程编码：	3073009233	课程名称：	机械设计基础
总学分：	3.5	总学时：	56（理论52；实验4）
课程英文名称：	Fundamentals of Mechanical Design
先修课程：	材料力学、机械制造基础
适用专业：	设施农业、生物工程、环境工程等

一、课程性质、地位和任务

课程性质：本课程是近机类的一门学科基础课。

课程地位：其目的是为学生学习有关专业机械设备课程提供必要的理论基础；培养学生的工程计算能力和简单机械零部件的设计能力；同时使学生在了解各种机械的传动原理、设备的正确使用和维护等方面获得必要的基础知识。

课程任务：

（1）熟悉常用机构、常用机械传动及通用零部件的工作原理、特点、应用、结构和标准，掌握常用机构、常用机械传动和通用零部件的选用和基本设计方法，具备正确分析、使用和维护机械的能力，掌握零部件的受力分析和强度计算方法，初步具有设计简单机械传动装置的能力。

（2）具有与本课程有关的解题、运算、绘图能力和应用标准、手册、图册等有关技术资料的能力。

二、教学目标要求

（1）掌握常用机构和通用机械零件的基本组成、工作原理、应用场合等基本知识；理解其结构特征、运动特性和设计方法；了解常用零件的安装、使用和维护。

（2）掌握常用机构、通用零件的选用和设计方法；运用基本的设计理论解决机构分析、综合和零件计算问题的运算、制图和使用技术资料的能力。

（3）具有综合运用所学知识和技能，设计简单传动装置和简单机械的能力；具有通过实验和观察识别常用机构类型、组成、结构、受力分析、运动分析、工作特性和通用零件的结构特点等能力。

三、理论教学内容及安排

第1章  绪论（1学时）

教学目标：熟练掌握机器、机构和机械，零件与构件等基本概念。

重点：本课程的研究对象和内容。

难点：机器、机构和机械的概念和用途。

1.1  课程的研究对象和内容

1.2  机械设计的基本要求和一般过程

第2章  平面机构的自由度（4学时）

教学目标：理解平面机构、运动副、自由度等基本概念。

重点：平面机构运动简图的测绘、平面机构自由度的计算。

难点：平面机构运动简图的测绘、平面机构自由度计算中的若干注意事项。

2.1  运动副及其分类

2.2  平面机构的运动简图

2.3  平面机构的自由度

第3章  平面连杆机构（4学时）

教学目标：掌握平面四杆机构的类型、了解演化及变换，理解曲柄存在的条件；理解四杆机构的急回特性及传力分析方法。

重点：曲柄存在的条件；平面四杆机构的急回特性及传力分析。

难点：平面四杆机构的类型分析及演化。

3.1  平面四杆机构的应用及特点

3.2  铰链四杆机构的基本形式

3.3  铰链四杆机构的演化

3.4  平面连杆机构的特性

第4章  凸轮机构（3学时）

教学目标：熟悉凸轮机构的组成、类型及应用，理解从动件常用运动规律，掌握位移曲线的绘制；掌握图解法设计凸轮轮廓曲线的方法。

重点：掌握图解法设计凸轮轮廓曲线的方法。

难点：反转法设计凸轮轮廓曲线的基本原理。

4.1  凸轮机构的分类及应用

4.2  从动件常用的运动规律及其组合

4.3  凸轮廓线的设计

第5章  齿轮机构（5学时）

教学目标：掌握齿轮机构的特点及应用、掌握齿廓啮合基本定律和有关尺寸计算。

重点：渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动的基本理论和结构尺寸计算。

难点：齿廓啮合基本定律，变位齿轮的概念，当量齿轮背锥，当量齿数。

5.1  齿轮传动的分类、特点及应用

5.2  齿轮各部分名称及渐开线标准圆柱齿轮的基本尺寸

5.3  渐开线标准圆柱齿轮的啮合

5.4  渐开线标准圆柱齿轮的切齿原理

5.5  根切、最少齿数及变位齿轮

5.6  其它齿轮机构

第6章  轮系（3学时）

教学目标：了解齿轮系的类型、掌握定轴轮系、周转轮系和复合轮系传动比的计算。

重点：定轴轮系、周转轮系和复合轮系传动比的计算。

难点：复合轮系中基本轮系的划分问题；传动比计算中正、负号的确定。

6.1  轮系的类型和功用

6.2  定轴轮系及其传动比

6.3  周转轮系及其传动比

6.4  复合轮系及其传动比

第7章  间歇运动机构（2学时）

教学目标：了解棘轮机构、槽轮机构、凸轮间歇运动机构和不完全齿轮机构的工作原理和特点。

重点：棘轮机构和槽轮机构的工作原理和特点。

难点：槽轮机构的工作原理和结构特点。

7.1  棘轮机构

7.2  槽轮机构

7.3  凸轮间歇运动机构和不完全齿轮机构

第8章  机械零件设计概论（1学时）

教学目标：掌握机械零件基本设计理论（机械零件工作能力、设计准则、许用应力和安全系数）；了解有关材料的力学性能和选择原则。

重点：机械零件设计的基本要求、机械零件常用材料及其选择。

难点：机械零件的强度及设计准则。

8.1  机械零件的工作能力和设计准则

8.2  机械制造常用材料及其选择

8.3  许用应力和安全系数

第9章  联结（6学时）

教学目标：掌握螺纹联接的基本类型；了解键联接的类型、掌握普通平键联接的选用。

重点：螺纹联结的基本类型、防松的原理和方法；普通平键联结。

难点：螺栓联结的强度计算。

9.1  螺纹形成原理、类型和主要参数

9.2  螺纹分类

9.3  螺纹联结的基本类型及螺纹紧固件

9.4  螺纹联结的预紧和防松

9.5  螺纹联结的强度计算

9.6  提高螺纹联结强度的措施

9.7  键联结、花键联结和销联结

第10章  齿轮传动（5学时）

教学目标：掌握渐开线直齿圆柱齿轮传动的设计。

重点：了解齿轮传动失效形式、理解设计准则，了解齿轮材料及精度等级选择；掌握直齿圆柱齿轮传动设计，理解齿轮结构设计。

难点：齿轮传动失效形式、理解设计准则，和齿轮传动的设计过程（流程）。

10.1  齿轮传动的失效形式和设计准则

10.2  齿轮材料及热处理

10.3  渐开线圆柱齿轮传动的受力分析及计算载荷

10.4  标准渐开线直齿圆柱齿轮的强度计算

10.5  齿轮的构造

10.6  齿轮传动的润滑

第11章  带传动和链传动（5学时）

教学目标：掌握普通V 带传动的设计、了解带传动的张紧、安装和维护。掌握A型套筒滚子链传动的设计、多边形效应、了解链传动的张紧、安装和维护。

重点：带中应力分析、带传动的打滑和弹性滑动现象；链传动的运动分析和多边形效应。

难点：带中应力分析和链传动的多边形效应。

11.1  带传动的类型和受力分析

11.2  普通V带传动设计

11.3  链传动的类型、结构和应用

11.4  套筒滚子链传动的失效形式和功率曲线图

11.5  链传动的运动分析

11.6  链传动的主要参数及其选择

11.7  链传动的布置和润滑

第12章  轴（4学时）

教学目标：了解轴的功用及分类、轴的常用材料及热处理；掌握轴的结构设计；掌握轴的强度计算。

重点：轴的结构设计。

难点：轴的强度计算。

12.1  轴的类型、应用、和材料

12.2  轴的结构设计

12.3  轴的强度计算（2学时）

第13章  滚动轴承（6学时）

教学目标：掌握滚动轴承的结构、类型，掌握滚动轴承的代号，理解滚动轴承类型的选择。

重点：掌握滚动轴承的代号选择。

难点：理解滚动轴承的组合设计。

13.1  滚动轴承的结构、类型和特点

13.2  滚动轴承的代号

13.3  滚动轴承的选择计算（2学时）

13.4  滚动轴承的润滑与密封

13.5  滚动轴承的组合设计

第14章  联轴器和离合器（2学时）

教学目标：了解联轴器与离合器的基本类型及功用。

重点：联轴器与离合器的基本类型及功用。

难点：联轴器与离合器的构造。

14.1  联轴器

14.2  离合器

第15章  弹簧（1学时）

教学目标：了解弹簧的结构特点、类型、功用和选择。

重点：弹簧的类型、功用和选择。

难点：弹簧的结构特点。

15.1  弹簧的结构、类型和功用

15.2  弹簧的制造、材料和许用应力

四、实验教学内容

序号	项目名称	实验目的与内容	学时	实验 性质	主要试材及仪器设备
1	机构、机械零件认知及机构运动简图测绘实验	目的：学会根据各种机械实物或模型，绘制机构运动简图 任务：每人实际测绘三套机构模型 内容：根据实测结果，绘制相应模型的机构运动简图，并计算其自由度 要求：随课堂上交实验结果，并要求指出相应机构中存在的复合铰、局部自由度和虚约束等特殊现象	2	基础	机构模型、直尺、铅笔和圆规
2	齿轮范成实验	目的：1）掌握范成法加工渐开线齿廓的原理 2）了解齿轮的根切现象及采用变位修正来避免根切的方法 3）了解变位后对轮齿尺寸产生的影响 任务：1）用范成仪模拟加工齿数少于17的渐开线齿轮齿廓的过程，并观察实验结果有无根切现象，并分析原因 2）针对根切现象，采用变位修正来避免根切，并用范成法加以验证 内容：1）用范成仪模拟加工带根切现象的渐开线齿廓 2）用范成仪模拟加工变位后的渐开线齿廓 3）测量两次实验结果，观察有关尺寸的变化和齿形的变化 要求：要求完成变位前后两到三个完整齿形的绘制，和有关的尺寸的计算或测量，并随课堂上交实验结果	2	基础	齿轮范成仪、铅笔、圆规和剪刀

五、教学方式及考核方式

课程考核方式：检查作业，课程考试。

课程成绩评定：平时作业、实验及考勤（20%），期中考试（20%），期末考试（60%）。

六、主要参考文献

[1] 杨可桢．机械设计基础(第5版).北京：高等教育出版社，2006年

[2] 孙桓．机械原理(第6版).北京：高等教育出版社，2004年

[3] 濮良贵．机械设计(第8版).北京：高等教育出版社，2006年

[4] http://www.xihangzh.com/jxkj

[5] http://down2.zhulong.com/tech/detailprof513981ZJ.htm

撰稿人：胡伟

审稿人：陈红