《机械设计A》教学大纲

《机械设计A》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：01130191课程性质：学科基础必修课学分：4学分学时：64学时（理论54学时，实验10学时）先修课程：机械制图、理论力学、材料力学、机械工程材料、机械原理等后续课程：机械制造工艺学、机械设计创新、毕业设计等适用专业：机械设计制造及其自动化开课单位：机械工程学院一、课程说明《机械设计A》是一门培养学生具有机械设计能力的学科基础必修课，本课程的主要任务是培养学生掌握通用零部件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，具有设计一般机械的能力；具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力；掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技能的基本训练；对机械设计的新发展有所了解。该课程将为学生在今后工作中解决机械技术问题打下一定的基础，也为学生学习后续课程打下必要的基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握常见通用零件的失效形式及设计方法，并熟练运用机械工程领域中的设计规范和技术标准，针对机械传动提出多种技术方案，分析影响因素，并对其进行对比、论证和优化，获得合理的传动方案。课程目标2：掌握机械零件的设计准则，在此基础上综合应用机械工程专业知识进行机器整体方案设计。采用合适的设计计算和分析方法，对复杂工程问题进行建模分析，具备设计通用机械传动装置和设备的能力。课程目标3：能够针对机械传动所涉及的零部件工作特性和使用条件进行性能实验，并对其完成数据采集和分析，通过查找资料撰写实验报告。培养学生对机械工程问题的实验设计、分析与解释数据能力，同时培养学生的创新意识和科学精神。三、课程目标与毕业要求《机械设计A》课程教学目标对适用专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度2.问题分析2.3能运用基本原理，借助文献研究，分析过程的影响因素，获得有效结论。课程目标1：掌握常见通用零件的失效形式及设计方法，并熟练运用机械工程领域中的设计规范和技术标准，针对机械传动提出多种技术方案，分析影响因素，并对其进行对比、论证和优化，获得合理的传动方案。H3.设计/开发解决方案3.1能够针对具备不同特点机械工程中的复杂工程问题进行分析和提炼，设计解决方案；课程目标2：掌握机械零件的设计准则，在此基础上综合应用机械工程专业知识进行机器整体方案设计。采用合适的设计计算和分析方法，对复杂工程问题进行建模分析，具备设计通用机械传动装置和设备的能力。H4.研究4.2能够基于科学原理并采用科学方法对具体机械工程中的复杂工程问题设计实验，并对实验数据进行采集、分析与处理；课程目标3：能够针对机械传动所涉及的零部件工作特性和使用条件进行性能实验，并对其完成数据采集和分析，通过查找资料撰写实验报告。培养学生对机械工程问题的实验设计、分析与解释数据能力，同时培养学生的创新意识和科学精神。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.绪论1.1机械零件、部件、通用零件和专用零件的概念；1.2本课程的研究对象、内容、性质和任务；1.3本课程的特点及学习方法。教学要求：要求学生了解本课程研究的对象、内容及其地位；了解机械设计学科发展的趋势。重点:本课程研究的对象、内容。132.机械设计总论2.1机械设计的基本要求，机械设计的主要内容；2.2机械零件设计的基本要求、一般步骤2.3机械零件的主要失效形式及设计计算准则2.4现代设计方法。教学要求：要求学生了解机器和机械零件设计的基本要求，掌握零件的主要失效形式、设计准则；了解现代设计方法。重点：机械零件的失效形式分析和计算准则。难点：机械零件的失效形式分析和计算准则。11、33.机械零件的强度3.1疲劳强度的基本理论；3.2载荷及应力、静应力作用下的强度问题、变应力作用下的疲劳强度问题及接触应力；3.3影响疲劳强度的主要影响因素。教学要求：了解疲劳曲线及极限应力线图的意义及用途，能绘制零件的极限应力线图；掌握疲劳失效的特点，变应力的种类、特征参数；掌握疲劳强度的基本理论、主要影响因素；了解稳定变应力机械零件的疲劳强度计算。重点:疲劳失效特点的理解、疲劳强度的基本理论、主要影响因素、稳定变应力机械零件的疲劳强度计算。难点:机械零件在循环应力下的疲劳强度、影响疲劳强度的因素、稳定变应力机械零件的疲劳强度计算方法。1.51、34.摩擦、磨损及润滑概述4.1机械零件设计中的摩擦、磨损4.2机器的润滑教学要求：了解各类摩擦的机理、物理特性及其影响因素；了解磨损的一般规律及各种磨损机理、物理特性和影响因素；了解润滑的作用。重点:摩擦、磨损的分类与产生机理，润滑的作用，润滑剂质量指标。难点:边界摩擦产生机理，磨损过程。1.51、35.螺纹连接和螺旋传动5.1螺纹、螺纹联接的类型及应用5.2螺纹联接的预紧和防松5.3螺栓组联接的结构设计5.4螺栓联接的失效形式和设计准则，螺栓联接的受力分析和强度计算；5.5螺纹联接的材料和许用应力；5.6提高螺栓联接强度的措施。教学要求:要求学生了解螺纹、螺纹联接的主要类型、特点和应用；掌握螺纹联接的预紧和防松；掌握螺栓组联接的结构设计；掌握螺栓联接的受力分析和强度计算；了解提高螺纹联接强度的措施；了解螺旋传动的基本类型和应用。重点:螺纹的参数、螺纹联接的类型、螺纹联接的预紧和防松、螺栓组联接的结构设计、螺栓联接的强度计算。难点:螺栓联接的受力分析和强度计算、提高螺栓联接强度的措施。522、36.键、花键联接和销联接6.1键的分类、特点及工作原理6.2平键联接的强度计算6.3花键联接的类型、定心方式和应用6.4销联接的种类和应用教学要求:要求学生了解平键联接的主要类型、特点及应用；掌握平键的类型及尺寸的选择方法，并能对平键联接进行强度校核计算；了解花键联接的类型、特点和应用；了解销联接的类型、特点及应用。重点:平键联接的类型及尺寸选择、平键联接的失效形式、强度计算。难点:平键联接的失效形式、强度计算。21、2、37.带传动7.1带传动的主要类型，带传动的工作原理、特点和应用；7.2普通V带的结构和标准；7.3带传动的受力分析、带传动的应力分析、弹性滑动和打滑现象；7.4带传动的失效形式和设计准则；7.5普通V带传动的设计计算；7.6普通V带轮的设计；7.7带传动的安装与维护。教学要求：要求学生了解带传动的类型、特点和应用；熟悉普通V带的结构及其标准、普通V带传动的张紧方法和装置；掌握带传动的工作原理、受力分析、弹性滑动及打滑现象；普通V带传动的失效形式及设计准则；了解柔韧体摩擦的欧拉公式、带的应力及其变化规律；具备设计普通V带传动的能力。重点:带传动的工作情况分析和普通V带传动的设计计算。难点:带传动的极限有效拉力及其影响因素、带的弹性滑动和打滑的形成机理。621、2、38.链传动8.1链传动的工作原理、特点和应用；8.2滚子链的结构、标准和链轮的结构；8.3链传动的运动特性分析；8.4链传动的设计计算；8.5链传动的布置、张紧和润滑。教学要求：要求学生了解链传动的工作原理、特点及应用，了解套筒滚子链的标准、规格及链轮的结构特点，掌握链传动运动特性，了解链传动的布置、张紧和润滑。重点：链传动的运动特性、链传动规格及标准。难点：链传动的运动特性。31、2、39.齿轮传动9.1齿轮的失效形式及设计准则；9.2齿轮的材料及其选择原则；9.3齿轮传动的许用应力、精度选择；9.4齿轮传动的受力分析和计算载荷；9.5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算；9.6齿轮传动的参数选择；9.7标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算；9.8标准直齿锥齿轮传动的强度计算；9.9齿轮的结构设计、齿轮传动的润滑。教学要求：要求学生了解轮齿的失效的基本形式、失效部位、失效原因、防止或减轻失效的主要措施；理解齿轮传动的设计准则、对齿轮材料的要求及常用材料；掌握直齿圆柱齿轮传动的强度计算和参数选择；受力分析和计算载荷；齿根弯曲疲劳强度计算；齿面接触疲劳强度计算；掌握斜齿圆柱齿轮传动的强度计算和参数选择；受力分析和计算载荷；齿根弯曲疲劳强度计算；齿面接触疲劳强度计算；了解锥齿轮的受力分析和强度计算。重点:齿轮传动的失效形式及设计准则；齿轮传动的受力分析及计算载荷；标准直齿圆柱齿轮的强度计算；标准斜齿圆柱齿轮的强度计算。难点:齿轮传动的受力分析，齿轮传动的强度计算。1221、2、310.蜗杆传动10.1蜗杆传动的类型、特点及应用；10.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算10.3普通圆柱蜗杆传动的受力分析、失效形式及设计准则；10.4普通圆柱蜗杆传动的强度和刚度计算；10.5普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算10.6蜗杆传动的结构设计教学要求：要求学生了解蜗杆传动的分类、特点和应用；了解蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算；掌握蜗杆传动的受力分析、失效形式及设计准则；掌握蜗杆传动的强度计算；了解蜗杆传动的效率及热平衡计算；掌握蜗杆、蜗轮的结构设计。重点:普通圆柱蜗杆的主要参数及几何尺寸计算；普通圆柱蜗杆传动的强度计算；普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算。难点:蜗杆传动的受力分析。42、311.滚动轴承11.1滚动轴承的基本类型、特点、代号、类型选择11.2滚动轴承的工作情况11.3滚动轴承的失效形式、设计准则11.4滚动轴承的寿命计算11.5滚动轴承的静强度计算11.6滚动轴承的组合结构设计、润滑和密封教学要求：要求学生掌握滚动轴承的构造、基本类型、代号和类型选择；了解滚动轴承的载荷分布情况、失效形式和计算准则；掌握滚动轴承的基本额定寿命、基本额定动载荷、当量动载荷的概念及寿命计算；了解滚动轴承的组合结构设计、润滑和密封。重点:滚动轴承的基本类型、特点、代号和类型选择；滚动轴承的寿命计算，角接触轴承的轴向载荷计算以及滚动轴承的组合结构设计。难点:滚动轴承的寿命计算，滚动轴承的组合结构设计。62、312.滑动轴承12.1滑动轴承的类型、结构；轴瓦的结构和轴承材料；12.2非液体摩擦滑动轴承的设计计算；12.3液体动压和静压滑动轴承简介。教学要求：要求学生了解滑动轴承的特点和应用；掌握滑动轴承的典型结构、轴瓦材料及其选用原则；掌握非液体摩擦滑动轴承的失效形式、计算方法；掌握形成液体动压润滑的必要条件。重点:滑动轴承的特点与选用；非液体摩擦滑动轴承的设计计算；液体动压润滑的基本原理。难点:液体动压润滑的基本原理。322、313.轴13.1轴的分类、常用材料及其选择13.2轴的结构设计13.3轴的强度计算教学要求：要求学生了解轴的分类、常用材料及其选择；掌握轴的结构设计方法，具备阶梯轴结构设计的能力；掌握轴的结构工艺性，了解提高轴疲劳强度的措施；掌握轴的强度计算，了解轴的刚度计算。重点:轴的结构设计和强度计算。难点:轴的结构设计。622、314.联轴器、离合器14.1联轴器14.2离合器教学要求：要求学生了解联轴器的种类和特性；了解离合器的种类、特性、工作原理；熟悉联轴器的选择方法；对安全联轴器及安全离合器及特殊功用及特殊构造的联轴器及离合器有所了解。重点:联轴器、离合器的类型、结构、特点及其应用。难点:联轴器、离合器的特点及选用。21、2、3合计54102.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.螺栓联接综合实验实验内容：验证受轴向工作载荷时，预紧螺栓联接的变形规律，及对螺栓总拉力的影响；通过螺栓的动载实验，改变螺栓联接的相对刚度，观察螺栓动应力幅值的变化，以验证提高螺栓联接强度的各项措施。实验要求：了解螺栓联接在拧紧过程中各部分的受力情况；了解托架螺栓组受翻转力矩引起的载荷对各螺栓拉力的分布情况。222.带传动实验实验内容：载荷对带传动的影响实验要求：了解带传动中的弹性滑动和打滑现象，以及它们与带传递载荷之间的关系；比较预紧力的大小对带传动承载能力的影响；了解带传动所传递载荷与弹性滑动率及传动效率之间的关系223.轴系结构组合实验实验内容：常见轴系结构的设计和安装实验要求：熟悉并掌握轴、轴上零件的结构形状及功用、工艺要求和装配关系；熟悉并掌握轴及轴上零件的定位与固定方法，为轴系结构设计提供感性认识；了解轴承的类型、布置、安装及调整方法，以及润滑和密封方式；掌握轴承组合设计的基本方法。224.液体动压滑动轴承实验实验内容：观察径向滑动轴承液体动压润滑油膜的形成过程与现象；观察载荷和转速改变时径向油膜压力的变化情况；观察径向滑动轴承油膜的轴向压力分布情况；测定和绘制径向滑动轴承径向油膜压力曲线，求轴承的承载能力。实验要求：了解径向滑动轴承的摩擦系数f的测量方法和摩擦特性曲线λ的绘制方法。225.减速器装拆实验实验内容：常见减速器的结构分析及装拆实验要求：了解各种常用减速器的基本类型、工作原理和特点；进行减速器的装拆，了解轴系部件、箱体的组成及其安装、润滑和维护；通过观察分析，提高机械结构设计能力，为减速器设计打下基础。22合计10五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，采用启发式、讨论式教学和案例教学等，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；以“全面详细”为原则，精选常用机械零部件作为教学内容，精讲多练；安排习题课，巩固课堂所学知识；课程为省级精品课，提供灵活的自主学习平台。实验教学着重讲授如何用科学的手段来完成理论的验证；采用教师讲授和学生动手操作的方法；在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器；实验结束后，按规定对仪器进行维护保养；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告。六、课程资源库1.推荐教材：（1）濮良贵.机械设计[M].北京：高等教育出版社,2019.（2）邱宣怀.机械设计[M].北京：高等教育出版社,2018.2.参考书：（1）李良军.机械设计[M].北京：高等教育出版社,2020.（2）宋宝玉.机械设计[M].北京：高等教育出版社,2017.（3）宋宝玉.机械设计学习指导[M].北京：高等教育出版社,2015.（4）张策.机械工程史[M].北京：清华大学出版社,2015.3.期刊：（1）机械设计[J].ISSN1001-2354.中国机械工程学会;天津市机械工程学会.（2）机械设计与制造[J].ISSN1001-3997.辽宁省机械研究院.（3）机械传动[J].ISSN1004-2539.郑州机械研究所.（4）矿山机械[J].ISSN1001-3954.洛阳矿山机械工程设计研究院.（5）ChineseJournalofMechanicalEngineering[J].ISSN1000-9345.中国机械工程学会.4.网络资源：（1）西北工业大学《机械设计》慕课./course/NWPU-17001.（2）西南交通大学《机械设计》慕课/course/SWJTU-94001.（3）盐城工学院《机械设计》慕课./course/YCIT-1001755100.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现12（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√552实验16（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√664作业12（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√552期末考核60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核常用零部件的分类、特点，工作原理及特性；常用零部件的主要失效形式设计准则及方法。（3）考试题型为：名词解释题、填空题、简答题、判断题和分析计算题等。√√√252510合计：100分414118八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、作业、期末考试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重60%），试题类型为填空题、选择题、判断题、简