《机器人机械基础》教学大纲

《机器人机械基础》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：22130021课程性质：学科基础必修课学分：4学分学时：64学时（理论52学时，实验12学时）先修课程：工程制图与CAD（A）、机器人工程导论等后续课程：机器人竞赛与实训等适用专业：机器人工程专业开课单位：智能工程学院一、课程说明《机器人机械基础》是机器人工程专业必修的一门学科基础必修课。本课程主要传授机械设计基本理论与方法，为学习其他有关课程及以后从事技术工作打下必要的基础。本课程注重基本理论知识的深入学习，强调培养运用基础理论知识解决生产实际中问题的能力，兼顾新技术、新工艺及其发展方向的介绍，培养“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的人才。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：掌握常用机构特点和功能，常用零部件设计的基本理论和方法。课程目标2：具备分析和设计常用机构的能力，并具有初步设计和评价机械传动系统方案的能力和创新素质。课程目标3：了解机械设计学科方面的技术标准体系、重要新技术成就及学科的发展趋向，能提出多种技术方案，并对其进行对比、论证和优化，并能与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，同时培养爱国情怀。三、课程目标与毕业要求《机器人机械基础》课程教学目标对机器人工程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1.工程知识1.1掌握机器人工程领域所需的数学（高等数学、概率论与数理统计、线性代数、复变函数与积分变换）、大学物理等科学知识，具备理解和表述复杂工程的计算和分析能力。课程目标1：掌握常用机构特点和功能，常用零部件设计的基本理论和方法。H2.问题分析2.3通过文献研究与分析，求解机器人工程领域复杂工程问题，以获得有效结论。课程目标2：具备分析和设计常用机构的能力，并具有初步设计和评价机械传动系统方案的能力和创新素质。M3.设计/开发解决方案3.1能够针对机器人工程领域的复杂工程问题提出网络化、智能解决方案。课程目标3：了解机械设计学科方面的技术标准体系、重要新技术成就及学科的发展趋向，能提出多种技术方案，并对其进行对比、论证和优化，并能与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流。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机械的概念与组成1.2机器与机构、零件与构件的区别与联系思政1：激发爱国主义情怀1.3课程内容和学习方法教学要求：掌握机械的概念与组成,理解机器与机构、零件与构件的区别与联系,了解机械设计的基本要求与一般过程。重点:机械的概念。难点:机器与机构、零件与构件的区别与联系。2232.机械常用工程材料及钢的热处理2.1金属材料的力学性能及工艺性能2.2常用金属材料思政2：号召学生以国家利益为重2.3钢的热处理工艺2.4机械零件的选材教学要求：掌握金属材料的力学性能及工艺性能的内容,了解常用金属材料和非金属材料,了解钢的热处理工艺的方法及作用,掌握机械零件的选材。重点:机械的概念。难点:机器与机构、零件与构件的区别与联系。41、23.机械精度设计基础3.1公差与配合概述3.2公差与配合的术语和定义3.3常用的尺寸公差与配合，培养大国工匠精神3.4表面粗糙度、形状公差、位置公差教学要求：理解公差与配合的意义和作用,理解公差与配合的术语和定义,掌握常用的尺寸公差与配合,掌握表面粗糙度、形状公差、位置公差的选用和标注。重点:公差配合的术语和定义，公差与配合的选用；表面粗糙、形状与位置公差的选用和标注。难点:公差与配合的选用及形位公差的正确标注。42、34.机构的组成原理及平面连杆机构4.1机构结构分析的内容及目的；4.2机构的组成、机构运动简图；4.3机构自由度计算及注意事项；4.4利用速度瞬心作平面机构的速度分析。4.5平面四杆机构的类型和应用；思政3：培养学生的世界观、价值观；4.6平面四杆机构的设计。教学要求：熟练掌握机构简图的绘制方法；熟练掌握机构自由度的计算；熟练掌握机构具有确定运动的条件；理解速度瞬心的概念，利用速度瞬心法进行机构速度分析；了解平面四杆机构的基本型式，掌握其演化方法；熟练掌握平面四杆机构存在曲柄的条件及其工作特性;熟练掌握用图解法设计四杆机构。重点:机构运动简图的绘制、机构自由度的计算、平面四杆机构的类型和应用、存在曲柄的条件、工作特性以及四杆机构的设计。难点:机构运动简图的绘制、机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理问题、四杆机构存在曲柄的条件、工作特性及设计。6215.带传动与链传动5.1带传动的主要类型，带传动的工作原理、特点和应用培养学生严谨负责的态度5.2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5.3带传动的失效形式和设计准则5.4普通V带传动的设计计算5.5链传动教学要求：了解带传动的类型、特点和应用场合；掌握带传动的工作原理、受力分析、弹性滑动及打滑现象；掌握普通V带传动的失效形式及设计准则；具备设计普通V带传动的能力；了解链传动的特性和选择。重点:带传动的工作情况分析、普通V带传动的设计计算、链传动的运动特性。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、形成机理。41、2、36.凸轮机构6.1凸轮机构的应用及分类6.2从动件常用的运动规律激发爱国情怀6.3凸轮机构轮廓曲线的设计方法6.4凸轮机构基本尺寸的确定教学要求：了解凸轮机构的组成及其主要优缺点；了解凸轮机构的分类；掌握从动件常用的运动规律；掌握用反转法设计凸轮轮廓曲线。重点:凸轮机构轮廓曲线的设计、基本尺寸的确定。难点:凸轮机构轮廓曲线的设计。22、37.齿轮机构7.1齿轮机构的应用及分类7.2齿廓啮合基本定律7.3渐开线的形成、性质及其啮合特点增强民族自豪感7.4渐开线标准齿轮各部分的名称和几何尺寸7.5渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动7.6渐开线齿廓的切制及变位齿轮概述7.7平行轴斜齿圆柱齿轮机构7.8蜗杆蜗轮机构7.9直齿锥齿轮机构教学要求：了解齿轮机构的类型和应用；了解平面齿轮机构的齿廓啮合基本定律；熟练掌握渐开线齿轮各部分的名称、基本参数及各部分几何尺寸的计算；熟练掌握渐开线直齿圆柱齿轮的啮合特性及渐开线齿轮传动的正确啮合条件和连续传动条件；了解渐开线齿廓的切齿原理、根切现象及变位齿轮的概念；了解斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成和啮合特点；了解标准直齿锥齿轮的传动特点及基本尺寸的计算。重点：渐开线直齿轮机构的几何尺寸计算、啮合传动；平行轴斜齿圆柱齿轮机构的几何尺寸计算。难点：渐开线直齿圆柱齿轮的啮合过程。621、2、38.轮系8.1轮系及其分类8.2定轴轮系的传动比计算培养自主创新8.3周转轮系的传动比计算8.4复合轮系的传动比计算教学要求：了解轮系的分类方法，掌握轮系类型的判断；熟练掌握定轴轮系、周转轮系、复合轮系的传动比计算；了解轮系的功用。重点：轮系的传动比计算。难点：周转轮系、复合轮系的传动比计算。421、29.其他常用机构9.1棘轮机构9.2槽轮机构教学要求：了解其他常用机构的工作原理及应用。重点:棘轮机构、槽轮机构的工作原理、特点及应用。难点:其他常用机构的工作原理。21、2、310.螺纹连接10.1螺纹、螺纹联接的类型及应用引入螺丝钉精神10.2螺纹联接的预紧和防松10.3螺栓组联接的结构设计10.4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，了解提高螺纹联接强度的措施。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。难点:提高螺栓联接强度的措施。421、2、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、设计准则思政4：培养大家坚持不懈11.4滚动轴承的强度计算11.5滚动轴承的组合结构设计、润滑和密封11.6滑动轴承的概述。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；了解滑动轴承的基本原理和选择。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。41、2、312.轴及轴毂联接12.1轴的分类、常用材料及其选择12.2轴的结构设计12.3轴的强度计算12.4键的分类、特点及工作原理思政5：增加学生勤于钻研的能力12.5花键联接的类型、定心方式和应用12.6销联接的种类和应用。教学要求：要求学生熟悉轴的功用、分类、轴设计的主要工作内容以及轴的材料的选择，掌握轴的结构设计的方法和应考虑的问题，熟悉轴的计算。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:轴的结构设计和强度计算。难点:轴的结构设计。421、2、313.联轴器、离合器13.1联轴器13.2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，并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、314.金属切削加工工艺14.1常用加工方法与设备简介；倡导爱国主义14.2现代加工技术简介教学要求：要求学生了解常用加工方法与设备；了解现代加工技术。重点:常用加工方法与设备。难点:常用加工方法与设备。41、2、3合计52122.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.机构现场认识实验实验内容：常用机构的认识。实验要求：了解常用机构的结构特点、主要类型及运动传递情况。212.机构运动简图测绘实验实验内容：对实际机构的测绘及分析。实验要求：掌握机构运动简图的绘制方法；掌握机构自由度的计算；验证机构具有确定运动的条件。223.渐开线直齿圆柱齿轮参数测定实验内容：测定直齿圆柱齿轮参数。实验要求：了解齿轮参数的测定方法，并确定齿轮的模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数等。214.机械零件现场认识实验实验内容：常见通用零部件的认识实验要求：了解各种通用零部件的类型、结构、工作原理及安装、定位、张紧、润滑与维护。215.轴系结构设计实验实验内容：常见轴系结构的设计和安装实验内容：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。236.减速器原理及应用实验内容：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。23合计12五、教学方法及手段本课程理论教学以课堂讲授为主，结合作业、学习通资源，采用启发式、讨论式教学和案例教学等，培养学生常用机构和零部件的结构分析和设计的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。采用E-mail、QQ、微信等交流工具，加强和学生之间的交流和沟通。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1.推荐教材：（1）马惠萍.《机械学基础》[M].北京.科学出版社.2019.2.参考书：（1）李良军.《机械设计》[M].北京.高等教育出版社.2020.（2）张春林.《机械原理》[M].北京.机械工业出版社.2018.（3）张策.《机械工程史》[M].中国.清华大学出版社.2015.3.期刊：（1）机械设计.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.ISSN1001-3997.辽宁省机械研究院.（3）机械传动.ISSN1004-2539.郑州机械研究所.（4）矿山机械.ISSN1001-3954.洛阳矿山机械工程设计研究院.（5）ChineseJournalofMechanicalEngineering.ISSN1000-9345.中国机械工程学会.4.网络资源：（1）西安交通大学《机械设计基础》慕课/course/XJTU-1001595002.（2）武汉理工大学《机械设计基础》慕课/course/WHUT-1207188803.七、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过程性考核实验20（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。√√1010期中测验10（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）主要考核常用机构的分类、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：选择题、填空题、简答题、判断题和计算题等。√√√442作业20（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。√√√884期末考核50（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）主要考核常用机构的分类、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轴系、金属加工、螺纹连接相关知识。（3）考试题型为：选择题、填空题、简答题、判断题和分析计算题和改错题。√√√202010合计：100分424216八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以实验、期中测验、作业、期末考试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求