《机械设计基础（上）》教学大纲

《机械设计基础（上）》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：01130371课程性质：学科基础必修课学分：2.5学分学时：40学时（理论32学时，实验8学时）先修课程：高等数学、机械制图、工程力学、互换性与技术测量等后续课程：机械设计基础（下）适用专业：材料成型及控制工程开课单位：机械工程学院一、课程说明《机械设计基础（上）》是材料成型及控制工程专业的一门主干学科基础必修课。本课程的主要任务是使学生掌握机构的结构分析、运动分析和常用机构的基本理论、基本知识和基本技能，具有选用、分析和设计常用机构的能力。本课程具有较强的实践性，在培养学生严谨的工作作风、分析和设计能力、总结归纳能力等方面起重要作用，为学生今后从事机械方面设计、研究和开发工作奠定重要基础。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：具备分析和设计常用机构的能力，并具有初步设计和评价材料成型机械传动方案的能力和创新素质。课程目标2：掌握常用机构分析和综合的基本理论和方法，能够将知识用于材料成型机械中运动方案设计。课程目标3：能够基于机构结构分析、运动学和动力学原理对材料成型机械中的机构问题进行实验，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《机械设计基础（上）》课程教学目标对材料成型及控制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：能将数学、自然科学、材料成型及控制工程基础和专业知识应用于解决复杂工程问题。1.3掌握相关自然科学知识、工程基础知识和思维方法，并能将其应用于解决复杂材料成型及控制工程问题。课程目标1：具备分析和设计常用机构的能力，并具有初步设计和评价材料成型机械传动方案的能力和创新素质。H2.问题分析：能应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂材料成型及控制工程问题，以获得有效结论。2.2能够应用数学、自然科学基本原理，对复杂材料成型及控制工程问题进行表述。课程目标2：掌握常用机构分析和综合的基本理论和方法，能够将知识用于材料成型机械中运动方案设计。H4.研究：能基于科学原理并采用科学方法对材料成型专业复杂工程问题进行研究，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。4.2能够基于科学原理，采用科学方法设计实验，对材料成型专业领域的复杂工程问题制定实验方案并实施。课程目标3：能够基于机构结构分析、运动学和动力学原理对材料成型机械中的机构问题进行实验，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机器、机构、构件、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1.4机械设计的基本要求和一般步骤教学要求：了解本课程的研究对象、内容及其地位、作用和任务；理解机械、机器、机构、构件、零件等基本概念；了解机械设计的基本要求和一般步骤。重点:本课程研究的对象、内容。难点:机器、机构、通用零件和专用零件的概念。2232.平面机构的结构分析2.1机构结构分析的内容及目的2.2机构的组成2.3机构运动简图2.4平面机构的自由度教学要求：熟练掌握机构运动简图的绘制方法；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。重点:机构运动简图的绘制、机构自由度的计算。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。421、43.平面机构的运动分析3.1机构运动分析的目的和方法3.2用速度瞬心法作机构的速度分析教学要求：理解速度瞬心的概念，并能运用“三心定理”确定一般平面机构各瞬心的位置；掌握利用速度瞬心法进行机构速度分析。重点:速度瞬心的概念和“三心定理”的应用。难点:利用速度瞬心法作平面机构的速度分析。21、44.平面连杆机构及其设计4.1平面连杆机构的应用及其设计的基本问题4.2平面四杆机构的基本形式和演化4.3平面四杆机构的基本知识4.4平面四杆机构的设计教学要求：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；了解连杆机构的特点及应用；熟练掌握用图解法设计四杆机构。重点:平面四杆机构的类型和应用、存在曲柄的条件、工作特性以及设计。难点:平面四杆机构存在曲柄的条件、工作特性及设计。61、2、3、45.凸轮机构及其设计5.1凸轮机构的应用和分类5.2从动件的运动规律5.3凸轮轮廓曲线的设计5.4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:凸轮轮廓曲线的设计、凸轮机构基本尺寸的确定。难点:凸轮轮廓曲线的设计。41、2、3、46．齿轮机构6.1齿轮机构的应用、特点和分类6.2齿廓啮合基本定律6.3渐开线齿廓6.4渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸6.5渐开线直齿圆柱齿轮机构的啮合传动6.6渐开线齿轮的加工6.7渐开线变位齿轮6.8斜齿圆柱齿轮机构6.9蜗轮蜗杆机构6.10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，掌握渐开线的形成、性质及其啮合特点；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；了解渐开线齿廓的加工原理、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；掌握斜齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸的计算，斜齿轮的啮合条件和重合度，斜齿轮的当量齿轮和当量齿数；了解蜗杆蜗轮机构的特点及应用，掌握蜗杆蜗轮的基本参数和啮合条件，了解蜗杆蜗轮的几何尺寸计算；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。841、2、3、47．齿轮系及其设计7.1齿轮系及其分类7.2定轴轮系的传动比7.3周转轮系的传动比7.4复合轮系的传动比7.5轮系的功用7.6轮系的设计7.7其他类型的行星传动简介教学要求：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。41、2、3、48．其他常用机构8.1棘轮机构8.2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、凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构、螺旋机构、万向铰链机构的工作原理、特点及应用。难点:其他常用机构的工作原理。21、2、3、4合计3282.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。21、22.机构运动简图测绘实验内容：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。21、43.齿轮的范成实验内容：齿轮的范成加工。实验要求：掌握用范成法加工渐开线齿轮齿廓的基本原理；了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法；分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。21、34.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。21、4合计8五、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、慕课、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、课程资源库1.推荐教材：（1）李育锡.机械设计基础（第四版）[M].北京:高等教育出版社,2020.（2）杨可桢.机械设计基础[M][M].北京:高等教育出版社,2020.2.参考书：（1）张文忠.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2021.（2）朱龙英.机械设计（第2版）[M].北京:高等教育出版社,2023.（3）张锋.机械设计学习指导（第2版）[M].北京:高等教育出版社,2023.（4）张策.机械工程史[M].北京:清华大学出版社,2015.（5）张春林.机械原理[M].北京:机械工业出版社,2018.3.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.（3）河南科技大学《机械设计基础》慕课./course/HAUST-1462116166.七、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学习平台学习问题情况进行考核，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。√√772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：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、简答题、计算题和分析题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题和分析题不低于50%；课堂表现、实验、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现30参与教学平台随堂发布的各项教学活动，平台统计分数大于等于90分。参与教学平台随堂发布的各项教学活动，平台统计分数大于等于80分。参与教学平台随堂发布的各项教学活动，平台统计分数大于等于70分。上课不认真，偶尔参与教学平台随堂发布的各项教学活动，平台统计分数大于等于60分。上课不认真，几乎不参与参与教学平台随堂发布的各项教学活动，平台统计分数低于60分。作业30完成教学平台发布的作业，各次成绩的平均值大于等于90分。完成教学平台发布的作业，各次成绩的平均值大于等于80分。完成教学平台发布的作业，各次成绩的平均值大于等于70分。完成教学平