Design of Machinery

一、课程的性质与目标
  机械设计是机械电子专业的一门专业基础课程，系核心课程，是以通用零件设计为主的设计性课程。本课程在教学内容方面的重点在机械设计基本知识、基本理论和基本方法，在培养能力方面应重视设计构思和设计技能的基本训练。

 （一）知识目标

1、掌握通用机械零件的工作原理、结构特点和应用知识；

2、掌握通用零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律；

3、树立正确的设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策；

3、掌握典型机械零件和一般传动装置的实验方法；

4、对机械设计的新发展有所了解。

  (二）能力目标

 1、使学生具有选择一般标准件、设计简单传动装置和机械的能力；

  2、具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的基本能力。

  3、获得普通机械实验的基本技能。

二、课程的教学内容和学时分配

绪论   （2学时）

教学内容：

　（1）机器的基本组成要素

　（2）本课程的内容、性质和任务。

教学要求：

明确本课程的内容、性质和任务

第一章   机械设计总论  （2学时）

教学内容：

　（1）机械设计的一般程序：方案设计、技术设计的主要内容,机器设计的基本准则等。

　（2）机械零件的主要失效形式。

 （3）机械零件的计算准则：强度、刚度、振动稳定性、耐磨性、寿命与可靠性等。　　

 （4）机械零件材料的选用原则　　　　　　

教学要求：

明确机械设计的任务和要求，理解设计机器和机械零件时应满足的基本要求和一般程序；掌握机械零件的主要失效形式、设计准则。

重点:

设计机器和机械零件时应满足的基本要求, 机械零件的主要失效形式、设计准则。

难点:

   寿命与可靠性

第二章   机械零件的强度  （2学时）

教学内容：

（1）循环应力下机械零件的强度、影响疲劳强度的因素、安全系数计算。

（2）损伤积累假说。　

（3）提高机械零件疲劳强度的措施。

（4）低周循环时机械零件的疲劳强度计算。

教学要求：

了解疲劳损伤累积假设的意义及其应用；掌握单向稳定变应力,了解双向变应力的强度计算方法。

重点:

 （1）机械零件在循环应力下的疲劳强度。

 （2）影响疲劳强度的因素。

 （3）疲劳强度的计算方法。

 （4）提高零件疲劳强度的措施。

难点:

单向变应力的强度计算方法。

第三章   摩擦、磨损及润滑概述  （2学时）

教学内容：

　（1）摩擦机理与摩擦定律。　　　　　　　　　　　　

　（2）磨损：磨损类型，磨损过程，磨合。

　（3）润滑：润滑的分类，润滑剂与添加剂，润滑剂的粘度。

　（4）流体动力润滑基本原理。

教学要求：

了解摩擦学、干摩擦、边界摩擦、混合摩擦、液体摩擦的概念；机械零件磨损过程、磨损类型；润滑剂及其主要指标；弹性流体动力润滑、流体静力润滑的概念。掌握流体动力润滑的基本概念及形成条件。

重点：

 （1）润滑的意义、状态分类及特性。

　（2）磨合的概念及其方法。　　　　

　（3）流体动力润滑原理。

难点:

 流体动力润滑原理。

第四章   螺纹联接和螺旋传动  （4学时）

教学内容：

　（1）联接螺纹和传动螺纹的概念、主要类型及特点。

　（2）联接件的标准及其性能等级。

　（3）拧紧力矩，预紧力及其控制，螺纹联接的防松原理及防松措施。

　（4）螺纹联接的失效形式及计算准则。

 （5）螺栓联接的计算：受横向载荷，受轴向静载荷，受轴向变载荷。

 （6）螺栓组联接受力分析。

　（7）螺纹联接的许用应力。

 （8）联接件的刚度和预紧力。

　（9）螺旋传动的基本类型和应用。　　　　　　　　　

　（10）螺旋传动的受力分析和设计。

　（11）螺杆、螺母材料及许用应力。

　（12）滚动螺旋及静压螺旋简介。

教学要求：

了解常用螺纹的特点和应用。掌握螺栓组联接的结构设计和受力分析；紧螺栓联接的计算（螺栓仅受预紧力时的计算，螺栓承受预紧力和工作载荷时的计算，螺栓承受工作剪力的计算）；提高螺栓联接强度的措施；螺旋传动的设计计算。

重点：　　　　　　　　　　　　　　　　

　（1）螺纹联接的主要类型及特点。

 （2）螺栓联接受力分析及强度计算，承受转矩和倾覆力矩的螺栓组联接的设计。

 （3）提高螺纹联接强度的结构和工艺措施。

难点:

　 螺栓联接受力分析及强度计算，承受转矩和倾覆力矩的螺栓组联接的设计。

第五章   键、花键、无键联接和销联接  （2学时）

教学内容：

　（1）键联接的类型、结构、特点和应用，平键联接的失效形式和强度计算：键的材料、键联接的许用应力。　

　（2）花键联接的类型、对中方法、工作特点和应用，花键联接的强度计算。

　（3）销联接的种类和应用。

教学要求：

了解键联接的种类、构造特点和应用；花键联接的种类、对中方式、特点和应用。掌握平键联接的失效形式、设计步骤和尺寸选择方法。了解键联接的公差、花键联接的公差。

重点、难点：

　（1）平键联接的失效形式、强度计算。

　（2）花键联接的对中方法及对中的意义。

第六章   带传动  （4学时）　　

教学内容：

　（1）带传动的主要类型、工作原理、特点和应用范围。

　（2）带传动的受力分析：欧拉公式，带传动的应力分析。

　（3）带的弹性滑动概念与传动比。

　（4）带传动的失效形式和计算准则。

　（5）Ｖ带传动的设计计算，带轮材料、结构和尺寸。

　（6）带传动作用在轴上的载荷及张紧装置。

教学要求：

了解带传动的类型、特点和应用；掌握带传动的工作原理和理论基础（带传动的几何关系，带传动的力分析、应力分析，带的弹性滑动和打滑，带传动的最大有效圆周力，带传动的失效分析和设计准则，单根三角带所能传递的功率）；掌握V带传动设计计算。

重点、难点：

　（1）带传动的工作原理、受力分析、应力分析。

 （2）Ｖ带传动的设计与计算。

第七章   链传动  （自学）

教学内容：

　（1）链传动的类型、特点及应用。

　（2）链传动的工作原理和运动特点（速度的不均匀性和动载荷）。

 （3）滚子链的结构和规格，链轮的结构和材料。

 （4）滚子链传动的主要参数及选择。

　（5）滚子链传动的设计计算，链传动作用在轴上的载荷。

　（6）链传动的布置，张紧装置和润滑。

　（7）齿形链简介。

教学要求：

了解链传动的类型、特点和应用，了解链传动的运动特性（速度的不均匀性及动载荷）；了解滚子链的结构、特点与材料，了解链传动的受力分析方法，了解滚子链传动的失效形式和传动的设计计算；了解链传动的布置、张紧与润滑。

重点：

　（1）链传动的运动特性。

 （2）滚子链传动的失效形式。

 （3）滚子链传动的设计计算。

难点：链传动的运动特性（速度的不均匀性及动载荷）

第八章   齿轮转动  （8学时）

教学内容：　　　　　　　　　　　

 （1）齿轮传动的类型、特点和应用。

　（2）齿轮材料、热处理及其选择。

　（3）齿轮的失效形式和计算准则。

　（4）直齿圆柱齿轮传动的计算：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。

　（5）斜齿圆柱齿轮传动的计算：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。

　（6）直齿锥齿轮传动：受力分析，强度计算。

教学要求：

掌握齿轮传动的失效形式和计算准则、基本设计原理、设计程序和方法，掌握斜齿轮和直齿圆锥齿轮传动的受力分析。了解渐开线圆柱齿轮精度标柱、齿轮及传动公差的选取及标注。

重点：

 （1）齿轮传动的失效形式和计算准则。

 （2）齿轮传动的受力分析和计算载荷。

 （3）直齿圆柱齿轮传动的强度计算。

 （4）斜齿圆柱齿轮传动的参数选择。

难点:

斜齿圆柱齿轮传动的受力分析

第九章   蜗杆传动  （2学时）

教学内容：

 （1）蜗杆传动的类型、特点及应用。

 （2）蜗杆传动的运动关系和主要参数，传动比，蜗杆传动变位的特点。

 （3）蜗杆传动的受力分析。

　（4）蜗杆传动的失效形式和计算准则。

　（5）蜗杆、蜗轮材料的选择：许用应力。　　　

　（6）蜗杆传动的计算：齿面接触疲劳强度计算，齿根弯曲疲劳强度计算；主要几何尺寸。

　（7）蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算。

　（8）蜗杆轴的刚度对传动性能的影响。

　（9）蜗杆传动精度的选择，蜗杆蜗轮的结构。

　（10）新型蜗杆传动（环面蜗杆传动，圆弧齿圆柱蜗杆传动）简介。

教学要求:

了解普通蜗杆传动的主要参数；掌握蜗杆传动的受力分析,能进行蜗杆的强度计算及蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算。

重点：

（1）蜗杆传动的受力分析。

（2）失效形式、强度计算。

（3）蜗杆传动的主要参数选择及热平衡计算。

难点:

蜗杆传动的受力分析

第十章   滑动轴承  （2学时）

教学内容：

 （1）滑动轴承的应用和分类。　　

　（2）滑动轴承的结构，轴瓦结构。

　（3）滑动轴承的材料及其选择。

　（4）不完全液体润滑滑动轴承的失效形式和计算。　　　　　　

　（5）润滑的雷诺方程式。

　（6）液体动力润滑单油楔径向轴承承载能力和温升的计算，几何参数、工况参数对运转参数的影响。

　（7）滚动轴承与滑动轴承的比较。

教学要求：

了解滑动轴承的用途与分类，了解径向滑动轴承的典型结构；理解滑动轴承的失效形式，了解轴承材料及轴瓦结构，了解滑动轴承润滑剂的选择知识；掌握不完全液体润滑滑动轴承设计计算，了解液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算。  

重点：　　　　　　　　　　

 不完全液体润滑滑动轴承的条件性计算。

难点:

油楔径向轴承承载能力和温升的计算，几何参数、工况参数对运转参数的影响。

第十一章   滚动轴承  （6学时）

教学内容：

　（1）滚动轴承的基本类型、结构、特点、精度和代号。

　（2）滚动轴承元件上的载荷分布。

　（3）滚动轴承的失效形式和计算准则。

　（4）滚动轴承的基本额定动载荷及当量动载荷的计算。

　（5）滚动轴承的基本额定静载荷及当量静载荷的计算。

　（6）滚动轴承组合的结构设计：轴承与轴颈、座孔的配合，轴承的游隙、预紧、调整及装拆：轴承的润滑和密封。

教学要求：

  了解滚动轴承的基本类型、结构特点及代号；了解轴承套圈及滚动体上载荷分布及应力的变化，掌握滚动轴承的失效形式和计算准则；理解基本额定寿命、基本额定动载荷及当量动载荷，掌握角接触球轴承（7类）和圆锥滚子轴承（3类）轴向载荷的计算方法，掌握滚动轴承基本额定寿命的计算方法，掌握滚动轴承的基本额定静载荷的计算；了解滚动轴承的组合设计，了解轴承的配置、固定、配合、预紧和装拆，润滑与密封。

重点：

（1）滚动轴承的基本类型、结构特点及代号

（2）滚动轴承的寿命计算。

（3）轴承组合结构设计。

难点：

角接触球轴承（7类）和圆锥滚子轴承（3类）轴向载荷的计算方法

第十二章   联轴器和离合器  （2学时）

教学内容：

　（1）联轴器的分类、特性、标准及选择。

　（2）离合器的分类、特性、标准及选择。

教学要求：

   了解联轴器和离合器的主要类型、结构、特点和应用场合，掌握联轴器和离合器的选择及计算方法。

重点、难点：

 （1）联轴器的特性和选择。

　（2）离合器的特性和选择。

第十三章   轴  （4学时）

教学内容：

　（1）轴的类型及应用，轴的材料及其选择。

　（2）轴的计算准则、强度、刚度、振动稳定性。

　（3）轴的结构设计。

　（4）提高轴疲劳强度的措施。

　（5）轴的强度计算：扭转强度计算、弯扭合成强度计算，安全系数校核计算。

教学要求：

   了解轴的用途和分类，掌握轴的结构设计方法及强度计算方法，掌握提高轴的疲劳强度的措施。了解轴的材料及其选择方法，理解轴的结构设计原则。

重点：

（1）阶梯轴的结构设计。

（2）轴的弯扭合成强度计算。

难点：

轴的弯扭合成强度计算。

第十四章   机座、箱体以及减速器和变速箱    （2学时）

教学内容：

　（1）机座、箱体类型及结构简介。

　（2）减速器类型和特点。

　（3）变速箱类型和特点。

教学要求：

   了解机座、箱体类型及结构；了解减速器类型和特点；了解变速箱类型和特点。

重点：

（1）减速器类型和特点

（2）变速箱类型和特点

难点：机座、箱体的结构设计。

三、课程教学环节的基本要求

课堂讲授：

机械设计是讲授、实验、设计并重的一门主干专业基础课程。要求学生掌握和了解通用机械零件的工作原理、特点、选用方法和设计计算的基本知识，具有设计一些常用机械传动装置的能力。根据教育发展的趋势和教学教改的要求，要积极开展电化教学，充分利用演示、幻灯、投影、CAI等现代化教学手段，提高教学效果和课堂效率。

实践教学

序号	实验项目名称	项目学时	每组人数	内容提要	实验 项目 类型	实验 项目 要求
1	带传动及效率实验	2	10-15	在传动实验台完成带传动实验，在一定张紧力下，测定不同载荷作用时带传动的转矩和转速，计算出滑动率、有效拉力和传动效率，画出滑动曲线及效率曲线，并分析滑动曲线、效率曲线与有效拉力的关系。实际观察带传动的弹性滑动和打滑现象，通过对滑动曲线和效率曲线的测定，认识带传动特性，承载能力、效率及其影响因素。通过实验获得传动效率等方面的技能，进而加深对带传动的了解和认识，为正确使用带传动打下理论基础。	验证型	必修
2	轴系组装实验	2	20	根据选定的轴系结构设计实验方案，按照预先画出的装配草图进行轴系结构拼装。检查原设计是否合理，并对不合理的结构进行修改；测量一种轴系各零、部件的结构尺寸，并绘出轴系结构的装配图，标注必要的尺寸及配合。通过拼装和测绘，熟悉并掌握轴的结构设计以及轴承组合设计的基本要求和方法。	验证型	必修
3	减速器拆装实验	2	20	按正确的程序拆卸减速器及各轴系，分析各部结构及各零部件结构及各零件的功用。根据所拆装的减速器，给出传动轴系结构图。该减速器的总传动比和各级传动比的计算。了解减速器的结构，熟悉减速器拆装和装配调整的过程，了解减速器中各零件的作用，结构形状、安装位置及装配关系，了解拆装工艺和结构设计的关系，充分认识齿轮传动和轴系定位安装等方面的知识，为后续机械课程和设计奠定基础。	验证型	必修

课程设计:

课程设计是对本课程及先修课程知识的综合运用，是培养学生设计能力的重要环节。每个学生必须独立完成课程设计。设计题目一般为机械传动装置。课程设计用时3周，其基本要求及安排详见《机械设计课程设计教学大纲》。

作业方面：

作业习题内容要多样化，要有典型性、代表性，要能达到巩固理论，掌握基本计算方法，提高分析和解决问题的能力、熟悉标准、规范的作用。学生必须独立按时完成作业，除教材外，教师应给学生指定相关参考书，以拓宽学生知识面。

考试环节：

本课程为考试课，考试形式以卷面考试为主，有条件可采用其他的合理形式，考试一般采用闭卷方式。

成绩评定：

  方式1：期末考试，考试成绩占70％，实验成绩占20%，平时成绩（教学活动过程）占10％。教学活动过程考核包括：考勤、课堂表现20%，平时作业80%；

方式2：期中+期末考试，期中占30%，期末占40%，实验成绩占20%。平时成绩（教学活动过程）占10%。教学活动过程考核包括：考勤、课堂表现20%，平时作业80%。

学时安排

   各章学时安排任课教师可根据教学实际作适当调整。

四、本课程与其他课程的联系

   本课程的先修课程是高等数学、物理、理论力学、工程图学和计算机软件技术基础、机械原理等。

通过对本课程的学习，将为学习机械制造，机械控制以及其他机械性质的专业课程打下基础。

五、建议教材与教学参考书：

[1] 濮良贵、纪名刚主编.《机械设计》（第九版）.高等教育出版社

[2]邱宣怀主编.《机械设计》（第四版）.高等教育出版社

[3]彭文生、黄华梁、王均荣、李志明、黄澍川编.《机械设计》.华中理工大学出版社

[4]  陈立德主编.《机械设计基础》.高等教育出版社

[5] 程光蕴主编.《机械设计基础学习指导书》（第三版）.高等教育出版社