机械设计教学大纲要点_机械设计教学大纲

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《机械设计》教学大纲 修订单位：机械工程学院机电系 执 笔 人：王玉良

一、课程基本信息

1． 课程中文名称：机械设计 2． 课程英文名称：Maching Design 3． 适用专业：机械设计制造及自动化专业

4． 总学时：80学时（其中理论74学时，实验6学时），另外课程设计3周 5． 总学分：5学分

二、本课在教学计划中的地位、作用、任务

机械设计是一门培养学生具有机械设计能力的技术基础课。在机械类各专业教学计划中，它是主干课程。它起到由基础理论课向专业课过渡的承上启下的作用。本课程的主要任务是培养学生：

1．掌握通用机械零部件的设计原理、方法和机械设计的一般步骤，具有设计一般机械的能力；

2．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．具有运用标准、规范、手册、图册、等有关技术资料的能力；

4．掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技能的基本训练； 5．对机械设计的新发展有所了解。

三、理论教学内容与教学基本要求 第一篇 机械设计总论 1．绪论（2学时）

机械及其在国民经济中的作用。本课程的性质、任务、内容和学习方法。设计的内含与

程序。

重点介绍本课的内容，性质和任务，使学生明了本课程是在先修课程的基础上进一步理

论联系实际，研究通用零件的设计和计算问题。扼要介绍本课程的特点和相应的学习方法，在学习过程中，也应随时对学习方法作具体指导。扩展内容：机械设计国内外的发展概况。2．机械零件设计概述（1学时）

机械零件设计的一般步骤；机械零件的主要失效形式；机械零件的工作能力和计算准则；

机械制造中常用材料和选用原则（自学）；机械零件的工艺性（自学）；机械设计中的标准化

（自学）。

本章介绍机械零件设计的一般步骤，重点是机械零件的失效形式分析，计算准则。

3．机械零件的强度（6学时）

载荷与应力的分类；静应力下机械零件的强度计算（自学）；疲劳与疲劳曲线；材料的疲

劳极限线图；影响疲劳强度的因素；单向变应力下机械零件的疲劳强度计算；双向变应力下

机械零件的疲劳强度计算；线性疲劳损伤积累理论—一迈内尔（Miner）定理；规律性非稳定

变应力下的安全系数；机械零件的接触疲劳强度。

要求掌握机械零件的强度概念和计算方法，其中以疲劳强度为重点。要求掌握变应力种

类，疲劳曲线，简化极限应力线图，稳定和非稳定变应力的强度计算，包括安全系数计算和

寿命估算。并了解表面强度的概念。非稳定变应力的强度计算是难点内容。第二篇 联接件设计 4．轴毂联接（2学时）键联接；花键联接

本章主要介绍机械设计中常用的键、花键联接。其中以平键联接的选用和强度计算为重

点。花键联接的强度计算着重介绍载荷分布不均概念。在介绍键的类型时，简单介绍无键联

接。

5．螺纹联接（8学时）

螺纹参数；螺纹联接的类型；螺纹联接的预紧和防松。

单个螺栓联接的强度计算：受拉螺栓联接；受剪的铰制孔用螺栓联接。螺栓组联接的受力分析：受轴向载荷的螺栓组联接；受横向载荷的螺栓组联接；受扭转

力矩的螺栓组联接；受翻转力短的螺栓组联接。提高螺栓联接强度的措施。

螺旋传动的种类和应用。螺旋传动的设计计算（自学）。

螺纹联接是本课程重点内容之一。要求掌握螺纹联接的结构设计和计算。重点是螺纹连

接的受力分析和强度计算，难点是受轴向载荷和倾覆力矩的螺栓组的设计计算。对提高螺纹

联接的结构工艺措施等作一般介绍。

螺旋传动宜作为设计作业的题目，在作业的同时由学生自学完成。第三篇 传动件设计 6．带传动（8学时）

带传动的主要类型、工作原理、特点和应用范围。

带传动的工作情况分析：带传动的受力分析；弹性滑动和打滑；带传动的应力分析。带

传动的计算准则和单根v 带能传递的功率。V带传动设计步骤和参数选择。

V带传动结构设计：普通v 带v 带带轮设计；v 带传动的张紧装置。其它带传动介绍。

本章的重点是普通v 带传动的设计和参数选择。难点是弹性滑动。7．链传动（5学时）

链传动的特点和应用、链的类型。滚子链的结构和规格。滚子链链轮。链传动的运动特性：链传动的运动不均匀性；链传动的动载荷。链传动的失效形式及功率曲线图。

滚子链传动的设计计算；滚子链传动主要参数及其选择。链传动的布置，张紧装置和润滑。

本章主要介绍应用广泛的套简滚子链。重点内容是链传动的运动特性；滚子链传动的设

计计算和主要参数选择。8．齿轮传动（12学时）齿轮传动的类型、特点和应用。

齿轮传动的失效形式和计算准则。齿轮传动的动载荷计算。

标准直齿圆往齿轮传动的强度计算；轮齿的受力分析；齿面接触疲劳强度计算；齿根弯

曲疲劳强度计算。设计参数选择及许用应力

标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算；轮齿的受力分析；齿面接触强度计算；齿根弯曲疲

劳强度计算。

标准直齿圆锥齿轮传动的强度计算：轮齿的受力分析；齿面接触强度计算；齿根弯曲疲

劳强度计算。

变位齿轮强度计算特点。

齿轮的结构设计。齿轮传动的润滑。

本章是重点章节之一。主要介绍最常用的渐开线齿轮传动的设计。重点内容是传动的失

效形式、受力分析、直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算。对失效形式的特点、发生的部位，失效机理和防止失效的措施要理解，对强度计算公式，应着重理解其理

论依据。各参数和系数的含义，影响强度和许用应力的因素等，并能正确选择参数和使用公

式。

对斜齿圆柱齿轮传动和直齿圆锥齿轮传动，主要应掌握受力分析和计算特点。9．蜗杆传动（6学时）

蜗杆传动的特点和应用；蜗杯传动的类型。蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算。蜗杆传动的失效形式、计算准则及常用材料。圆柱蜗杆传动的受力分析和计算载荷。

圆柱蚂杆传动的承载能力计算：蜗轮齿面接触强度计算；蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算；

蜗杆轴的刚度计算。

蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算。蜗杆和蜗轮的结构。

本章以圆柱阿基米德蜗杆传动的参数选择，受力分析，强度计算和热平衡计算为重点内

容。蜗杆和蜗轮的结构，润滑方法和效率等是蜗杆传动的基础知识，也应很好地掌握。

第四篇 轴系零部件设计 10．轴（6学时）

轴的用途与分类。轴的失效形式及设计准则。轴的材料及其选择。轴的结构设计。

轴的强度计算；按扭转强度条件计算；按弯、扭合成强度条件计算；按疲劳强度计算安

全系数。

轴的刚度计算。＊轴的共振和临界转速的概念。

本章以阶梯轴的结构设计为重点内容。强度和刚度计算材料力学已讲过，本课结合工程

实际加以应用。关于轴的振动概念和计算方法只作一般性的了解。11．滚动轴承（6学时）

滚动轴承的结构、特点。滚动轴承的分类、特点及选择。滚动轴承的代号。滚动轴承内部载荷分布及失效分析。

滚动轴承寿命计算：滚动轴承名词术语；寿命计算公式；当量动载荷；向心角接触轴承

轴向力的计算。滚动轴承的静载荷计算。

滚动轴承组合的设计：轴承的固定、配合、预紧、调整和装析、润滑和密封。本章重点内容是：滚动轴承的寿命计算和滚动轴承的组合设计。由于滚动轴承已标准化，主

要能合理选用其标准型号和正确设计滚动轴承的组合结构。轴承的组合设计为难点。

12．滑动轴承（8学时）

滑动轴承的用途和结构类型。滑动轴承材料与轴瓦结构。滑动轴承的润滑。

非液体摩擦轴承的计算。流体动力润滑的基本理论—一雷诺方程。单油楔向心动压轴承设计计算。设计参数的选择。

本章的重点内容是单油楔向心滑动轴承的设计计算和参数选择。了解滑动轴承的材料，结构和润滑等基本知识。雷诺方程的推导及求解为难点内容，仅要求思路清楚。

13．联轴器和离合器（2学时）联轴器和离合器的类型和应用。

刚性联轴器和弹性联轴器的主要类型、特点和选择计算。离合器的主要类型、结构、工作原理和特点简介（自学）。

本章重点是与专业有关的联轴器的工作原理、性能、结构特点和类型特点。其它联轴器

和离合器一般了解。第五篇 其它零（部）件设计 14．弹簧（2学时）

弹簧的功用、类型、特点和选用。弹簧的材料和许用应力。

圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的结构，基本参数，特性曲线，按强度和刚度的设计计算。

本章以圆柱形螺旋弹簧的设计计算为重点，主要内容包括工作原理、基本参数、特性曲

线、强度计算、刚度计算。其它类型的弹簧只要求一般了解。

四、实验教学内容与要求 实验内容：

1． 带传动滑动率和效率的测定（2学时）； 2．齿轮效率的测定（2学时）；

3．滑动轴承的油膜压力分布及特性曲线（2学时）。

通过实验环节，学生应对机械零件的实验基本方法和测试有所了解，获得实验操作的基

本训练，理解实验对完善计算方法，改变参数对零件工作的影响，评定设计等有重要意义。

实验要严格要求．实验前要求学生预习实验指导书，同一实验台上同时操作的人数不宜过多，以保证学生都能动手操作。

实验成绩应作为课程成绩的一部分。每个学生要做3个实验，共6学时。课程设计

设计能力培养要求包括下列内容：

1．能从机器功能要求出发，制订设计方案，合理选择传动机构和零件。2．能按机器的工作状况分析和计算作用在零件上的载荷，合理选择零件材料，正确计算 零件的工作能力和确定零件尺寸。3．能考虑制造工艺、使用维护、经济和安全等问题，对机器和零件进行结构设计。4．绘制机器或部件的装配图和零件图。5．编写技术文件。每个学生必须独立完成课程设计．设计题目为一般机械装

置（如结构简单的机械、机械 传动装置、减速器等）设计工作量相当于以两级圆柱齿轮减速器为主体的机械传动装置为最。低要求．每个学生至少完成装配图一张，零件工作图 2 张。设计说明书约 6000—8000 字。课程设计完成后应每个学生进行答辩，成绩应单独记分。

五、考核方式 平时成绩和期末考试两部分组成。平时成绩由学生的出席情况和作业两部分组成。

六、成绩评定 学生必须参加听课及其实验，独立完成课外习题和设计作业。每次作业要记载成绩，考 试前综合评定出平时成绩，占课程总成绩的 20％。学生未完成作业的 2/3 则不准许参加期末 考试。

七、本课程对学生创新能力的措施 根据教学的需要，要适当安排习题课（讨论课），课外习题和设计作业。每个学生至少要 完成 1 个大型设计作业。每个作业的份量一般为装配图纸一张，设计说明书一份，约需 15～ 20 个课外学时。为了增加学生的感性认识，教师在教学中，最好利用一些能说明问题的教具，实物模型 和 CAI 软件进行电化教学。组织学生参观陈列室。将 CAD 引入课程设计，逐步由手工绘图过度到电子图版。开展设计大赛，提高学生的创造能力。

八、教材与参考书 教材：[1] 孙志礼主编《机械设计》东北大学出版社 2000 年 [2]《机械设计课程设计》东北大学出版

九、教学大纲的说明 本课程与其它有关课程的联系和分工 学习本课程时必须安排在下列课程之后进行：画法几何及机械制图、工程材料及机械制

造基础，金属材料及热处理、互换性及技术测量、金工实习、理论力学、材料力学、机械原 理、算法语言和程序设计等。安排在第六学期开课。除一般的联系与分工外，以下内容能在先修课中落实，以保证衔接与配合。本课程中大多零件都按疲劳强度计算，因此希望材料力学课对材料在交变应力下的强度 计算应加强训练。螺纹的主要参数，螺纹标准及公差，齿轮公差、粗糙度等内容，应在机械制图，互换性 及技术测量等课程中学习。齿轮传动，蜗杆传动等的主要参数和几何尺寸，以及螺纹副摩擦，效率和力之间的关系 都属于机械原理内容。