课程教学大纲

英文名称：Basic Theory of Machines and Mechanisms

课程类型：技术基础必修课

学    时：64学时                               学   分：4

适用对象：非机械类专业

先修课程：画法几何、机械制图、金属工艺学、工程力学、互换性与测量技术、 机械工程材料

教    材：《机械设计基础》 杨可桢、程光蕴 主编  高等教育出版社

参考教材：《机械原理》 孙  桓 主编   高等教育出版社

　　　　   《机械设计》 濮良贵 主编   高等教育出版社 

 机械设计基础课程是一门用以培养学生机械设计能力的技术基础课，综合运用先修课程中所学到的有关知识与技能，结合各种实践教学环节，进行机械工程技术人员所需的基本训练，为学生进一步学习有关专业课程和日后从事工程技术工作打下基础，是对非机械类专业的学生进行机械设计基础训练的一门重要课程，因此在非机械类专业的教学计划中占有重要地位和作用。

二、教学内容

1.主要研究内容:

本课程主要研究：（1）机械系统的运动学和动力学分析，包括各种机构的结构分析、运动分析和受力分析，机器动力学问题。（2）一般工作条件和常用参数范围内的通用机械零部件的工作原理、结构特点、基本设计理论和设计计算方法。（3）机械系统方案的设计与选择。

2.课程目的和任务

（1）掌握机构分析与设计的基本理论和基本方法：具有对机械系统运动方案创新设计的初步能力。

（2）掌握设计或选用通用机械零部件的基本理论、基本知识和基本技能，具有设计机械传动装置和一般机械的初步能力。

（3）具有运用标准、规范，查阅技术资料的能力、计算能力、绘图能力。

（4）掌握机械设计基本的实验原理和方法，具有进行实验研究的初步能力。

3.课程教学内容及要求

第0章  绪论

内容：机械设计基础的研究对象、主要内容性质和任务；机械的组成；机器应满足的基本要求；机器设计的一般程序。

    基本要求：

1）掌握机器、机械、机构、构件、零件等概念[1]

2）了解课程的研究对象、性质和任务[3]

3）理解机器设计的基本要求、设计程序、设计步骤][2]

    重点与难点：

1）机械的组成及相关概念

深度与广度：

要让学生在认识并区分机械、机器、机构、构件、零件的基础上，理解机器设计中的一般问题、基本要求、设计思路、设计方法，建立机械设计的总体认识。

第1章  平面机构的自由度和速度分析

内容：运动副及其分类、平面机构的运动简图及其绘制、平面机构的自由度、速度瞬心及其在机构速度分析上的应用。

    基本要求：

1）  掌握有关机构组成中的构件、运动副、机构等概念[1] 

2）掌握机构运动简图的绘制[1]

3）掌握机构自由度的定义及计算机构的自由度、分析机构具有确定运动的条件[1]

4）掌握速度瞬心概念及其在机构速度分析上的应用[1]

重点：

机构自由度的计算、机构具有确定运动的条件。

难点：

  1）运动副的概念

2）计算机构自由度中的复合铰链、局部自由度和虚约束。

深度与广度：

在深入了解实际机器或机构的基础上，能够绘制出机器或机构的运动简图，理解机构运动简图中的线条与符号与实际机器或机构的真实结构的区别。分析平面机构自由度，对实际机构进行结构分析，掌握机构具有确定运动的条件。

第2章  平面连杆机构

内容：平面四杆机构的基本类型及其应用、平面四杆机构的基本特性、平面四杆机构的设计

基本要求：

1）了解平面铰链四杆机构的类型[3]

2）理解平面铰链四杆机构的演化机构的类型及其特点[2]

3）掌握压力角、传动角、死点位置等概念[1]

4）掌握曲柄存在的条件[1]

5）掌握简单平面四杆机构的图解法设计[1]

6）了解设计平面四杆机构的解析法与实验法[3]

重点与难点：

1）四杆机构的特点

2）图解法设计平面四杆机构

深度与广度：

铰链四杆机构是平面机构中最简单的机构，但其中包含的许多概念在其他机构中也适用，应深刻理解。在了解一般四杆机构的基础上，能分析特殊的四杆机构（如平行四边形机构、反平行四边形机构、等腰梯形机构等）的特点。

第3章  凸轮机构

内容：凸轮机构的分类、从动件的常用运动规律、设计凸轮轮廓

基本要求：

1）了解凸轮机构的应用[3]

2）了解凸轮机构的分类[3]

3）理解从动件常用的运动规律及其位移作图法[2]

4）掌握压力角与基圆半径对凸轮轮廓设计的影响[1]

5）掌握图解法设计凸轮轮廓曲线[1]

6）了解解析法设计凸轮轮廓曲线[3]

重点与难点：

图解法设计尖端、滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线

深度与广度：

了解从动件常用的三种运动规律的基础上，正确选择从运动的运动规律和凸轮的基圆大小。用图解反转法设计凸轮轮廓要正确确定从动件的反转方向、从动件在反转运动中占据的位置及从动件的位移量。

第4章  齿轮传动

内容：齿轮传动的特点、传动的分类、齿廓啮合的基本定律、渐开线的性质、渐开线齿廓、标准直齿圆柱齿轮的基本尺寸、渐开线标准齿轮的啮合、渐开线齿轮的切齿原理、根切、最少齿数及变位齿轮简介、平行轴斜齿轮机构和锥齿轮机构。

基本要求：

 1）了解齿轮传动类型及应用、齿廓实现定传动比的条件[3]

2）理解渐开线的性质及其齿廓的特点[2]

3）掌握渐开线直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮基本尺寸参数及尺寸计算[1]

4）掌握一对渐开线标准齿轮的啮合过程、啮合传动条件、连续传动条件[1]

5）了解重合度的概念[3]

6）了解齿廓加工原理、根切、最少齿数及变位[3]

重点与难点：

  1）一对外啮合齿轮传动的啮合传动的基本理论及尺寸计算

深度与广度：

齿轮传动的本质特征是其瞬时传动比恒定不变，除渐开线齿轮之外还有摆线齿轮、弧线齿轮；齿轮的齿廓除可以分布在圆柱体上、圆锥体上之外，还有非圆齿轮。

第5章  轮系

内容：轮系的类型、定轴轮系的传动比计算、周转轮系传动比的计算、复合轮系传动比的计算、轮系的功用、几种特殊的行星传动简介

基本要求：

  1）了解轮系的类型和应用，几种特殊的行星传动[3]

  2）掌握定轴轮系传动比计算[1]

3) 掌握周转轮系传动比计算[1]

4) 理解简单的复合轮系传动比计算[2]

重点与难点：

  正确划分轮系，进行传动比计算

深度与广度:

  轮系在各种机械中应用非常广泛，主要传递两轴间需要较大的传动比时，特别是差动轮系和混合轮系的应用。

第6章  间歇运动机构

内容：棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮间歇机构简介

基本要求：

了解棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮间歇机构的类型、特点及应用[3]

第7章  机械运转速度波动的调节

内容：机械速度波动调节的目的和方法、机械运转的平均速度和不均匀系数、飞轮设计的近似方法、飞轮主要尺寸的确定。

基本要求：

1）  了解机械速度波动调节的目的和方法[3]

2）  了解飞轮的调速原理和特点[3]

3）  掌握飞轮转动惯量的简易计算方法[1]

4）  了解非周期性速度波动调节的基本概念[3]

重点与难点：

1）  飞轮的设计计算

2）  机械运转的速度波动及调节的理解

第8章  回转件的平衡

内容：回转件平衡的目的、回转件平衡的计算、回转件平衡的试验。

基本要求：

1）理解回转件平衡试验的概念和目的[1]

2）了解静平衡、动平衡的计算和试验方法[2]

第9章  机械零件设计概述

内容：机械零件设计概述、机械零件的强度、机械零件接触强度的概念、机械制造中常用材料及其选择、机械零件的工艺性及标准化。

基本要求：

1）理解机械零件的工作能力计算准则和设计的主要步骤][2]

2）掌握概念：强度、接触强度 [1]

3）理解概念：耐磨性 [2]

4）理解机械制造中常用材料的选用原则][2]

5）理解机械零件的工艺性和标准化][2]

重点与难点：

机械零件的失效形式及设计准则

第10章  连接

内容：连接的类型和应用，螺纹参数，螺旋副的受力分析、效率和自锁，机械制造中常用的螺纹，螺纹连接的基本类型及螺纹连接件，螺栓连接的预紧和防松，螺栓连接的强度计算，螺栓的材料和许用应力，提高螺栓连接强度的措施，螺旋传动，键连接和花键连接，销连接。

基本要求：

1）掌握螺纹的基本参数[1]

2）了解常用螺纹的种类、特性、效率、自锁机理及应用场合[3]

3）熟悉螺纹连接的基本类型、结构特点及其应用[2]

4）理解螺纹连接的预紧与防松[2]

5）掌握单个螺栓连接（松螺栓连接、受横向载荷的紧螺栓连接）的强度计算[1]

6）概略地了解螺旋传动[4]

7）理解平键联接的工作原理、失效形式和强度校核计算[2]

8）理解花键、销联接的工作原理[3]

重点与难点：

  1）螺纹连接的结构特点及应用场合

  2）单个螺栓连接的强度计算

3）各种防松方法

深度与广度：

螺纹连接件都是成组使用的，是螺栓组、螺钉组等。选择连接类型、螺栓的数目及布置形式等都是螺栓连接设计时应考虑的主要因素。

第11章  齿轮传动

内容：齿轮传动的失效形式和计算准则、齿轮的材料及热处理、直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷、平行斜齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动、齿轮传动主要参数选择和许用应力、齿轮传动的精度及结构设计

基本要求：

1）掌握齿轮传动的失效形式及其机理、以及针对不同失效形式的设计准则[1]

2）掌握直齿、斜齿、锥齿齿轮传动的受力分析[1]

3）理解齿轮传动对选择材料及热处理的要求[2]

4）正确地进行直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算[1]

5）了解斜齿圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动强度计算的特点[3]

6）掌握齿轮传动的主要参数选择、结构设计 [1]

7）了解齿轮传动的润滑和效率[3]

重点与难点：

1）各类齿轮传动的受力分析，包括力的大小及方向判断

2）齿轮传动中的失效形式分析及设计准则的确定

3）强度计算中参数的选择及参数的协调

深度与广度：

根据实际工作条件正确地进行齿轮传动的设计计算涉及的参数多、面广，许多因素互相制约，学生应有齿轮设计的整体概念：齿轮传动的工作环境的分析、受力分析、失效的主要形式、设计准则、材料的选择、热处理方法、加工方法、精度等级、许用应力的查图确定、安全系数的确定、初选参数的选择、计算参数的圆整及标准化、齿轮结构型式的设计

第12章  蜗杆传动

内容：蜗杆传动的特点和类型，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，材料和结构，蜗杆传动的受力分析，蜗杆传动的强度计算，蜗杆传动的效率，润滑和热平衡计算。

基本要求：

  1）了解蜗杆传动的特点及应用[3]

  2）掌握普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其尺寸计算[1]

  3）掌握普通圆柱蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料、结构形式[1]

4）掌握普通圆柱蜗杆传动的受力分析（大小及方向）[1]

  5）了解普通圆柱蜗杆传动强度计算特点[3]

  6）了解对蜗杆传动进行效率计算和热平衡计算的意义和方法[3]

重点与难点：

  1）蜗杆传动正确啮合的条件、尺寸计算

  2）蜗杆传动的运动分析及受力分析

  3）蜗杆传动的失效形式、设计准则、材料选择、强度计算特点

深度与广度：

常用的圆柱蜗杆传动有两大类：普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动。机构传动设计手册中都有详细的设计公式。

第13章  带传动及链传动

内容：带传动的类型和应用，带传动的受力分析、欧拉公式，带传动的应力分析，带传动的弹性滑动和传动比、v带传动的计算，v带轮的结构；链传动概述，链条和链轮、链传动的运动分析和受力分析，链传动的主要参数及其选择，链传动的设计计算，链传动的润滑和布置。

基本要求：

  1）了解带传动的类型、工作原理、特点及应用[3]

  2）掌握带传动的受力分析、应力分析、应力分布图、弹性滑动和打滑的基本理论[1]

  3）掌握带传动的失效形式、设计准则、普通V带传动的设计计算方法[1]

  4）熟悉V带与V带轮的结构、特点、安装、维护[3]

5）了解链传动的类型、特点，链和链轮的结构特点[3]

6）掌握链传动的工作原理，多边形效应、受力分析[1]

7）理解链传动的设计计算[2]

重点与难点：

  1）带传动的受力分析、应力分析、弹性滑动和打滑

  2）带传动的设计计算

  3）链传动的多边形效应、受力分析

  4）链传动的设计计算

深度与广度：

机械系统的传动形式和执行机构已经全部介绍完毕，在此学生应对各机构传动的类型、特点和应用特点、应用场合等有一个全面的认识，从而对机械系统的设计打下扎实的基础。

第14章  轴

内容：轴的功用和类型，轴的材料，轴的结构设计，轴的强度计算，轴的刚度计算，轴的临界转速的概念。

基本要求：

  1）了解轴的功用与类型[3]

  2）理解轴的材料和选用[2]

  3）掌握轴的结构设计的基本要求和方法[1]

  4）掌握轴的强度计算方法[1]

5）了解轴的刚度计算[3]

重点与难点：

  1）轴的强度计算

  2）轴的结构设计

深度与广度：

把轴的结构设计与轴上零件的结构设计联系起来，把轴的设计与键的设计、销的设计联系起来。

第15章  滑动轴承

内容：滑动轴承的润滑状态，滑动轴承的结构型式，轴瓦及轴承衬材料，润滑剂和润滑装置，非液体润滑轴承的计算，动压润滑的基本原理，向心动压轴承的几何关系与承载量的计算、液体动压多油楔轴承与静压轴承简介。

基本要求：

  1）了解滑动摩擦的种类、润滑剂的作用、种类、指标及其选则[3]

  2）了解滑动轴承的类型、结构特点，常用轴瓦材料[2]

  3）掌握非液体磨擦轴承的设计计算[1]

4）了解液体动压润滑的基本概念、基本方程、油楔承载机理[3]

5）了解液体动压多油楔轴承与静压轴承的设计原理[3]

重点与难点：

  1）滑动轴承的特点和应用

  2）滑动轴承的类型结构，轴承材料及其选用原则

  3）非液体摩擦滑动轴承的设计

  4）液体动压润滑的形成机理及其基本方程

深度与广度：

滑动轴承的类型结构的选择，非液体摩擦滑动轴承的设计

第16章  滚动轴承

内容：滚动轴承的基本类型和特点，滚动轴承的代号，滚动轴承的失效形式及选择计算，滚动轴承的润滑和密封，滚动轴承的组合设计。

基本要求：

  1）掌握滚动轴承的类型、代号的组成及常用滚动轴承的类型代号[1]

  2）熟悉滚动轴承类型的选则原则[2]

  3）掌握滚动轴承的选则及轴承（径向轴承、推力轴承）寿命计算[1]

  4）能正确地进行滚动轴承的组合设计[2]

  5）了解滚动轴承的润滑及密封[3]

重点与难点：

  1）滚动轴承类型的选择

  2）滚动轴承（径向轴承、推力轴承）寿命计算

深度与广度：

滚动轴承的类型的选择、受力分析、寿命计算、滚动轴承与轴及轴上零件的组合设计，轴承的定位、固定，轴承的调整、装拆，轴承的润滑、密封等都是一个统一的整体，最终体现在一个转动的体系中。

第17章  联轴器、离合器和制动器

内容：联轴器、离合器的类型和应用，固定刚性联轴器，可移式刚性联轴器，弹性联轴器、牙嵌离合器，圆盘摩擦离合器，磁粉离合器，定向离合器，制动器。

基本要求：

  1）了解常用联轴器、离合器、制动器的主要类型、结构、工作原理及选用方法[3]

  2）了解联轴器和离合器在功能上的异同 [3]

重点与难点：

  了解各种联轴器、离合器、制动器的结构、工作原理及选用

第18章  弹簧

内容：弹簧的功用和类型，圆柱形螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形，弹簧的制造，材料和许用应力，圆柱形螺旋拉伸、压缩弹簧的设计。

基本要求：

1）了解弹簧的功用、类型、结构形式、制造方法[3]

2）掌握圆柱螺旋弹簧的材料及许用应力[3]

3）掌握圆柱螺旋弹簧的设计计算方法[3]

重点与难点：

圆柱螺旋弹簧的设计计算方法

三、课程教学基本要求

   1、课堂讲授

   任课教师必须努力做到以下几点：

   1）认真备课，熟练掌握本课程的基本内容。

   2）以学生为中心，采用启发式、讨论式等教学方法，注意调动学生的学习主动性和积极性，重视培养学生的逻辑思维能力，准确分析解决问题能力和创新能力，课堂学习气氛活跃。

   3）讲课的思路要清晰，要有问题的提出、解决问题的已知条件与建立模型、分析解决问题的思路、总结等，概念要准确，重点要突出，要理论联系实际，多举一些实例，要适时反映本学科发展的状态。

   4）上课要精神饱满，教书育人，为人师表，以人魅力和精神气质激发学生的求知欲和思维活力，在潜移默化中影响学生。

2、习题作业

这是引导学生主动探索、理解与掌握知识、掌握计算方法和技巧，熟悉标准与规范，培养运用知识解决问题的能力的重要环节。因此各主要章的课后都要留有习题作业，教师要认真批阅，并在课堂上对作业进行讲评。

3、习题大课

内容１：机械系统传动方案的设计

目  的：通过实例，使学生对各种传动装置的配置、布局有一总体印象。

内容２：轴和滚动轴承部件的组合设计。

目　的：通过实例使学生进一步掌握轴和滚动轴承部件组合设计的基本要求、结构设计要点及设计步骤。

4、考试环节

考试形式以笔试为主，题型有选择题、填空题、简答题、作图题、计算题、综合题

四、实践教学环节（实验课）

本课程是一门实践性、设计性很强的技术基本课，实验教学是培养学生创新精神和实践能力和重要教学环节。

要求学生做实验时，要认真观察、勤于动手、动脑，并认真记录实验现象及相关数据，实验后认真独立完成实验报告。

实验内容：

内容1、机构运动简图测绘实验（2）

内容2、带传动实验（2）（可选）

内容3、机构运动创新设计实验（2）

内容4、轴系组合设计（2）（可选）5

五、教学进度与教时安排