《機械設計基礎（上）》教學大綱

《機械設計基礎（上）》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：01130371課程性質：學科基礎必修課學分：2.5學分學時：40學時（理論32學時，實驗8學時）先修課程：高等數學、機械制圖、工程力學、互換性與技術測量等后續(xù)課程：機械設計基礎（下）適用專業(yè)：材料成型及控制工程開課單位：機械工程學院一、課程說明《機械設計基礎（上）》是材料成型及控制工程專業(yè)的一門主干學科基礎必修課。本課程的主要任務是使學生掌握機構的結構分析、運動分析和常用機構的基本理論、基本知識和基本技能，具有選用、分析和設計常用機構的能力。本課程具有較強的實踐性，在培養(yǎng)學生嚴謹的工作作風、分析和設計能力、總結歸納能力等方面起重要作用，為學生今后從事機械方面設計、研究和開發(fā)工作奠定重要基礎。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：具備分析和設計常用機構的能力，并具有初步設計和評價材料成型機械傳動方案的能力和創(chuàng)新素質。課程目標2：掌握常用機構分析和綜合的基本理論和方法，能夠將知識用于材料成型機械中運動方案設計。課程目標3：能夠基于機構結構分析、運動學和動力學原理對材料成型機械中的機構問題進行實驗，并對其完成數據采集和分析，通過查找資料撰寫實驗報告。培養(yǎng)學生對機械工程問題的實驗設計、分析與解釋數據能力，同時培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和科學精神。三、課程目標與畢業(yè)要求《機械設計基礎（上）》課程教學目標對材料成型及控制工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度1.工程知識：能將數學、自然科學、材料成型及控制工程基礎和專業(yè)知識應用于解決復雜工程問題。1.3掌握相關自然科學知識、工程基礎知識和思維方法，并能將其應用于解決復雜材料成型及控制工程問題。課程目標1：具備分析和設計常用機構的能力，并具有初步設計和評價材料成型機械傳動方案的能力和創(chuàng)新素質。H2.問題分析：能應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜材料成型及控制工程問題，以獲得有效結論。2.2能夠應用數學、自然科學基本原理，對復雜材料成型及控制工程問題進行表述。課程目標2：掌握常用機構分析和綜合的基本理論和方法，能夠將知識用于材料成型機械中運動方案設計。H4.研究：能基于科學原理并采用科學方法對材料成型專業(yè)復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數據、并通過信息綜合得到合理有效的結論。4.2能夠基于科學原理，采用科學方法設計實驗，對材料成型專業(yè)領域的復雜工程問題制定實驗方案并實施。課程目標3：能夠基于機構結構分析、運動學和動力學原理對材料成型機械中的機構問題進行實驗，并對其完成數據采集和分析，通過查找資料撰寫實驗報告。培養(yǎng)學生對機械工程問題的實驗設計、分析與解釋數據能力，同時培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和科學精神。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯(lián)度。四、教學內容、基本要求與學時分配1.理論部分理論部分的教學內容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內容、基本要求與學時分配教學內容教學要求，教學重點難點理論學時實驗學時對應的課程目標1.緒論1.1機器、機構、構件、零件、部件、通用零件和專用零件的概念1.2本課程的研究對象、內容、性質和任務1.3本課程的特點及學習方法1.4機械設計的基本要求和一般步驟教學要求：了解本課程的研究對象、內容及其地位、作用和任務；理解機械、機器、機構、構件、零件等基本概念；了解機械設計的基本要求和一般步驟。重點:本課程研究的對象、內容。難點:機器、機構、通用零件和專用零件的概念。2232.平面機構的結構分析2.1機構結構分析的內容及目的2.2機構的組成2.3機構運動簡圖2.4平面機構的自由度教學要求：熟練掌握機構運動簡圖的繪制方法；熟練掌握機構自由度的計算；熟練掌握機構具有確定運動的條件。重點:機構運動簡圖的繪制、機構自由度的計算。難點:機構運動簡圖的繪制、機構自由度計算中有關虛約束的識別及處理問題。421、43.平面機構的運動分析3.1機構運動分析的目的和方法3.2用速度瞬心法作機構的速度分析教學要求：理解速度瞬心的概念，并能運用“三心定理”確定一般平面機構各瞬心的位置；掌握利用速度瞬心法進行機構速度分析。重點:速度瞬心的概念和“三心定理”的應用。難點:利用速度瞬心法作平面機構的速度分析。21、44.平面連桿機構及其設計4.1平面連桿機構的應用及其設計的基本問題4.2平面四桿機構的基本形式和演化4.3平面四桿機構的基本知識4.4平面四桿機構的設計教學要求：了解平面四桿機構的基本型式，掌握其演化方法；熟練掌握平面四桿機構存在曲柄的條件及其工作特性；了解連桿機構的特點及應用；熟練掌握用圖解法設計四桿機構。重點:平面四桿機構的類型和應用、存在曲柄的條件、工作特性以及設計。難點:平面四桿機構存在曲柄的條件、工作特性及設計。61、2、3、45.凸輪機構及其設計5.1凸輪機構的應用和分類5.2從動件的運動規(guī)律5.3凸輪輪廓曲線的設計5.4凸輪機構基本尺寸的確定教學要求：了解凸輪機構的組成及其主要優(yōu)缺點；了解凸輪機構的分類；掌握從動件常用的運動規(guī)律；掌握用反轉法設計凸輪輪廓曲線。重點:凸輪輪廓曲線的設計、凸輪機構基本尺寸的確定。難點:凸輪輪廓曲線的設計。41、2、3、46．齒輪機構6.1齒輪機構的應用、特點和分類6.2齒廓嚙合基本定律6.3漸開線齒廓6.4漸開線標準齒輪的基本參數和幾何尺寸6.5漸開線直齒圓柱齒輪機構的嚙合傳動6.6漸開線齒輪的加工6.7漸開線變位齒輪6.8斜齒圓柱齒輪機構6.9蝸輪蝸桿機構6.10錐齒輪機構教學要求：了解齒輪機構的類型和應用；了解平面齒輪機構的齒廓嚙合基本定律，掌握漸開線的形成、性質及其嚙合特點；熟練掌握漸開線齒輪各部分的名稱、基本參數及各部分幾何尺寸的計算；熟練掌握漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合特性及漸開線齒輪傳動的正確嚙合條件和連續(xù)傳動條件；了解漸開線齒廓的加工原理、根切現(xiàn)象及變位齒輪的概念；了解斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成和嚙合特點；掌握斜齒圓柱齒輪的基本參數及幾何尺寸的計算，斜齒輪的嚙合條件和重合度，斜齒輪的當量齒輪和當量齒數；了解蝸桿蝸輪機構的特點及應用，掌握蝸桿蝸輪的基本參數和嚙合條件，了解蝸桿蝸輪的幾何尺寸計算；了解標準直齒錐齒輪的傳動特點及基本尺寸的計算。重點:漸開線直齒輪機構的幾何尺寸計算、嚙合傳動；平行軸斜齒圓柱齒輪機構的幾何尺寸計算。難點:漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合過程。841、2、3、47．齒輪系及其設計7.1齒輪系及其分類7.2定軸輪系的傳動比7.3周轉輪系的傳動比7.4復合輪系的傳動比7.5輪系的功用7.6輪系的設計7.7其他類型的行星傳動簡介教學要求：了解輪系的分類方法，掌握輪系類型的判斷；熟練掌握定軸輪系、周轉輪系、復合輪系的傳動比計算；了解輪系的功用。重點:輪系的傳動比計算。難點:周轉輪系、復合輪系的傳動比計算。41、2、3、48．其他常用機構8.1棘輪機構8.2槽輪機構教學要求：了解其他常用機構的工作原理及應用。重點:棘輪機構、槽輪機構、凸輪式間歇運動機構、不完全齒輪機構、螺旋機構、萬向鉸鏈機構的工作原理、特點及應用。難點:其他常用機構的工作原理。21、2、3、4合計3282.實驗部分實驗部分的教學內容、基本要求與學時分配見表3。表3實驗項目、實驗內容與學時實驗項目實驗內容和要求實驗學時對應的課程目標1.機構現(xiàn)場認識實驗內容：常用機構的認識。實驗要求：了解常用機構的結構特點、主要類型及運動傳遞情況。21、22.機構運動簡圖測繪實驗內容：對實際機構的測繪及分析。實驗要求：掌握機構運動簡圖的繪制方法；掌握機構自由度的計算；驗證機構具有確定運動的條件。21、43.齒輪的范成實驗內容：齒輪的范成加工。實驗要求：掌握用范成法加工漸開線齒輪齒廓的基本原理；了解漸開線齒輪產生根切現(xiàn)象的原因和避免根切的方法；分析比較標準齒輪和變位齒輪的異同點。21、34.漸開線直齒圓柱齒輪參數測定實驗內容：測定直齒圓柱齒輪參數。實驗要求：了解齒輪參數的測定方法，并確定齒輪的模數、壓力角、齒頂高系數和頂隙系數等。21、4合計8五、教學方法及手段本課程理論教學以課堂講授為主，結合作業(yè)、慕課、學習通資源，采用啟發(fā)式、討論式教學和案例教學等，培養(yǎng)學生常用機構和零部件的結構分析和設計的基本理論、基本知識和基本技能，培養(yǎng)學生自主學習能力、實際動手能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。采用E-mail、QQ、微信等交流工具，加強和學生之間的交流和溝通。實驗教學著重講授如何用科學的手段來完成理論的驗證；采用教師講授和學生動手操作的方法；在實驗前學生應復習和掌握與本實驗有關的教學內容、認真閱讀實驗指導書；在實驗中要嚴格遵守實驗紀律，按操作規(guī)程使用儀器；實驗結束后，按規(guī)定對儀器進行維護保養(yǎng)；每完成一項實驗，要認真完成一份實驗報告。六、課程資源庫1.推薦教材：（1）李育錫.機械設計基礎（第四版）[M].北京:高等教育出版社,2020.（2）楊可楨.機械設計基礎[M][M].北京:高等教育出版社,2020.2.參考書：（1）張文忠.機械設計[M].北京:高等教育出版社,2021.（2）朱龍英.機械設計（第2版）[M].北京:高等教育出版社,2023.（3）張鋒.機械設計學習指導（第2版）[M].北京:高等教育出版社,2023.（4）張策.機械工程史[M].北京:清華大學出版社,2015.（5）張春林.機械原理[M].北京:機械工業(yè)出版社,2018.3.期刊：（1）機械設計[J].ISSN1001-2354.中國機械工程學會;天津市機械工程學會.（2）機械設計與制造[J].ISSN1001-3997.遼寧省機械研究院.（3）機械傳動[J].ISSN1004-2539.鄭州機械研究所.（4）礦山機械[J].ISSN1001-3954.洛陽礦山機械工程設計研究院.（5）ChineseJournalofMechanicalEngineering[J].ISSN1000-9345.中國機械工程學會.4.網絡資源：（1）西安交通大學《機械設計基礎》慕課./course/XJTU-1001595002.（2）武漢理工大學《機械設計基礎》慕課./course/WHUT-1207188803.（3）河南科技大學《機械設計基礎》慕課./course/HAUST-1462116166.七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表4。表4課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123過程性考核課堂表現(xiàn)12（1）根據課堂出勤情況和學習平臺學習問題情況進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?52實驗16（1）根據每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√772作業(yè)12（1）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√552期末考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核常用機構的分類、特點，工作原理及特性；常用零部件的主要失效形式設計準則及方法。（3）考試題型為：名詞解釋題、填空題、簡答題、判斷題和分析計算題等?！獭獭?52510合計：100分424216八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)、期末考試等方式對學生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┰嚲沓煽兒瓦^程性考核成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權重60%），試題類型為填空題、選擇題、判斷題、簡答題、計算題和分析題等類型，試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應用題和分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權重40%）；過程性考核和考試試題分值分配應與教學大綱各章節(jié)的學時基本成比例。2.過程性考核成績的標準過程性考核方式重點考核內容、評價標準、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標準考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)30參與教學平臺隨堂發(fā)布的各項教學活動，平臺統(tǒng)計分數大于等于90分。參與教學平臺隨堂發(fā)布的各項教學活動，平臺統(tǒng)計分數大于等于80分。參與教學平臺隨堂發(fā)布的各項教學活動，平臺統(tǒng)計分數大于等于70分。上課不認真，偶爾參與教學平臺隨堂發(fā)布的各項教學活動，平臺統(tǒng)計分數大于等于60分。上課不認真，幾乎不參與參與教學平臺隨堂發(fā)布的各項教學活動，平臺統(tǒng)計分數低于60分。作業(yè)30完成教學平臺發(fā)布的作業(yè)，各次成績的平均值大于等于90分。完成教學平臺發(fā)布的作業(yè)，各次成績的平均值大于等于80分。完成教學平臺發(fā)布的作業(yè)，各次成績的平均值大于等于70分。完成教學平