郑州大学 能源与动力工程专业 《机械设计基础》 课程教学大纲 大纲制订人：沈鹏、张泽斌 大纲审定人：铁瑛 修订日期：2022/12/26
能源与动力工程专业 《机械设计基础》 课程教学大纲 大纲制订人：沈鹏、张泽斌 大纲审定人：铁瑛 修订日期：2022/12/26 郑州大学
《机械设计基础A》课程教学大纲 课程编号：012095,012096 课程名称（中/英文）：机械设计基础A/Fundamentals of Mechanical Design 课程类型：专业大类 总学时：32+40 讲课学时：72 学分：4.5 适用对象：能源与动力工程及相关专业 先修课程：高等数学，工程力学，工程材料，机械制图，公差与互换性等 后续课程：机械优化设计、机械制造工艺学 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程的性质和教学目标 《机械设计基础A》是一门培养学生具备一定机械设计能力的技术基础课，具有从理论性课程 过渡到结合工程实际的设计性课程、从基础课程过渡到专业课程的桥梁作用。本课程在教学内容方 面应着重基本知识、基本理论和基本方法，在培养实践能力方面应着重设计技能的基本训练。 本课程的教学目标为： 课程目标1：掌握机构的结构、运动特性和机械动力学的基本知识，初步具有分析和设计基本 机构的能力，并对机械运动方案的确定有所了解。 课程目标2、掌握通用机械零件的工作原理、特点、维护和设计计算的基本知识，并初步具有 设计机械传动装置和简单机械的能力。 课程目标3、培养运用标准、规范、手册、图册等有关资料的能力 本课程的敕学目标与毕业要求的对应关系为： 序号毕业要求指 半业要求指标点具体内容 本课程的教学目标与 标点 毕业要求的对应关系 12掌握工程热物理、热能工程、制冷及低温工程、 工业节能技术与先进装备中的工程基础知识，能 课程目标1、 毕业要求12 应用其基本概念、基本理论和基本方法对一个能源 课程目标】 动力系统建立合适的模型或原理方程 3.1能够针对具有特定需求的工程技术问题进行提 课程目标2、 毕业要求3.1 炼和描述，确定相应的工程设计目标与技术方案 课程目标3 二、教学的基本要求 1、要求掌握的基本知识 ()机械设计的一般知识
《机械设计基础 A》课程教学大纲 课程编号：012095，012096 课程名称（中／英文）：机械设计基础 A/ Fundamentals of Mechanical Design 课程类型：专业大类 总 学 时： 32+40 讲课学时：72 学 分：4.5 适用对象: 能源与动力工程及相关专业 先修课程：高等数学，工程力学，工程材料，机械制图，公差与互换性等 后续课程：机械优化设计、机械制造工艺学 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程的性质和教学目标 《机械设计基础 A》是一门培养学生具备一定机械设计能力的技术基础课，具有从理论性课程 过渡到结合工程实际的设计性课程、从基础课程过渡到专业课程的桥梁作用。本课程在教学内容方 面应着重基本知识、基本理论和基本方法，在培养实践能力方面应着重设计技能的基本训练。 本课程的教学目标为： 课程目标 1：掌握机构的结构、运动特性和机械动力学的基本知识，初步具有分析和设计基本 机构的能力，并对机械运动方案的确定有所了解。 课程目标 2、掌握通用机械零件的工作原理、特点、维护和设计计算的基本知识，并初步具有 设计机械传动装置和简单机械的能力。 课程目标 3、培养运用标准、规范、手册、图册等有关资料的能力。 本课程的教学目标与毕业要求的对应关系为： 序号 毕业要求指 标点 毕业要求指标点具体内容 本课程的教学目标与 毕业要求的对应关系 1 毕业要求 1.2 1.2 掌握工程热物理、热能工程、制冷及低温工程、 工业节能技术与先进装备中的工程基础知识，能够 应用其基本概念、基本理论和基本方法对一个能源 动力系统建立合适的模型或原理方程 课程目标 1、 课程目标 2 2 毕业要求 3.1 3.1 能够针对具有特定需求的工程技术问题进行提 炼和描述，确定相应的工程设计目标与技术方案 课程目标 2、 课程目标 3 二、教学的基本要求 1、要求掌握的基本知识 (1) 机械设计的一般知识
(2)机构和机械零件的主要类型、性能、特点、应用。机械零件的常用材料、标准。结构工艺性。 (③)润滑剂、润滑装置和密封的一般知识。 2、要求掌握的基本理论和方法 ()机构的组成、工作原理和运动特性。 (2)机械动学有关基础原理，减轻机械振动的途径。 (3)机械零件的工作原理、受力分析、应力状态、失效形式等。 (4)机械零件工作能力计算一强度、刚度、耐磨、寿命、热平衡等。 (⑤)条件性计算，当量法，试算法等。 (6)改善载荷和应力分布均匀的方法，提高零件疲劳强度的措施，降低或增强摩擦的途径。 3、要求掌握的基本技能 绘制机构简图，设计计算和制图，查阅技术资料，编写技术文件等 各课程目标的培养环节为： 培养环节 敦学目标 课资勃学 平时作业 课程实验 课程目标1 课程目标2 课程目标3 三、课堂教学内容及目标 本课程采用模块化教学，教学内容共有十八个模块。 模块一：绪论2学时 目标： (1)了解机器和机构、构件和零件、通用零件和专用零件等概念： (2)初步了解课程研究的对象和内容，以及本课程的性质和任务： (3)了解机械设计的基本要求和一般过程。 模块二：平面机构的自由度和速度分析4学时 目标： (1)掌握各种平面运动剧的一般表示方法，能较熟练看懂教材中的平面机构运动简图： (2)通过实验初步掌握将实际机构绘制成机构运动简图的技能： (3)能识别平面机构运动简图中的复合较链、局部自由度和常见的虚约束：会计算平面机构 自由度并判断其运动是否确定： (4)掌握简单平面机构全部速度瞬心的求法，并能运用速度心求任意两构件的角速度比 棋块三：平面连杆机构4学时 目标： ()掌握铰链四杆机构的基本类型、应用和演化。确立曲柄、摇杆、连架杆、整转副、行程 速比系数、传动角、压力角、死点等基本概念：
(2) 机构和机械零件的主要类型、性能、特点、应用。机械零件的常用材料、标准。结构工艺性。 (3) 润滑剂、润滑装置和密封的一般知识。 2、要求掌握的基本理论和方法 (1) 机构的组成、工作原理和运动特性。 (2) 机械动力学有关基础原理，减轻机械振动的途径。 (3) 机械零件的工作原理、受力分析、应力状态、失效形式等。 (4) 机械零件工作能力计算─强度、刚度、耐磨、寿命、热平衡等。 (5) 条件性计算，当量法，试算法等。 (6) 改善载荷和应力分布均匀的方法，提高零件疲劳强度的措施，降低或增强摩擦的途径。 3、要求掌握的基本技能 绘制机构简图，设计计算和制图，查阅技术资料，编写技术文件等。 各课程目标的培养环节为： 教学目标 培养环节 课堂教学 平时作业 课程实验 课程目标 1 √ √ 课程目标 2 √ √ 课程目标 3 √ √ √ 三、课堂教学内容及目标 本课程采用模块化教学，教学内容共有十八个模块。 模块一：绪论 2 学时 目标： （1）了解机器和机构、构件和零件、通用零件和专用零件等概念； （2）初步了解课程研究的对象和内容，以及本课程的性质和任务； （3）了解机械设计的基本要求和一般过程。 模块二：平面机构的自由度和速度分析 4 学时 目标： （1）掌握各种平面运动副的一般表示方法，能较熟练看懂教材中的平面机构运动简图； （2）通过实验初步掌握将实际机构绘制成机构运动简图的技能； （3）能识别平面机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和常见的虚约束；会计算平面机构 自由度并判断其运动是否确定； （4）掌握简单平面机构全部速度瞬心的求法，并能运用速度瞬心求任意两构件的角速度比 模块三：平面连杆机构 4 学时 目标： （1）掌握铰链四杆机构的基本类型、应用和演化。确立曲柄、摇杆、连架杆、整转副、行程 速比系数、传动角、压力角、死点等基本概念；
(2)了解较链四杆机构有整转剧的条件，能据此判断四杆机构的类型： (3)了解平面四杆机构设计通常采用的方法（作图法、解析法、实验法、图谱法）；掌握按 行程速比系数和给定连杆二、三个位置设计四杆机构的作图法：掌握给定连架杆对应位置设计四杆 机构的解析法；了解按给定连架杆对应位置设计的实验法和实现已知轨迹的图谱法。 模块四：凸轮机构4学时 目标： (1)掌握等速运动、等加速等减速运动、简谐运动位移线图的绘制方法，能判断它们何时出 现刚性或柔性冲击： (2)熟练掌握按给定位移线图绘制滚子从动件盘形凸轮轮廓的反转法： (3)定性了解选择滚子半径的原则、压力角与自锁的关系以及基圆半径对压力角的影响。 棋块五：齿轮机构7学时 目标： (1)掌握齿廓定比传动条件和浙开线特性。理解渐开线齿轮啮合中的啮合线、重合度和可分 性，知道正确啮合条件和最少齿数： (2)熟练掌握正常齿渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算： (3)了解斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮的特点。能够根据教材上的公式计算它们的尺寸： (4)对变位齿轮有初步的概念： (5)了解当量齿轮的概念，会计算斜齿轮、锥齿轮的当量齿数 模块六：轮系4学时 目标： (1)熟练掌握各种定轴轮系传动比的计算，会判断包含圆锥齿轮或蜗轮蜗杆的定轴轮系的转 向： (2)熟练掌握各种基本周转轮系传动比的计算。 棋块七：间歇运动机构1学时 目标： (1)对棘轮机构、槽轮机构、不完全机构、凸轮间做运动机构的工作原理和应用场合有一般 了解。 模块八：机械运转速度波动的调节2学时 目标： (1)了解周期性速度波动和非周期性速度波动的区别，知道两种不同的运转速度波动各应采 取什么方法调节： (2)知道平均速度、机械运转速度不均匀系数、最大盈亏功的含义： (3)掌握飞轮设计的基本原理，能根据给定的驱动力矩和阻力矩变化曲线求最大盈亏功，会 求飞轮转动惯量。 模块九：回转件的平衡2学时 目标：
（2）了解铰链四杆机构有整转副的条件，能据此判断四杆机构的类型； （3）了解平面四杆机构设计通常采用的方法（作图法、解析法、实验法、图谱法）；掌握按 行程速比系数和给定连杆二、三个位置设计四杆机构的作图法；掌握给定连架杆对应位置设计四杆 机构的解析法；了解按给定连架杆对应位置设计的实验法和实现已知轨迹的图谱法。 模块四：凸轮机构 4 学时 目标： （1）掌握等速运动、等加速等减速运动、简谐运动位移线图的绘制方法，能判断它们何时出 现刚性或柔性冲击； （2）熟练掌握按给定位移线图绘制滚子从动件盘形凸轮轮廓的反转法； （3）定性了解选择滚子半径的原则、压力角与自锁的关系以及基圆半径对压力角的影响。 模块五：齿轮机构 7 学时 目标： （1）掌握齿廓定比传动条件和渐开线特性。理解渐开线齿轮啮合中的啮合线、重合度和可分 性，知道正确啮合条件和最少齿数； （2）熟练掌握正常齿渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算； （3）了解斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮的特点。能够根据教材上的公式计算它们的尺寸； （4）对变位齿轮有初步的概念； （5）了解当量齿轮的概念，会计算斜齿轮、锥齿轮的当量齿数。 模块六：轮系 4 学时 目标： （1）熟练掌握各种定轴轮系传动比的计算，会判断包含圆锥齿轮或蜗轮蜗杆的定轴轮系的转 向； （2）熟练掌握各种基本周转轮系传动比的计算。 模块七：间歇运动机构 1 学时 目标： （1）对棘轮机构、槽轮机构、不完全机构、凸轮间歇运动机构的工作原理和应用场合有一般 了解。 模块八：机械运转速度波动的调节 2 学时 目标： （1）了解周期性速度波动和非周期性速度波动的区别，知道两种不同的运转速度波动各应采 取什么方法调节； （2）知道平均速度、机械运转速度不均匀系数、最大盈亏功的含义； （3）掌握飞轮设计的基本原理，能根据给定的驱动力矩和阻力矩变化曲线求最大盈亏功，会 求飞轮转动惯量。 模块九：回转件的平衡 2 学时 目标：
(1)了解静平衡和动平衡的区别，知道哪一类回转件应当进行静平衡，哪一类回转件应进行 动平衡： (2)掌握用向量图解法求静平衡和动平衡条件下平衡质量的质径积的方法： (3)了解静平衡实验法和一种简单动平衡机的原理。 模块十：机械零件设计概论4学时 目标： (1)掌握机械零件设计的共性问题： (2)初步理解设计机械零件应满足的要求，零件工作能力的判定条件和设计计算步骤。 模块十一：连接6学时 目标： ()了解可拆联结的主要类型、结构和性能： (2)掌握螺纹联结和健联结的失效形式和强度计算： (3)掌握螺旋传动设计计算： (4)了解滚动螺旋传动的结构、特点及应用。 棋块十二：齿轮传动6学时 目标： (1)了解齿轮传动失效形式、现象、场合、原因及避免方法： (2)掌握直齿轮、斜齿轮、锥齿轮的受力分析： (3)了解常用齿轮材料及其热处理方法：对齿轮传动精度有一定了解，能正确选择齿轮精度 等级： (4)理解载荷系数的物理意义：熟琴传动的参数选择： (5)理解直齿圆柱齿轮齿面接触强度和齿根弯曲强度公式的理论依据和推导过程： (6)了解斜齿轮、锥齿轮强度计算特点和强度公式应用： (7)熟练掌握强度公式的应用： (8)对齿轮结构特点、润滑和效率有一定了解。 模块十三：蜗杆2学时 目标： (1)掌握蜗杆传动的受力分析和强度计算： (2)一般了解蜗轮、蜗杆材料选择和结构设计。 模块十四：带传动和链传动6学时 目标： (1)了解带传动和链传动的工作原理、特点、应用场合： (2)掌握V带传动许用功率表达式推导的理论依据： (3)了解带传动失效形式，掌握V带传动设计计算： (4)了解带传动弹性滑动与滑动的区别，了解弹性滑动产生原因及其对传动比的影响： (5)理解链传动功率曲线图的意义，能正确使用功率曲线图解决链传动设计计算问题：
（1）了解静平衡和动平衡的区别，知道哪一类回转件应当进行静平衡，哪一类回转件应进行 动平衡； （2）掌握用向量图解法求静平衡和动平衡条件下平衡质量的质径积的方法； （3）了解静平衡实验法和一种简单动平衡机的原理。 模块十：机械零件设计概论 4 学时 目标： （1）掌握机械零件设计的共性问题； （2）初步理解设计机械零件应满足的要求，零件工作能力的判定条件和设计计算步骤。 模块十一：连接 6 学时 目标： （1）了解可拆联结的主要类型、结构和性能； （2）掌握螺纹联结和键联结的失效形式和强度计算； （3）掌握螺旋传动设计计算； （4）了解滚动螺旋传动的结构、特点及应用。 模块十二：齿轮传动 6 学时 目标： （1）了解齿轮传动失效形式、现象、场合、原因及避免方法； （2）掌握直齿轮、斜齿轮、锥齿轮的受力分析； （3）了解常用齿轮材料及其热处理方法；对齿轮传动精度有一定了解，能正确选择齿轮精度 等级； （4）理解载荷系数的物理意义；熟悉传动的参数选择； （5）理解直齿圆柱齿轮齿面接触强度和齿根弯曲强度公式的理论依据和推导过程； （6）了解斜齿轮、锥齿轮强度计算特点和强度公式应用； （7）熟练掌握强度公式的应用； （8）对齿轮结构特点、润滑和效率有一定了解。 模块十三：蜗杆 2 学时 目标： （1）掌握蜗杆传动的受力分析和强度计算； （2）一般了解蜗轮、蜗杆材料选择和结构设计。 模块十四：带传动和链传动 6 学时 目标： （1）了解带传动和链传动的工作原理、特点、应用场合； （2）掌握 V 带传动许用功率表达式推导的理论依据； （3）了解带传动失效形式，掌握 V 带传动设计计算； （4）了解带传动弹性滑动与滑动的区别，了解弹性滑动产生原因及其对传动比的影响； （5）理解链传动功率曲线图的意义，能正确使用功率曲线图解决链传动设计计算问题；