《机械设计》课程教学大纲（探究式小班+思政） 课程英文名称：Mechanical Design 课程代码：P0428825 学时数：40 学分数：2.5 课程类型：学科基础课程 适用学科专业：机械设计制造及其自动化 先修课程：机械制图、工程材料及热处理、理论力学、材料力学、机械原理 执笔者：凌丹 编写日期：2019.9 审核人：王科盛 一、课程简介 本课程是培养学生具有机械设计能力学科基础课程，是机械设计制造及其自动化专业培 养方案中的主干课程。讲授通用机械零、部件设计和选用方面的基本知识、基本理论和基本 方法，并进行创新设计构思和综合设计技能的基本训练。 Machine Design is an elementary course of Mechanical Design and Manufacture and its Automation major.In this course,basic theory for design and selection of general mechanical elements are introduced.The course is a bridge between basic theoretical courses and professional courses. 二、课程目标 2.1理论教学目标 通过本课程的学习，使学生理解、掌握机械零件技术性能设计基础知识和机械设计的一 般步骤，掌握典型机械零、部件的设计方法。能灵活运用各种机械零件和各种机构及其它先 修课程的知识，具有设计机械部件、传动装置和简单机械系统的能力，为设计、开发与研究 解决复杂机械工程问题打好基础。 Through the study of this course,students can understand and master the basic knowledge of mechanical parts technical performance design and the general steps of mechanical design,and master the design methods of typical mechanical parts.It has the ability to design mechanical parts, transmission devices and simple mechanical systems.It lays a good foundation for the design, development and research of complex mechanical engineering problems 通过课程学习，要求学生达到以下目标： 课程目标1：掌握通用零部件工作原理、特点和适用场合，具有依据使用条件合理选择 通用零部件的能力。（支撑毕业要求指标点1.3） 课程目标2：能够建立各种通用零部件的受力分析模型，对零部件可能的失效形式和设 计准则等进行表述和解释。能够分析零部件的关键参数对零部件及机械系统的承载能力和运 行效率的影响机制和规律。（支撑毕业要求指标点2.2) 课程目标3：掌握机械系统设计的基础知识，具备机械系统方案设计和分析的能力。能
《机械设计》课程教学大纲（探究式小班+思政） 课程英文名称：Mechanical Design 课程代码：P0428825 学 时 数 ：40 学 分 数：2.5 课程类型：学科基础课程 适用学科专业：机械设计制造及其自动化 先修课程：机械制图、工程材料及热处理、理论力学、材料力学、机械原理 执 笔 者：凌丹 编写日期：2019.9 审 核 人：王科盛 一、课程简介 本课程是培养学生具有机械设计能力学科基础课程，是机械设计制造及其自动化专业培 养方案中的主干课程。讲授通用机械零、部件设计和选用方面的基本知识、基本理论和基本 方法，并进行创新设计构思和综合设计技能的基本训练。 Machine Design is an elementary course of Mechanical Design and Manufacture and its Automation major. In this course, basic theory for design and selection of general mechanical elements are introduced. The course is a bridge between basic theoretical courses and professional courses. 二、课程目标 2.1 理论教学目标 通过本课程的学习，使学生理解、掌握机械零件技术性能设计基础知识和机械设计的一 般步骤，掌握典型机械零、部件的设计方法。能灵活运用各种机械零件和各种机构及其它先 修课程的知识，具有设计机械部件、传动装置和简单机械系统的能力，为设计、开发与研究 解决复杂机械工程问题打好基础。 Through the study of this course, students can understand and master the basic knowledge of mechanical parts technical performance design and the general steps of mechanical design, and master the design methods of typical mechanical parts. It has the ability to design mechanical parts, transmission devices and simple mechanical systems. It lays a good foundation for the design, development and research of complex mechanical engineering problems. 通过课程学习，要求学生达到以下目标： 课程目标 1：掌握通用零部件工作原理、特点和适用场合，具有依据使用条件合理选择 通用零部件的能力。（支撑毕业要求指标点 1.3） 课程目标 2：能够建立各种通用零部件的受力分析模型，对零部件可能的失效形式和设 计准则等进行表述和解释。能够分析零部件的关键参数对零部件及机械系统的承载能力和运 行效率的影响机制和规律。（支撑毕业要求指标点 2.2） 课程目标 3：掌握机械系统设计的基础知识，具备机械系统方案设计和分析的能力。能
够在安全、环境、法律等现实约束条件下，分析不同设计方案对应的目标和任务，确定合理 的设计方案。（支撑毕业要求指标点32） 课程目标4：能够正确选择计算零件的参数，确定其结构、形状、尺寸及材料：能够 设计机械传动装置和简单机械，具有综合运用设计方法解决复杂工程问题的设计能力。（支 撑毕业要求指标点3.3) 课程目标5：能够利用现代信息技术及工具获取设计所需的标准、规范、手册、图册和 设计资料，并且利用获得的各种资料解决工程问题。（支撑毕业要求指标点5.1） 课程目标6：能够组建研究小组，协作进行机械零件及系统设计相关的方案设计与解决 过程。（支撑毕业要求指标点9.2） 课程目标7：能够就机械传动装置和简单机械及其主要零部件的设计问题撰写研究报告 和设计文件。能够制作PPT,进行陈述和交流。（支撑毕业要求指标点101） 课程目标对毕业要求的支撑关系如表1所示。 表1课程目标与毕业要求的支撑关系 课程目标对毕业要 毕业要求 指标点 求的支撑关系 1.3掌握机械设计、制造及自动化相关的工程基础知识，并 1.工程知识 课程目标1 H 能将其用于解决机械工程问题。 2.2能运用机械工程科学的基本原理，对研究对象进行正确 2.问题分析 的建模。分析判断机械设计、制造及其自动化领域中的复杂 课程目标2 女 工程问题的关键环节和影响因素： 3.2能够在安全、环境、法律等现实约束条件下，通过原理 结构等方面的类比、改进或集成等方式提出解决方案，并对方 课程目标3 M 3设计/开发 案进行分析、论证，确定合理的解决方案。 解决方案 3.3能够根据解决方案进行技术参数的设计与优化，完成零 部件设计、单元产品及系统总体设计或开发，能够体现知识 课程目标4 H 综合与集成创新能力。 5.使用现代工 5.2能够在机械产品或系统的设计开发过程中，利用现代信 课程目标5 具 息技术及工具，获取或开发所需设计资源。 M 92能够与团队成员进行有效协作，并能配合团队项目的实 9.个人和团 施，调整和完成进度计划和个人任务：能够合理进行复杂工 课程目标6 M 队 程问题的任务分解和计划实施，并具备团队组织管理能力
够在安全、环境、法律等现实约束条件下，分析不同设计方案对应的目标和任务，确定合理 的设计方案。（支撑毕业要求指标点 3.2） 课程目标 4：能够正确选择计算零件的参数，确定其结构、形状、尺寸及材料；能够 设计机械传动装置和简单机械，具有综合运用设计方法解决复杂工程问题的设计能力。（支 撑毕业要求指标点 3.3） 课程目标 5：能够利用现代信息技术及工具获取设计所需的标准、规范、手册、图册和 设计资料，并且利用获得的各种资料解决工程问题。（支撑毕业要求指标点 5.1） 课程目标 6：能够组建研究小组，协作进行机械零件及系统设计相关的方案设计与解决 过程。（支撑毕业要求指标点 9.2） 课程目标 7：能够就机械传动装置和简单机械及其主要零部件的设计问题撰写研究报告 和设计文件。能够制作 PPT，进行陈述和交流。（支撑毕业要求指标点 10.1） 课程目标对毕业要求的支撑关系如表 1 所示。 表 1 课程目标与毕业要求的支撑关系 毕业要求 指标点 课程目标对毕业要 求的支撑关系 1.工程知识 1.3 掌握机械设计、制造及自动化相关的工程基础知识，并 能将其用于解决机械工程问题。 课程目标 1 H 2.问题分析 2.2 能运用机械工程科学的基本原理，对研究对象进行正确 的建模。分析判断机械设计、制造及其自动化领域中的复杂 工程问题的关键环节和影响因素； 课程目标 2 H 3 设计/开发 解决方案 3.2 能够在安全、环境、法律等现实约束条件下，通过原理、 结构等方面的类比、改进或集成等方式提出解决方案，并对方 案进行分析、论证，确定合理的解决方案。 课程目标 3 M 3.3 能够根据解决方案进行技术参数的设计与优化，完成零 部件设计、单元产品及系统总体设计或开发，能够体现知识 综合与集成创新能力。 课程目标 4 H 5.使用现代工 具 5.2 能够在机械产品或系统的设计开发过程中，利用现代信 息技术及工具，获取或开发所需设计资源。 课程目标 5 M 9. 个人和团 队 9.2 能够与团队成员进行有效协作，并能配合团队项目的实 施，调整和完成进度计划和个人任务；能够合理进行复杂工 程问题的任务分解和计划实施，并具备团队组织管理能力。 课程目标 6 M
10.1能够用工程图纸、设计报告等形式，呈现方案设计/开发 结果。能够撰写机械设计制造及其自动化领域的报告、设计文 10.沟通 档，能对工程问题进行准确的口头描述，与国内外业界同行及 课程目标7 M 社会公众进行有效沟通和交流。能够清晰表达和回应指令。 2.2课程思政目标： 《机械设计》课程是一门实践性很强的专业基础课，课程不仅要实现知识传授和能力培 养的教学目的，而且要充分发挥思想育人、立德树人的教育本质。本课程以“育人为本，德 育为先”作为教育方针，培养学生爱国、敬业、诚信、友善的社会主义核心价值观：从专业 角度培养学生具备“新时代的工匠精神”，即爱岗敬业的职业精神、精益求精的品质精神、 协作共进的团队精神和追求卓越的创新精神。培养具有“伦理意识”的现代工程师，以造福 人类和可持续发展为理念的工程师。 结合中国制造业飞速发展的现状，从思想上激发学生学习的动力，培养学生自主学习的 能力。从学生的思想态度、学习能力、综合素质全方位的实现知识传授、能力培养和思想育 人有机结合的“三位一体”的课程教学总目标
10. 沟通 10.1 能够用工程图纸、设计报告等形式，呈现方案设计/开发 结果。能够撰写机械设计制造及其自动化领域的报告、设计文 档，能对工程问题进行准确的口头描述，与国内外业界同行及 社会公众进行有效沟通和交流。能够清晰表达和回应指令。 课程目标 7 M 2.2 课程思政目标： 《机械设计》课程是一门实践性很强的专业基础课，课程不仅要实现知识传授和能力培 养的教学目的，而且要充分发挥思想育人、立德树人的教育本质。本课程以“育人为本，德 育为先”作为教育方针，培养学生爱国、敬业、诚信、友善的社会主义核心价值观；从专业 角度培养学生具备“新时代的工匠精神”，即爱岗敬业的职业精神、精益求精的品质精神、 协作共进的团队精神和追求卓越的创新精神。培养具有“伦理意识”的现代工程师，以造福 人类和可持续发展为理念的工程师。 结合中国制造业飞速发展的现状，从思想上激发学生学习的动力，培养学生自主学习的 能力。从学生的思想态度、学习能力、综合素质全方位的实现知识传授、能力培养和思想育 人有机结合的“三位一体”的课程教学总目标
三、课程内容与教学安排 表2教学内容与教学目标的支撑关系 序号 教学内容 能力要求 建议学时 教学方式 对应课程目标 思政元素 鳍论 )了解机械设计对经济建设的作用 借助体现中国制造迅猛发展的案例，激发学 1)机械工业在现代化建设中 和我国机械工业发展现状： 生的爱国热情和学习兴趣。 的作用 2) 了解课程与基础课、专业课之间的 案例1：中国月球探测工程 2)本课程的内容、性质和任 关系及学习方法： 案例2：国产大飞机C919工程 多 3) 设计人员要具备的基本素质，树立 讲授 案例3：中国高铁工程 1 3)机械设计技术人才应具有 正确的工程伦理观念。 视频展示 3 案例4：成都地铁工程 的素质 案例分析 机械发展史中有很多不畏艰难、用于探索的 科学家和工程师。将他们的故事引入课堂，塑 造学生艰苦奋斗的精神和追求真理的决心。 建设创新型国家，机械专业的学生重任在 肩。 机械设计总论 1)能够正确划分机器的功能组成： 培养学生的集体观念和设计零件时精益求 )机器的结构与功能组成 2)能指出机器结构组成中包含的通 精的工匠精神。 2)机器设计的一般要求与 用零件、专用零件、和标准件： 机械系统中包含很多的零件，零件之间相互 过程 3)理解机械零件常见的失效形式： 关联相互依赖，由于空间的限制，机械零件不 3)机械零件的主要失效形 4)结合材料力学的基础知识，理解机 采用冗余设计，每个零件都起若关键的作用。 式 械零件的设计准则和步骤： 设计零件时必须严格按照零件的失效准则，充 4) 设计机械零件的一般要 5)理解零件结构工艺性的意义，能够 分考虑所有影响零件强度的因素，设计合格的 求 指出不合理的零件结构工艺性问 讲授 零件。一个零件的提前损坏可能导致严重的事 2 5) 零件的设计准则 题： 案例分析 故。 6) 机械零件的设计方法 6)了解各种材料的特性及用途： 案例1：一颗脱落的螺栓引起的坠机事故。 7)机械零件设计的一般步 刀对现代设计方法有了解，选择学习 案例2：一个密封圈导致挑战者号飞机的爆炸 骤 一种工程设计软件。 个人是集体的一份子，在工作岗位上要认 8) 机械零件的材料及其选 真履行自己的岗位职责。 用 案例3：选择材料是考虑客观实际，不能官目 追求高品质高强度，要考虑技术经济性
三、课程内容与教学安排 表 2 教学内容与教学目标的支撑关系 序号 教学内容 能力要求 建议学时 教学方式 对应课程目标 思政元素 1 绪论 1) 机械工业在现代化建设中 的作用 2) 本课程的内容、性质和任 务 3) 机械设计技术人才应具有 的素质 1) 了解机械设计对经济建设的作用 和我国机械工业发展现状； 2) 了解课程与基础课、专业课之间的 关系及学习方法； 3) 设计人员要具备的基本素质，树立 正确的工程伦理观念。 2 讲授 视频展示 案例分析 3 借助体现中国制造迅猛发展的案例，激发学 生的爱国热情和学习兴趣。 案例 1：中国月球探测工程 案例 2：国产大飞机 C919 工程 案例 3：中国高铁工程 案例 4：成都地铁工程 机械发展史中有很多不畏艰难、用于探索的 科学家和工程师。将他们的故事引入课堂，塑 造学生艰苦奋斗的精神和追求真理的决心。 建设创新型国家，机械专业的学生重任在 肩。 2 机械设计总论 1) 机器的结构与功能组成 2) 机器设计的一般要求与 过程 3) 机械零件的主要失效形 式 4) 设计机械零件的一般要 求 5) 零件的设计准则 6) 机械零件的设计方法 7) 机械零件设计的一般步 骤 8) 机械零件的材料及其选 用 1) 能够正确划分机器的功能组成； 2) 能指出机器结构组成中包含的通 用零件、专用零件、和标准件； 3) 理解机械零件常见的失效形式； 4) 结合材料力学的基础知识，理解机 械零件的设计准则和步骤； 5) 理解零件结构工艺性的意义，能够 指出不合理的零件结构工艺性问 题； 6) 了解各种材料的特性及用途； 7) 对现代设计方法有了解，选择学习 一种工程设计软件。 2 讲授 案例分析 3 培养学生的集体观念和设计零件时精益求 精的工匠精神。 机械系统中包含很多的零件，零件之间相互 关联相互依赖，由于空间的限制，机械零件不 采用冗余设计，每个零件都起着关键的作用。 设计零件时必须严格按照零件的失效准则，充 分考虑所有影响零件强度的因素，设计合格的 零件。一个零件的提前损坏可能导致严重的事 故。 案例 1：一颗脱落的螺栓引起的坠机事故。 案例 2：一个密封圈导致挑战者号飞机的爆炸 个人是集体的一份子，在工作岗位上要认 真履行自己的岗位职责。 案例 3：选择材料是考虑客观实际，不能盲目 追求高品质高强度，要考虑技术经济性
机械零件的强度 1) 能够计算变应力的五个特性参数： 疲劳是一个拟人化的词汇。每个人都体会 1)材料的疲劳强度 2) 能够计算材料的有限寿命疲劳极 过疲劳的感觉。 2) 机械零件的疲劳强度 限：根据手册数据绘制材料的疲劳 长期处于循环应力作用下的机械零件会发 3)机械零件的接触强度 2 极限应力图：能够查取图表，计算 生疲劳失效，长期处于工作压力下的人也会疲 2 讲授 1、2 零件疲劳强度的综合影响系数： 劳，健康状态会退化。因此要在繁忙的工作 3) 对常见的三种稳定循环变应力下 中，留一些体有锻炼、维护健康的时间。 机械零件，利用零件的疲劳极限应 力图计算其疲劳强度安全系数。 齿轮传动 1)能够合理选择齿轮传动的设计准 个人应该经常反思自己的行为，寻找自己 1)齿轮传动特点、分类及应 则： 的缺点，及时发现自身的思想薄弱点，及时调 用 2) 能够结合工作要求，选择齿轮的材 整和矫正，乐观地面对困难，想办法解决学习 2)齿轮的主要失效形式、设 料和热处理方式，提出齿面硬度要 和生活中的困难。 计准则及材料选用 求： 齿轮设计准则是一个找出齿轮弱点，再针 3) 齿轮传动的计算载苟及 3) 能够利用标准和设计手册，计算设 对弱点进行设计的过程。为了保证齿轮在设计 影响计算载荷的各系数 计齿轮传动所需的各项参数。 寿命周期内完好工作，必须保证轴系中其他零 含义 4) 能够进行直齿轮、斜齿轮和圆锥齿 部件的正常工作。 4)标准直齿圆柱齿轮的受 轮的受力分析： 讲授/课程设计/ 6 1、2、4、5 力分析及强度计算 5) 能够进行直齿圆柱齿轮传动的齿 研讨 5)齿轮传动的设计参数、许 面接触疲劳强度和齿根弯曲轰劳 用应力与精度选择 强度的校核和设计：能够分析强度 6)标准斜齿圆柱齿轮的受 计算公式中各参数的物理意义及 力分析及强度计算 其对轮齿强度的影响： 7 标准直齿圆锥齿轮的受 6 了解斜齿圆柱齿轮传动的强度计 力分析及强度计算 算：了解直齿圆锥齿轮传动的强度 8)齿轮传动的结构设计及 计算：了解齿轮传动的效率和润 润滑 滑、齿轮结构设计方法。 小组成员分工合作，协同解决设计问题。发现 研讨课1 小组1~3作业进展情况汇报 2 学生陈述、讨论 问题及时修改，培养学生踏实严谨、耐心专注 3、5、6、7 的优秀品质
3 机械零件的强度 1) 材料的疲劳强度 2) 机械零件的疲劳强度 3) 机械零件的接触强度 1) 能够计算变应力的五个特性参数； 2) 能够计算材料的有限寿命疲劳极 限；根据手册数据绘制材料的疲劳 极限应力图；能够查取图表，计算 零件疲劳强度的综合影响系数； 3) 对常见的三种稳定循环变应力下 机械零件，利用零件的疲劳极限应 力图计算其疲劳强度安全系数。 2 讲授 1、2 疲劳是一个拟人化的词汇。每个人都体会 过疲劳的感觉。 长期处于循环应力作用下的机械零件会发 生疲劳失效，长期处于工作压力下的人也会疲 劳，健康状态会退化。因此要在繁忙的工作 中，留一些体育锻炼、维护健康的时间。 4 齿轮传动 1) 齿轮传动特点、分类及应 用 2) 齿轮的主要失效形式、设 计准则及材料选用 3) 齿轮传动的计算载荷及 影响计算载荷的各系数 含义 4) 标准直齿圆柱齿轮的受 力分析及强度计算 5) 齿轮传动的设计参数、许 用应力与精度选择 6) 标准斜齿圆柱齿轮的受 力分析及强度计算 7) 标准直齿圆锥齿轮的受 力分析及强度计算 8) 齿轮传动的结构设计及 润滑 1) 能够合理选择齿轮传动的设计准 则； 2) 能够结合工作要求，选择齿轮的材 料和热处理方式，提出齿面硬度要 求； 3) 能够利用标准和设计手册，计算设 计齿轮传动所需的各项参数。 4) 能够进行直齿轮、斜齿轮和圆锥齿 轮的受力分析； 5) 能够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 强度的校核和设计；能够分析强度 计算公式中各参数的物理意义及 其对轮齿强度的影响； 6) 了解斜齿圆柱齿轮传动的强度计 算；了解直齿圆锥齿轮传动的强度 计算；了解齿轮传动的效率和润 滑、齿轮结构设计方法。 6 讲授/课程设计/ 研讨 1、2、4、5 个人应该经常反思自己的行为，寻找自己 的缺点，及时发现自身的思想薄弱点，及时调 整和矫正，乐观地面对困难，想办法解决学习 和生活中的困难。 齿轮设计准则是一个找出齿轮弱点，再针 对弱点进行设计的过程。为了保证齿轮在设计 寿命周期内完好工作，必须保证轴系中其他零 部件的正常工作。 5 研讨课 1 小组 1~3 作业进展情况汇报 2 学生陈述、讨论 3、5、6、7 小组成员分工合作，协同解决设计问题。发现 问题及时修改，培养学生踏实严谨、耐心专注 的优秀品质