课程教学分为课堂教学和线上教学，课堂教学采用黑板+多媒体讲述、学生讨论与互动做题形式开展，旨在引导学生主动学习；线上学习以MOOC资源和西电学堂为平台，采用翻转式教学。

“西电学堂”平台上有该课程的详细资料，可以帮助您预习或复习。

《机械设计》教学大纲

课程编号：ME3117

课程名称：机械设计                       

英文名称：Machine design                              

学分/学时：3.5/52+8                     

课程性质：专业平台基础课(选修)

适用专业：机械设计制造及其自动化        

建议开设学期：6

先修课程：机械制图、理论力学、材料力学、机械原理 

开课单位：机电工程学院

1 课程的教学目标与任务

通过本课程的学习使学生掌握机械设计的基础知识、基本理论和基本方法；受到设计技

能的基本训练，为学生进一步学习专业课和今后从事机械设计工作打下基础。

通过本课程的理论与实验教学，使学生具备以下知识和能力：

1)  使学生掌握机械设计的基础知识，受到设计技能的基本训练，掌握通用零部件的设计原理和设计方法；

2)  掌握机械设计的一般规律，具有设计机械传动装置和简单机械的能力；

3)  培养学生运用标准、规范、手册、图册和查阅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。

2课程教学目标与毕业要求对应关系

                             

毕业要求	指标点	课程目标   和支撑权重
1.  工程知识	1.3掌握机械设计原理与方法知识，能将其用于机械结构和运动方式的工程设计、计算和分析。	课程目标1（0.6）   课程目标2（0.2）   课程目标3（0.4）
2.  问题分析	2.1 能对机电系统和部件设计、制造工艺、运动控制等复杂工程问题进行系统表达，能识别和判断其中关键环节和参数。	课程目标1（0.2）   课程目标2（0.8）
4.  研究	4.2能够基于科学原理并采用科学方法对机械零件、结构、装置、系统制订实验方案。	课程目标4（1.0）
6.  工程与社会	6.2熟悉与机械工程相关的技术标准、知识产权、产业政策和法律法规，并在此框架下开展工作。	课程目标1（0.2）   课程目标3（0.6）

3 课程具体内容及基本要求

课程具体内容分为理论教学和实验教学。

一、理论教学

(一) 绪论（1学时）（支撑课程目标1、2）

机器的基本组成要素；课程的性质、任务、内容和学习方法。

1）基本要求

（1）了解本课程的内容、性质和特点。

（2）掌握机器的基本组成要素。

2）作业及课外学习要求

  复习一下学习过的《机械制图》、《材料力学》、《机械原理》等课程。

(二)机械设计总论（3学时）（支撑课程目标1、2）

机器的组成及其设计的一般程序；对机器的主要要求；机械零件的主要失效形式、应满足的基本要求、设计准则和设计方法及步骤；机械零件的材料及其选用；机械零件设计中的标准化；机械现代设计方法。

1）基本要求

（1）了解机器设计应满足的基本要求和一般步骤。

（2）掌握机械零件的主要失效形式、应满足的设计要求和设计准则。

（3）掌握机械零件的常规设计方法和一般步骤。

（4）了解机械零件的常用材料及选用原则，机械设计中的标准化。

（5）了解机械现代设计方法的新发展。

2）重点、难点

重点：机械零件的失效形式及设计准则。

难点：本章内容较抽象。

3）作业及课外学习要求

阅读《可靠性设计》、《优化设计》等，了解一些现代设计方法。

(三)机械零件的强度（4学时）（支撑课程目标1、2、3、4）

材料的疲劳特性；机械零件的疲劳强度计算；机械零件的接触强度。

1）基本要求

（1）了解疲劳曲线的意义及用途。

（2）掌握机械零件极限应力线图的作法及应用。

（3）掌握单向稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算方法。

（4）了解疲劳损伤累积假说的意义及其应用。

（5）了解接触强度的变形及应力分布。

2）重点、难点

重点：单向稳定变应力下的疲劳强度计算。

难点：单向不稳定变应力下的疲劳强度计算。

3）作业及课外学习要求

阅读了解一些有关疲劳强度优化设计的资料。

(四) 摩擦、磨损及润滑概述（4学时）（支撑课程目标2、3、4）

摩擦；磨损；润滑剂；润滑方法；流体润滑原理。

1）基本要求

（1）了解摩擦的种类及其基本性质。

（2）了解磨损的一般规律及各种磨损的机理。

（3）了解常用润滑剂的主要质量指标。

（4）掌握流体动力润滑的基本概念及其承载原理。

（5）了解弹性流体动力润滑的原理。

2）重点、难点

重点：各类摩擦、磨损的机理，流体动力润滑的原理。

难点：弹性流体动力润滑的原理。

3）作业及课外学习要求

阅读了解一些有关摩擦建模的资料。

(五) 螺纹联接（6学时）（支撑课程目标1、2、3）

螺纹联接的类型、特点及应用；螺纹联接的预紧和防松；单个螺栓的强度计算；螺栓组联接的受力分析及设计；螺纹联接件的材料及许用应力；提高螺栓联接强度的措施。

1）基本要求

（1）掌握螺纹联接的类型、工作特点、受力分析、失效形式及使用场合。

（2）掌握各种螺纹联接件的类型选择、尺寸选择及有关的强度计算。

（3）了解螺栓联接的预紧和防松的目的及措施。

（4）掌握提高螺栓联接强度的措施。

2）重点、难点

重点：螺栓的强度计算和螺栓组的受力分析。

难点：螺栓组的受力分析及强度计算。

3）作业及课外学习要求

阅读了解一些有关螺纹传动的资料。

(六) 键和花键联接（2学时）（支撑课程目标1、2、3）

键联接；花键联接。

1）基本要求

（1）了解键联接的类型、工作原理及特点。

（2）掌握平键联接的工作原理、失效形式及强度校核的计算方法。

（3）掌握花键联接的齿形、特点、工作原理。

2）重点、难点

重点：平键联接的校核计算。

难点：花键联接的强度计算。

3）作业及课外学习要求

阅读了解一些有关新型联接的资料。

 (七) 带传动（4学时）（支撑课程目标2、3、4）

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；V带传动的设计计算；V带轮的设计；带传动的张紧装置。

1）基本要求

（1）了解带传动的类型、特点和应用场合。

（2）掌握带传动的工作原理、受力情况、弹性滑动及打滑等基本理论。

（3）掌握v带传动的失效形式、设计准则及设计计算方法。

（4）掌握V带传动的张紧方法和装置。

2）重点、难点 

重点：带传动的工作情况分析，V带传动的设计计算。

难点：带传动的最大有效拉力及其影响因素，带的弹性滑动和打滑的形成机理。

3）作业及课外学习要求

阅读了解一些有关新型带传动及应用的资料。

(八) 链传动（2学时）（支撑课程目标1、2、3）

链传动的类型、特点和应用；链传动的结构特点；链轮的结构合材料；链传动的运动特性；链传动的受力分析；滚子链传动的设计计算；链传动的布置、张紧和润滑。

1）基本要求

（1）了解链传动的类型、工作原理、特点及其应用。

（2）了解滚子链的结构、规格和尺寸与链轮的结构特点。

（3）掌握链传动的运动特性：运动的不均匀性和动载荷

（4）掌握滚子链传动设计计算方法。

（5）了解链传动的布置、张紧和润滑方法。

2）重点、难点

重点：链传动的运动特性，滚子链传动的设计计算。

难点：链传动的运动不均匀性。

3）作业及课外学习要求

阅读了解一些有关链传动应用的资料。

(九) 齿轮传动（6学时）（支撑课程目标1、2、3）

齿轮传动的失效形式及计算准则；齿轮常用材料及其选择；齿轮传动的计算载荷；直齿圆柱齿轮传动的受力分析及强度计算；齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择；斜齿圆柱齿轮的受力分析和强度计算；直齿圆锥齿轮传动的受力分析及强度计算；齿轮的结构设计；齿轮传动的润滑。

1）基本要求 

（1）了解齿轮传动的特点和分类。

（2）掌握齿轮传动的主要失效形式及其机理、失效部位，以及针对不同失效形式的设计计算准则。

（3）了解常用齿轮材料及热处理方法。

（4）掌握计算载荷的定义及载荷系数的物理意义、影响因素及减小载荷系数的措施。

（5）熟练掌握齿轮传动的受力分析方法。

（6）掌握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的理论依据、力学模型，掌握强度计算公式中各参数的物理意义及其选择。

（7）掌握斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮的受力分析和强度计算的特点及其应用。

（8）了解变位齿轮强度计算的特点。

（9）了解齿轮的主要结构形式及润滑方式。

2）重点、难点 

重点：齿轮传动的失效形式及设计准则，标准直齿圆柱齿轮的强度理论。

难点：齿轮传动的受力分析，各种参数的选择。

3）作业及课外学习要求

阅读了解一些有关齿轮传动间隙的资料。

(十) 蜗杆传动（4学时）（支撑课程目标1、2、3）

蜗杆传动的类型、特点和应用；普通圆柱蜗杆的主要参数及其计算；蜗杆传动的承载能力计算；蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算；蜗杆和蜗轮的结构设计。

1）基本要求

（1）了解蜗杆传动的特点及应用。

（2）掌握普通圆柱蜗杆传动的主要参数、计算方法及其选用原则。

（3）掌握蜗杆传动的失效形式、设计准则和常用材料及其选用原则。

（4）掌握蜗杆传动的受力分析及其强度计算。

（5）了解蜗杆传动的效率、热平衡原理和计算方法。

（6）了解蜗杆传动的类型、变位及蜗杆的刚度计算。

（7）掌握蜗杆和蜗轮的结构设计。

2）重点、难点 

重点：普通圆柱蜗杆传动的力分析和承载能力的计算。

难点：蜗杆传动的受力分析。

3）作业及课外学习要求

阅读了解一些有关蜗杆传动应用的资料。

（十一）滑动轴承（4学时）（支撑课程目标1、2、3、4）

径向滑动轴承的典型结构、失效形式及常用材料；轴瓦结构；润滑剂的选用；不完全液体润滑滑动轴承的设计计算；液体动压润滑滑动轴承的设计计算。

1）基本要求

（1）了解径向滑动轴承的主要类型、特点及其应用。

（2）了解滑动轴承的典型结构、轴瓦材料及其选用原则。

（3）掌握不完全液体润滑滑动轴承的失效形式、设计计算准则及方法。

（4）掌握流体动力润滑的基本方程即雷诺方程。

（5）掌握流体动力润滑径向滑动轴承的工作原理、设计原理及方法。

2）重点、难点

重点：不完全液体润滑滑动轴承的设计方法；流体动力润滑径向滑动轴承的设计方法。

难点：雷诺方程的推导及其物理意义；流体动力润滑径向滑动轴承的设计与主要参数。

3）作业及课外学习要求

阅读了解一些有关滑动轴承应用的资料。

（十二）滚动轴承（6学时）（支撑课程目标1、2、3、4）

滚动轴承的分类、主要类型、特点和选用；滚动轴承的标准、代号及精度等级；滚动轴承的失效形式；滚动轴承的疲劳寿命计算和静载荷计算；滚动轴承的组合设计；滚动轴承的润滑和密封。

1）基本要求

（1）了解各类轴承的结构特点，能正确选用轴承的类型。

（2）熟练掌握滚动轴承的寿命计算方法。

（3）掌握正确进行滚动轴承部件的组合结构设计的方法。

2）重点、难点

重点：滚动轴承的寿命计算。

难点：滚动轴承的组合结构设计。

3）作业及课外学习要求

阅读了解一些有关滚动轴承应用的资料。

（十三）联轴器和离合器（2学时）（支撑课程目标1、2、3）

联轴器和离合器的功用、主要分类、特点及选用；安全联轴器和安全离合器；特殊功用及特殊结构的联轴器和离合器。

1）基本要求

（1）掌握常用联轴器、离合器的主要类型、结构、工作原理、特点及选择与计算方法。

（2）掌握联轴器联接的两轴间的位置补偿的原理及联轴器和离合器在功能上的异同。

2）重点、难点

重点：常用联轴器、离合器的主要类型、结构、工作原理、特点及适用场合。

难点：联轴器的选择。

3）作业及课外学习要求

阅读了解一些有关联轴器和离合器应用的资料。

（十四）轴（4学时）（支撑课程目标1、2、3）

轴的分类和设计要求；轴的常用材料；轴的结构设计；轴的强度计算；轴刚度计算及振动稳定性的计算概念。

1）基本要求

（1）了解轴的功用与分类，掌握各种轴的受力与应力分析。

（2）掌握轴的结构设计基本要求和方法。

（3）掌握轴的三种强度计算方法和刚度计算原理。

2）重点、难点

重点：轴的强度计算和结构设计。

难点：轴的结构设计。

3）作业及课外学习要求

阅读了解一些有关轴系设计及应用的资料。

二、实验教学

《机械设计》课程实验是本课程重要的实践教学环节之一。通过实验，使学生熟悉一些与本课程有关的实验设备、掌握最基础的实验方法及实验的基本技能。培养认真细致、一丝不苟的工作作风，提高观察问题、分析问题和解决问题的能力。并对本课程的基本概念、基本理论起到巩固和加深的作用，为学习后续课程及今后从事技术工作打下必要的基础。

(一)实验内容

具体实验内容见下表。

                                                                             

序号	实验项   目名称	实验内容提要	学时   分配	实验   属性	实验   类型	实验   要求	支撑课程目标
1	机械零   件认知	初步了解《机械设计》课程所研究的各种常用零件的结构、类型、特点、应用及实际失效形式；了解各种标准件的结构形式及相关的国家标准。	1	专   业   基   础	验   证	必开	课   程   目   标   4
2	减速器   装拆	通过拆装，了解减速器铸造箱体的结构以及轴、齿轮及附件的结构；了解减速器中各零件作用、结构形状及装配关系；熟悉减速器的拆装和调整的方法和过程。	3		综   合	必开
3	轴系结   构设计	了解并掌握轴、轴承和轴上零件的结构与功用、工艺要求、装配关系、轴与轴上零件的定位、固定及调整方法等，巩固轴系结构设计理论知识。	2		综合	必开
3	滑动轴   承实验	观察滑动轴承的结构，测量其径向油膜压力分布和轴向油膜压力分布，测定其摩擦特征曲线。	2		验证	两者   选一
4	滚动轴   承实验	了解在总轴向和径向载荷作用下，滚动轴承径向载荷分布及变化情况，特别是轴向载荷对滚动轴承径向载荷分布的影响；观察滑动轴承动压油膜形成过程。	2		验证

(二)实验评分标准

                               

实验准备（20％）	预习报告等	20分	主要考核是否在预定时间准时到达实验室；预习报告完成情况，实验方案准备情况。
实验操作（40％）	实验操作过程、数据记录	25分	按要求分组、遵守纪律、认真独立完成实验；实验操做细心，实验步骤正确，实验后恢复实验台。
		15分	主要考核是否在实验过程中数据记录完整、正确。
实验报告（40％）	实验报告	25分	按实验报告规范格式要求书写，内容完整，书写端正并保留完整清晰的计算过程。
		15分	按实验报告中对实验过程中存在问题和实验结果有自己的分析。

4 教学安排及方式

总学时52 + 8 学时，其中：讲授52学时，实验（或上机或综合练习）8 学时。

                                                                                                                             

序号	课程内容	学时	教学方式
1	绪论	1	讲授
2	机械设计总论	3
3	机械零件的强度	4
4	摩擦、磨损及润滑概述	4
5	螺纹联接	6
6	键和花键联接	2
7	带传动	4
8	链传动	2
9	齿轮传动	6
10	蜗杆传动	4
11	滑动轴承	4
12	滚动轴承	6
13	联轴器和离合器	2
14	轴	4
15	机械零件认知实验	1	实验
16	减速器拆装实验	3
17	轴系结构设计	2
18	滑动轴承实验	2
19	滚动轴承实验	2

注：教学方式填写“讲授、实验或实践、上机、综合练习、多种形式”。

5 本课程对培养学生能力和素质的贡献点

本课程以课堂教学为主，结合作业、自学、讨论、实验等教学手段和形式完成课程教学任务。

在课堂教学中，通过讲授、提问、讨论、多媒体演示等教学方法和手段，课后充分利用网络资源，通过课程网站，进行学习讨论、网络答疑、解题指导、网络测试等方式让学生理解机械设计课程的体系和主线、主要内容、原理和分析方法，通过做作业对知识加以巩固并发现存在的问题，为学生学习专业知识和从事机械方面的研究工作打好理论基础。学习机械设计课程，有助于培养学生形成正确的设计思想和勇于创新探索的精神，有助于学生掌握通用机械零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，进而具有综合运用所学的知识设计简单机械的能力。

在实验教学环节中，通过实验使学生掌握常用传动系统和典型机械零件的工作原理、特点、选用原则，了解各种标准件的结构形式及相关的国家标准，增强对各种零部件的结构及机器的感性认识，获得机械设计基础实验技能的基本训练。通过滑动轴承和滚动轴承的实验，增强学生的综合实验能力。

6 课程考核及成绩评定方式

最终成绩由实验成绩（10%）和课堂成绩（90%）组成，其中课堂成绩包含平时成绩（20%）和卷面成绩（80%），各部分所占比例如下：

平时成绩：20%。主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度和分析复杂机械工程问题的技能。

卷面成绩：80%。主要考核机械设计基础知识的掌握程度。书面考试形式。题型为：选择题、填空题、问答题和计算题等。

课程目标达成评价：

                                     

成绩   组成	考核/评价   环节	分值	考核/评价细则	对应的教学目标及权重
课堂成绩90%	平时成绩	100	主要考核学生对每节课知识点的复习、理解和掌握程度，平时成绩包含三部分：考勤、课后作业以及   讨论课等。计算全部成绩再按 20%计入课堂成绩。	目标1（8分）   目标2（4分）   目标3（6分）
	卷面成绩	100	主要考核学生对机械设计基础知识的掌握程度，以80%计入课堂成绩。	目标1（32分）    目标2（25分）    目标3（15分）
实验成绩10%	实验报告	100	主要考核实验完成情况、对测试数据的归纳与整理能力、团队协作能力、表达能力等，以10%计入总成绩。	目标4（10分）

 

7 教材及参考书目

教材：《机械设计》（第九版），濮良贵、纪名刚主编，北京：高等教育出版社

参考书目：

1. 《机械设计（第七版）导教·导学·导考》，秦彦斌、陆品、郭瑞峰编，西北工业大学出版社

2. 《机械设计》，吴宗泽主编,高等教育出版社

3. 《机械设计习题集》，吴宗泽、黄纯颖主编，高等教育出版社

4. 《机械设计课程设计手册》，吴宗泽等编，高等教育出版社

8 说明

（一）与相关课程的分工衔接

本课程是机械设计制造及其自动化专业的技术基础课程。学生在进入本课程学习之前，应学过：画法几何及机械制图、材料力学、机械原理等。

本课程学习结束后，为学生顺利进入机械设计与制造专业课程学习打下良好的专业理论基础，本课程在机械类专业教学计划中具有承前启后的作用，是一门设计性的主干技术基础课。在整个人才培养中有不可缺少与替代的重要作用。

（二）其他说明

      无

 

（执笔人：陈永琴    审核人：朱敏波）

教材: 濮良贵，陈国定. 《机械设计》，高等教育出版社，第九版

参考书：

吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.高等教育出版社，1992

李育锡.机械设计作业集.高等教育出版社，2015

王德伦，马雅丽.机械设计.机械工业出版社，2015

秦彦斌、陆品、郭瑞峰编. 《机械设计（第七版）导教·导学·导考》，西北工业大学出版社