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1、《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱 1 課程的基本描述 課程名稱： 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) Mechanical system design 課程編號(hào)： 0101D11 課程性質(zhì)： 專業(yè)平臺(tái)課 適用專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化A 教材選用： 侯珍秀. 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì). 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001 總 學(xué) 時(shí)： 40學(xué)時(shí) 理論學(xué)時(shí)： 34學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)： 6學(xué)時(shí) 課程設(shè)計(jì)： 有 學(xué) 分： 2學(xué)分 開(kāi)課學(xué)期： 第六學(xué)期 前導(dǎo)課程： 現(xiàn)代工程制圖、工程力學(xué)、金屬工藝學(xué)、電工學(xué)、機(jī)械精度設(shè)計(jì)及檢測(cè)基礎(chǔ)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等 后續(xù)課程： 數(shù)字

2、化網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)等 2 教學(xué)定位 2.1 能力培養(yǎng)目標(biāo) 本課程主要培養(yǎng)學(xué)生以下四個(gè)方面的能力： 1、認(rèn)知和理解需求的能力 能夠正確獲取和理解機(jī)械系統(tǒng)的整體概念及各功能部分的有機(jī)組合，掌握機(jī)械系統(tǒng)組成、基本要求、工作原理、設(shè)計(jì)方法和理論計(jì)算的能力。 2、機(jī)械系統(tǒng)的分析和評(píng)價(jià)能力 能夠綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域的基本概念、設(shè)計(jì)要求、原理和方法對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的整體進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。 3、機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算能力 能夠綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)，初步具備開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)性能良好、且具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的機(jī)

3、電產(chǎn)品的能力。 4、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和項(xiàng)目管理能力 了解機(jī)電產(chǎn)品項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的過(guò)程、組織、計(jì)劃和管理等，培養(yǎng)學(xué)生具備個(gè)人工作與團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。 2.2 課程的主要特點(diǎn) 該課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的重要專業(yè)平臺(tái)課。它綜合前導(dǎo)課程的有關(guān)科學(xué)技術(shù)知識(shí)，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，介紹了機(jī)械系統(tǒng)的功能原理和總體設(shè)計(jì)方法，各子功能部分的組成、基本要求、工作原理、設(shè)計(jì)方法和理論計(jì)算等，結(jié)合課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生們掌握機(jī)電產(chǎn)品分析、設(shè)計(jì)和計(jì)算的基本技能。 2.3 教學(xué)定位 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)的任務(wù)，在于使學(xué)生們學(xué)會(huì)機(jī)械系統(tǒng)的基本分析方法，掌握機(jī)械產(chǎn)品的基本設(shè)計(jì)技能。 通過(guò)學(xué)

4、習(xí)使學(xué)生牢固地樹(shù)立起機(jī)械系統(tǒng)的整體概念及各功能部分的有機(jī)組合；掌握機(jī)械系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)技巧。通過(guò)理論教學(xué)，使學(xué)生能以整機(jī)的角度和系統(tǒng)的觀點(diǎn)了解機(jī)械產(chǎn)品的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)規(guī)律，既能學(xué)會(huì)典型機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)知識(shí)和技能，又能掌握其它產(chǎn)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的初步能力；結(jié)合課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生具備分析和開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)性能良好、且具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的機(jī)電產(chǎn)品的初步技能。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)為在今后工作中完成機(jī)電產(chǎn)品的綜合設(shè)計(jì)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。 3 知識(shí)點(diǎn)與學(xué)時(shí)分配 3.1 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)概念和發(fā)展歷程 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述——基本概念（學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)） 機(jī)械系統(tǒng)的概念和組成（了解，核心） 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的地

5、位和作用（了解，核心） 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)、設(shè)計(jì)類型、基本原則（理解，核心） 機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)（了解，推薦） 共2學(xué)時(shí) 3.2 機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 功能原理設(shè)計(jì)——基礎(chǔ)原理（學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)） 基本概念（功能，功能分類，功能元，功能結(jié)構(gòu)）（理解，核心） 設(shè)計(jì)方法（黑箱法，功能元求解，設(shè)計(jì)實(shí)例）（了解，核心） 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)——設(shè)計(jì)概念（學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)） 設(shè)計(jì)任務(wù)和原則，設(shè)計(jì)步驟，總體布局（理解，核心） 主要設(shè)計(jì)參數(shù)（轉(zhuǎn)速損失，公比，變速范圍，級(jí)數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列）（運(yùn)用，核心） 共4學(xué)時(shí) 3.3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6、傳動(dòng)系統(tǒng)概述——需求基礎(chǔ)（學(xué)時(shí)：1學(xué)時(shí)） 類型及其組成（了解，核心） 有級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)——設(shè)計(jì)方法（學(xué)時(shí)：5學(xué)時(shí)） 轉(zhuǎn)速圖（基本組和擴(kuò)大組，結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式，擬定方法和原則，幾種特殊情況，擴(kuò)大變速范圍方法）（運(yùn)用，核心） 齒輪齒數(shù)的確定（運(yùn)用，核心 齒輪的布置與排列（理解，核心） 計(jì)算轉(zhuǎn)速——計(jì)算方法（學(xué)時(shí)：1學(xué)時(shí)） 功率－扭矩特性（理解，核心） 傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速（運(yùn)用，核心） 無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)——設(shè)計(jì)方法（學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)） 工作特點(diǎn)（理解，核心） 擴(kuò)大恒功率區(qū)間的方法（運(yùn)用

7、，核心） 內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)系統(tǒng)——設(shè)計(jì)策略（學(xué)時(shí)：1學(xué)時(shí)） 誤差來(lái)源和傳動(dòng)規(guī)律（了解，核心） 提高傳動(dòng)精度的方法（內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)原則）（運(yùn)用，核心） 共10學(xué)時(shí) 3.4執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) 執(zhí)行系統(tǒng)概述——需求基礎(chǔ)（學(xué)時(shí)：1學(xué)時(shí)） 功能，組成，分類（了解，核心） 執(zhí)行軸系統(tǒng)——設(shè)計(jì)方法（學(xué)時(shí)：5學(xué)時(shí)） 構(gòu)成，基本要求，布局（了解，核心） 執(zhí)行軸（形狀，結(jié)構(gòu)，材料及熱處理，技術(shù)要求）（運(yùn)用，核心） 執(zhí)行軸支承（推力支承的配置，支承形式的選擇，典型滾動(dòng)軸承）（運(yùn)用，核心） 執(zhí)行軸傳動(dòng)件（典型傳動(dòng)方式，傳動(dòng)件的布置）（運(yùn)用，核心）

8、 執(zhí)行軸組件計(jì)算（支承剛度，執(zhí)行軸直徑，合理跨距）（運(yùn)用，核心） 導(dǎo)軌——設(shè)計(jì)方法（學(xué)時(shí)：5學(xué)時(shí)） 功能，分類，技術(shù)要求（了解，核心） 普通滑動(dòng)導(dǎo)軌（結(jié)構(gòu)類型，組合方式，適用場(chǎng)合，間隙調(diào)整方法，導(dǎo)軌材料的選用和搭配）（運(yùn)用，核心） 普通滑動(dòng)導(dǎo)軌計(jì)算（受力分析，驗(yàn)算方法）（運(yùn)用，核心） 其它各種類型導(dǎo)軌（了解，推薦） 共11學(xué)時(shí) 3.5 支承系統(tǒng)設(shè)計(jì) 支承系統(tǒng)概述——需求基礎(chǔ)（學(xué)時(shí)：1學(xué)時(shí)） 功用，基本要求，設(shè)計(jì)步驟（了解，核心） 靜剛度——設(shè)計(jì)概念（學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)） 基本類型，各項(xiàng)靜剛度的影響因素，剛度的折算和比較（理解，核心）

9、 支承系統(tǒng)設(shè)計(jì)——設(shè)計(jì)策略（學(xué)時(shí)：1學(xué)時(shí)） 截面的選擇原則（理解，核心） 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的若干問(wèn)題（隔板，加強(qiáng)筋，開(kāi)口，提高各項(xiàng)靜剛度的措施）（理解，核心） 共4學(xué)時(shí) 3.6 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)——設(shè)計(jì)概念（學(xué)時(shí)：1學(xué)時(shí)） 控制系統(tǒng)的作用、分類、組成（理解，核心） 典型控制系統(tǒng)的類型及工作原理（了解，推薦） 共1學(xué)時(shí) 3.7 操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì) 操縱系統(tǒng)——設(shè)計(jì)概念（學(xué)時(shí)：1學(xué)時(shí)） 操縱系統(tǒng)的功能、組成、分類（了解，推薦） 主要參數(shù)的確定方法，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及原理（理解，核心） 共1學(xué)時(shí) 3.8 其它學(xué)時(shí) 機(jī)動(dòng)(學(xué)時(shí)：1學(xué)時(shí)) 實(shí)驗(yàn)(學(xué)時(shí)：6

10、學(xué)時(shí)) 4 講授提示及方法 4.1 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)概念和發(fā)展歷程 重點(diǎn)：機(jī)械，機(jī)械系統(tǒng)的相關(guān)概念及學(xué)科中的位置。 難點(diǎn)：學(xué)習(xí)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的重要性。 講授提示與方法：回顧機(jī)械工程的發(fā)展歷程，注重機(jī)械系統(tǒng)的整體性，提高學(xué)生對(duì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的認(rèn)知程度。 4.2 機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 重點(diǎn)：功能原理設(shè)計(jì)的基本概念，主要設(shè)計(jì)參數(shù)及其確定方法。 難點(diǎn)：各主要設(shè)計(jì)參數(shù)的特點(diǎn)及所適用場(chǎng)合。 講授提示與方法：強(qiáng)調(diào)總體設(shè)計(jì)在機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用中的重要性，強(qiáng)化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟；充分利用多媒體課件，多以實(shí)例說(shuō)明解釋各概念和各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)。 4.3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 重點(diǎn)：轉(zhuǎn)速圖的定義，轉(zhuǎn)速

11、圖擬定方法和原則，擴(kuò)大變速范圍的方法，齒輪齒數(shù)的確定，功率扭矩特性，傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速，無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 難點(diǎn)：擬定轉(zhuǎn)速圖的方法和步驟，設(shè)備的功率扭矩特性和傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速的求解方法，無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。 講授提示與方法：引入實(shí)例講解轉(zhuǎn)速圖所表示內(nèi)容和含義，根據(jù)轉(zhuǎn)速圖擬定原則“口訣”結(jié)合實(shí)例講授轉(zhuǎn)速圖的擬定方法和步驟，注重講解傳動(dòng)齒輪齒數(shù)配齒表的使用特點(diǎn)，比較設(shè)備功率扭矩特性特點(diǎn)和調(diào)速電動(dòng)機(jī)功率扭矩特性關(guān)系講解無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和特點(diǎn)；講授中充分利用多媒體課件。 4.4 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) 重點(diǎn)：執(zhí)行軸，執(zhí)行軸支承，執(zhí)行軸傳動(dòng)件，執(zhí)行軸組件計(jì)算，普通滑動(dòng)導(dǎo)軌，普通滑動(dòng)導(dǎo)軌計(jì)

12、算。 難點(diǎn)：執(zhí)行軸組件的計(jì)算，滑動(dòng)導(dǎo)軌計(jì)算中力學(xué)模型簡(jiǎn)化過(guò)程和疊加。 講授提示與方法：引入工程力學(xué)中彈性模量、慣性矩、角應(yīng)變、強(qiáng)度和剛度等相關(guān)概念，考慮實(shí)際工作中的摩擦、發(fā)熱、受力、變形和振動(dòng)等因素影響，結(jié)合工程結(jié)構(gòu)實(shí)例分項(xiàng)分析、比較和總結(jié)（或經(jīng)過(guò)理論推導(dǎo)和計(jì)算），得出結(jié)論。 4.5 支承系統(tǒng)設(shè)計(jì) 重點(diǎn)：靜剛度的基本類型及影響因素，截面的選擇原則，設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的若干問(wèn)題。 難點(diǎn)：提高支承系統(tǒng)靜剛度的方法和措施。 講授提示與方法：采用由淺入深、循序漸進(jìn)的講解方式，由支承系統(tǒng)的受力分析入手，通過(guò)支承系統(tǒng)受力變形引出各項(xiàng)靜剛度的概念，結(jié)合支承系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)形式和截面的選擇原則闡明提高各項(xiàng)

13、靜剛度的方法和措施。 4.6 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 重點(diǎn)：控制系統(tǒng)的作用、典型控制系統(tǒng)的類型。 難點(diǎn)：控制系統(tǒng)在機(jī)械系統(tǒng)中的作用。 講授提示與方法：明確控制系統(tǒng)的功能，講授中應(yīng)注重相關(guān)課程知識(shí)的聯(lián)系，指明控制系統(tǒng)有多種形式。 4.7 操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì) 重點(diǎn)：擺動(dòng)式操縱機(jī)構(gòu)。 難點(diǎn)：擺動(dòng)式操縱機(jī)構(gòu)的定位、行程和干涉。 講授提示與方法：明確操縱機(jī)構(gòu)的功能；講授中充分利用多媒體課件，結(jié)合實(shí)際結(jié)構(gòu)講解擺動(dòng)式操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 5 習(xí)題與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 5.1 習(xí)題設(shè)計(jì) 由于本課程主要講述機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法，因此本課程的作業(yè)應(yīng)以綜合性分析和設(shè)計(jì)題目為主，使學(xué)生綜合運(yùn)用教師在課堂上講述的設(shè)計(jì)

14、理論和設(shè)計(jì)方法來(lái)解決機(jī)械系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題。習(xí)題主要有計(jì)算習(xí)題、分析習(xí)題和思考習(xí)題三種形式。習(xí)題涵蓋的主要方面包括： 1、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念練習(xí)； 2、機(jī)械系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算和確定； 3、轉(zhuǎn)速圖的擬定、配齒和傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定，已知傳動(dòng)系統(tǒng)的分析與計(jì)算； 4、執(zhí)行軸的結(jié)構(gòu)分析和執(zhí)行軸組件的計(jì)算； 5、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)選擇、受力分析和驗(yàn)算應(yīng)用； 6、靜剛度的概念和影響因素，支承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析。 通過(guò)上述作業(yè)的練習(xí)使得學(xué)生們加深對(duì)課堂教學(xué)的理解，加強(qiáng)學(xué)生們對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和計(jì)算能力，同時(shí)可反映學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，針對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行課堂教學(xué)的改進(jìn)。 5.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共

15、3項(xiàng)，合計(jì)6學(xué)時(shí)。 實(shí)驗(yàn)一、傳動(dòng)系統(tǒng)分析（2學(xué)時(shí)） 實(shí)驗(yàn)類型：綜合性實(shí)驗(yàn)； 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：觀察典型的傳動(dòng)系統(tǒng)，繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖和轉(zhuǎn)速圖，分析傳動(dòng)系統(tǒng)中基本組和擴(kuò)大組選用，及各傳動(dòng)軸的位置和布置； 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：使學(xué)生深化對(duì)不同類型傳動(dòng)系統(tǒng)的理解，增強(qiáng)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)，掌握傳動(dòng)系統(tǒng)的分析方法，培養(yǎng)學(xué)生的工程分析能力。 實(shí)驗(yàn)二、執(zhí)行系統(tǒng)靜剛度檢測(cè)與分析（2學(xué)時(shí)） 實(shí)驗(yàn)類型：設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)； 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)計(jì)執(zhí)行系統(tǒng)靜剛度的檢測(cè)方案，在不同載荷下分別檢測(cè)并記錄執(zhí)行系統(tǒng)的變形量，學(xué)習(xí)執(zhí)行系統(tǒng)靜剛度的分析方法； 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：使學(xué)生掌握靜剛度的檢測(cè)方法，熟悉靜剛度對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)的影響，增強(qiáng)實(shí)際操作和團(tuán)隊(duì)協(xié)作

16、的能力。 實(shí)驗(yàn)三、機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)、溫升檢測(cè)與分析（2學(xué)時(shí)） 實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)； 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：檢測(cè)設(shè)備的振動(dòng)和溫度變化，根據(jù)機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析振動(dòng)和熱量產(chǎn)生的原因和傳播途徑，學(xué)習(xí)機(jī)械的振動(dòng)和溫度的測(cè)量和分析方法； 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：使學(xué)生掌握現(xiàn)代化檢測(cè)與分析的原理，熟悉實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理方法，達(dá)到加深教學(xué)內(nèi)容和提高學(xué)生實(shí)際操作能力的目的。 6 考核與成績(jī)記載 6.1 考核的方式及成績(jī)的評(píng)定。 學(xué)生成績(jī)的構(gòu)成：平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的30%，期末成績(jī)占總成績(jī)的70%。 平時(shí)成績(jī)的構(gòu)成：上課出勤占平時(shí)成績(jī)的1/3，作業(yè)占平時(shí)成績(jī)的1/3，實(shí)驗(yàn)占平時(shí)成績(jī)的1/3。 期末成績(jī)：閉卷筆試。 6.2 考題的設(shè)計(jì) 考試題分為以下三類，重點(diǎn)考察學(xué)生對(duì)基本概念、基本方法、基本技術(shù)的掌握和綜合運(yùn)用。 1、概念、判斷、計(jì)算題 重點(diǎn)考察學(xué)生對(duì)基本概念的掌握程度，基本設(shè)計(jì)技法的理解，基本計(jì)算的應(yīng)用。其基本形式包含：填空題、判斷題、簡(jiǎn)答題等。約占60% 2、綜合分析題 重點(diǎn)考察學(xué)生綜合運(yùn)用基本原理分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。約占20%。 3、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)算和分析題 重點(diǎn)考察學(xué)生設(shè)計(jì)和分析傳動(dòng)系統(tǒng)及擬定轉(zhuǎn)速圖的能力。約占20%。