设计与制造II课程教学大纲课程名称设计与制造II-上海交通大学

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《设计与制造II》课程教学大纲 课程名称:设计与制造II (英文): Introduction to Mechanical Design 课程代号: ME350 学分/学时: 3/68课内教学; 4.5/3周项目制作 开课学期: 秋季 先修课程:理论力学、材料力学、工程材料 适用专业: 机械工程及自动化、热能与动力工程、工业工程、核工程与核技术、船舶与海洋工程、工程力学

开课系(所): 机械与动力工程学院机械工程及自动化系

一 课程性质和教学目标 课程性质:《设计与制造》是近机类及非机类专业的一门以小组项目为导向的主要技术基础课程,旨在让学生在掌握各种机械部件,传动知识之余,通过项目制作来实现知识的运用,加深对专业知识的认识,掌握,积累机械设计的经验。 教学目标:本课程目标分为课内课外两部分 1.课内教学活动对学生能力培养和安排 本课程的目的是提高学生对工程设计原理和方法的理解,使他们能分析、设计和制作基本的机械零件和机构系统,学会运用一般机械工程知识来对机械零件设计的细节进行分析。

2.课外教学活动对学生能力培养的安排 通过实验,课程设计和项目制作来掌握如何形成设计方案、分析确定零件尺寸、以及功能的测试,通过团队设计项目强化团队工作能力,包括发现问题和解决问题的能力、书面报告和口头答辩能力,通过项目强化抽象思维和实际动手能力, 具体的要求如下: 1、要求学生掌握各种常用机构的基本特性和设计方法; 2、要求学生掌握有关通用零件的工作原理、特点和应用的知识,学会根据具体条件选用零件的类型,并对其强度或工作能力进行简单的校核; 3、要求学生了解有关通用零件的维护方法; 4、要求学生会初步使用机械零件手册和与本课程有关的标准、规范,设计简单的机械传动装置。 5、要求学生会针对项目定义工程目标,按照要求进行项目的概念设计。 6、根据项目要求和掌握的知识,选取各个标准化部件。 7、进行传动,静动力学设计,机构的强度检验。 8、完成项目的原型制作并通过测试。

二 课程教学内容及学时分配 1. 绪论(2课时) 介绍本课程的任务、性质以及学习方法,了解有关机器、机构、构件和零部件的概念,介绍机械设计的基本要求、设计方法和一般步骤。 团组大作业及要求:安排各个小组的项目内容

2. 平面机构的结构分析(2学时/课堂教学+2学时/实验+1课时/讨论) 掌握运动副及其分类,以平面机构运动简图的绘制为重点,掌握平面机构自由度的计算方法。 团组大作业及要求:进行机构选型

3. 平面连杆机构(3.5课时/课堂教学+1课时/讨论) 了解平面连杆机构的应用,重点介绍铰链四杆机构的基本型式,急回运动、死点位置、压力角和传动角的特性,曲柄存在的条件和铰链四杆机构的演化;了解平面四杆机构的设计,了解速度瞬心在速度分析中的应用。 团组大作业及要求:进行机械简图的设计

4. 凸轮机构(2.5课时/课堂教学+1课时/讨论) 了解凸轮机构的分类和应用,介绍从动件的常用运动规律,掌握按给定运动规律绘制凸轮轮廓线的方法,介绍设计凸轮机构时应注意的问题。 团组大作业及要求:进行机械简图的设计

5. 齿轮机构(4课时/课堂教学+1课时/讨论) 了解齿轮机构的类型和特点;掌握齿廓啮合的基本定律,渐开线的形成和特性及渐开线齿廓的啮合特性;掌握齿轮各部分名称及渐开线标准齿轮的基本尺寸;掌握一对渐开线齿轮的正确啮合条件;了解渐开线齿廓的切制原理及根切现象和最少齿数的概念;理解斜齿圆柱齿轮机构传动的啮合特点;了解圆锥齿轮机构传动的啮合特点。 团组大作业及要求:进行机械运动循环图的设计

6. 轮系(3课时) 了解轮系的分类和应用,掌握定轴轮系传动比的计算,理解和掌握周转轮系和混合轮系传动比的计算,简介几种特殊的行星轮系传动。

7. 其他常用机构(1课时) 简介棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构等间歇运动机构和组合机构。 8. 机械运动方案设计(2课时/课堂教学+1课时/讨论) 介绍机械运动方案设计的具体过程、要求和方法,执行机构的设计方法、方案评价和协调设计。 团组大作业及要求:进行机械传动装置的动画仿真制作

9. 机械零件设计概论(2课时) 了解机械零件设计的基本要求,理解机械零件的体积强度和表面强度,了解机械零件常用材料及其选择,了解机械零件的结构工艺性及机械零部件的标准化、系列化和通用化。 团组大作业及要求:进行机升降机传动装置的任务布置

10. 联接(2课时+1课时/讨论+1课时/习题课) 理解螺纹的主要参数和类型,掌握螺旋副的受力分析、效率和自锁,了解螺纹联接的基本类型和螺纹联接件,了解螺纹联接的预紧和防松,掌握螺纹联接的强度计算和螺栓组的受力分析;了解螺旋传动的特点、类型;了解键联接的特点和类型,掌握平键联接的选择原则和强度计算;了解花键联接、销联接、过盈联接等其他联接型式。 课后作业(教材习题) 团组大作业及要求:进行机升降机传动装置的机构选型

11. 齿轮传动和蜗杆传动(2课时+1课时/讨论+1课时/习题课) 理解齿轮轮齿的失效形式和齿轮材料的选择及热处理的方法,掌握齿轮传动的受力分析和直齿圆柱齿轮传动的强度计算,比较斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮与直齿圆柱齿轮传动强度计算的不同之处,了解齿轮的结构;了解蜗杆传动的特点、类型和应用,了解蜗杆和蜗轮的材料和结构,掌握蜗杆传动的受力分析,了解蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算。 课后作业(教材习题) 团组大作业及要求:为升降机传动装置的机构定型

12. 带传动和链传动(2课时+1课时/讨论1课时/实验+1课时/习题课) 了解带传动的类型、工作原理、特点和应用,掌握带传动的几何关系计算,掌握带传动的受力分析和应力分析,失效形式和计算准则,了解带的型号和尺寸,了解带传动的主要参数、选择和设计计算,了解带的弹性滑动和打滑,同步带传动简介;了解链传动的特点和应用,理解链传动的运动分析和力分析,掌握滚子链的主要参数及其选择,了解链和链轮的材料和结构,了解滚子链的失效形式及其计算。 课后作业(教材习题) 团组大作业及要求:进行升降机传动机构的参数设计及强度校核,提交设计报告1

13. 轴(2课时+1课时/讨论+1课时/习题课) 了解轴的分类和材料,掌握轴的初步强度计算,掌握轴的结构设计,掌握轴的复合强度校验计算,了解轴的刚度和振动稳定性计算。 课后作业(教材习题) 团组大作业及要求:为制作升降机传动机构进行材料准备,拟定加工步骤,提交设计报告2

14. 滑动轴承(2课时+1课时/习题课) 了解滑动轴承的主要类型、结构和材料,了解滑动轴承的摩擦状态,了解常用的润滑剂和润滑方法,掌握不完全液体摩擦滑动轴承的设计,理解动压滑动轴承动压油膜的形成原理和压力分布方程。

15. 滚动轴承(2课时+1课时/讨论+1课时/习题课) 掌握滚动轴承的主要类型、特点和代号,掌握滚动轴承的选择,掌握滚动轴承的承载能力计算,掌握滚动轴承组合的结构设计。 课后作业(教材习题)

16. 联轴器和离合器(2课时) 了解联轴器的主要类型、结构、标准和选用,了解离合器的主要类型、结构、特点和应用。 团组大作业及要求:完成升降机的原型制作

17. 弹簧(2课时) 了解弹簧的类型、应用和选择 团组大作业及要求:对各小组的升降机原型进行考核评价,提交总设计报告

三 教学方法 课程教学以课堂讲学为主,综合讨论、实验、作业及项目设计制作等共同实施。 达到课程教学目标的核心保证是教材,本课程采用的教材是国外引进教材Mechanical Engineering Design和Design of Machinery。该教材十分注意利用思考题、习题等开拓学生的思维,教材每章的思考题和习题不仅仅只是简单巩固已有内容,有些是加深内容的理解,有些是内容的延伸,许多课后习题均来自实际生活中的机械结构和实例。教材配置的光盘提供的多媒体资料大大丰富了教学手段,提供了各种零件的设计小软件,能有利得帮助学生完成作业和项目设计。同时这些英语教材还提高了学生机械专业英语的水平。 在传动及零件设计的教学中,每周还安排1课时为习题课,由助教讲解作业习题,回答平时的学习问题,通过这个过程,把解题,项目制作的经验传递给学生。 本课程安排了两次实验。 多媒体演示及机械工程陈列室参观能让学生对机构和传动有更感性的认识, 丰富他们的思维,有助于培养学生的兴趣,提高设计水平。 带传动、齿轮传动实验让学生近距离接触传动装置,体会机械传动的奥秘及其魅力,同时深化课堂的教学知识,为学生的项目设计打下基础。 此外每周还有1个课时作为项目的讨论课时,讲课教师为每个项目小组提供咨询,检查工作进度,帮助学生改善项目设计,传授历年的经验,从而使学生更好地解决项目中实际的问题。 本课程安排了两个小组项目 学生们将按照课堂表现平均分组,高低搭配,已达到各组人力的平衡。同过建立小组,使学生建立团队意识,学习团队工作的知识和技能。各个小组将完成以下两项任务: 1 机械传动方案创新设计项目 1、概念设计 要求学生以小组为单位,按照分配的项目任务进行机构的概念设计, 提出各自的传动方案。 2、机构运动简图设计 在概念设计的基础上,通过教师的指导,每个小组选择一个可行的传动方案,并据此完成动力输入,传动轴分配的简图设计。 3、机构系统(运动循环图)设计 在传动简图的基础上,每个小组需要分析每根轴的运动分配,通过运动循环图来检查机构之间是否有干涉, 最终达到传动要求。 4、机械传动动画仿真 借助工程动画软件,每个小组将他们的最终方案做成整个机构的动画仿真, 通过这个过程让学生掌握工程软件的使用技巧, 并可通过动画来给各小组评价。 2 机构系统创新设计 在完成传动部分的课堂教学后,学生需要以小组为单位进行升降机的传动设计及制作。升降机的要求是将24公斤的重物提升1英尺。长宽高尺寸限制在500300500。学生需要将所学的传动知识用到这个升降机设计上,制定各个尺寸参数。根据结构设计选取所需的各种原材料和标准件。此外,学生需要制定加工工序,制作步骤,并按此步骤在创新实验室中使用各种加工器械和工具加工出升降机原型。完成后还需要对原型进行加载测试,并在此调试过程中优化结构和传动效率。最终该原型的结构设计,加工水平以及测试成绩将做为该项目的评定。