《机械设计基础》课程标准

《机械设计基础（含工程力学）》课程标准
课程编码：B010007Z 课程类型：理论+实践（B类）
适用专业：机械制造与自动化课程属性：专业基础课
学时：90 授课单位: 机电工程系
学分：5.5 授课学期：第3学期
编写执笔人及编写日期：
审定负责人及审定日期：
一、课程定位和课程设计
1.课程性质与作用
1.1课程性质《机械设计基础》是机械制造与自动化专业一门主干课程，是在对机械制造与自动化专业职业工作岗位进行整体调研与分析的基础上，将《理论力学》、《材料力学》、《机械原理》和《机械零件》的相关内容针对性地有机融合而形成的一门学科整合课程。

1.2课程作用本课程是一门重要的职业基础课，综合应用各先修课程的基础理论和生产知识，为机械零部件设计提供基本的力学理论、计算方法和试验技术，解决常用机构及通用零部件的分析和设计问题。

前期开设的主要课程有《机械制图》等，后期主要开设《液压与气动技术》等专业课，本课程是理论性和实践性都很强的机械类及近机类专业的主干课程之一，在教学中具有承上启下的作用。

2.课程设计理念
通过本课程的教学，提高教师从传授者变为引导者的意识，增强学生从“教学”向“自主学习”转换的意识，同时提高学生深入结合工程实践学习专业课且终身学习的能力，牢固树立终身学习理念。

3.课程设计思路
基于就业导向，以机械制造与自动化专业主要面临的机械设备安装操作、机械设备运行维护和机械加工工艺制定与实施三大岗位需求为基本出发点，以学生发展为本位设计课程内容。

在课程实施过程中，注重利用课程特征，加大学生工程体验和情感体验的教学设计，激发学生的主体意识和学习兴趣。

二、课程目标
通过学习本课程，学生应当达到3个方面的预期目标
1.专业能力
掌握机械零部件强度设计所需的基本知识和基本方法。

掌握常用机构的构成、工作原理和特点。

掌握通用零、部件的构成、类型、特点、失效形式及合理选用原则。

掌握常用机械传动的设计方法。

了解现代创新设计的基本知识。

2.方法能力
具有材料基本力学性能测试的能力。

具有对零件和结构进行受力分析和强度计算的基本能力。

具有通用零、部件的合理选用能力。

具有常用机械传动的设计能力具有手册、国家标准等常用机械设计技术资料查阅和分析的基本能力。

具备机械设计实验技能和设计简单机械及传动装置的基本技能。

3.社会能力
工作认真负责，爱岗敬业，具有高度的责任心，注重团结协作。

严格贯彻标准规范，执行工作流程和安全操作规程。

树立崇尚科学精神，坚持求真、求实的科学态度，形成科学的人生观、世界观。

三、课程内容与教学要求
1.课程教学基本要求及重难点分析
任务一静力学基础 1学时
教学内容与要求：掌握力、刚体和平衡的概念，静力学公理，约束和约束反力，能熟练画受力图。

重点：静力学公理；受力图。

难点：约束和约束反力。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务二平面基本力系 1学时
教学内容与要求：掌握平面汇交力系的合成方法及其平衡条件，能熟练应用平衡条件；理解力矩的概念；掌握平面力偶系的合成方法及其平衡条件，能熟练应用平衡条件。

重点：汇交力系、平面力偶系的平衡条件应用。

难点：平面力偶系
教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学
任务三平面任意力系 1学时
教学内容与要求：掌握力线平移定理；掌握平面任意力系的简化方法，平面任意力系的简化结果，平面任意力系的平衡条件，能熟练应用平衡条件；理解静定与静不定问题的概念。

了解滑动摩擦的概念和滑动摩擦定律，摩擦角与自锁的概念；了解考虑摩擦时平衡问题的解法；基本了解滚动摩擦的概念。

重点：平面任意力系、刚体系统的平衡问题。

难点：刚体系统平衡问题。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务四空间力系和重心 1学时
教学内容与要求：掌握空间汇交力系的平衡条件，力对轴之矩，空间任意力系的平衡条件及其应用。

掌握平面组合图形形心和刚体重心的计算方法。

重点：空间任意力系的平衡条件；组合图形形心计算。

难点：空间任意力系平衡方程的应用。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务五旋转构件的运动分析和动力分析 1学时
掌握定轴转动刚体速度和加速度的计算，定轴转动刚体的动静法。

理解功率和机械效率的概念。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务六构件的轴向拉伸与压缩 4学时
教学内容与要求：掌握拉（压）杆内力的分析方法，能熟练画轴力图；掌握材料拉、压时的机械性能指标，并能熟练进行测试；熟练掌握拉（压）杆的强度计算；理解应力集中的概念；理解剪切和挤压的概念，并掌握其实用计算。

重点：拉（压）杆的强度条件及应用，材料拉、压时的机械性能指标测试。

难点：剪切和挤压实用计算。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学
任务七圆轴扭转 4学时
教学内容与要求：理解扭矩的概念，能熟练绘制扭矩图；理解圆轴扭转时的变形指标，并能计算；熟练掌握圆轴扭转强度条件和刚度条件并能熟练应用。

重点：圆轴扭转时的强度条件和刚度条件及应用。

难点：圆轴扭转时的变形计算。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务八梁的弯曲强度 3学时
教学内容与要求：理解平面弯曲的概念；理解剪力与弯矩的概念，能熟练绘制剪力图和弯矩图；理解载荷集度、剪力和弯矩之间的关系。

掌握弯曲梁横截面惯性矩的计算；熟练掌握梁的正应力强度条件及其应用；掌握拉（压）-弯曲组合变形的强度计算。

了解弯曲切应力及其强度条件；了解提高抗弯强度的主要措施。

重点：弯曲梁正应力强度条件及应用。

难点：剪力图和弯矩图；弯曲梁组合横截面惯性矩的计算。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务九梁的弯曲刚度 4学时
教学内容与要求：理解梁的挠度和转角的概念；了解挠曲线近似微分方程；了解积分法求梁的变形；掌握叠加法求梁的变形；掌握梁的刚度条件及应用；基本了解简单静不定梁的解法。

重点：叠加法求梁的变形。

难点：简单静不定梁的解法。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务十应力状态分析和强度理论 6学时
教学内容与要求：理解应力状态的概念；掌握平面应力状态分析的解析法和几何法；了解平面应力状态下的应力应变关系和三向应力状态；了解第一、二强度理论，掌握第三、四强度理论的强度条件及应用，掌握弯扭组合变形的强度计算。

重点：平面应力状态分析，第三、四强度理论的强度条件应用。

难点：弯扭组合变形的强度计算。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务十一压杆稳定 4学时
教学内容与要求：理解压杆稳定的概念；理解压杆的分类，掌握压杆的临界载荷、临界应力的计算方法，能熟练进行压杆稳定性校核；了解提高压杆稳定性的措施。

重点：压杆稳定性校核。

难点：临界应力的计算
教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务十二动载荷与交变应力简介 1学时
教学内容与要求：掌握构件作匀速直线运动或匀速转动时的应力计算。

基本了解构件受冲击时的应力计算。

掌握交变应力的循环特征。

理解疲劳破坏概念，掌握疲劳破坏的特点。

重点：构件作匀速直线运动或匀速转动时的应力计算；交变应力的循环特征。

难点：构件受冲击时的应力计算
教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务十三机械设计绪论 2学时
教学内容与要求：理解机器的概念及其构成。

理解设计机器的一般过程及主要内容。

了解本课程的任务和要求。

重点：理解设计机器的内容
难点：理解设计机器的内容
教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务十四平面机构运动简图及自由度 4学时
教学内容与要求：熟练掌握机构结构分析的目的，平面运动副及其分类、机构运动简图绘制。

掌握平面机构自由度计算。

重点：平面机构自由度计算。

难点：机构运动简图绘制。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务十五平面连杆机构 4学时
教学内容与要求：理解平面连杆机构及其演化形式，掌握平面连杆机构的基本特性。

了解平面四杆机构的设计。

重点：平面连杆机构的基本特性。

难点：平面连杆机构的设计。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务十六凸轮机构 4学时
教学内容与要求：掌握凸轮机构的类型及特点，从动件常用运动规律。

掌握图解法设计凸轮轮廓的方法，了解凸轮设计应注意的问题。

重点：图解法设计凸轮轮廓。

难点：从动件常用运动规律
教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务十七间歇运动机构 1学时
教学内容与要求：基本了解棘轮机构、槽轮机构、万向联轴节、不完全齿轮机构、螺旋机构等常用机构。

重点：棘轮机构、槽轮机构。

难点：槽轮机构。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务十八带传动和链传动 8学时
教学内容与要求：掌握带传动特点及应用范围，带传动的失效形式、弹性滑动现象。

掌握普通V型带和带轮的标准，传动的设计方法，能熟练设计普通V型带传动。

掌握链传动特点及应用范围。

基本了解链传动的运动分析和标准套筒滚子链传动的设计。

重点：普通V型带传动的设计。

难点：链传动运动特性分析。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务十九齿轮传动 10 学时
教学内容与要求：掌握齿轮传动的类型及其特点，齿廓啮合基本定律，渐开线的性质，直齿、斜齿圆柱齿轮传动正确啮合和连续传动条件。

熟练掌握直齿圆柱齿轮的参数计算，了解斜齿和圆锥齿轮的参数计算。

了解直、斜齿轮的常用切削加工方法、根切现象及最少齿数的概念。

基本了解变位齿轮概念。

掌握轮齿的失效形式及计算准则、材料选择及热处理方式。

熟练掌握直齿圆柱齿轮传动受力分析和设计计算。

了解斜齿轮传动受力分析及强度计算。

基本了解直齿圆锥齿轮传动受力分析及强度计算。

重点：直齿圆柱齿轮传动的主要参数计算和设计计算。

难点：斜齿圆柱齿轮传动的设计计算。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务二十蜗杆传动 1学时
教学内容与要求：掌握蜗杆传动的特点及应用范围，蜗杆传动转向的判定方法。

了解普通圆柱蜗杆传动的几何参数计算。

了解蜗杆传动失效形式，设计准则。

基本了解蜗杆传动的效率、润滑与热平衡计算。

重点：蜗杆传动的特点及其运动关系。

难点：热平衡计算。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务二十一齿轮系 4学时
教学内容与要求：掌握轮系分类及功用，熟练掌握定轴轮系、行星轮系、组合轮系传动比计算。

重点：定轴轮系、行星轮系传动比计算。

难点：行星轮系传动比计算。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务二十二螺纹联接和螺旋传动 6学时
教学内容与要求：掌握螺纹形成原理，螺纹类型、特点及应用。

掌握螺纹联接件类型、连接特点并能熟练选用。

熟练掌握螺纹连接预紧与防松方法。

了解螺栓联接的强度计算。

基本了解提高螺栓强度的措施。

了解螺旋传动。

重点：螺纹连接件及螺纹联接的类型、特点和选用。

难点：螺栓组联接的设计。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务二十三轴及轴毂联接 6学时
教学内容与要求：了解轴的类型及应用。

掌握轴的结构设计，圆轴的强度计算。

了解轴的刚度计算。

掌握键联接类型、特点，且能选用。

掌握平键联接的强度计算。

重点：轴的结构设计，轴的强度计算。

难点：轴的强度计算。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务二十四轴承 6学时
教学内容与要求：了解滑动轴承的结构类型、特点及适用范围；基本了解滑动轴承的设计计算，了解完全液体润滑轴承的润滑形成条件和结构形式。

掌握滚动轴承主要类型、特点、适用场合、代号，能合理选用。

了解滚动轴承的受力分析、失效形式及设计计算准则。

掌握滚动动轴承的寿命计算。

了解滚动轴承的常见组合设计形式，并能合理选用。

重点：滚动轴承主要类型、特点、代号及合理选择，滚动轴承寿命计算。

难点：滚动轴承的组合设计。

教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务二十五联轴器、离合器和制动器 1学时
教学内容与要求：了解联轴器的主要类型、特点，离合器的主要类型特点，制动器的主要类型特点。

重点：联轴器，制动器。

难点：联轴器，制动器
教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务二十六弹簧 1学时
教学内容与要求：掌握、适用场合，了解其设计方法。

重点：常用弹簧的类型、特点
难点：圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计
教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

任务二十七机械的平衡及调速 1学时
教学内容与要求：了解机械平衡的目的，转子平衡试验及机械速度波动的调节
重点：转子平衡试验
难点：机械速度波动的调节
教学模式、方法与手段：采用案例教学和启发式教学的方法，课堂讲授为主，配合多媒体教学手段。

2.课时分配
表1.课时分配
表2 实训课时分配（课时包含在表1中）
四、教学模式、教学方法与手段
1.教学模式
本课程是理论性和实践性都很强的课程，在教学过程中以理论教学为主，尽可能多的结合工程案例，增加学生为主体的教学内容，有意识地将教学活动从以“教”为中心向以“学”为中心引导。

为提高学生学习的直观性、生动性，同时提高教学效率，采用多媒体教学。

实验在机械设计基础实验室进行。

2.教学方法与手段
（1）启发、引导式教学讲解知识点时，提出问题、介绍解决问题的方法、归纳总结出一般规律或概念。

这种方法能培养学生的科学思维方式，培养学生敢于大胆质疑，激发学生学习的积极性和创新精神。

（2）讨论式教学法结合工程实例，提出问题、学生思考展开讨论、教师加以引导。

教师提出问题，学生对同一问题用多种不同观点进行观察、比较、分析、综合等交互活动，充分发挥学生的主动性，激发学习兴趣，提高学习效果。

（3）直观教学机械设计基础是实践性很强的一门课程，教学中注重结合工程实际，充分利用实验室和现场实物，以其真实、可触摸、更直观、展示灵活的特点，帮助学生空间思维能力的形成，进而通过直观教学将知识点融入，达到事半功倍的教学效果。

3.考核方式及课程成绩评定
成绩考核包括三部分：平时成绩占30%（其中包括平时的出勤情况、学习态度、作业、测验成绩等），，期末考试成绩占70%（笔试，开或闭卷）。

五、课程实施条件
1.对任课教师要求
（1）专任教师
对专任教师要求具有大学本科及以上学历，所学专业为机类或近机类专业，有较强的责任心和进取精神，较丰富的专业实践经验。

（2）兼职教师
兼职教师的学历层次为本科以上，具有两年以上机械产品、工业控制产品生产企业工业或研发工作经验，能够将理论知识联系到实践中，具备一定的教学能力。

2.教学条件要求
充分利用实验和实训设备，积极开展“产、学、研”的研究，进行钳工相关知识的学习。

本课程建议采用理实一体的教学模式，使学生在做中学、学中做，融“知识、技能、素质”培养为一体。

具体详见下表：
表2 主要仪器设备附表
3.课程资源的开发和利用
3.1教材的选用
（1）蔡广新《工程力学》北京：化学工业出版社 2007
（2）邓昭铭《机械设计基础》北京：高等教育出版社 2005
（3）蔡广新《机械设计基础实训教程》北京：机械工业出版社 2004
3.2课程网站和信息化教学资源建设
学校应有校园网、多媒体教室、多媒体教学资源等，学校的网络教学资源和硬件环境，应为开展网络教学、远程教学提供了良好的条件。

本课程以网络教学系统为平台，构建本课程的教学资源库。

网络教学资源包括课程标准、教案、电子课件、考核方案、授课计划、试题库、行业标准、技能认证、技术动态等资源。

学生自主学习平台资源丰富，有学生学习预备知识点的网络课堂、学生自主学习用的电化教学片、图片集锦、辅助教学软件等。

3.3其他教学资源的开发和利用
六、其他说明。