《机械设计与创新》整体教学设计.docx
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《机械设计与创新》整体教学设计
《机械设计与创新》课程整体设计
(项目编号05-18)
一、课程基本简况
课程名称:
机械设计与创新学时:
72
课程类型:
技术平台课学分:
4.5
所属院系:
授课对象:
机电专业第2学期学生
先修课程:
机电一体化概论、工程制图与CAD、钳工实训
后续课程:
机械制造基础、液压与气压传动、机械拆装实训、车工实训
制定时间:
二、课程定位
本课程是机电一体化技术专业的一门技术平台课程。
通过课程的学习,使学生具备机电产品的生产、设备维护和维修、技术和管理的技术技能人才所必需的机械设计的基本知识和基本技术与技能,为专业知识和职业技能的进一步提升打下必要的基础。
三、课程目标
1.知识目标
总体目标:
为机电类产品的设计、制造、安装、维护等提供必要的理论基础。
(1)了解常用机构的工作原理、类型、特点等基本知识,并了解其在机电设备中典型应用,掌握常用机构的设计方法。
(2)根据通用零部件的工作原理、组成、性能和特点,初步掌握其选用和设计方法。
(3)掌握通用零部件的失效形式、设计准则与设计方法。
(4)了解常用机构及通用零部件的维护知识。
(5)了解机械创新的基本思想和方法。
2.职业能力目标
(1)能利用各种学习资源,独立分析机械的组成、运动,能正确使用常见机械。
(2)能对常用机械零件和结构进行正确的受力分析。
(3)运用所学机械设计基本知识,具备进行简单机械及传动装置设计的能力。
(4)初步掌握对多方案进行可行性分析的能力。
(5)通过学习和训练,可以对常用机构及通用机构零部件进行装配和维护。
(6)具备一般机械机构、机械创新设计及实践的能力。
(7)能够正确使用标准、手册、图册等有关技术资料。
(8)初步掌握自学的方法,具备学习专业知识的能力。
3.职业素质养成目标
(1)通过学习养成积极思考问题、主动学习的习惯,对机械工程具有强烈的求知欲,乐于探索生产活动与日常生活中的机械工程问题,乐于参与观察、实训、制作、调研等实践活动。
(2)通过学习养成良好的团队合作精神,具备善于与人合作的能力。
(3)培养学生认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风,养成实事求是、尊重自然规律的科学态度。
(4)培养学生创新意识。
四、课程整体设计
序号
项目名称
项目方案描述
教学目标
教学资源
学习成果
教学方法与手段
教学学时
1
初识自动机自动线
以印刷折页机(插齿机)为例,了解机械、机器、机构、零件、构件等特征;了解机械、机械零件设计的基本要求及一般步骤。
(1)能识别机器、机构、机械;
(2)能识别零件、构件、通用零件、专用零件;
(3)了解机械、机械零件设计的基本要求及设计一般步骤。
(1)印刷折页机工作视频;
(2)插齿机机工作原理动画、图片;
(3)其他教学模型等。
课后作业、关于机械发展的小论文
讲授、讨论法、归纳法
2
2
手爪的静力学分析
以典型气动夹具为例,分析其构件的受力,系统平衡等静力学问题。
(1)理解力与力系、力的基本公理、力矩与力偶等基本概念;
(2)理解约束及约束力的特点;
(3)具有能对刚体进行基本受力分析的能力;
(4)能对平面力系进行简化并利用平衡条件进行相关计算的能力。
物体受力及其典型受力分析图。
课后作业
项目导入、任务驱动
10
3
手爪的应力应变分析
以典型气动夹具为例,分析其构件所受内力及应力、变形等材料力学问题。
(1)掌握杆件内力分析的方法,具有计算内力、绘制内力图的能力;
(2)掌握应力分析的方法,具有计算杆件基本变形应力的能力;
(3)掌握杆件的失效形式及设计准则,具有构件强度设计的能力;
(4)了解拉伸和压缩时材料的力学性能。
(1)杆件变形、组合变形,内力分析,应力分析、应变分析图;
(2)构件强度设计图。
课后作业、实验报告
项目导入、任务驱动、课堂讨论
8
4
手爪的机构设计与创新
以机械手爪中应用的连杆机构为引导,介绍平面运动副、平面运动机构的绘制、机构具有确定运动的条件、常见平面连杆机构的特性及设计,并进行机构创新设计
(1)能识别不同的运动副;
(2)能绘制一般机构的运动简图;
(3)能识别四杆机构的基本类型;
(4)能根据要求的运动规律初步设计制作典型的四杆机构模型。
(1)手爪运动视频或教学模型;
(2)各种典型的教学模型(不少于20种)。
(1)课后作业;
(2)根据要求制作纸质典型四杆机构;
(3)课外能设计制作钢质或铝质教学模型若干。
做中学、课堂讨论、归纳法
6
5
凸轮、棘轮机构的运用
以自动机中的凸轮机构为引导,介绍凸轮的类型、应用,分析从动件的运动特性;设计简单凸轮机构;以自动机中的棘轮机构为例,介绍常用的间隙运动机构。
(1)了解凸轮、棘轮、槽轮机构的组成、特点、分类和应用;
(2)了解从动件常用运动规律特性,能绘制等运动位移线图;
(3)会用反转法设计盘形凸轮机构的轮廓曲线;及掌握设计中的关键问题;
(4)了解凸轮常用材料和结构,能正确绘制凸轮零件图。
(5)了解不完全齿轮机构的工作原理、常用类型、特点及其应用。
(1)自动机中的凸轮机构;
(2)插齿机径向进给凸轮机构;
(3)其他各类平面凸轮、空间凸轮;
(4)棘轮机构(牛头刨床工作台进给)、槽轮机构(刀架转位槽轮机构、放影机转片槽轮机构)等;
(5)机械原理陈列室。
课后作业、凸轮机构设计资料
课堂讨论、归纳法
4
6
齿轮传动设计
以减速器中的齿轮机构为例,介绍直齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮、斜齿圆柱齿轮等传动,齿轮失效的形式等。
(1)掌握齿轮的类型、特点、参数等;
(2)了解齿轮加工的方法;
(3)了解直齿圆锥齿轮传动
(4)了解斜齿圆柱齿轮传动;
(5)了解齿轮失效形式及润滑方式。
(1)减速器;
(2)插齿机的各类齿轮传动;
(3)其他齿轮传动;
(4)机械原理、零件陈列室。
课后作业、齿轮传动设计报告
课堂讨论、归纳法
12
7
蜗杆传动及轮系设计
以插齿机中的蜗轮蜗杆为例,介绍常用的蜗杆传动,分析插齿机中的轮系等。
(1)了解蜗轮蜗杆传动特点及应用;
(2)掌握常用轮系的类型及特点,会计算轮系传动比。
(1)插齿机中蜗杆传动,其他蜗杆传动;
(2)普通卧式车床的轮系,各类减速器及其他典型轮系机构;
(3)机械原理、零件陈列室。
课后作业
课堂讨论、归纳法
4
8
带传动和链传动设计
以自动机中的V带传动为例,介绍带传动的设计,张紧、安装与维护,及同步带传动的应用。
以链传动为例,介绍链传动的特点,链传动设计,布置、张紧及润滑
(1)掌握带传动的工作原理;理解链传动的类型、组成和结构;
(2)具有V带传动、链传动设计计算的能力;
(3)了解带传动、链传动的张紧、安装与维护方法;
(4)了解同步带的工作原理和应用。
(1)自动机的带传动、链传动,其他带传动、链传动;
(2)机械原理、零件陈列室。
课后作业、带传动设计报告
课堂讨论
4
9
传动轴系的设计
以减速器中的传动轴系为例,介绍轴及其轴上零件,设计轴,选择轴承、连接件等。
(1)明确轴的功用、分类及常用材料;
(2)掌握轴的结构分析方法与结构设计特点;
(3)具有对轴强度校核的能力;
(4)明确滑动轴承的类型、结构;
(5)明确滚动轴承的结构、类型和代号;
(6)具有滚动轴承寿命校核、组合结构设计的能力;
(7)具有联接键选择及强度校核的能力;
(8)具有选择联轴器、离合器的能力。
(1)减速器的传动轴及轴系,其他轴和轴系。
(2)机械原理、零件陈列室。
课后作业、轴及轴系结构设计资料
课堂讨论、设计
12
10
机构的综合创新设计
以多功能搅拌机等典型创新产品为例,了解创新、创新设计的含义,掌握常用机械创新、机械机构创新的方法。
(1)了解创新、创新设计的含义,及基本的技法;
(2)掌握机械机构常用的创新的方法;
(3)掌握机械结构常用的创新方法。
多功能搅拌机的动画;创造性思维形式的图片,机构创新设计、机械结构创新图片等。
课后作业、创新构想及作品
课堂讨论
10
五、项目设计
项目一初识自动机自动线
任务
1
任务名称
认识机械
学时
学习目标
能区分机器、机构、机械、零件与构件及机器的不同部分
2
教学单元
认识机械
相关知识
机器、机构、机械的特征,零件、构件的区别;机器的组成
相关技能
能识别机械、机器、机构,零件、专用零件、通用零件;能区分常见机器的原动部分、传动部分、执行部分和控制部分。
任务
2
任务名称
机械设计的基本要求
学习目标
了解机械、机械零件设计的基本要求及一般步骤
教学单元
机械设计的基本要求
相关知识
机械、机械零件设计的基本要求及一般步骤
相关技能
了解机械零件设计的基本要求及一般步骤
项目二
手爪的静力学分析
任务
1
任务名称
静力学基础
学时
学习目标
(1)理解力与力系、力的基本公理等;
(2)理解约束及约束力的特点;
(3)具有能对刚体进行基本受力分析的能力。
2
教学单元
静力学分析基础
相关知识
力与力系、静力学基本公理及推论、约束与约束力、物系平衡。
相关技能
能正确判断工程中常见的各种约束及掌握约束的表示方法,能对研究对象进行正确的受力分析并绘制受力图。
任务
2
任务名称
平面力系分析
6
学习目标
能对平面力系进行简化并利用平衡条件进行相关计算的能力;
教学单元
(1)平面汇交力系
(2)力矩与平面力偶系
(3)平面一般力系
(4)考虑摩擦时的物体平衡
相关知识
(1)平面力系的分解、合成与平衡条件;
(2)力对点之矩,力偶及其性质,力偶系的合成与平衡;
(3)平面一般力系的简化与平衡;
(4)滑动摩擦、摩擦角,考虑摩擦时的平衡问题。
相关技能
学会建立汇交力系平衡方程,会计算力对点的矩,掌握平面一般力系、考虑摩擦时的平衡方程。
任务
3
任务名称
空间力系
2
学习目标
(1)掌握力在空间直角坐标轴上的投影;
(2)掌握力对轴之矩,理解合力矩定理;
(3)掌握空间力系的合成与平衡方程求解。
教学单元
空间力系
相关知识
(1)力在空间直角坐标轴上的投影;
(2)力对轴之矩,合力矩定理;
(3)空间汇交力系、一般力系的合成与平衡。
相关技能
掌握工程中空间力学基本问题的解决方法
项目三
手爪的应力应变分析
任务
1
任务名称
杆件的内力分析
学时
学习目标
(1)掌握杆件的拉伸与压缩、剪切、扭转、弯曲的基本变形及其组合变形;
(2)掌握杆件内力分析的方法;
(3)具有计算内力、绘制内力图的能力。
2
教学单元
杆件的内力分析
相关知识
(1)杆件的拉伸与压缩、剪切、扭转、弯曲的基本变形及其组合变形;
(2)杆件内力分析的方法;
(3)杆件内力计算;
(4)杆件内力图绘制。
相关技能
(1)掌握杆件内力分析方法;
(2)具有计算内力、绘制内力图的能力。
任务
2
任务名称
杆件的应力应变分析
3
学习目标
(1)掌握应力分析的方法,具有计算杆件基本变形应力的能力;
(2)理解金属材料的力学性能分析。
教学单元
(1)杆件的应力分析
(2)金属材料的力学性能试验
相关知识
(1)应力、应变,胡克定律;
(2)拉压应力、剪切应力、扭转剪应力、弯曲正应力分析与计算;
(3)金属材料的力学性能试验。
相关技能
(1)会计算一般杆件(梁)的拉压应力、剪切应力、扭转剪应力、弯曲正应力;
(2)掌握金属材料的力学性能试验。
任务
3
任务名称
杆件的强度设计
3
学习目标
掌握构件失效形式及设计准则,具有构件强度设计的能力
教学单元
杆件的强度设计
相关知识
(1)材料失效的形式;
(2)拉压杆的强度计算;
(3)连接件的强度设计;
(4)受扭圆轴的强度设计;
(5)梁的正应力强度设计
(6)拉(压)弯组合变形的强度设计;
(7)弯扭组合变形的强度设计。
相关技能
(1)了解材料失效的形式;
(2)掌握拉压杆、连接件、受扭圆轴、梁等强度设计,及典型组合变形杆件(梁)的强度设计。
项目四手爪机构设计与创新
任务
1
任务名称
识别运动副
学时
学习目标
能识别运动副中的低副、高副
1
教学单元
运动副的识别
相关知识
运动副、低副、自由度、约束
相关技能
能识别运动副中的低副、高副,并规定绘制运动副
任务
2
任务名称
机构运动简图的绘制及自由度计算
3
学习目标
能绘制一般机构的运动简图并计算其自由度
教学单元
机构简图的绘制及自由度计算
相关知识
平面机构的自由度,机构具有确定运动的条件,自由度计算中的复合铰链、局部自由度、虚约束等特殊情况。
相关技能
能根据模型绘制其运动简图,并计算机构自由度
任务
3
任务名称
铰链四杆机构的基本形式及演化
4
学习目标
(1)掌握铰链四杆机构的基本形式;
(2)掌握铰链四杆机构具有曲柄的条件;
(3)识别铰链四杆机构的演化机构。
教学单元
(1)铰链四杆机构的基本形式
(2)铰链四杆机构的演化
相关知识
(1)曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构;
(2)曲柄存在条件;
(3)曲柄滑块机构、摇杆滑块机构、曲柄摇块机构、导杆机构
(4)偏心轮机构
相关技能
能判断四杆机构的类型
任务
4
任务名称
平面四杆机构的基本特征
2
学习目标
(1)会计算典型机构的行程速比系数;
(2)理解压力角、传动角;
(3)正确应用和克服死点位置。
教学单元
分析平面四杆机构的基本特性
相关知识
(1)急回特性、极位夹角、行程速比系数;
(2)压力角、传动角、死点位置。
相关技能
(1)会绘制典型机构的极限位置,计算行程速比系数;
(2)会绘制典型机构的压力角、传动角及死点位置。
任务
5
任务名称
平面四杆机构的设计与创新
2
学习目标
(1)了解平面四杆机构的设计方法;
(2)能借助应用软件进行平面四杆机构设计。
教学单元
平面四杆机构的设计
相关知识
解析法、几何作图法、实验法设计四杆机构的基本方法。
相关技能
了解平面四杆机构设计的基本方法。
项目五
凸轮、棘轮机构的运用
任务
1
任务名称
认识凸轮机构
学时
学习目标
(1)了解凸轮机构的组成、特点及其应用;
(2)了解凸轮机构的分类
1
教学单元
认识凸轮机构
相关知识
(1)凸轮的组成、特点;
(2)凸轮按形状、从动件端部结构、从动件运动方式、从动件保持方式分类。
相关技能
能识别不同类别的凸轮机构
任务
2
任务名称
分析凸轮机构的运动特性
2
学习目标
(1)了解凸轮机构的运动过程;
(2)了解凸轮从动件的等速运动、等加速等减速、简谐运动规律。
教学单元
分析凸轮机构的运动特性
相关知识
(1)凸轮机构的运动过程;
(2)从动件等速运动规律;
(3)从动件等加速等减速运动规律;
(4)从动件简谐运动规律;
(5)刚性冲击、柔性冲击。
相关技能
会绘制凸轮机构从动件简谐运动规律。
任务
3
任务名称
凸轮机构设计
5
学习目标
(1)掌握反转法设计凸轮轮廓曲线的方法;
(2)滚子半径选择,压力角与传动性能,凸轮基圆半径确定,
(3)掌握凸轮结构、材料选择。
教学单元
(1)凸轮轮廓曲线设计
(2)凸轮机构设计要点
相关知识
(1)反转法基本原理;
(2)作图法设计对心移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的过程;
(3)滚子半径对凸轮机构的影响及基半径的选择;
(4)凸轮机构许用压力角确定;
(5)凸轮基圆半径对压力角影响;
(6)凸轮机构常用材料;
(7)凸轮机构常用结构。
相关技能
能设计简单的凸轮机构。
任务
4
任务名称
认识棘轮机构
2
学习目标
(1)了解棘轮机构的工作原理;
(2)了解棘轮机构的类型;
(3)了解棘轮机构的特点,掌握其应用。
教学单元
认识棘轮机构
相关知识
(1)棘轮机构的工作原理;
(2)棘轮机构的类型;
(3)棘轮机构的特点及应用。
相关技能
能掌握棘轮机构的应用
任务
5
任务名称
认识其他间隙运动机构
2
学习目标
(1)了解槽轮机构的工作原理;
(2)了解槽轮机构的类型;
(3)了解槽轮机构的特点,掌握其应用;
(4)了解不完全齿轮机构、凸轮式间隙运动机构的特点;
(5)了解螺旋机构的类型、特点及应用。
教学单元
认识其他间隙运动机构
相关知识
(1)槽轮机构的工作原理;
(2)槽轮机构的类型;
(3)槽轮机构的特点及应用;
(4)不完全齿轮机构、凸轮式间隙运动机构的特点;
(5)螺旋机构的类型、特点及应用。
相关技能
了解其他间隙运动机构的应用
项目六
齿轮传动设计
任务
1
任务名称
认识齿轮机构
学时
学习目标
掌握齿轮机构的特点和类型。
1
教学单元
认识齿轮机构
相关知识
(1)齿轮机构的特点;
(2)齿轮机构的类型。
相关技能
能识别不同类别的齿轮机构。
任务
2
任务名称
认识渐开线直齿圆柱齿轮
1
学习目标
(1)了解齿廓啮合基本定律;
(2)了解渐开线及其性质;
(3)掌握渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数及其计算。
教学单元
认识渐开线直齿圆柱齿轮
相关知识
(1)齿廓啮合基本定律;
(2)渐开线形成,渐开线的性质,渐开线齿廓啮合特性;
(3)渐开线齿轮各部分名称,基本参数,几何尺寸计算。
相关技能
(1)理解渐开线齿廓啮合基本定律;
(2)会计算直齿圆柱齿轮几何尺寸。
任务
3
任务名称
齿轮啮合传动
2
学习目标
(1)理解渐开线齿轮正确啮合条件;
(2)了解渐开线齿轮连续传动条件;
(3)理解齿轮传动的中心距和标准齿轮安装;
(4)了解齿条的结构及齿轮齿条的啮合特点。
教学单元
渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动
相关知识
(1)渐开线齿轮正确啮合条件;
(2)渐开线齿轮连续传动条件;
(3)齿轮传动的中心距和标准齿轮安装;
(4)齿条的结构及齿轮齿条的啮合特点。
相关技能
会计算齿轮传动中心距。
任务
4
任务名称
渐开线直齿圆柱齿轮的加工
2
学习目标
(1)仿形法加工;
(2)展成法加工;
(3)切齿干涉与最少齿数。
教学单元
渐开线直齿圆柱齿轮的加工
相关知识
(1)仿形法原理及特点;
(2)展成法原理及特点;
(3)根切现象,最少齿数;
(4)变位齿轮传动。
相关技能
理解齿轮展成加工的方法,会判断根切现象。
任务
5
任务名称
认识斜齿圆柱齿轮、锥齿轮
2
学习目标
(1)了解斜齿圆柱齿轮的特点;
(2)会计算斜齿圆柱的几何尺寸;
(3)了解直齿圆锥齿轮的特点;
(4)会计算直齿圆锥齿轮的几何尺寸。
教学单元
(1)斜齿圆柱齿轮传动
(2)直齿圆锥齿轮传动
相关知识
(1)斜齿圆柱齿轮的特点;
(2)斜齿圆柱的基本参数;
(3)直齿圆锥齿轮的特点;
(4)直齿圆锥齿轮的基本参数。
相关技能
(1)掌握斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算;
(2)掌握直齿圆锥齿轮的几何尺寸计算。
任务
6
任务名称
渐开线圆柱齿轮的结构与精度
2
学习目标
(1)掌握渐开线圆柱齿轮的结构确定;
(2)会选择渐开线圆柱齿轮的精度。
教学单元
齿轮结构与精度
相关知识
(1)齿轮的结构;
(2)齿轮的润滑与维护;
(3)齿轮精度。
相关技能
(1)能根据齿轮的工况设计齿轮结构;
(2)会确定齿轮的润滑方式,提供合适的维护;
(3)会确定齿轮精度。
任务
7
任务名称
齿轮传动的失效
学习目标
(1)齿轮传动失效的主要形式;
(2)齿轮的主要材料。
教学单元
齿轮传动的失效
相关知识
(1)齿轮失效形式;
(2)齿轮设计准则;
(3)齿轮主要材料。
相关技能
(1)会判断齿轮失效的主要形式;
(2)会根据齿轮工况,确定齿轮材料。
任务
8
任务名称
齿轮强度计算
2
学习目标
(1)理解齿轮受力;
(2)理解齿轮齿面接触强度计算;
(3)理解齿根弯曲强度计算;
(4)会应用软件进行齿轮强度校核。
教学单元
齿轮强度计算
相关知识
(1)齿轮受力分析;
(2)齿轮齿面接触强度计算;
(3)齿根弯曲强度计算;
(4)应用软件进行齿轮强度校核的基本流程。
相关技能
(1)掌握齿轮强度校核的基本方法;
(2)会应用软件进行齿轮强度校核。
项目七
蜗杆传动及轮系设计
任务
1
任务名称
认识蜗杆传动
学时
学习目标
(1)了解蜗杆传动的类型、特点及应用;
(2)了解蜗杆传动的基本参数及几何尺寸计算;
(3)了解蜗杆传动的受力及失效形式;
(4)了解蜗杆、蜗轮的材料与结构;
(5)能维护蜗杆传动。
2
教学单元
蜗杆传动
相关知识
(1)蜗杆传动的类型、特点及应用;
(2)蜗杆传动的基本参数及几何尺寸计算;
(3)蜗杆传动的失效形式及受力分析;
(4)蜗杆、蜗轮的材料与结构;
(5)维护蜗杆传动的维护。
相关技能
(1)会判断蜗杆传动的失效形式;
(2)能维护蜗杆传动。
任务
2
任务名称
轮系
2
学习目标
(1)掌握轮系的类型;
(2)掌握轮系传动比计算;
(3)了解轮系的功用。
教学单元
(1)轮系的类型及功用
(2)轮系传动比计算
相关知识
(1)轮系的类型;
(2)轮系传动比;
(3)定轴轮系传动比计算;
(4)周转轮系传动比计算;
(5)混合轮系传动比计算;
(6)轮系的功用;
(7)减速器及应用。
相关技能
(1)掌握轮系类型的判断;
(2)会计算定轴轮系、周转轮系、一般混合轮系的传动比。
项目八
带传动和链传动设计
任务
1
任务名称
认识带传动
学时
学习目标
(1)掌握带传动的组成;
(2)了解带传动的类型;
(3)了解带传动的特点及应用。
2
教学单元
认识带传动
相关知识
(1)带传动的组成;
(2)带传动的主要类型(平带、V带、多楔带、圆形带、啮合带);
(3)带传动的特点及应用。
相关技能
认识常用带传动,了解其应用
任务
2
任务名称
带传动工作能力分析
学习目标
(1)了解带传动的受力分析;
(2)理解带传动的应力分析;
(3)理解带传动的弹性滑动、打滑及其传动比。
教学单元
带传动工作能力分析
相关知识
(1)带传动的受力分析;
(2)带传动的应力分析;
(3)带传动的弹性滑动、打滑及其传动比。
相关技能
理解带传动的应力分析,理解带传动的弹性滑动、打滑及传动比计算。
任务
3
任务名称
普通V带传动设计
学习目标
(1)掌握V带的结构与标准;
(2)掌握V带轮的结构、材料及标记;
(3)掌握普通V带传动设
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- 关 键 词:
- 机械设计与创新 机械设计 创新 整体 教学 设计