“Mechanical Design”
(《机械设计》双语教学大纲)
1. Course Code: TBD by the School or University
2. Schools Offering the Course: School of Mechanical and Automotive Engineering
3. Course Hour: 60~64 Hours; 4 CPs
4. Course Target Participants: Third-year undergraduates in Specialty of Mechanical Engineering and Mechatronics Engineering
5. Course Type: Foundation course of the discipline (Compulsory)
6. Teaching Mode: Multimedia + Bilingual teaching
7. Course Features and Aims:
The objective of this course is to provide the concepts, procedures, data, and decision analysis techniques necessary to design machine elements commonly found in mechanical devices and systems. Students completing a course of study using this course should be able to execute original designs for machine elements and integrate the elements into a system composed of several elements.
This process requires a consideration of the performance requirements of an individual element and of the interfaces between elements as they work together to form a system. For example, a gear must be designed to transmit power at a given speed. The design must specify the number of teeth, pitch, tooth form, face width, pitch diameter, material, and method of heat treatment. But the gear design also affects, and is affected by, the mating gear, the shaft carrying the gear, and the environment in which it is to operate. Furthermore, the shaft must be supported by bearings, which must be contained in a housing. Thus, the designer should keep the complete system in mind while designing each individual element. This course will help the student approach design problems in this way.
This course is designed for students for mechanical engineering or so. The emphasis is on the use of readily available materials and processes and appropriate design approaches to achieve a safe, efficient design. It is assumed that the person using the course will be the designer, that is, the person responsible for determining the configuration of a machine or a part of a machine. Where practical, all design equations, data, and procedures needed to make design decisions are specified.
8. Course Contents（教学内容）:
1 Belt Drives and Chain Drives
1-1 Objectives of This Chapter
1-2 Types of Belt Drives
1-3 V -Belt Drives
1-4 V-Belt Drive Design
1-5 Chain Drives
1-6 Design of Chain Drives
2 Spur Gear Design
2-1 Objectives of This Chapter
2-2 Concepts from Previous Chapters
2-3 Forces on Gear Teeth
2-4 Gear Manufacture
2-5 Gear Quality
2-6 Allowable Stress Numbers
2-7 Gear Materials
2-8 Stresses in Gear Teeth
2-9 Selection of Gear Material Based on Bending Stress
2-10 Pitting Resistance of Gear Teeth
2-11 Selection of Gear Material Based on Contact Stress
2-12 Design of Spur Gears
2-13 Gear Design for the Metric Module System
3 Helical Gears, Bevel Gears, and Worrngearing
3-1 Objectives of This Chapter
3-2 Forces on Helical Gear Teeth
3-3 Stresses in Helical Gear Teeth
3-4 Pitting Resistance for Helical Gear Teeth
3-5 Design of Helical Gears
3-6 Forces on Straight Bevel Gears
3-7 Bearing Forces on Shafts Carrying Bevel Gears
3-8 Bending Moments on Shafts Carrying Bevel Gears
3-9 Stresses in Straight Bevel Gear Teeth
3-10 Design of Bevel Gears for Pitting Resistance
3-11 Forces, Friction, and Efficiency in Wormgear Sets
3-12 Stress in Wormgear Teeth
3-13 Surface Durability of Wormgear Drives
4 Keys, Couplings, and Seals
4-1 Objectives of This Chapter
4-2 Keys
4-3 Materials for Keys
4-4 Stress Analysis to Determine Key Length
4-5 Splines
4-6 Other Methods of Fastening Elements to Shafts
4-7 Couplings
4-8 Universal Joints
4-9 Retaining Rings and Other Means of Axial Location
4-10 Types of Seals
4-11 Seal Materials
5 Shaft Design
5-1 Objectives of This Chapter
5-2 Shaft Design Procedure
5-3 Forces Exerted on Shafts by Machine Elements
5-4 Stress Concentrations in Shafts
5-5 Design Stresses for Shafts
5-6 Shafts in Bending and Torsion Only
5-7 Shaft Design Example
5-8 Recommended Basic Sizes for Shafts
5-9 Additional Design Examples
5-10 Spreadsheet Aid for Shaft Design
6 Rolling Contact Bearings
6-1 Objectives of This Chapter
6-2 Types of Rolling Contact Bearings
6-3 Thrust Bearings
6-4 Mounted Bearings
6-5 Bearing Materials
6-6 Load/Life Relationship
6-7 Bearing Manufacturers' Data
6-8 Design Life
6-9 Bearing Selection: Radial Loads Only
6-10 Bearing Selection: Radial and Thrust Loads Combined
6-11 Mounting of Bearings
6-12 Tapered Roller Bearings
6-13 Practical Considerations in the Application of Bearings
6-14 Importance of Oil Film Thickness in Bearings
6-15 Life Prediction under Varying Loads
7 Plain Surface Bearings
7-1 Objectives of This Chapter
7-2 The Bearing Design Task
7-3 Bearing Parameter, mn/p
7-4 Bearing Materials
7-5 Design of Boundary-lubricated Bearings
7-6 Full-Film Hydrodynamic Bearings
7-7 Design of Full-Film Hydrodynamically Lubricated Bearings
7-8 Practical Considerations for Plain Surface Bearings
7-9 Hydrostatic Bearings
8 Power Screws and Ball Screws
8-1 Objectives of This Chapter
8-2 Power Screws
8-3 Ball Screws
9 Fasteners
9-1 Objectives of This Chapter
9-2 Other Types of Fasteners and Accessories
9-3 Bolt Materials and Strength
9-4 Thread Designations
9-5 Performance of Bolted Joints
9-6 Other Means of Fastening
9-7 Eccentrically Loaded Bolted Joints
10 Motion Control: Clutches and Brakes
10-1 Objectives of This Chapter
10-2 Descriptions of Clutches and Brakes
10-3 Types of Friction Clutches and Brakes
10-4 Performance Parameters
10-5 Time Required to Accelerate a Load
10-6 Inertia of a System Referred to the Clutch Shaft Speed
10-7 Effective Inertia for Bodies Moving Linearly
10-8 Energy Absorption: Heat-Dissipation Requirements
10-9 Response Time
10-10 Friction Materials and Coefficient of Friction
10-11 Plate-Type Clutch or Brake
9. Allocation of Course hours
10. Notes：
(1) Prerequisite Courses: Mechanism and Machine Theory, Strengthen of Materials
(2) Textbooks and reference books:
1) Robert L. Mott, Machine Elements in Mechanical Design, 北京：机械工业出版社、Prentice-Hall，2003.
2) 朱文坚、黄平等主编，机械设计，北京：高等教育出版社，2005, 2009
3) Robert L. Norton, Machine Design, Prentice-Hall，1998
4) Joseph E. Shigley and Charles R. Mischke, Mechanical Engineering Design, 北京：机械工业出版社、Prentice-Hall，2003
5) 濮良贵、纪名刚，机械设计（第七版），北京：高等教育出版社，2001
11. Course Assessment: Final Exam (open book) 80% + exercise 20%
12. Lecturers: Prof. Huang Ping, Prof. Chen Yangzhi, A/Prof. Li Jingrong
13. Course Design for Two or Three Weeks.
第二篇：机械设计的教学大纲
【课程编号】125015
机械设计
Mechanical Design
【学分】 4 【学时】 64 【性质】学科基础 【实验】 10
（一）授课对象
四年制本科机械类各专业（机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、材料科学与工程、交通运输、交通工程、物流工程、安全工程、冶金工程、环境工程等）。
（二）课程的性质和地位
本课程是以一般通用零部件的设计为核心的一门综合性的学科基础必修课程。在教学内容方面应着重基本知识、基本理论和基本方法，在培养实践能力方面应着重设计构思和设计技能的基本训练。
本课程是机械类专业教学计划中的主干课程之一（最后一门技术基础课）。它不仅要求学习好本课程的理论知识，也要求能综合应用其它先修课程的理论知识，并联系生产实践和机器的具体工作条件去设计适用的零（部）件或简单的机械，以便为顺利过渡到专业课程的学习及进行专业产品与设备的设计打下基础。因此，本课程具有从理论性课程过渡到结合工程实际应用的设计性课程的特点，起着从基础课程过渡到专业课程的承前启后的桥梁作用。
（三）课程的教学目标
通过本课程的学习学生应达到如下教学目标：
1. 掌握如下基本知识
机械设计的一般知识、机械零部件的主要类型、性能、结构特点、应用、材料、标准等。
2. 掌握如下基本理论及方法
（1）机械设计的基本原则；
（2）机械零部件的工作原理、受力分析、应力状态、失效形式等；
（3）机械零部件的工作能力的计算准则、摩檫、磨损与润滑、寿命与可靠性，以及热
平衡、稳定性等；
（4）计算载荷、条件性技术、强度计算、试算法等；
（5）改善载荷和应力的分布不均匀性，提高零件强度，减少摩檫，改善局部品质，提
高零、部件工艺性的途径与方法，以及预紧力、变形协调原则在设计中的应用。
3. 掌握如下基本技能
（1）设计计算、结构设计和制图技能；
（2）实验及编制机械零部件设计计算程序的技能；
（3）编制技术文件的技能等。
（四）教学内容
1．绪论
（1）机器的作用，组成机器的基本要素（零件）；（2）零件的概括分类；（3）本课程的内容、性质和任务。
重点：机器的组成和机械设计的主要内容。
2．机械设计总论
（1）机器的组成、设计机器的一般程序和主要要求；（2）机械零件的失效形式、设计要求、设计准则、设计方法、设计步骤及标准化问题；（3）现代机械设计方法的特点及发展动向。
重点：机械零件的失效形式、设计准则、设计方法、设计的一般步骤及其标准化。
3．机械零件的强度
（1）疲劳曲线的意义及用途，零件极限应力简化曲线图的绘制；（2）单向变应力时的强度计算方法和应力等效转化的概念；（3）双向变应力时的强度校核方法。
重点：疲劳曲线、极限应力线图的意义以及机械零件的极限应力线图的绘制；单向稳定变应力时的强度计算方法。
难点：机械零件的极限应力线图的绘制；单向稳定变应力时的强度计算方法。
4．摩擦、磨损及润滑概述
（1）干摩擦、边界摩擦、混合摩擦、流体摩擦的机理；（2）磨损的一般规律及各种磨损的机理；（3）润滑的作用及润滑剂的主要指标；（4）流体动力润滑的基本概念及楔效应承载原理。
重点：摩擦和磨损的机理、物理特征及影响因素；流体动力润滑的基本原理。
难点：流体动力润滑的基本原理。
5．螺纹联接
（1）螺纹的类型、特点及螺纹联接的类型、应用场合及预紧和防松；（2）螺纹联接强度计算及设计的理论和方法；（3）提高螺纹联接强度的措施。
重点：单个螺栓联接的强度计算；螺栓组的受力分析。
难点：螺栓组的受力分析以及设计。
6．带传动
（1）带传动的类型、特点和应用场合；（2）普通V带的结构及标准、V带传动的张紧方法及装置；（3）普通V带的工作原理、受力分析以及弹性滑动和打滑现象；（4）V带传动的失效形式及其设计准则；（5）V带传动的设计方法和步骤。
重点：带传动的受力分析、应力分析、带的弹性滑动与打滑；带传动的失效形式与设计准则、设计步骤；带轮的结构设计及带的张紧。
难点：带传动的受力分析、应力分析、带的弹性滑动与打滑。
7． 链传动
（1）链传动的类型、工作原理、特点及应用；（2）滚子链条与链轮的结构、规格和尺寸；（3）链传动的运动特性、受力分析；（4）滚子链传动的设计计算。
重点：链传动的运动特性、受力分析；滚子链传动的设计计算。
8．齿轮传动
（1）齿轮传动的特点和应用场合；（2）不同条件下齿轮传动的失效形式、设计准则及强度计算方法；（3）齿轮结构设计的原则。
重点：齿轮传动的失效形式及设计准则；载荷系数的选取；直齿、斜齿、圆锥齿轮传动的受力分析、设计原理及强度计算方法。
难点：直齿、斜齿、圆锥齿轮传动的受力分析、设计原理及强度计算方法。
9．蜗杆传动
（1）蜗杆传动的主要参数及选择方法；（2）蜗杆传动的受力分析及强度计算；（3）蜗杆传动的热平衡原理和计算方法。
重点：蜗杆传动的失效形式、设计准则；蜗杆传动的受力分析、强度及刚度和热平衡计算；蜗杆和蜗轮的结构设计。
10．滑动轴承
（1）滑动轴承的特点和应用场合，滑动轴承的典型结构、轴瓦材料及选用原则；（2）不完全液体润滑滑动轴承和液体动力润滑径向滑动轴承的设计原理。
重点：轴瓦材料及其选用；不完全液体润滑滑动轴承的设计准则及设计方法；动压轴承
的承载机理。
难点：动压轴承的承载机理。
11．滚动轴承
（1）滚动轴承的代号及意义；（2）轴承类型的选用原则和轴承的寿命计算；（3）轴承装置的设计。
重点：轴承内部派生轴向力的计算；轴承装置的设计。
难点：轴承内部派生轴向力的计算；轴承装置的设计。
12．轴
（1）转轴、心轴和传动轴的区别；（2）轴的结构设计步骤和方法及轴系设计的注意问题；（3）提高轴的承载能力的措施；（4）轴的强度设计方法、计算特点和适用场合。
重点：轴的结构设计和强度计算。
难点：轴的结构设计和强度计算。
（五）教学实践环节安排
实验（10学时）
1．带传动实验（2学时）
实验内容主要是验证带传动的工作特性，属于验证性实验，在讲授完带传动的有关内容后即可开设此实验。目的是要求学生通过实验观察皮带传动的滑动现象；通过拉拽系数、滑差率和效率曲线的测定来确定临界点和最佳工作方式以及观察包角的变化对皮带传动的影响。
2．齿轮传动效率测定实验（2学时）
实验内容主要是测定齿轮传动效率，属于验证性实验，在讲授完齿轮传动的有关内容 后即可开设此实验。目的是要求学生通过实验测定齿轮传动效率；了解齿轮强度和寿命的测定；了解齿轮传动实验装置的结构和工作原理。
3．滑动轴承实验（2学时）
实验内容主要是测定和绘制径向滑动轴承径向油膜压力曲线，求轴承的承载能力，属于验证性实验，在讲授完滑动轴承的有关内容后即可开设此实验。目的是要求学生通过实验观察径向滑动轴承流体动压润滑油膜的形成过程和现象；测定和绘制径向滑动轴承径向油膜压力曲线，求轴承的承载能力；观察载荷和转速改变时油膜压力的变化情况；观察径向滑动轴承油膜的轴向压力分布情况；了解径向滑动轴承的摩擦系数f的测量方法和摩擦特性曲线的绘制方法。
4．轴系结构设计实验（2学时）
实验内容主要是根据所确定的轴系结构设计实验方案，完成轴系结构设计，并对各零件进行测绘，属于设计性实验，在讲授完轴的有关内容后即可开设此实验。要求学生通过实验熟悉并掌握轴系结构设计中有关轴的结构设计基本方法；熟悉并掌握轴系结构设计中有关滚动轴承组合设计的基本方法。
5．减速器的装拆实验（2学时）
实验内容主要是针对减速器进行拆卸和装配实验，属于验证性实验，在进行课程设计前开设此实验。目的是要求学生通过实验了解减速器铸造箱体的结构以及轴和齿轮等的结构；了解轴上零件的定位、固定；齿轮和轴承的润滑、密封以及附件的构造和作用；熟悉减速器拆装的调整过程；了解减速器拆装工艺与结构设计的关系。该实验非常有助于学生完成减速器的课程设计。
（六）教学方式与习题要求
本课程采用启发式与讨论式结合的教学方法，应充分利用多媒体课件以及实物教具等教学手段。为巩固基本概念、基本理论，使学生灵活掌握所学知识，活跃学习气氛，增强学习
兴趣，在教学中应适当安排习题课与课堂讨论。
每章应布置一定数量的习题，习题出自教材和习题册上。
（七）考核办法
采用闭卷形式对学生进行考核，学生的最终成绩评定按考试成绩占80%，平时成绩占
20%进行统计。
（八）推荐教材或讲义及主要参考书
1．陆凤仪、钟守炎主编：《机械设计》，机械工业出版社，20xx年版。 2．濮良贵等主编：《机械设计》（第八版），高等教育出版社，20xx年版。
（九）学时分配
编 写：王春燕
审 核：
注：课程性质为（公共必修、公共选修、学科基础、专业必修、专业选修）