《机械设计基础》教案
关于机械设计课程的说明
讲授任何一门课程,都得首先对它有个轮廓的了解,因而有必要先对机械设计课程作一简要说明。
一、本课程在专业教学计划中的地位与作用
本课程就是机械类各专业教学计划中的一主门干课程,属技术基础课。因而它不仅要求学生预先学完工程制图、理论力学、材料力学、工程材料、机械制造基础、机械原理、公差与技术测量等先修课程,而且要求学生结合本课程的学习,能够综合运用所学的基础理论与技术知识,联系生产实际与机器的具体工作条件,去设计合用的零(部)件及简单的机械,以便为顺利地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初步的基础。因此,本课程具有从理论性课程过渡到结合工程实际的设计性课程,从基础课程过渡到专业课程的承先启后的桥梁作用。另一方面,本课程所讨论的内容,主要就是通用机械零(部)件的设计与选用方面的基本知识、基本理论与基本方法,所以就是一般机械工程技术人员必备的基础。
二、本课程的性质与任务
本课程就是一门培养学生机械设计能力的技术基础课,属于设计性的课程。
本课程的主要任务就是培养学生:
1、掌握通用机械零、部件的设计原理、方法与机械设计的一般规律,具有设计机械传动装置与简单的机械的能力。
2、树立正确的设计思想,了解国家当前的有关技术经济政策。
3、具有运用标准、规范、手册、图册与查阅有关技术资料的能力。
4.掌握典型机械零件的实验方法,获得实验技能的基本动训练。
5.对机械设计的新发展有所了解。
三、本课程的教学环节及特殊性
本课程的教学环节除了(包括自学)外,还应有习题课、讨论课、实验课、现场教学、答疑辅导、设计作业及课程设计等。虽然课堂教学就是一个非常重要方面,但它远非本课程的全部,因而企图通过单单学习书本知识就把这门课程学好,最后必将落得一知半解,缺乏实践能力与设计素养,不能达到本课程的学习要求。这一点,务必提醒每个学生都必须充分注意,并随时加以警惕。如果学生在作习题、设计作业与课程设计时,不注意进行理论与技术分析,不认真查阅手册、图册与有关资料;做实验时不详细弄清实验目的、原理、仪表功能及测试方法;在现场教学中不细心观察零件的结构、材料、制法、工作情况、失效形式与有关机器的运转性能,就不可能学好这门课程,也不可能成为一个优秀的机械设计者。所以学习本课程时必须明确,书本知识固属重要,但在工程实际中,很少就是靠单独运用书本知识就能正确解决问题的,而就是还需掌握一定的经验资料与具备较强的工程判断能力。因为实际的机械设计问题几乎都不会只有一个答案的,新理论、新技术、新材料、新工艺以及新的市场信息等,都将使答案发生变化。所以一定要善于全面分析、综合协调、灵活处理,并富有想象力、洞察力、探索精神与创新勇气,从而对各式各样的设计问题作出机敏的工程判断。而这些能力就是要靠一系列课程的各个教学环节来综合培养的。本课程应该负担培养的部分,则就是通过前述全部教学环节来实现的,决不就是单单课堂教学就能奏效。
四、本课程的特点
1、论述机械零(部)件设计时的一般顺序及目的
《机械设计》中,除第一篇“总论”就是综合论述本课程的主要内容、性质、任务及一般机械设计的共性问题外,以后四篇都就是分章论述常用的通用机械零
(部)件设计问题。各章内容的一般顺序就是:首先介绍零(部)件的主要类型、构造、功能、材料、制法、标准、优缺点、适用场合等基本知识,以便对该章论述的零(部)件有初步的了解,从而为学习设计准备条件。然后论述工作情况、受力分析、应力状态、失效形式、设计准则、设计方法与步骤、参数选择原则、常用参考资料以及有关注意事项等,以便初步掌握零(部)件的设计理论与方法。最后给出释义例题(包括典型的工作图),以便引向设计实践,并给出若干习题,以便试行运用所学的有关知识、设计理论、设计方法及参考资料,进行初步的设计锻炼,从而加深与巩固所学的知识与技能,进一步开发智力,提高设计能力。这样就为进行设计作业、课程设计与某些简单的机械的设计,准备了必要的条件。
2、机械设计的繁杂性及其对策
由于本课程研究对象与性质上的特点,决定了教材内容本身的繁杂性。只有对这一点有较深的认识与充分的思想准备,才能在整个教学过程中加以正确的处理。教材内容的繁杂性主要表现“关系多、门类多、要求多、公式多、图形多、表格多”。形成上述“六多”的主要原因就是:
1）由于本课程就是建立在前述很多门先修课程的基础之上的(即“血缘”很杂),因而必须与那些先修课程内容时时挂钩,紧密联系,才能把它们综合地运用来为机械设计服务。这就形成了“关系多”的特点。因此在教学过程中,需要经常引导学生回顾检查自己对各有关先修课程内容掌握的程度,并及时复习与深化有关的内容,清除学习道路上的障碍,提高学习效率与质量。
2)由于本课程要分门别类地选择一些典型的通用零(部)件,分章论述(实际上有些章里还包含了几个独立的部分),而各种零(部)件本身都包含着很多类型,所以就形成了“门类多”的特点。为此,教学时要引导学生从各种零件的工作性能与适用
场合等方面多作对比,从它们在机器中的功能、相互影响、装配关系等方面多作分析,找出各零件间的关联;更要从设计理论及方法上找出各章之间的共性与特性,要认真分析各个零件之间的内在联系,特别就是要从中总结出某些普遍规律,以便用来解决现在没有学到而将来可能遇到的新型零件的设计问题。所以,绝对不应把一个个的零件孤立起来,否则就难免产生内容零碎杂乱的感觉。
3)由于设计机械零件时,除了需要满足强度、刚度、耐久性、工艺性、体积、质量、经济、安全、方便、美观等一系列一般要求外,有时还要满足绝缘、抗磁、耐酸、防锈等特殊要求。对于部件还常会提出更多的要求,这就形成了“要求多”的特点。因此,教学时务必引导学生学会善于全面分析比较,权衡轻重,区别对待。“要求多”就是由于全面考虑、分别论述的结果,而对于具体的零(部)件,则应该用“具体问题具体分析”的方法来处理。
4)由于本课程就是设计性课程,内容自应紧密围绕零(部)件的设计问题。设计包括多方面的内容,但其主要部分通常就是工作能力设计与结构设计,而工作能力设计一般须进行某些计算(如强度计算、刚度计算、寿命计算、热平衡计算等),这就形成了“公式多”的特点。因此,教学时务必引导学生学会彻底搞清公式的性质、使用条件、符号意义及代入单位、计算结果的单位等,然后才能正确应用它们。教材中的公式,有解析性的、经验性的、半经验性的、定义性的等,其中有些就是在先修课程里学过的,有些则就是新遇到的,还有的就是只要求会用而不要求懂得其理论根据与推导方法的(如零件曲面接触应力的计算公式就是引自弹性力学)。尽管公式很多,但除了一些定义性公式(如许用正应力[σ]=σlim／S;标准直齿圆柱齿轮的模数m=d／z等)应在理解的基础上记住外,其余公式只要求能正确使用而不必硬记。
5)由于本课程很多内容要用图形表达,这就必然形成“图形多”的特点。因此,