机械系统设计教案

《机械系统设计》教案（48课时）1第1课(3课时)课程基本介绍：⑴与《机械设计》课程的基本区别：研究对象的基本不同，研究方法的基本区别⑵课程的训练目的和方法：因为同学们均为四年级，大家所从事的毕业设计研究方向不同，所以教学目的为尽可能对每个同学所从事的具体工作有所帮助。训练方法包括较多的讨论课，讨论以每人的大作业为基础，要求采用书面作业结合多媒体(以PowerPoint形式)表现手段，每人分别介绍自己的作业，教师加以点评。⑶考核的基本办法：以教学过程检查和期末考试相结合的方式：大作业4个，每个占10分，共40分，课堂点名10次，每次2分，共20分，考试占40分。正式教学开始1.绪论教学重点：帮助同学建立系统论的观点，从《机械设计》课程的零部件设计的思路建立机械系统的设计理念，激发对机械系统设计的兴趣。教学难点：机械系统的体系1.1机械与机械系统1.1.1系统的概念《机械系统设计》教案（48课时）2举例说明：例1：本人的硕士研究课题：一个液压回转系统的研究重点说明：从机械零件的最佳设计角度能实现的效果与从系统的角度能完成的效果比较。引申出系统设计思想与零件设计的很大区别。例2：自动控制技术的发展历程：从自动控制技术的发生、发展，以及从导弹、宇航一直到民用的发展历程，介绍系统化的设计思想和思路。例3：系统论在经济学和人文科学领域的一些应用：以房地产发展为例，尝试说明系统论在经济学上的一些应用。1.1.2机械系统的基本组成子系统：动力系统、传动系统、执行系统、操纵及控制系统举例说明：例1：汽车例2：《机械设计》中所有人均完成的千斤顶1.2机械系统设计的任务1.2.1从系统的观点出发重点：与外部环境的相互影响，以汽车设计为例1.2.2合理确定系统功能动力系统传动系统执行系统操纵及控制系统《机械系统设计》教案（48课时）3重点：基本要求及辅助要求，以手机为例1.2.3提高可靠性重点：可靠性设计的一些基本介绍，以日本日产的压路机为例(本人参与过实测)1.2.4提高经济性重点：寿命周期的设计。以挖掘机近年的技术发展为例，结合小松的寿命设计软件功能。1.2.5保证安全性以电梯的防护装置的发展一个环节为例(力矩限制器的产生与应用)1.3机械系统设计方法概述以建筑卷扬机为例。1.3.1基本设计过程计划、外部设计、内部设计、制造销售1.3.2机械系统设计的特点1.3.3系统分解1.3.4系统评价主要参考书目：两大类⑴《设计学》或《设计方法学》的相关书籍。⑵《机械系统设计》的相关教材。《机械系统设计》教案（48课时）4第2课(3课时)2.机械系统设计的方案设计与总体设计教学重点：机械系统的方案设计，帮助同学建立功能分析、功能分解的基本思想，激发创新意识，提高创新能力。教学难点：实际应用所学知识进行方案设计2.1机械系统的方案设计以某啤酒厂的瓶盖处理机为例。2.1.1研究给定的设计任务2.1.2设计任务抽象化(即理论建模)黑箱原理基本介绍能量流、物流、信息流的基本建立边界条件及约束的建立2.1.3功能分解及设计目录的使用2.1.4方案选择及评价指标评分法加权评价指标综合评价矩阵其他评价方法简介。2.2机械系统的总体设计以轿车设计为例2.2.1总体设计的内容2.2.2总体布置设计《机械系统设计》教案（48课时）52.2.3总体参数的确定以液压挖掘机90年前后国际上主要总体性能参数的突然提高60%而国内直到90年代中期才响应为例，说明总体参数确定对机械性能指标的影响。大作业1：自选某设计任务进行方案设计，要求使用所学习的方案设计的基本原理进行。要求采用书面作业结合多媒体(以PowerPoint形式)表现手段。机械创新设计学简介原理方案的创新设计：功能设计法、设计目录、评价系统常用创新技法群体集智法、系统分析法、联想类比法、转向创新法、组合创新法创新设计的理论基础创造性思维创造原理(综合创造原理、分离创造原理、移植创造原理、物场创造原理、还原创造原理、价值优化原理)《机械系统设计》教案（48课时）6第3课(3课时)讨论课1要求：采用方案竞标会的形式，每人5分钟介绍自己的方案设计。其中，设计对象描述约1分钟，设计目标的提出及依据约1分钟，设计方案的功能分解、原理求解约2分钟，方案评价及最终确定方案约1分钟。要求以多媒体(以PowerPoint形式)方式进行。教师、同学提问和报告人解答约3分钟。当场打出方案分。进行15——18人教师初步总结：指出方案设计及表述过程中比较共性的问题和解决思路，要求在书面作业中补充完成。第4课(3课时)讨论课2约20人左右第5课(3课时)讨论课3完成讨论课并进行总结，交所有的书面作业。《机械系统设计》教案（48课时）7第6课(3课时)3.机械系统的载荷特性和动力机选择首先对同学们上学期期末“机械工程设计实践”中有关动力机选择的一般做法和存在问题进行讨论，以一两个同学的设计实例引出问题。教学重点：各动力机的种类及应用的一般知识教学难点：针对实际用途进行动力机的选择、计算3.1工作机械的载荷和工作制3.1.1工作机械的载荷类型恒转矩：电梯、带式输送机恒功率：汽车的换档、液压挖掘机转矩是转速的函数：载重车用缓速器、离心式水泵恒转速：工程机械用柴油机、发电机的原动机载荷历程的概念周期载荷、非周期载荷、随机载荷3.1.2载荷处理方法常用的静态处理：载荷情况系数的选取(设计手册相关系数选取)动态处理：载荷谱及相关处理方式(一般介绍)3.1.3载荷的确定方法类比法(例：常用产品系列的拓展)计算法(机械原理中的力分析、平衡力矩在实践中的应用，如剪切机)《机械系统设计》教案（48课时）8实测法(测试手段和测试方法，以本人工作经历中的压路机的测试为例)3.1.4工作机械的工作制负载持续率%100owwtttFC，其中，wt为机械工作时间；0t为机械停歇时间3.2动力机的种类、机械特性及其选择一般问题：载荷特性分析、动力机机械特性分析、容量计算、经济性分析、环境要求分析等。(例汽车动力、一般工程机械、普通车床)3.2.1电动机的种类、机械特性及其选择3.2.1.1电动机的种类及其机械特性⑴类型分析表⑵机械特性(固有机械特性和人为机械特性)固有机械特性介绍交流异步电动机(起动点、空载工作点、额定工况、最大扭矩)电动机直流电动机交流电动机交流同步电动机交流异步电动机他励并励串励复励《机械系统设计》教案（48课时）9直流电动机(他励、串励)3.2.1.2选型计算以一个实例说明：建筑卷扬机，卷筒直径4m，起重量6吨，提升速度720m/min，起动加速时间10s，制动减速时间12s，总提升时间72s，停歇时间10s，卷扬机效率0.96。3.2.2内燃机的种类、机械特性及其选择3.2.2.1分类汽油机、柴油机的基本原理介绍。分类方法、常用名词介绍。3.2.2.2主要性能有效功率、标定功率、升功率、有效燃油消耗率、机械效率、平均有效压力3.2.2.3机械性能负荷特性、速度特性、万有特性调速器介绍3.2.2.4内燃机的选择固定式工况、螺旋桨工况、车用工况3.2.3液压马达及气动马达的种类、机械特性及其选择(一般介绍)可选大作业2：概述电动机的分类及选型《机械系统设计》教案（48课时）10第7课(3课时)4.机械系统的噪声及控制教学重点：噪声的控制教学难点：噪声的分类和特性首先介绍本人工作中遇到的某齿轮减速机厂的某型减速机所遭遇的噪声问题，通过该实例引证噪声问题的重要性。4.1机械系统噪声的分类和特性4.1.1机械系统噪声形成的基本原因机械撞击力造成(锻压机等)、周期性交变力产生(齿轮啮合等)、不均匀随机力产生(轴承等)4.1.2机械系统噪声的分类4.1.2.1按起源分类：机械性噪声、流体动力性噪声、电磁性噪声4.1.2.2按噪声强度随时间而变化的情况分类：稳态噪声、非稳态噪声、脉冲噪声4.1.3衡量噪声的指标(介绍)客观评价量、主观评价量4.1.4机械系统噪声的传播和衰减4.2机械系统的噪声控制4.2.1噪声控制的一般原则和方法4.2.2噪声源控制4.2.3噪声传播途径控制《机械系统设计》教案（48课时）114.2.4噪声接受处控制4.2.5常用吸声材料和隔声材料4.2.6降噪装置设计4.3机械噪声测量简介可选大作业2：概述球磨机的噪声发生及降噪措施5.操纵及控制系统设计概述教学重点：分类及应用的一般知识教学难点：自动控制技术在工业上的应用5.1操纵系统设计5.1.1操纵系统的功能及要求基本功能：信号转换基本要求：轻便省力、行程适当、定位可靠、反馈准确迅速、安全可靠等等。以汽车的操纵系统为例，结合其操纵系统的发展历程说明。5.1.2操纵系统的组成及分类基本组成：操纵件、执行件和传动件分类：人力、助力、液压、气压5.1.3操纵系统设计(简单介绍)5.1.4人机工程学在操纵系统设计中的应用(介绍)结合汽车的操纵系统加以说明《机械系统设计》教案（48课时）125.2控制系统设计5.2.1控制系统的作用、分类、和组成控制系统的作用：控制系统的分类：按控制信号的变化规律(恒值、程控、伺服)按系统结构特点(单回路及多回路、开环及闭环、复合控制、单级及多级)控制系统组成，以闭环反馈控制系统为例5.2.2控制原理经典控制论与现代控制论(简述控制理论的发展历史，结合本人硕士论文工作说明其作用的特点)5.2.3实例介绍火炮炮台回转跟踪系统主动控制技术在工业领域的部分应用(国外)可选大作业2：讨论某伺服系统的功能、原理及设计特点(可任选应用场合)《机械系统设计》教案（48课时）13第8课(3课时)讨论课4要求：前述可选大作业2，每人4分钟介绍自己的论述内容。要求以多媒体(以PowerPoint形式)方式进行。教师、同学提问和报告人解答约2分钟。当场打出成绩。进行25人教师初步总结：指出需要在书面作业中补充完成的内容，指出存在的一些共性的问题。第9课(3课时)讨论课5完成讨论课并进行总结，交所有的书面作业。《机械系统设计》教案（48课时）14第10课(3课时)6.执行系统设计教学重点：工作循环图的绘制和应用教学难点：执行机构选型6.1执行系统的组成、功能及分类6.1.1执行系统的组成执行构件和机构(工作机或工作装置)6.1.2执行系统的功能夹持、搬运、输送、分度及转换工位、检测、完成工艺性动作等教材中的示例逐一说明(四种机械手、车门启闭、搬运、直线输送、直线导轨、两种回转作业台、分度装置、垫圈检测等等)6.2机构选型及常用执行机构的主要性能特点教材中的机构图样逐一介绍和说明(详述)。6.3执行系统设计以本人曾参与的一个绷带成卷机的设计为例逐步说明6.3.1设计要求的提出6.3.2执行系统的设计步骤拟定运动方案、拟定机构组合方案、绘制工作循环图、运动分析、动力学分析及承载能力计算。大作业3：自选某自动化机械进行执行系统设计，要求完成方案设计过程、制定机构组合方案、绘制工作循环图、完成基本运动分析。《机械系统设计》教案（48课时）15第11课(3课时)讨论课6要求：设计对象描述约1分钟，设计方案的提出及选定机构介绍约2分钟，工作循环图介绍1分钟，共每人4分钟介绍自己的论述内容。要求以多媒体(以PowerPoint形式)方式进行。教师、同学提问和报告人解答约2分钟。当场打出成绩。进行25人教师初步总结：指出需要在书面作业中补充完成的内容，指出存在的一些共性的问题。第12课(3课时)讨论课7完成讨论课并进行总结，交所有的书面作业。《机械系统设计》教案（48课时）16第13课(3课时)7.传动系统设计教学重点：有级传动系统的一般知识教学难点：针对实际用途进行传动系统的设计、计算7.1传动系统的功能和要求7.1.1传动系统的基本功能运动的传递和转换形式、力的传递和转换方式、动力的分解和组合。7.1.2传动系统的要求与动力机的匹配、起制动、调速、换向、卸载、安全保护等。7.2传动系统的类型及其选择7.2.1按传动比变化情况分类固定传动比：起重机可调传动比：有级变速(汽车、机床等)、无级变速(机械无级变速器)、周期性变速(造纸和纺织用放卷机等)7.2.2按驱动形式分类独立驱动：单执行机