湖北省高等教育自学考试课程考试大纲.docx
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湖北省高等教育自学考试课程考试大纲
湖北省高等教育自学考试课程考试大纲
课程名称：
机械设计基础
（一）课程代码：
07743
第一部分课程性质与目标
一、课程性质与特点
该课程是近机类和非机类专业的一门重要的技术基础课。
其任务是培养学生掌握机构的结构原理、运动特性和机械动力学的基本知识，初步具有分析和设计基本机构的能力；掌握通用机械零件的工作原理、特点、选用和设计计算的基本知识，并初步具有设计简单的机械及普通机械传动装置的能力。
二、课程目标与基本要求
课程目标：
（1）机械设计的一般原则和程序。
（2）平面机构的结构分析。
（3）各种常用机构的工作原理
（4）机械运动方案的选择。
（5）机械调速，刚性回转件平衡。
（6）机械零件的工作能力和计算准则。
（7）机械零件常用材料选用原则。
（8）各种联接件的设计：
螺纹联接、键、花键联接等。
（9）传动件设计：
带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动，螺旋传动等。
（10）轴系零部件设计：
轴，滑动轴承，滚动轴承，联轴器，离合器等。
基本要求：
（1）掌握机械设计一般知识，机构和机械零件的主要类型，性能，特点，应用。
机械零件的常用材料，标准，结构工艺性。
（2）掌握机构的组成，工作原理和运动特性。
（3）掌握机械零件的工作原理，受力分析，应力状态，失效形式等。
（4）掌握机械零件的设计计算准则：
强度，刚度，耐磨性，寿命，热平衡等。
熟练绘制机构运动简图；掌握零部件的设计计算及其工作图的绘制。
三、与本专业其他课程的关系
1.本基本要求适用于对机械原理、机械设计有一定要求，但课程时数有限的一类专业，例如热加工工艺类专业和动力运行类专业。
2.各校要处理好本课程与有关先修课程如：
画法几何及机械制图、工程材料及机械制造基础、金工实习、理论力学、材料力学等课程的衔接和配合。
3、本基本要求所列内容应通过讲课、习题课、课外习题、设计作业、课程设计、实验等教学环节进行教学。
各校也可根据具体情况灵活安排各环节和学时比例，但应注意相互配合，力求符合学生认识规律。
4、各校应根据具体条件，注意结合教学过程培养学生应用计算机的能力，以提高教学质量和水平。
5、习题内容要多样化，习题中应含有结构和工艺性方面的内容。
习题作业要能起到巩固理论、掌握计算方法和技巧，加强结构和工艺性方面的训练，提高分析问题、解决问题的能力、熟悉标准、规范等的作用。
第二部分考核内容与考核目标
第1章绪论及平面机构的自由度和速度分析（4学时）
一、构件和运动副
二、平面机构的运动简图
三、自由度
四、速度分析
机构的组成和结构，了解机构的组成，运动副、运动链、约束和自由度等基本概念；能绘制常用机构的机构运动简图；能计算平面机构的自由度,了解机构的组成原理并能进行结构分析。
重点：
运动副和运动链的概念、机构运动简图的绘制、机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。
难点：
机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理。
*考核要求*
识记：
了解机构的组成，运动副、运动链、约束和自由度等基本概念；能绘制常用机构的机构运动简图；能计算平面机构的自由度,了解机构的组成原理并能进行结构分析。
了解平面连杆机构的组成及特点，平面连杆机构的基本型式及其演化和应用，曲柄存在条件、传动角、死点、急回运动、行程速比系数、运动连续性等基本概念。
了解凸轮机构的分类及应用，推杆常用的运动规律及推杆运动规律的选择原则和其它的常用机构。
理解：
能计算平面机构的自由度,了解机构的组成原理并能进行结构分析。
推杆常用运动规律的特点及其选择原则；盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计；凸轮基圆半径与压力角及自锁的关系。
应用：
机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理。
曲柄存在条件的全面分析、平面多杆机构的传动角和平面四杆机构最小传动角的确定、平面铰链四杆机构运动连续性的判断。
螺旋机构及组合机构的组成、运动特点和适用场合。
第2章 平面连杆机构（4学时）
一、铰链四杆机构的类型及其演化
二、四杆机构的演化
三、四杆机构的基本特性
*考核要求*
识记：
平面多杆机构的传动角和平面四杆机构最小传动角的确定。
理解：
解析法设计四杆机构，掌握用作图法设计平面四杆机构的方法。
应用：
平面铰链四杆机构的演化，速度瞬心的概念和“三心定理”的应用
了解平面连杆机构的组成及特点，平面连杆机构的基本型式及其演化和应用，曲柄存在条件、传动角、死点、急回运动、行程速比系数、运动连续性等基本概念。
明确机构运动分析的目的和方法；能用解析法和图解法对平面二级机构进行运动分析；理解速度瞬心（绝对瞬心和相对瞬心）的概念，并能运用“三心定理”确定一般平面机构各瞬心的位置；能用瞬心法对简单高、低副进行速度分析。
了解解析法设计四杆机构，掌握用作图法设计平面四杆机构的方法。
重点：
平面铰链四杆机构的演化，速度瞬心的概念和“三心定理”的应用。
难点：
曲柄存在条件的全面分析、平面多杆机构的传动角和平面四杆机构最小传动角的确定、平面铰链四杆机构运动连续性的判断。
第3章凸轮机构（4学时）
一、凸轮机构的应用及分类
二、从动件的常用运动规律
三、凸轮的结构
*考核要求*
识记：
凸轮机构的分类及应用，推杆常用的运动规律及推杆运动规律的选择原则；掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题（包括压力角对尺寸的影响、压力角对凸轮受力情况、效率和自锁的影响及失真等问题）；凸轮轮廓曲线的设计（以解析法为主）。
理解：
推杆常用运动规律的特点及其选择原则；盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计；凸轮基圆半径与压力角及自锁的关系。
应用：
凸轮廓线设计中所应用的“反转法”原理和压力角的概念。
第4章齿轮机构（4学时）
一、齿轮机构和齿轮传动的分类及其特点
二、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸
三、渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合条件
四、斜齿圆轴齿轮的啮合特点和基本参数简介
*考核要求*
识记：
了解齿轮机构的类型和应用；平面齿轮机构的齿廓啮合基本定律及有关共轭齿廓的基本知识；深入了解渐开线直齿圆柱齿轮的啮合特性及渐开线齿轮传动的正确啮合条件和连续传动条件；熟悉渐开线齿轮各部分的名称、基本参数及各部分几何尺寸的计算；了解渐开线齿廓的展成切齿原理及根切现象；渐开线标准齿轮的最少齿数及渐开线齿轮的变位修正和变位齿轮传动的概念；了解斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成、啮合特点。
了解轮系的分类和功用，了解行星轮系传动效率的计算、行星轮系的选型及行星轮系设计中的均载问题，了解标准直齿圆锥齿轮的传动特点及其基本尺寸的计算；对蜗轮蜗杆的传动特点有所了解。
理解：
渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动的基本理论和设计计算。
，并能计算标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸；共轭齿廓的确定；一对轮齿的啮合过程；变位齿轮传动；斜齿轮和锥齿轮的当量齿轮和当量齿数。
周转轮系及复合轮系传动比的计算，轮系的功用及行星轮系设计中齿轮齿数的确定问题。
能计算各种轮系的传动比。
应用：
齿轮传动的特点、分类和应用；齿轮传动的失效形式和设计准则；常用的齿轮材料及其热处理；直齿圆柱齿轮传动的强度计算：
①传动中的受力分析。
②计算载荷和载荷系数。
③齿面接触疲劳强度计算及许用接触应力。
④齿根弯曲疲劳强度计算、齿形系数和许用弯曲应力；斜齿圆柱齿轮传动的受力分析及计算；直齿圆锥齿轮传动的受力分析及计算。
第5章轮系（4学时）
一、定轴轮系传动比计算与应用
1.定轴轮系传动化的计算
2.定轴轮系转向判定
3.定轴轮系应用。
二、周转轮系传动比计算与应用
1.行星轮系与差动轮系
2.周转轮系传动比计算、转化机构
3.周转轮系应用。
三、复合轮系传动比计算
*考核要求*
识记：
轮系的类型、定轴轮系、周转轮系、混合轮系的传动比计算。
理解：
轮系的分类、特点及应用，掌握定轴轮系、行星轮系传动比计算。
应用：
轮系及应用。
第6章间歇运动机构（2学时）
万向联轴节、螺旋机构、棘轮机构、槽轮机构、不完全齿数机构和非圆齿轮机构。
*考核要求*
识记：
槽轮机构、棘轮机构、凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构的工作原理、运动特点、应用及计要点；
理解：
槽轮机构、棘轮机构的组成、运动特点和适用场合。
应用：
其它常用机构、组合机构及开式链机构，螺旋机构、摩擦传动机构等其它常用机构的工作原理较深入了解几种常用的组合机构的组合方式、工作特点。
了解开式链机构的特点、结构分析。
重点：
螺旋机构及组合机构的组成、运动特点和适用场合。
第7章机械运转速度波动的调节（2学时）
机械的运动及其速度波动的调节
研究机器运转及其速度波动调节的目的。
等效力矩、等效转动惯量的确定。
机器的运动方程式。
*考核要求*
识记：
机器运转的平均速度和不均匀系数。
理解：
飞轮转动惯量的确定。
应用：
飞轮基本尺寸的确定。
第8章回转件的平衡（2学时）
机械平衡的目的及内容
刚性转子的平衡
转子的许用不平衡量
*考核要求*
识记：
了解：
刚性转子静平衡，动平衡的原理和方法，平面机构的平衡原理。
理解：
机械平衡的目的。
应用：
刚性转子静平衡和动平衡的条件及平衡原理和计算方法。
第9章机械零件设计概论（2学时）
一机械设计的基本要求
二设计的内容和步骤
三设计计算的准则
四零件的结构工艺性
五机械设计的标准化
*考核要求*
识记：
机械设计的基本要求和设计的内容和步骤。
理解：
零件的结构工艺性和零件的结构工艺性。
应用：
机械零件的失效形式和设计计算的准则。
第10章连接（2学时）
第一节螺纹连接第三节紧固连接
一、螺纹连接的基本类型及应用一、销钉连接
二、螺纹连接的预紧与防松二、过盈连接
第二节键连接
一、连接接的类型
二、连接接的强度计算
三、花键连接
*考核要求*
识记：
了解键连接的种类、构造特点和应用；花键连接的种类、对中方式、特点和应用。
掌握了解键连接的公差、花键连接的公差。
焊接、铆接、粘接的类型、特点及设计。
过盈配合连接的工作原理及装配方法。
理解：
平键连接的失效形式、设计步骤和尺寸选择方法。
过盈配合连接的设计计算。
应用：
重点掌握键、花键的类型和特点、尺寸选择和强度校核方法。
第11章齿轮传动（4学时）
1．了解并记住齿轮轮齿的五种常见失效形式（轮齿折断、齿面点蚀、过度磨损、胶合、塑性变形），特别是轮齿折断和齿面点蚀。
2．熟练掌握直齿圆柱齿轮传动的受力分析，包括作用力大小的计算和方向的判定。
理解计算载荷和名义载荷的关系。
3.了解标准直齿圆柱齿轮传动齿面接触强度公式推导的理论依据，理解公式中各参数的含义和对接触强度的影响。
4．熟练掌握接触强度公式的应用：
理解相啮合大小齿轮的接触应力相等，理解大小齿轮的许用接触应力不等。
理解强度计算时应取大小齿轮许用接触应力值中之较小者。
*考核要求*
识记：
标准直齿圆柱齿轮传动齿根弯曲强度计算公式推导的理论依据，理解公式中各参数的含义和对弯曲强度的影响。
理解：
掌握齿根弯曲强度公式的应用：
理解齿形系数YFa的含义和相啮合的大小齿轮齿形系数不等，理解大小齿轮的变曲应力不等；理解大小齿轮的许用弯曲应力不等。
理解当应用弯曲强度设计计算公式时，应取大小齿轮齿形系数与许用弯曲应力之比值中的较大者。
应用：
熟练掌握斜齿圆柱齿轮传动的受力分析，包括所受的各分力大小的计算和方向的判定。
第12章蜗杆传动（2学时）
标准直齿圆柱齿轮传动的设计原理及强度计算方法。
要求掌握齿轮传动的失效形式和计算准则、基本设计原理、设计程序和方法，斜齿轮和直齿圆锥齿轮传动的受力分析。
掌握渐开线圆柱齿轮精度标柱、齿轮及传动公差的选取及标注。
*考核要求*
识记：
理解普通圆柱蜗杆（阿基米德蜗杆）传动的主要参数及其含义；理解蜗杆传动的正确啮合条件；理解有关参数对啮合效率、蜗杆刚度的影响；理解相对滑动速度与蜗轮材料选择的关系。
理解：
熟练掌握蜗杆传动的受力分析，包括所受各分力大小的计算，以及蜗杆和蜗轮的转向和各分力方向的判定。
应用：
了解热平衡计算的目的，了解散热及冷却措施，了解传动的效率与润滑的关系。
第13章带传动和链传动（4学时）
第一节带传动的概述第三节V带传动的张紧、安装与维护
一、带传动的类型及特点第四节同步带传动
二、带传动的理论基础第五节链传动
第二节V带与V带轮
一、普通V带的结构和标准
二、V带轮的材料和结构
*考核要求*
识记：
了解带传动的类型、特点和应用；链传动的类型特点和应用；链传动的运动特性；链传动的主要参数及其选择：
传动比、链轮齿数、链节距、中心距、链条节数等；套筒滚子链传动的设计计算。
理解：
理解和掌握带传动的工作原理和理论基础（带传动的几何关系，带传动的力分析、应力分析，带的弹性滑动和打滑，带传动的最大有效圆周力，带传动的失效分析和设计准则，单根三角带所能传递的功率）
应用：
V带传动设计计算。
第14章轴（4学时）
第一节轴的概述第二节轴的结构设计
一、轴的类型一、轴上零件的定位和固定
二、轴的材料二、各段轴径和长度的确定
三、轴设计的主要问题和一般步骤三、改善轴的结构工艺性
第三节轴的强度计算与轴的设计
*考核要求*
识记：
了解轴的分类，了解轴的材料，转轴、心轴和传动轴的承载特点和轴的结构设计特点。
理解：
掌握轴的结构设计，熟悉轴上零件的轴向和周向定位方法，明确轴的结构设计应注意的问题及提高轴承载能力的措施。
应用：
阶梯轴的结构设计和强度校核。
轴强度计算：
①按扭距初步估算轴的直径。
②按弯、扭合成强度计算轴的直径。
③按疲劳强度进行轴的精确校核。
第15章滑动轴承（2学时）
1．解滑动轴承的特点、主要类型、结构形式和应用场合。
2．了解滑动轴承中液体摩擦状态、非液体摩擦状态的概念。
3．了解滑动轴承的主要失效形式和对轴瓦材料的基本要求。
了解常用的轴瓦和轴承衬材料及其主要特点与应用场合。
4．了解常用润滑剂的种类及应用场合，了解润滑油粘度的选择原则。
5．掌握非液体摩擦滑动轴承条件性校核计算准则：
p≤[p]，pv≤[pv]。
6．了解油楔承载机理和两相对滑动表面间形成动压油膜的条件。
*考核要求*
识记：
径向滑动轴承的主要类型、特点及其应用、各类滑动轴承结构特点、对轴瓦材料的基本要求和常用轴瓦材料、轴瓦结构、滑动轴承采用的润滑剂与润滑装置、多油楔轴承等其它动压轴承的工作原理、特点及应用；
理解：
液体动压润滑径向滑动轴承的计算要点、工作过程，压力曲线及需要哪些计算；
应用：
掌握非液体润滑轴承的失效形式、设计计算准则，流体动压润滑的基本方程——一维雷诺方程、油楔承载机理及条件、热平衡的计算。
第16章滚动轴承（4学时）
一、轴承的功用
二、滚动轴承的结构、类型和性能
三、轴承的类型和特点
四、滚动轴承的代号
五、滚动轴承的失效形式和设计准则
六、滚动轴承的组合设计
了解各类轴承的结构特点、选用轴承的类型、予紧、润滑、静负荷计算及极限转速计算、特殊滚动轴承的特点；理解滚动轴承的工作情况、密封的作用及方式；
熟练掌握常用滚动轴承的代号及表示方法、滚动轴承的主要失效形式及基本额定寿命计算方法（概念与公式）、正确进行滚动轴承部件的组合结构设计；能够正确画出滚动轴承部件装配图。
*考核要求*
识记：
了解滚动轴承的精度等级、内径与外径的公差带及其特点。
掌握滚动轴承与轴和壳体孔。
理解：
理解轴承的用途和分类；滑动轴承的特点和应用；轴瓦材料和轴瓦结构；非液体摩擦滑动轴承失效形式、设计准则及设计计算；
应用：
理解滚动轴承的类型、代号，主要轴承类型、特点和选择；掌握滚动轴承的额定寿命、额定动负荷、当量动负荷及其寿命计算；滚动轴承的组合设计。
第17章联轴器离合器和制动器（2学时）
一、联轴器与离合器的功用
二、常用联轴器
三、常用离合器
四、弹簧及功用
*考核要求*
识记：
了解联轴器与离合器的主要类型和用途；了解各类弹簧的工作原理、特点及应用。
理解：
联轴器和离合器的结构特点、工作原理和选用步骤。
应用：
掌握圆柱螺旋弹簧的设计方法。
第18章弹簧（2学时）
一、联轴器与离合器的功用
二、常用联轴器
三、常用离合器
四、弹簧及功用
*考核要求*
识记：
了解联轴器与离合器的主要类型和用途；了解各类弹簧的工作原理、特点及应用。
理解：
联轴器和离合器的结构特点、工作原理和选用步骤。
应用：
掌握圆柱螺旋弹簧的设计方法。
机动2学时
第三部分有关说明与实施要求
一、考核的能力层次表述
本大纲在考核目标中，按照“识记”、“理解”、“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求。
各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上，其含义是：
识记：
能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低层次的要求。
理解：
在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。
应用：
在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题，是最高层次的要求。
二、教材
1、指定教材《机械设计基础》杨可桢，程光蕴，李仲生主编，高等教育出版社，2006年5月第5版。
2、参考教材《机械设计基础》林承全编著，华中科技大学出版社，2008年8月第1版。
《机械设计基础课程设计及题解》（含1CD）林承全编著，华中科技大学出版社，2009年12月第1版。
三、自学方法指导
1、在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。
2、阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本理论必须彻底弄清，对基本方法必须牢固掌握。
3、在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，这可从中加深对问题的认知、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。
4、完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节，在做练习之前，应认真阅读教材，按考核目标所要求的不同层次，掌握教材内容，在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥，注重理论联系实际和具体问题具体分析，解题时应注意培养逻辑性，针对问题围绕相关知识点进行层次（步骤）分明的论述或推导，明确各层次（步骤）间的逻辑关系。
四、对社会助学的要求
1、应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。
2、应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。
3、辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。
4、辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡"认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通"的方法。
5、辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。
6、注意对应考者能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，解决问题。
7、要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中会存在着不同难度的试题。
8、助学学时：
本课程共3学分，建议总课时54学时，其中助学课时分配如下：
教学内容
建议学时
备注
绪论
1
第1章平面机构的自由度和速度分析
3
实验课外
第2章平面连杆机构
4
第3章凸轮机构
4
第4章齿轮机构
4
实验课外
第5章轮系
4
第6章间歇运动机构
2
第7章机械运转速度波动的调节
2
第8章回转体的平衡
2
第9章机械零件设计概述
2
第10章连接
2
第11章齿轮传动
4
第12章蜗杆传动
2
第13章带传动和链传动
4
第14章轴
4
实验课外
第15章滑动轴承
2
第16章滚动轴承
4
第17章联轴器、离合器和制动器
2
第18章弹簧
2
合计
54学时
五、关于命题考试的若干规定
1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。
试题覆盖到章，适当突出重点。
2、试卷中对不同能力层次的试题比例大致是：
"识记"为15%、"理解"为30％、"应用"为55％。
3、试题难易程度应合理：
易、较易、较难、难比例为2：
3：
3：
2。
4、每份试卷中，各类考核点所占比例约为：
重点占65%，次重点占25%，一般占10%。
5、试题类型一般分为：
填空题、单项选择题、简答题、计算题等题型。
6、考试采用闭卷笔试，考试时间150分钟，采用百分制评分，60分合格。
六、题型示例
（一）填空题
1．以齿轮中心为圆心，过节点所作的圆称为圆。
（二）单项选择题
1．在曲柄摇杆机构中，为提高机构的传力性能，应该（）。
A．增大传动角γB．减小传动角γ
C．增大压力角αD．减小极位夹角θ
（三）简答题
1、齿轮的失效形式主要有那几种?
（四）计算题
1、计算自由度（如有复合铰链、虚约束、局部自由度，请在图中指出）
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