《机械工程设计基础课程设计》
|
课程编号： |
MEE02718 |
课程名称： |
机械工程设计基础课程设计 |
|
学分/学时： |
3/3周 |
英文名称： |
Curriculum Design of Foundation of Mechanical Engineering Design |
|
大纲执笔人： |
姬宜朋 |
大纲审核人： |
蔡晓君 |
|
适用专业： |
环境工程 |
||
|
先修课程： |
大学物理、工程力学、机械制图、环保设备设计基础 |
||
|
大纲更新时间： |
2017年1月 |
||
一、课程性质与定位
机械工程设计基础课程设计旨在为环境工程专业学生提供环保设备结构设计的实践训练，通过实践环节的训练，加强学生的感性认识，巩固理论知识的学习，强化基本原理基本概念的理解，培养理论联系实际的工作作风；通过自主设计，培养学生系统的利用所学理论知识和工具软件进行环保设备结构设计的能力，掌握环保设备相关产品结构设计的基本步骤和方法。
1．综合运用理论课程及其他已修课程的理论和生产实际知识进行环保设备执行机构的方案分析、传动机构和轴系结构设计训练，从而使这些知识得到进一步巩固、加深和扩展。
2．学习和掌握通用机械零部件、机械传动、通用零部件设计的基本方法及步骤，培养工程设计能力、分析问题和解决问题的能力。
3．提高学生在计算、制图、运用设计资料、进行经验估算、考虑技术决策等环保设备设计方面的基本技能。
4．培养学生的工程意识及实际动手能力，训练学生完成产品和机械结构设计的能力。
二、课程教学目标与达成途径
课程教学目标1：通过项目学习，实践训练以环保设备执行机构的方案分析、传动机构和轴系结构的设计为着眼点，将相关理论课程中的各种理论和方法融会贯通，综合运用相关理论知识，分析和解决工程的实际问题，巩固和加深学生所学的理论知识。使学生感性的认识机械传动结构和标准零部件等，对环保设备结构的分析与设计方法有一个较完整的概念。在此基础上进行自主的方案分析、传动机构设计和结构设计，培训其初步的机械设计能力、开发和创新机械产品的意识。在实践内容的设置上，充分考虑学生的积极性和主动性的调动，从培养学生能力出发，锻炼其归纳和整理资料，分析处理信息的能力；提高其运算、绘图、运用专业软件完成环保设备执行机构运动分析、传动机构的设计以及轴系设计的独立工作能力。通过编写说明书、答辩等训练，培养学生表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力。
课程教学目标2：①通过项目学习，具有根据环保设备功能的要求，制定或分析设计方案，在对机构进行运动分析的基础上选择合理执行机构，选择电动机、传动机构、标准零部件的能力；具有根据工况分析和计算作用在零件上的载荷，合理选择材料，正确计算零件工作能力，确定传动零件的主要参数和尺寸得能力；具有充分考虑加工工艺，安装与调整，使用与维护，经济和安全等问题对机器和零件进行结构设计的能力；具有正确设计工程图纸、视图投影正确，符合制图标准，尺寸公差标注正确，技术要求合理的能力。②通过查阅文献、工程软件学习，培养学生开发和锐意创新的能力，培养学生掌握主要文献检索工具互联网搜索引擎的使用方法，锻炼其归纳和整理资料、分析处理信息的能力，以及自学工程软件的相关能力，为后续课程的学习做准备。③通过学生自行组建2-4人的项目小组，完成典型环保设备方案分析、传动机构和轴系结构的设计，特定环境下零部件材料的选择、强度校核、工程图绘制、三维虚拟样机数字化设计等，并撰写设计说明书，培养学生科学运算、绘图、运用计算机完成设备系统整体分析和设计的能力；通过编写说明书，培养学生表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力，培养学生团队合作能力。
课程教学目标3：通过实际操作和项目学习，让学生体验机械产品设计全过程实践，并运用工程设计软件进行设计、绘图和分析，及时总结学习内容，提高学习效果。
表1 毕业要求指标点实现矩阵
|
专业毕业要求 指标点 |
课程教学目标 |
达成途径 |
|
2.3能够运用数学、自然科学和工程科学的知识，并利用文献调研分析复杂环境工程问题，获得有效结论。 |
通过查阅文献、项目学习，培养学生根据环保设备执行机构的要求，建立数学模型并进行运动分析的能力，锻炼其归纳和整理资料、分析处理信息的能力，能够运行数学、自然科学和工程科学的知识分析解决工程问题能力。 |
课堂讲授：以典型环保设备的设计过程为主线，讲解利用数学、自然科学、工程基础和专业知识解决复杂环境设备设计的方法、关键点； 研讨课：典型环保设备设计过程作为研讨课内容，通过学生运用数学、工程力学、环保设备设计基础等进行环保设备初步分析，进而完成设备的方案设计和总体结构设计，小组研讨交流，深入掌握教学内容； 项目教学：组建2-4人项目小组，通过查阅文献，综合运用数学、自然科学、工程基础和专业知识分析和完成典型环保设备机械机构的分析和设计，根据设计轴系特征抽象出力学模型，并进行校核计算，撰写项目报告，制作PPT并进行答辩。 |
|
3.3在设计过程中综合考虑社会、法律、文化和环境等因素的影响。 |
通过查阅文献，培养学生在设计过程中综合考虑社会、法律、文化和环境等因素。 |
课堂讲授：以典型环保设备的设计过程为主线，讲解机械系统设计的过程中需要综合考虑社会、法律、文化和环境等因素的影响，掌握常用手册的方法； 研讨课：典型环保设备设计过程作为研讨课内容，通过机械系统应用环境分析可能对其影响的社会、法律、文化和环境等因素，为项目设计计算提供支撑和依据； 项目教学：组建2-4人项目小组，通过查阅文献，调研所设计设备的研发历程，分析具体工作环境，并为后续零件材料选择和热处理方法等作基础，撰写项目报告，制作PPT并进行答辩。 |
|
6.1了解与环境工程相关的技术标准、知识产权、产业政策和法律法规。 |
通过查阅文献，培养学生根据环境工程相关的技术标准、产业政策和法律法规开展机械系统设计过程，同时，注意尊重知识产权的意识。 |
课堂讲授：以典型环保设备的设计过程为主线，讲解机械系统设计的过程中需要常用标准、产业政策和法律法规，并在设计中应用； 研讨课：典型环保设备设计过程作为研讨课内容，通过讨论环境工程相关的技术标准、知识产权、产业政策和法律法规，为项目设计计算提供支撑和依据，同时开阔视野； 项目教学：组建2-4人项目小组，通过查阅文献、手册等，确定装配图和零件图绘制的公差配合要求，根据具体工作环境选择材料、热处理方法等，绘图过程中遵守相关的国标和行业标准，撰写项目报告，制作PPT，并进行答辩。 |
|
9.2能够在本专业的实践课程当中理解个人职责与团队目标的关系，能够作为个体或团队成员完成所承担的任务。 |
通过2-4人项目小组共同完成一个典型的环保设备的设计过程，完成过程中进行分工协作、相互讨论交流等措施培养学生团队合作能力。并使其能够正确认识多学科团队对复杂工程问题的工程实践的意义和作用。 |
研讨课：典型环保设备设计过程作为研讨课内容，引导学生开展小组甚至小组间的研讨交流，通过相互学习深入掌握教学内容； 项目教学：组建2-4人项目小组，通过协作完成一个个人难以完成的项目，通过充分发挥组内成员能力来完成一个典型环保设备的设计、绘图，撰写项目报告，PPT，并进行答辩。并要求在说明书和PPT中体现项目协作过程。 |
|
10.2能正确、熟练、规范地运用文字、图纸等撰写环境工程方面的技术报告、设计文稿、陈述发言。对环境工程及其相关领域的国际状况有所了解，能对当前相关热点问题发表自己的想法。 |
在进行2-4人小组项目完成过程中，通过建立数学模型、绘图、编写说明书、制作PPT等培养学生能正确、熟练、规范地运用文字、图纸等表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力。通过调研相关设备发展历程，了解相关领域国际状况，并对相关热点问题发表自己的想法。 |
研讨课：开展典型环保设备设计前，先以发展历程为研讨课内容，促进学生了解相关领域国际状况，并对相关热点问题发表自己的想法。 项目教学：项目完成过程中，通过建立数学模型、绘图、编写说明书、制作PPT等培养学生能正确、熟练、规范地运用文字、图纸等表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力。 |
三、内容提要与学时安排
（一）内容提要
1．建议设计题目类型：设计题目分为三类。第一类为基本题目，即常规环保设备的设计。题目类型和数据由教师给出。这类题目的比例可在60%-80%；第二类为环保设备创新设计题目，类型结合教研室相关教师的科研项目、全国环境保护类设备设计大赛等，题目类型和数据由教师确定，比例所占10%-20%；第三类为学生自选题，比例占10%-20%左右，其工作量相当于二级减速器的设计量。
2．设计准备：根据设计任务书要求，明确设计目标、工作环境条件、相关的政策、法规、内容和步骤；阅读有关资料，了解项目所涉及设备的发展历程，明确课程设计的方法和步骤，初步拟定设计计划。
3．方案设计：根据任务书中所给参数和工作要求，对执行机构进行运动分析。
4．传动机构设计：根据执行机构的输出转速、转矩等，计算功率，选择电动机，进行传动机构设计，完成轴系结构设计，并进行轴承、键、螺栓等标准零部件的选择和校核。
5．主要零部件的三维造型设计与三维装配设计：在设计过程中应注重三维设计软件的应用与训练，在完成机械零部件初步结构设计后，能够运用三维设计软件完成主要零件的三维造型设计、三维装配设计等，并进行装配干涉检查。
6．设计图纸：学生应完成的工作量为手绘装配草图一张（A1图幅），AUTOCAD总装配图一张（A1图幅），零件图1张（A4图幅）。自选题目的工作量与上述相当即可，制图必须严格按照相关标准完成，并按照手册选择合理的轴系配合关系和公差。
7．设计计算说明书：设计计算说明书是最重要的技术文档之一，每个课程设计小组或个人都必须按规定格式整理和编写一份《环保设备设计基础课程设计说明书》。说明书以设计计算内容为主，包括：执行机构运动分析、传动比、功率计算，电动机和减速器的选型，轴系结构的设计计算，轴承、键、螺栓以及联轴器的选择等内容。
8．产品模型制作：对具有创新性结构新的设计，教师可要求学生制作产品模型，通过设计-制作一体化训练，提高学生的动手能力和工程素质。
9. 答辩：答辩以小组或个人为单位，学生须向教师展示设计方案、设计计算过程、零部件三维造型设计、工程图等，每个设计题目答辩时间为5-10分钟，其中学生演讲4分钟，教师提问2分钟。
（二）基本要求
1．必须完成环保设备设计基础课程设计的所有内容，并具有完整设计说明书；
2．设计说明书必须体现实际设计过程，并有一定的创新；
3．实践以小组为单位进行，组织学生对环保设备的结构、传动方式、工作原理等进行分析学习，最终具有独立设计能力。组内每个同学均需根据各人的设计参数独立完成整个结构的设计工作，所设计的机构能够满足方案设计的所有要求；
4．总体结构和传动方案确定后，能够利用已学知识对承载零件进行力学分析，并设计出符合工艺要求的零件结构；
5．每组学生可利用UG/ProE/Solidworks等三维建模软件完成机械零件和装配的三维设计，并根据装配模型进行干涉检查，对设计进行修正；
6．完成设计装配图和零件图等工程图的绘制工作；
7．写一份完整的设计计算说明书和PPT。
设计工作的重点应着眼于零件的承载能力分析、结构工艺性能设计、应用专业软件对结构进行预装配和干涉检查，并根据模型对结构进行调整、改进最终完成设计任务。
四、建议教学进度
课程设计可以采用集中和分散式结合的运行方式，设计过程采用集中讲解课外完成的策略，零件的受力分析、结构设计和三维建模均要求学生课外完成，单独辅导，并定期集中检查，具体进度：
1. 讲课、布置课程设计题目 0.5天
2. 设计准备，查阅文献，拟定设计计划 1天
3. 设计方案，对执行机构进行运动分析 2.5天
4. 传动比、功率计算 0.5天
5. 选择电动机，确定传动方案 0.5天
6. 传动机构设计 2.5天
7．轴系结构设计 2.5天
8. 三维零件建模和装配(含检查和答疑) 2天
9. 装配图和零件图工程图绘制(含检查和答疑) 1天
10. 编写说明书及制作模型 1天
11. 资料提交及答辩 1天
合计 15天
五、教学方式
1．总体结构和设计方案确定阶段以小组为单位进行；
2．结构设计、三维建模以及工程图制作在教师指导下由学生独立完成。
3．课程设计的选题应与教学目的相一致。选题要能体现出培养学生的知识获取和应用能力，实践动手能力，并在此基础上培养学生的创新意识与能力。在具体的操作上，采用老师提供可选的设计题目与学生自选设计题目相结合的方式进行选题。教师提供的选题，主要是一些经过时间考验的经典设计题目，如澄清池搅拌器；学生的自由选题是在教师帮助下进行的，主要目的是使得选题与学生掌握的理论知识及课程设计的学时相适应，避免出现选题过于繁难或过于简单的情况。
4．注意事项：课程设计中教师和学生都要严格遵守学校及系有关纪律和规定。
六、建议教材或参考书：
建议教材：
《环保设备机械设计》自编讲义。
阅读书目：
1.汤善甫、朱思明主编，《化工设备机械基础》，华东理工大学出版社，2004年
2. 蔡仁良编著，《流体密封技术》化学工业出版社，2013.
3. 金兆丰主编，《环保设备设计基础》化学工业出版社，2005.
七、学生成绩评定方法
课程评分类型：五级分制。
1．平时分(设计草稿)20％
2．设计说明书20%
3．草图和零件图20%
4．CAD装配图和三维造型图20%
5．答辩20%。
表2 课程教学目标评价矩阵
|
成绩组成 |
考核/评价环节 |
分值 |
考核/评价细则 |
对应的教学目标 |
|
平时分含设计草稿20％ |
关键计算过程草稿，教师审查后修改过程。 |
20 |
主要考核学生平时表现、自主设计能力、计算能力，按20%计入总成绩。 |
1、2、3 |
|
设计说明书20% |
文章组织合理，文字表达清晰。方案分析、零件应力分析计算是否正确。 |
20 |
主要考核学生方案设计能力、团队协作能力、文章组织和文字表述能力，按20%计入总成绩。 |
1、2、3 |
|
草图和零件图20% |
是否符合制图标准，尺寸标注方法是否正确、图纸表达方式是否正确。 |
20 |
主要考核学生标准应用能力、公差配合关系的选择，按20%计入总成绩。 |
2、3 |
|
CAD装配图和三维造型20% |
是否符合制图标准，尺寸标注方法是否正确、图纸表达方式是否正确、软件应用能力。 |
20 |
主要考核学生制图知识、标准应用能力，计算机辅助设计和软件应用能力，按20%计入总成绩。 |
2、3 |
|
答辩20% |
能否正确、清晰表达自己的观点，能否正确回答问题。 |
20 |
主要考核学生团队协作能力、语言组织和表述能力，通过回答问题考察学生知识掌握情况，按20%计入总成绩。 |
1、2、3 |
八、毕业要求达成度评价依据与方法
|
指标点 |
评价依据 |
评价方法 |
|
2.3 |
设计草稿 设计说明书 答辩 |
设计草稿20％、设计说明书20%、答辩20%。 |
|
3.3 |
设计草稿 设计说明书 答辩 |
计草稿20％、设计说明书20%、答辩20%。
|
|
6.1 |
设计草稿 零件图和草图 CAD装配图和三维造型图 设计说明书 答辩 |
设计草稿20％、设计说明书20%、草图和零件图20%、CAD装配图和三维造型20%、答辩20%。 |
|
9.2 |
设计草稿 设计说明书 答辩 |
设计草稿20％、设计说明书20%、答辩20%。 |
|
10.2 |
设计草稿 零件图和草图 CAD装配图和三维造型图 设计说明书 答辩 |
设计草稿20％、设计说明书20%、草图和零件图20%、CAD装配图和三维造型20%、答辩20%。
|