一、课程名称

高等机械设计方法（B08020301）

Higher mechanism design

二、学分、学时

该课为学位课，2学分，40学时。

三、预修课程

现代机械设计、机械设计

四、适用专业

机械设计及理论、机械电子工程、交通工程、森林工程、控制工程及理论

五、课程主要内容、重点、难点及学时分配

（一）本课程教学基本要求

通过高等机械设计方法的教学要使学生了解高等机械设计的基本思想，认识高等机械设计在机械中的作用及其发展概况。初步掌握高等机械设计的方法，掌握基本的设计手段。并具备运用高等机械设计方法求解一般机械工程问题的能力。

（二）大纲说明

高等机械设计是机械设计理论和技术发展中的一门博士学位课程，它的基本思想是：根据机械设计的现代理论、方法和设计规范和行业的新标准等，把工程设计问题按照现代设计的理论和方法、要求建立一个能体现精确求解设计问题的数学模型和方法，然后，采用现代设计的理论和方法找出它的最优化方案，使问题的解决更完善化。

这门新兴的科学技术对于进一步提高机械设计水平，改进机械产品适量质量、发展了机械设计的理论与方法具有相当重要的地位。高等机械设计方法是解决机械工程复杂问题的有效手段，为此，对于机械设计及理论的博士研究生，在学完传统设计课程、现代机械设计理论以后和机械系统一般设计方法与理论的基础上，继续了学习高等机械设计的一些最基本概念、理论和方法，开拓现代机械设计的思想，掌握高等机械设计的基本技能是十分必要的。

近十年来，以计算机为工具，以有限元为方法，利用现代设计方法，形成了高等机械设计的系统理论和方法。从国际范围来说，高等机械设计方法在近十年来才开始重视起来并得到迅速的发展。高等机械设计方法虽然发展历史很短，但进展很快，在各种专用机械设计和工艺设计方面都很快得到应用，并取得到了一定的成果。

本门课程的主要内容包括：绪论，机械方案设计，机械结构设计，机械抗磨损设计，机械强度设计，联接设计，机械传动设计，支撑零件设计，机械零件实验机设计，机械设计实验数据处理。

本门课程的教学目的和任务是：通过高等机械设计方法的教学使博士研究生掌握利用现代设计的理论和思想高精度地解决机械设计中的具体复杂问题。并且利用编制计算机程序处理机械设计中可能出现的具体实际问题，用现代设计手段寻找最佳的机械设计方案。

高等机械设计方法是一种设计方法。在有条件的情况下，应在课余时间指导学生上机操作，提高学生独立工作的能力。

（三）培养学生的能力及素质要求

1．培养学生认识高等机械设计、了解高等机械设计的能力。

2．培养学生掌握分析高等机械设计的基本方法，能对一些高等机械设计进行分析的能力。

3．开阔思路，设计与创造新的高等机械设计方法和理论，培养学生不仅能解决本课程所学的一些现代设计方法，而且可以举一反三，运用现代设计理论设计一般机构的精确解，并对以后的课题设计，毕业论文提供必备的基础知识。

4．更新观念、发展高等机械设计学科，培养学生能运用其他学科知识综合解决高等机械设计设计问题。

（四）学习本门课程应该具备的基础知识

1．计算方法

2．现代机械设计理论

3．断裂力学

4．复合材料力学

5．机械优化设计

6．摩擦学

7．现代机械制造学

8．金属材料学

9．动态测量与实验技术

10．工程数学

11．机械CAD技术

绪论（4学时）

教学目的和要求：

1  机械设计的发展和高等机械设计的定义

1.1传统设计方法与现代设计方法的定义

1.1.1传统机械设计

1.1.2 现代机械设计

1.1.3高等机械设计

1.2 机械设计方法的发展趋势：

机械基础、机械原理、机械设计、现代机械设计、高等机械设计、现代高等机械设计。

1.2.1高等机械设计的任务

1.2.2高等机械设计与其它学科的关系

1.2.3高等机械设计的基本设计依据。

1.2.4 广义的设计概念。

1.2.5机械设计人员的知识面

1.2.6 设计人员的思维与从事发明创造具有的主要素质，设计者应该具备的修养。

1.3高等现代设计方法的研究范畴

1.3.1机械方案设计。

1.3.2机械结构设计。

1.3.3机械抗磨损设计。

1.3.4机械强度设计。

1.3.5联接设计。

1.3.6机械传动设计。

1.3.7支撑零件设计。

1.3.8机械零件实验机设计。

1.3.9机械设计实验数据处理。

1.4高等机械设计的发展史：

2  分析和设计能力方面

对一般机械设计中的复杂设计问题能给出其精确解决的思路，判断其解决方法的正确性。具有对一般机械设计问题能够进行定性精确分析和进行复杂计算的基本知识和技能。具有按已知条件提出几种解决方法和计算机计算的技能。

3  基本技能训练方面

3.1具有与本课程有关的解题、运算、制定设计方案、制图和使用技术资料等方面的技能。

3.2了解一些有关的最基本的高等机械设计方法。

4  其他方面

对某些常用的设计方法、有关的高等机械设计的工程常识以及重要的最新技术成就和发展方向等有较宽广的理解。通过列举一些实际的高等机械设计问题，可以对高等机械设计的主要名词术语进行定义和作必要的解释。使学生了解的现代设计的解题形式和分类的方法。

第一章  机械的方案设计（2学时）

教学目的和要求：在讲述机械的方案设计方法之前,首先讲述方案系统、方案划分的基本性质，方案系统组成的条件及一般原理等。使得学生掌握和使用现代机械系统方案设计方法。

1.1机械方案设计的意义

1.1.1机械的方案设计的创造性原则

1.1.2机械的方案设计的优化原则

1.1.3机械的方案设计的可靠性原则

1.1.4机械的方案设计人机工程原则

1.2机械设计的三个基本活动

1.2.1机械设计设计计划的制订

1.2.2设计计划阶段的最终目标

1.2.3方案设计必须遵守的原则

1.2.4机械原理方案设计

1.2.5机械系统总功能分解

1.3 常用的基本功能结构

1.3.1 功能元求解

1.3.2 求解机械原理解

1.3.3 结构方案的产生

1.3.4 结构方案的构形

1．4 创合性思维方法

1.4.1 创合性思维方法分为三个阶段

1.4.2 创合性思维方法的特点和法则

1.4.3 创合性思维方法的步骤

1.4.4 创合性思维设计者必须具备的条件

1.4.5 创合性思维的重要环节

第二章 机械结构设计（4学时）

教学目的和要求：要求学习本章以后，在讲述机械的机构设计方法之前,首先掌握结构设计的重要性、结构的基本性质，结构组成的条件及一般原理等。使得学生掌握和使用现代机械结构设计方法。

2.1机械结构设计的重要性

2.1.1机械结构设计应该注意的问题

2.1.2机械结构设计的基本内容

2.2机械系统应具有的功能

2.2.1机械系统应具有的使用条件

2.2.2机械系统应具有的生产条件

2.3 零部件结构工艺性

2.3.1 机械加工和装配的工艺性

2.3.2 机械加工和装配的工艺性

2.3.3 修配和回收的工艺性

2.3.4 考虑节约材料

2.4 改变应力集中

2.4.1改变应力集中常用的方法

2.4.2 减小名义应力常用的方法

2.4.3 避免应力集中源相距过近

2.4.4 采用表面处理

2.4.5 提高接触强度

2.4.6 改变接触强度零件的结构

2.4.7 变载荷下工作的零件的结构

2.5 考虑温度对强度影响

2.5.1 考虑温度对强度影响的结构设计

2.5.2 补偿温度误差的补偿原理

2.6 磨损误差的补偿

2.6.1 磨损误差的补偿原理

2.6.2 机构设计误差的均化原理

2.6.3 机构设计误差配置原理

2.6.4 机构配置原理在装配时要注意的问题

2.6.5 误差缩小和放大原理（传动比原理）

2.7 减小噪声

2.7.1 减小噪声的相关规定

2.7.2 减小噪声的结构设计

2.8 减轻腐蚀

2.8.1 减轻腐蚀的设计方法

2.8.2 腐蚀的结构分类

2.8.3 腐蚀的腐蚀原因分类

2.8.4 减轻腐蚀的结构

第三章  机械抗磨损设计（10学时）

教学目的和要求：在工程实际中，尽管所有机械设计问题几乎都有磨损的问题。但传统机械设计没有将磨损作为设计中的问题来讨论。在高等机械设计中，有抗磨损设计的具体方法和思想以后，使学生在进行传统机械设计中也可以借助于抗磨损思想来构思和设计机器。因此，本章着重讲授几种常用的抗磨损的思维方法和设计理论。要求学生掌握最基本的抗磨损设计的基本方法和思维方法。

3.1 抗磨损设计的意义

3.1.1 磨损造成的经济损失

3.1.2 抗磨损设计的经济效益

3.1.3 抗磨损设计的性质

3.1.4 抗磨损设计的发展

3.2 固体表面的性质、接触与摩擦

3.2.1 机械零件表面的结构

3.2.2 机械零件表面的性质

3.2.3 机械零件表面的表面形貌

3.2.4 机械零件表面的接触

3.2.5 机械零件表面的接触力学

3.2.6 机械零件表面的热力学

3.2.7 固体的磨损与影响因素

3.2.8 机械零部件的磨损过程

3.3 机械零部件的粘着磨损

3.3.1 影响粘着磨损的主要因素

3.3.2 摩擦副材料对粘着磨损的影响

3.3.3 摩擦副材料对粘着磨损的影响

3.3.4 表面膜对粘着磨损的影响

3.3.5 表面粗糙度对粘着磨损的影响

3.3.6 表面压强对粘着磨损的影响

3.3.7 滑动速度对粘着磨损的影响

3.3.8 表面温度对粘着磨损的影响

3.4 影响磨料磨损的主要因素

3.4.1 磨料磨损的形成

3.4.2 磨料磨损的物理和机械性能

3.4.3 磨料磨损的物理和机械性能

3.4.4 磨料特性对磨料磨损的影响

3.4.5 冲击磨料对磨料磨损的影响

3.4.6 表面粗糙度对磨料磨损的影响

3.5 影响接触疲劳磨损的主要因素

3.5.1 接触疲劳磨损的形成

3.5.2 接触疲劳磨损的几个阶段

3.5.3 裂纹萌生的位置

3.5.4 裂纹萌生的原因

3.5.5 裂纹萌生的微观机理

3.5.6 接触疲劳磨损的磨屑形状

3.5.7 接触疲劳磨损的形成过程

3.5.8 接触疲劳磨损的寿命概念

3.59 润滑产生接触疲劳磨损的机理

3.5.10 润滑对接触疲劳磨损的影响

3.6  影响腐蚀磨损的主要因素

3.6.1 腐蚀磨损的形成

3.6.2 腐蚀磨损的氧化膜作用

3.6.3 腐蚀磨损的氧化膜性质

3.6.4 载荷与滑动速度对腐蚀磨损的影响

3.6.5 特珠介质引起的腐蚀磨损

3.6.6 气蚀引起的腐蚀磨损

3.6.7 气蚀引起腐蚀磨损的机理

3.7 微动磨损的形成

3.7.1 微动磨损的形成机理

3.7.2 微动磨损的形成环境

3.7.3 微动磨损的形成环境

3.7.4 微动磨损的影响因素

3.8 工作变量对磨损的影响

3.8.1 磨损转变的基本原因

3.8.2 润滑状态对磨损的影响

3.8.3 油膜厚度对磨损的影响

3.8.4 抗磨损设计的可控因素

3.8.5 润滑剂供给量

3.8.6 自动调位设计考虑的问题

3.8.7 温度升高增加的腐蚀磨损

3.9 减少磨损的措施

3.9.1 抗磨损设计的研究任务和方向

3.9.2 预测磨损的常用方法

3.9.3 预测磨损的具体方法

3.10 润滑与润滑设计

3.10.1 润滑设计的目的

3.10.2 润滑与润滑设计

3.10.3 雷诺方程的基本假设

3.10.4 弹性流体动压润滑

3.10.5 高副中的弹性流体动压润滑

3.10.6 弹性流体动力学（简称EHD）

3.10.7 线接触摩擦副的弹性流体动压润滑理论

3.10.8 线接触摩擦副的弹性流体动压润滑油膜

3.11 流体静压润滑理论

3.11.1 流体静压润滑的主要优点

3.11.2 流体静压润滑的主要应用场合

3.11.3 流体动静压润滑主要应用场合

3.11.4 流体动静压润滑的主要缺点

3.11.5 流体静压润滑原理

3.11.6 流体静压润滑的供油系统

3.11.7 定量系统与定压系统

3.11.8 定压供油系统

3.11.9 流体静压节流器的种类

3.11.10 流体静压润滑的最小油膜厚度

3.11.12 流体润滑的实际应用

3．11．13 流体润滑的最小油膜厚度影响因素

3.12 润滑剂的选择

3.12.1 润滑油的选择

3.12.2 润滑脂的选择

3.12.3 润滑脂具有的优点

3.12.4 润滑脂的主要性能指标

3.12.5 影响润滑脂的性能和使用寿命的原因

3.12.6 固体润滑剂的选用

3.12.7 固体润滑剂的优点

3.12.8 固体润滑剂的缺点

3.12.9 固体润滑剂的应用场合

3.12.10 润滑剂类型的选择

3.12.11 不满足要求时可能的对策

3.12.12 润滑剂类型的选择与润滑方式的联系

3.13 表面吸附保护膜

3.13.1 表面物理吸附保护膜

3.13.2