《機械創(chuàng)新設(shè)計》課程教學(xué)大綱課程編碼：AL040550課程性質(zhì)：專業(yè)限選課程適用專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)時學(xué)分：32學(xué)時2學(xué)分所需先修課：機械原理、機械設(shè)計、機械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、金屬工藝學(xué)編寫單位：機電工程學(xué)院一、課程說明1．課程簡介機械創(chuàng)新設(shè)計是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)限選課程。該課程主要講授機械創(chuàng)新設(shè)計的思維方法、機械創(chuàng)新設(shè)計的基礎(chǔ)知識、機構(gòu)的演化變異及創(chuàng)新設(shè)計、機構(gòu)組合創(chuàng)新設(shè)計、仿生創(chuàng)新設(shè)計等。系統(tǒng)講授如何通過機構(gòu)原理和應(yīng)用創(chuàng)新提出新的機構(gòu)構(gòu)型和已有機構(gòu)構(gòu)型的新應(yīng)用，基于新構(gòu)型和新應(yīng)用設(shè)計出新的機械系統(tǒng)。該課程的先行課程是：“機械制圖”、“理論力學(xué)”、“材料力學(xué)”、“機械原理”、“機械設(shè)計”、“金屬工藝學(xué)”。通過課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、啟發(fā)創(chuàng)新思維和掌握創(chuàng)新方法。并能將其方法應(yīng)用于機械創(chuàng)新設(shè)計的實踐。2．教學(xué)目標(biāo)要求機械創(chuàng)新設(shè)計的總目標(biāo)是配合其他課程完成機械制造專業(yè)總體培養(yǎng)目標(biāo)。具體目標(biāo)是培養(yǎng)“創(chuàng)新意識”和“創(chuàng)新設(shè)計能力”：通過講解創(chuàng)新設(shè)計相對于傳統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)勢培養(yǎng)；通過創(chuàng)新理論和實例的教學(xué)培養(yǎng)。從而培養(yǎng)出同時具有“創(chuàng)新思維”和“創(chuàng)新技法”的工程技術(shù)人才。3．教學(xué)重點難點教學(xué)重點：常規(guī)設(shè)計、現(xiàn)代設(shè)計與創(chuàng)新設(shè)計；機械創(chuàng)新設(shè)計的思維基礎(chǔ)；創(chuàng)造性思維的形成與發(fā)展；機構(gòu)及其機械運動形態(tài)分析；機架變換與創(chuàng)新設(shè)計；運動副形狀變異與創(chuàng)新設(shè)計；機構(gòu)組成原理與創(chuàng)新設(shè)計；轉(zhuǎn)動副的結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新設(shè)計；仿生學(xué)與仿生機械學(xué)。教學(xué)難點：創(chuàng)新設(shè)計方法；創(chuàng)造性思維的形成過程；機械控制系統(tǒng)；運動副等效代換與創(chuàng)新設(shè)計；機構(gòu)的封閉組合與創(chuàng)新設(shè)計；機架的結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新設(shè)計；仿生機械手；步行與仿生機構(gòu)的設(shè)計；飛行于仿生機構(gòu)的設(shè)計。4．學(xué)時分配表次序教學(xué)內(nèi)容理論課學(xué)時數(shù)實驗（實踐）課學(xué)時數(shù)第一部分緒論2第二部分機械創(chuàng)新設(shè)計的思維基礎(chǔ)2第三部分機械創(chuàng)新設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)4第四部分機構(gòu)的演化、變異與創(chuàng)新設(shè)計60.5第五部分機構(gòu)的組合與創(chuàng)新設(shè)計60.5第六部分機械結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新設(shè)計60.5第七部分仿生原理與創(chuàng)新設(shè)計40.5總計325．主要教法、學(xué)法教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括：課堂講授、實驗、作業(yè)、自學(xué)指南、考試課堂講授：采用多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法。理論與實驗緊密結(jié)合，圍繞各種創(chuàng)新設(shè)計理論及方法，講述基于工程實際項目牽引的機械創(chuàng)新設(shè)計方法。實驗教學(xué)：本課程共安排2學(xué)時實驗，在機械創(chuàng)新設(shè)計實驗室由學(xué)生獨立完成。通過實驗加深各種機械結(jié)構(gòu)工作原理的認識，驗證理論知識，提高學(xué)生的動手能力。作業(yè)：各章課后均由若干個習(xí)題，要求學(xué)成按時完成，并交教師批改。教師對學(xué)生作業(yè)中出現(xiàn)的普遍問題及時給予輔導(dǎo)、解答。使學(xué)生進一步督促學(xué)生利用課余時間提高自學(xué)能力。6．考核方式及標(biāo)準(zhǔn)考察：綜合設(shè)計大作業(yè)，考核教學(xué)大綱規(guī)定的應(yīng)知應(yīng)會部分內(nèi)容，總評成績=平時作業(yè)（20%）+實驗成績(10%)+綜合設(shè)計大作業(yè)（70%）。主要體現(xiàn)本門課程基本概念、基本理論、基本技能及綜合應(yīng)用能力。二、各部分教學(xué)綱要第一部分緒論（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握了解創(chuàng)新與創(chuàng)新方法的相關(guān)概念；理解掌握機械創(chuàng)新設(shè)計的概念及基本例子；了解掌握創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造能力。本部分重點機械創(chuàng)新設(shè)計的概念本部分難點創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造能力教學(xué)內(nèi)容1緒論1.1創(chuàng)新與創(chuàng)新設(shè)計1.1.1創(chuàng)新的概念分析1.1.2機械創(chuàng)新設(shè)計的概念解析1.1.3創(chuàng)造性思維與創(chuàng)造能力的培養(yǎng)方法（創(chuàng)造性思維、創(chuàng)新涌動力）1.2常規(guī)設(shè)計、現(xiàn)代設(shè)計與創(chuàng)新設(shè)計1.2.1 常規(guī)機械設(shè)計方法講解1.2.2 現(xiàn)代設(shè)計方法講解1.2.3 創(chuàng)新設(shè)計方法講解2創(chuàng)新設(shè)計的內(nèi)容2.1 機械創(chuàng)新設(shè)計的內(nèi)容2.1.1 機構(gòu)學(xué)基本名詞講解（機構(gòu)、最簡機構(gòu)、基本機構(gòu)、機構(gòu)組合）2.1.2 機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的主要內(nèi)容（創(chuàng)新方法、應(yīng)用）第二部分機械創(chuàng)新設(shè)計的思維基礎(chǔ)（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握思維和思維基礎(chǔ)的概念，理解思維的類型；掌握應(yīng)用創(chuàng)造性思維的形成與發(fā)展；理解思維方式與創(chuàng)新方法。本部分重點思維概述、思維的類型本部分難點創(chuàng)造性思維的形成與發(fā)展教學(xué)內(nèi)容1機械創(chuàng)新設(shè)計的思維基礎(chǔ)1.1 思維概述1.1.1 思維的特點（間接性、概括性）1.1.2 思維的特點（多層性）1.1.3 思維的特點（自覺性、創(chuàng)造性）1.2 思維的類型1.2.1 思維類型概述1.2.2 形象思維、抽象思維1.2.3 發(fā)散思維、收斂思維1.2.4 動態(tài)思維、有序思維、直接思維1.2.5 創(chuàng)造性思維2機械創(chuàng)新設(shè)計的形成與發(fā)展2.1 創(chuàng)造性思維的形成與發(fā)展2.1.1 創(chuàng)造性思維的形成過程（醞釀階段、潛心階段、頓悟階段）2.1.2 創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)與發(fā)展（潛創(chuàng)造思維的培養(yǎng)、創(chuàng)新涌動力的培養(yǎng)）2.2 思維方式與創(chuàng)新方法2.2.1 群體集智法2.2.2 系統(tǒng)分析法2.2.3 聯(lián)想法（相似聯(lián)想、接近聯(lián)想、對比聯(lián)想、強制聯(lián)想）2.2.4 類比法（擬人類比、直接類比、象征類比、因果類比）2.2.5 仿生法、組合創(chuàng)新法2.2.6 反求設(shè)計法、功能設(shè)計法第三部分機械創(chuàng)新設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)（4學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)通過本章學(xué)習(xí)應(yīng)掌握機器的組成分析與機構(gòu)及其機械運動形態(tài)分析。本部分重點機構(gòu)及其機械運動形態(tài)分析本部分難點機械系統(tǒng)及其發(fā)展教學(xué)內(nèi)容1機械創(chuàng)新設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)1.1 機器的組成分析1.1.1 機械及其分類（概念、分類）1.1.2 機器的組成1.2 機構(gòu)及其機械運動形態(tài)分析1.2.1 機構(gòu)及其運動形態(tài)（齒輪、連桿、凸輪、螺旋、間歇摩擦輪、瞬心線、帶、鏈）1.2.2 機構(gòu)及其功能（轉(zhuǎn)動-轉(zhuǎn)動、轉(zhuǎn)動-移動、轉(zhuǎn)動-擺動、擺動-移動、間歇、特殊）2機械創(chuàng)新設(shè)計的控制2.1 機械的控制系統(tǒng)2.1.1 機械控制系統(tǒng)（機械式、液壓控制、氣壓控制電氣、智能）2.1.2 發(fā)展趨勢2.2 機械運動及其控制2.2.1 機械運動的換向與控制2.2.2 機械運動的調(diào)速與控制2.2.3 機械運動的離合與控制2.2.4 機械運動的制動與控制2.3 機械系統(tǒng)及其發(fā)展2.3.1 機械系統(tǒng)的基本組成形式2.3.2 機械系統(tǒng)的發(fā)展與演變（剛性機械、柔性機械、智能）第四部分機構(gòu)的演化、變異與創(chuàng)新設(shè)計（6.5學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)通過本章的學(xué)習(xí)應(yīng)理解機架變換與創(chuàng)新設(shè)計；掌握構(gòu)件形狀變異與創(chuàng)新設(shè)計與運動副形狀變異與創(chuàng)新設(shè)計。本部分重點機架變換與創(chuàng)新設(shè)計本部分難點運動副形狀變異與創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)內(nèi)容1機構(gòu)的演化、變異與創(chuàng)新設(shè)計1.1 機架變換與創(chuàng)新設(shè)計1.1.1 低副機構(gòu)的機架變換（可逆、機架變換）1.1.2 高副機構(gòu)的機架變換1.2 構(gòu)件形狀變異與創(chuàng)新設(shè)計1.2.1 避免構(gòu)件之間的運動干涉1.2.2 滿足特定的工作要求2運動副的演化、變異與創(chuàng)新設(shè)計2.1 運動副形狀變異與創(chuàng)新設(shè)計2.1.1 轉(zhuǎn)動副的變異設(shè)計2.1.2 移動副的變異設(shè)計2.2 運動副等效代換與創(chuàng)新設(shè)計2.2.1 空間運動副與平面運動副的等效變換2.2.2 高副與低副的等效代換2.2.3 滑動摩擦副與滾動副的等效代換第五部分機構(gòu)的組合與創(chuàng)新設(shè)計（6.5學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)通過本章的學(xué)習(xí)應(yīng)掌握機構(gòu)組合的基本概念；理解機構(gòu)組成原理與創(chuàng)新設(shè)計和機構(gòu)的串連組合與創(chuàng)新設(shè)計，并能熟練掌握其它類型的機構(gòu)組合與創(chuàng)新設(shè)計。本部分重點機構(gòu)組合的基本概念本部分難點機構(gòu)組成原理與創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)內(nèi)容1機構(gòu)的組合與創(chuàng)新設(shè)計1.1 機構(gòu)組合的基本概念1.1.1 基本機構(gòu)的應(yīng)用（單獨使用、不連接的組合應(yīng)用、連接的組合應(yīng)用）1.1.2 常用機構(gòu)組合方法1.2 機構(gòu)組成原理與創(chuàng)新設(shè)計1.2.1 二級桿組的類型1.2.2 三級桿組的類型1.2.3 機構(gòu)組成原理與機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計（組成、創(chuàng)新、示例）2機構(gòu)的串、并組合與創(chuàng)新設(shè)計2.1 機構(gòu)的串連組合與創(chuàng)新設(shè)計2.1.1 機構(gòu)的串聯(lián)組合（概念、分類、示例）2.1.2 串聯(lián)組合的基本思路（后置速度、運動變換）2.2 機構(gòu)的封閉組合與創(chuàng)新設(shè)計2.2.1 機構(gòu)的并聯(lián)組合（概念、分類、示例）2.2.2 并聯(lián)組合的基本思路2.3 其它類型的機構(gòu)組合與創(chuàng)新設(shè)計2.3.1 疊加組合2.3.2 疊加組合的關(guān)鍵問題第六部分機械結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新設(shè)計（6.5學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)通過本章的學(xué)習(xí)應(yīng)理解機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念與基本要求；能熟練的運用轉(zhuǎn)動副的結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新設(shè)計；熟悉移動副的結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新設(shè)計；能正確的判斷機架的結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新設(shè)計。本部分重點轉(zhuǎn)動副的結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新設(shè)計本部分難點轉(zhuǎn)動副的結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)內(nèi)容1機構(gòu)的組合與創(chuàng)新設(shè)計1.1 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念與基本要求1.1.1 功能要求（概念、分類、示例）1.1.2 使用與結(jié)構(gòu)工藝要求1.2 轉(zhuǎn)動副的結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新設(shè)計1.2.1 對轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)的基本要求1.2.2 軸承用于轉(zhuǎn)動副1.2.3 滑動軸承的特點及常見結(jié)構(gòu)形式1.2.4 滾動軸承的特點及常見結(jié)構(gòu)形式1.2.5 限制構(gòu)件之間的相對軸向移動2機構(gòu)的運動副2.1 移動副的結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新設(shè)計2.1.1 對移動副結(jié)構(gòu)的基本要求2.1.2 滑動導(dǎo)軌的特點及常見結(jié)構(gòu)形式（截面、組合）2.1.3 滾動導(dǎo)軌的特點及常見結(jié)構(gòu)形式2.2 構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新設(shè)計2.2.1 桿類構(gòu)件（結(jié)構(gòu)、可調(diào)節(jié)桿長結(jié)構(gòu)）2.2.2 盤類結(jié)構(gòu)2.2.3 軸類結(jié)構(gòu)2.2.4 其他活動構(gòu)件2.2.5 執(zhí)行機構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件2.3 機架的結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新設(shè)計2.3.1 機架的分類和基本要求2.3.2 保證機架功能的結(jié)構(gòu)措施（截面形狀和尺寸、隔板和筋、開孔和蓋、材料及工藝）3機構(gòu)的集成設(shè)計3.1 機械零件結(jié)構(gòu)的集成化與創(chuàng)新設(shè)計3.1.1 集成化設(shè)計方法概述3.1.2 集成化在創(chuàng)新設(shè)計的應(yīng)用3.2 機械產(chǎn)品的模塊化與創(chuàng)新設(shè)計3.2.1 模塊化設(shè)計的概念3.2.2 模塊化設(shè)計的優(yōu)點3.2.3 模塊化設(shè)計的主要方式3.2.4 模塊化設(shè)計的關(guān)鍵3.2.5 模塊化設(shè)計的實例第七部分仿生原理與創(chuàng)新設(shè)計（4.5學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)通過本章的學(xué)習(xí)應(yīng)能正確判斷仿生學(xué)與仿生機械學(xué)簡述；理解仿生機械手的概念；了解步行與仿生機構(gòu)的設(shè)計。本部分重點仿生學(xué)與仿生機械學(xué)簡述本部分難點步行與仿生機構(gòu)的設(shè)計教學(xué)內(nèi)容1仿生學(xué)與仿生機械學(xué)簡述1.1 仿生學(xué)簡介（機械、力學(xué)、信息與控制）1.1.1 仿生機械學(xué)簡介1.1.2 仿生機械學(xué)中的注意事項1.2 仿生機械手1.2.1 仿生機械手的機構(gòu)組成（運動副及自由度、機構(gòu)組成分析）1.2.2 仿生機械手實例2步行與仿生機構(gòu)的設(shè)計2.1 步行與仿生機構(gòu)的設(shè)計2.1.1 擬人型步行機器人2.1.2 有足動物腿部結(jié)構(gòu)分析2.1.3 多足步行仿生機器人2.2 爬行與仿生機構(gòu)的設(shè)計2.2.1 仿生爬行機器人機構(gòu)（爬壁機器人、蛇形機器人）2.2.2 爬行仿生機器人實例2.3 飛行于仿生機構(gòu)的設(shè)計2.3.1 飛行仿生機器人的翅膀（撲翼、復(fù)雜運動）2.3.2 飛行仿生機器人實例3游動與仿生機構(gòu)的設(shè)計3.1 游動與仿生機構(gòu)的設(shè)計3.1.1 游動仿生機器人機構(gòu)原理3.1.2 游動仿生機器人實例第八部分機械創(chuàng)新設(shè)計綜合實驗（2學(xué)時）教學(xué)目標(biāo)通過機械零件組合實現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計；通過機械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)展示系統(tǒng)中的一種復(fù)雜運動副及機構(gòu)構(gòu)型，設(shè)計一種工程應(yīng)用的新機構(gòu)。本部分重點實驗一、創(chuàng)新機械結(jié)構(gòu)工作原理分析本部分難點實驗二、一種機構(gòu)的應(yīng)用實例分析實驗內(nèi)容實驗一、創(chuàng)新機械結(jié)構(gòu)工作原理分析實驗準(zhǔn)備：學(xué)生熟悉機械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)組合試驗箱；學(xué)生認真閱讀機械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)組合實驗指導(dǎo)書；學(xué)生通過機構(gòu)簡圖繪圖，繪制要組合的機械結(jié)構(gòu)機構(gòu)簡圖。實驗過程：按照學(xué)號分成小組、每組5人開展實驗。機械結(jié)構(gòu)運動副組裝；機械結(jié)構(gòu)部件組裝；機械結(jié)構(gòu)運動副與構(gòu)件連接驗證；機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)型試裝配；機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)型裝配，驗證理論分析機構(gòu)可行性。實驗總結(jié)：撰寫實驗報告。實驗二、一種機構(gòu)的應(yīng)用實例分析準(zhǔn)備：學(xué)生熟悉機械創(chuàng)新機構(gòu)展示系統(tǒng)；學(xué)生認真閱讀機械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)展示系統(tǒng)原理說明書；學(xué)生通過機構(gòu)簡圖繪圖，繪