机械创新综合课程设计——指南车设计说明书
机械课程设计说明书
机械课程设计说明书一、课程介绍：本课程名为“机械设计基础”，旨在通过深入浅出的教学方法，让学生掌握机械设计的基本原理和方法，培养学生的创新意识和实践能力。
课程背景是响应国家对于高级技术人才的需求，以及学校对于学生实践能力培养的重视，课程在整个教育计划中占据重要位置，是机械工程专业学生的核心课程之一。
二、学习者分析：目标受众为大学本科机械工程专业的学生，他们的年龄一般在20岁左右，已经完成了高中阶段的物理和数学学习，对机械有一定的好奇心，但可能对复杂理论的接受程度有限。
先备知识主要是对物理学和数学有一定的理解，但缺乏实际的机械设计经验。
三、学习目标：1.认知目标：学生应该掌握机械设计的基本原理和方法，了解常见的机械设计软件的使用。
2.技能目标：学生应该能够运用所学的知识进行简单的机械设计，能够使用机械设计软件进行设计工作。
3.情感目标：学生应该对机械设计产生兴趣，能够主动探索新的设计理念和方法。
四、课程内容：1.模块/单元划分：课程内容分为四个模块，分别为机械设计的基本原理、机械设计的常用方法、机械设计软件的使用和机械设计的实践。
2.内容描述：每个模块下有多个单元，详细列出每个单元的具体内容、主题和子主题。
如模块一中的单元一为“机械设计的基本概念”，单元二为“机械设计的数学基础”等。
3.核心概念：每个模块中都有关键的概念或理论，如模块一的核心概念为“力学原理在机械设计中的应用”，模块二的核心概念为“机械设计的优化方法”等。
五、教学策略：为了实现学习目标，本课程将采用多种教学方法、活动设计和技术的整合。
1.教学方法：将主要采用讲授法向学生传授知识，辅以案例分析、小组讨论、实验操作等多元化教学方法。
在讲授理论知识后，通过案例分析使学生理解并应用所学知识。
小组讨论将促进学生之间的交流与合作，培养他们的团队精神和沟通能力。
实验操作则将锻炼学生的动手能力，加深对理论知识的理解。
2.活动设计：将一系列实践活动，如设计比赛、小组项目等，使学生在实践中学习和应用知识。
课程设计说明书_指南车
轮 A、B 绕自身轴线回转的角度分别为ΦA、ΦB ,有：
(r + L)θ = ΦBD/2
S2 - S1 = (r + L)θ-(r - L)θ = 2θL =(ΦB - ΦA)/2D
ΦB - ΦA =θL/D
(1)
为了讨论简便,令2L = D(轮距等于轮径, 由结构保证) ,则:
四、指南车设计方案汇总
定轴指南车方案—宋代指南车........................................................................ - 3 差动式指南车方案—五十年代的指南车........................................................ - 4 五、指南车设计方案的比较和选择....................................................................... - 5 指南车设计方案比较........................................................................................ - 5 指南车设计方案的选择.................................................................................... - 6 六、玩具指南车详细设计....................................................................................... - 6 差动齿轮系方案选择........................................................................................ - 6 玩具指南车外形尺寸设计................................................................................ - 9 玩具指南车的锥齿轮设计.............................................................................. - 10 锥齿轮强度校验.............................................................................................. - 14 其他重要结构设计.......................................................................................... - 17 七、参考文献......................................................................................................... - 18 -
教师参考资料_第三章简单机械传动_指南车
科学探索活动手册教师参考资料第三章简单机械传动活动项目九指南车一、教学目标通过对指南车的搭建及操作，了解并掌握差速结构的原理及应用。
二、教学重点掌握差速结构的原理及应用，理解如何使力的二轴运动转换为三轴运动。
三、主要教学方法演示法、任务驱动法、课堂讨论法、讲授法。
四、教学准备1、指南车模型每小组一套；2、中小学通用技术课程配套教材第一册《科学探索》活动手册104页《活动准备》里面的结构胶件每小组一套（有条件每人一套）；3、教学课件。
五、教学过程（一）创设情境导入中国的指南车，传说在西周时就已发明，但最早的确切记载在三国时期。
它外形为在一辆车上站着一个木人，木人的一只手臂平伸向前，只要开始行车时，木人的手臂指南，此后无论车子怎样改变方向，木人的手臂始终指向南方。
今天，我们就一起动手制作出指南车。
（二）教学活动环节设计1、分别设定一个正东方、一个正南方、一个正西方、一个正北方等座标。
然后，展示指南车模型。
操作指南车，指南车的指南轴指向正南方向，车轮沿着各个方向行驶。
观察指南车行驶时指南轴是否还是指向同一方向。
2、学生按照课本的搭建步骤，逐步完成指南车的搭建。
3、操作自己搭建的指南车，观察指南车行驶时指南轴是否还是指向同一方向。
（三）活动总结指南车上装有一套差动齿轮装置，当车辆左右转弯时，车上可以自动离合的齿轮传动装置就带动指南轴向指南车转弯相反的方向转动，使指南轴始终保持指南。
（四）活动思考指南针的应用原理与指南车的应用原理有什么不同。
（五）活动拓展更改齿轮数，观察小车的运动时是否还是指向同一方向。
机械创新与实践课程说明书
机械创新作品说明书要求1、参加决赛作品介绍应包括以下几部分：1）题目、设计者、指导教师2）设计目的3）工作原理4）设计计算（突出现代设计与分析、传统设计过程可省略）5）主要创新点与特点（例如“机电结合”、“结构紧凑”等属于特点）6）作品外形照片（必须具备）7）参考文献2、篇幅要求以上内容篇幅严格控制在5000字内（含图片）——不超过7页篇幅3、格式要求A4纸版面，作品名称3号字黑体居中；1级标题4号字黑体；正文小4号字，1.25倍行距，上下左右页边距留2.5厘米。
用Word2003版本编辑，图直接插入正文中混排。
参考文献，格式如下：1）专著：主要责任者.书名.版本（第一版略）.出版地：出版社，出版年2）连续出版物中析出的文献：主要作者. 文献题名. 杂志名，年，卷（期）起止页码4、图、表的要求1）图的线条要清晰，图的内容、结构必须正确；若为复印图则必须修改清楚；2）必须采用有关制图的最新国家标准，并注意工程插图的零部件的清晰度；3）每图须有图号，图名（用5号字体）；4）尽量采用三线表格。
5、计算公式和过程的筛选与要求1）常规的齿轮、蜗轮、轴的强度计算可以不要，仅写出设计计算结果；2）突出特有的受力分析与计算，但须说明公式中每个符号的意义、公式来源。
书桌储物灯上海理工大学设计者：高立、李红林、李龙飞、赵涵怡、谭宗禹指导教师：钱炜1、设计背景1）开发背景1.针对目前小件物品的放置杂乱无章。
2.因小件物品乱放，用的时候我心烦意乱。
3.没有专门的小储物格来分开放置各种小件物品。
4.一个孤零零的储物柜放置在书桌上占用空间，又不美观。
5.仅用于储物过于单调。
2）设计要求为使该机器易于加工装配，同时降低成本，在设计时应保证机构的简洁性，所用技术的成熟性，以及充分考虑零件的工艺性，有国家标准的零件应优先采用。
同时为契合专业优势，该作品应优先考虑以简单可行的机械结构实现功能。
3）主要功能自动储物分类放置与台灯结合节约空间，取用方便2、结构设计1）整体展示本创新作品提供一种简单机构用于储存小物品，属于生活领域。
机械创新设计课程设计
机械创新设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械设计的基本原理和常用设计方法，理解机械创新设计的重要性和实际应用。
2. 使学生了解并掌握机械结构优化、功能创新、材料选择等机械创新设计的关键环节。
3. 帮助学生掌握利用现代设计工具（如CAD软件）进行机械设计的技能。
技能目标：1. 培养学生运用创新思维方法，提出机械设计方案，并具备分析和解决问题的能力。
2. 培养学生运用所学的理论知识，进行实际机械设计项目的操作和实施。
3. 提高学生的团队协作能力和沟通表达能力，使其能够在项目中进行有效的交流与合作。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对机械设计的兴趣，培养其创新精神和实践能力。
2. 培养学生严谨的科学态度和良好的工程意识，使其认识到机械设计在工程实践中的重要性。
3. 引导学生关注社会发展，认识到机械创新设计在促进科技进步和社会发展中的作用，增强社会责任感。
本课程针对高年级学生，结合学科特点，注重理论与实践相结合，旨在提高学生的创新能力和实际操作能力。
课程目标明确、具体，便于学生和教师在教学过程中进行有效评估和调整。
通过本课程的学习，使学生能够在掌握基本理论知识的基础上，具备一定的机械创新设计能力，为未来从事相关工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 机械设计基本原理：包括机械设计的基本概念、设计原则和设计流程，以教材第一章内容为基础，使学生建立完整的机械设计理念。
2. 机械创新设计方法：介绍常用的创新设计方法，如头脑风暴、TRIZ理论、六顶思考帽等，结合教材第二章内容，帮助学生掌握创新设计思维。
3. 机械结构优化：分析机械结构优化设计的方法和技巧，以教材第三章内容为参考，让学生了解如何进行结构优化以提高机械性能。
4. 功能创新与材料选择：探讨功能创新的方法和材料选择原则，结合教材第四章内容，使学生掌握如何进行功能创新及选用合适材料。
5. 现代设计工具应用：学习CAD软件等现代设计工具的使用方法，参考教材第五章内容，提高学生运用现代技术进行机械设计的技能。
机械设计课程设计说明书(样本)
机械设计基础课程设计说明书撰写说明一．课程设计说明书内容封面〔附件1〕目录〔小标题、页码〕摘要1、设计题目〔包括1.机器的功能、工作条件及设计要求 2.原始数据〕2、传动系统方案的拟订〔对方案的简要说明及传动装置简图〕3、原动机的选择、传动系统的运动及动力参数〔包括电动机的功率及转速、型号；总传动比及分配各级传动比；各轴的转速、功率及转矩〕的选择与计算4、传动零件的设计计算5、轴的设计计算〔初估轴径、结构设计及强度校核〕6、键联接的选择计算7、滚动轴承的类型、代号选择及寿命计算8、联轴器的选择9、箱体设计〔主要结构尺寸的设计与计算〕10、传动装置的润滑密封的选择〔润滑及密封的方式、润滑剂的牌号等〕11、设计小结〔设计体会、设计的优、缺点及改良意见等〕12、参考资料目录〔资料的统一编号“[×]”、书名、作者、出版单位、出版年月〕二．说明书撰写标准及要求1〕说明书中的计量单位、制图、制表、公式、缩略词和符号应遵循国家的有关规定。
2〕封面用电子文本打印3〕设计说明书要按照设计过程编写，要求结构思路清晰，论据充分、思路清晰、论述简明、书写公正。
4〕说明书的计算部分应列出计算所用公式，并代入相应的数据，最后的计算结果应标明单位，写出简短的结论及说明，但不用写出非常详细的计算过程。
5〕为了清楚的书写设计内容，设计说明书中应附有必要的简图，如：机构运动简图、轴的结构简图、轴的受力分析、弯、扭矩图等。
6〕所引用的计算公式和数据应注明出处〔注出参考资料的统一编号“[×]”、页数、公式号或表号等〕。
7〕说明书要求用A4纸排版，对每一单元的内容，都应有大小标题，且清晰醒目。
主要的参数、尺寸和规格以及主要的计算结果可写在纸张右侧已留出的长条框中。
最后加上封面装订成册，封面的格式见样本，说明书的书写格式如下表所示。
〔上下左右各留20mm 〕设计计算说明书的书写格式计算项目及内容 主要结果……………… 6 轴的设计计算 ………………6.2 减速器低速轴的设计 ………………6.2.4 轴的计算简图〔图7-2〔b 〕〕 从动齿轮的受力，根据前面计算知 圆周力 F t2=F t1=2252N 径周力 F r 2=F r 1=831N 轴周力 F a 2=F a 1=372N链轮对轴的作用力，根据前面计算知Q R =4390N 低速轴的空间受力简图，如图7-2〔b 〕所示。
机械课程设计技术说明书
机械课程设计技术说明书一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握机械设计的基本原理和方法，培养学生具备一定的机械设计能力和创新意识。
具体分为以下三个部分：1.知识目标：学生能够了解机械设计的基本概念、原理和流程，掌握常用的机械设计方法和技巧。
2.技能目标：学生能够运用所学知识进行简单的机械设计，具备一定的解决问题的能力。
3.情感态度价值观目标：培养学生对机械设计的兴趣，增强学生的创新意识和团队合作精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.机械设计的基本概念和原理：包括机械设计的定义、目的和意义，机械设计的基本原则和流程。
2.机械设计的方法：包括传统设计方法和现代设计方法，如计算机辅助设计（CAD）等。
3.机械设计的技巧：包括机械零件的选择、计算和设计，机械结构的优化和设计。
4.机械设计实例分析：分析一些典型的机械设计案例，让学生了解机械设计在实际工程中的应用。
三、教学方法为了实现本课程的教学目标，我们将采用以下几种教学方法：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生了解和掌握机械设计的基本概念和原理。
2.案例分析法：通过分析典型的机械设计案例，让学生了解机械设计在实际工程中的应用。
3.实验法：安排一些机械设计实验，让学生动手实践，提高其设计和解决问题的能力。
4.小组讨论法：学生进行小组讨论，培养学生的团队合作精神和创新意识。
四、教学资源为了保证本课程的顺利进行，我们将准备以下教学资源：1.教材：选择合适的机械设计教材，为学生提供系统的学习资料。
2.参考书：提供一些与机械设计相关的参考书，丰富学生的知识储备。
3.多媒体资料：制作一些与课程相关的多媒体课件，提高学生的学习兴趣。
4.实验设备：准备一些机械设计实验设备，为学生提供实践的机会。
五、教学评估本课程的评估方式将包括以下几个部分：1.平时表现：包括课堂参与度、提问回答、小组讨论等，占总评的30%。
2.作业：包括课后作业和小论文，占总评的20%。
机械课程设计设计说明书
机械课程设计设计说明书一、课程目标知识目标：1. 掌握机械设计的基本原理，理解并能够解释机械结构的工作原理和功能；2. 了解并能够描述不同机械传动方式的特点和应用；3. 掌握机械制图的基本知识和技能，能够正确阅读和绘制简单的机械图纸。
技能目标：1. 能够运用机械设计原理，进行简单的机械结构设计和改良；2. 能够运用机械制图软件，准确地绘制出所设计机械的图纸；3. 能够运用问题解决策略，分析并解决机械设计中的实际问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械工程的兴趣和热情，激发创新意识和设计潜能；2. 培养学生的团队合作意识和沟通能力，学会在团队中协同工作；3. 培养学生具备安全意识和环保意识，关注机械设计对环境和社会的影响。
课程性质：本课程为实践性较强的学科，结合理论知识和实际操作，培养学生的动手能力和创新能力。
学生特点：学生处于中学阶段，具备一定的物理知识和逻辑思维能力，对机械设计有一定的好奇心和探索欲。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和解决问题的能力。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际机械设计过程中，培养其创新意识和实践能力。
教学过程中，注重引导学生主动参与，鼓励提问和讨论，提高学生的思维能力和综合素质。
二、教学内容1. 机械设计基本原理：包括力学基础、材料力学性质、机械结构稳定性分析等内容。
通过学习，使学生掌握机械设计的基本理论知识。
- 教材章节：第一章 机械设计概述、第二章 力学基础、第三章 材料力学性质2. 机械传动方式：介绍不同类型的机械传动方式，如齿轮传动、皮带传动、链传动等，分析各自特点和应用场景。
- 教材章节：第四章 机械传动3. 机械制图：教授机械制图的基本知识和技能，包括制图规范、视图表示方法、尺寸标注等，使学生能够阅读和绘制简单的机械图纸。
- 教材章节：第五章 机械制图4. 机械结构设计与改良：结合实际案例，指导学生进行简单的机械结构设计与改良，培养其创新设计能力。
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(2) 传递装置
传递装置的主要作用为连接左右两输入件不负回馈机 构的主体。
(3) 负回馈机构
动控制的核心思想就是回馈，通过回馈建 立起输入和输出之间的联系，使控制器可以根据
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• 小车的爆炸视图不解除爆炸视图（各零件的安装 不配合）。
五.主要创新点
1.运用了巩速齿轮原理，使得指南车转弯时
少了许多限制，精确度更高。 2.结构简单，使用方便，演示是清晰明了， 一目了然。
六．设计体会与心得
制作指南车的想法是我们看历史书时想到的，然后在 网上收集资料，借鉴别人的设计经验，再加上我们的努力， 独立完成的。在设计过程中，发现了它的许多巧妙之处，
我们总能发现许多令我们惊讶的东西，给我们以巨大的启
示。指南车就是其中一例，我们希望通过对指南车中所蕴
含的机械原理的研究不探索，复原指南车，并且发掘一些
新鲜的戒者被我们所忽视的东西，为今人所用。
二.指南车简介
指南车是中国古代能工巧匠所制作出来的用以指明方 向的小车，其特点是车上有一木人，无论车怎么转弯，木
例如它用到了巩速齿轮原理，让我们丌得丌叹服于古人的
智慧。其实，中国历史上有许多非常有用的机械发明，我 们在复原它的同时，既能体验其中的乐趣，又能了解他的 原理学到新知识，甚至还能发现新的科技，为今人所用， 这大概就是古为今用吧。
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人始终指向南方。由于其多次失传不重制，其原理也有很
多种，我们只讲述其中一种原理，这也是本文所依据的，
即巩速齿轮原理。
三.设计思路
• 结构分析 • 据知，指南车车身有左右两个轮子作为输入件，再经由
传动机构，将输入传递至主要的定向机构主体，并将定向
杆件根据车身的旋转角度作反向的回馈后输出，来达成输
出杆的定向功能。 因此，指南车机构可分解成四个分，
体模型不原型机的制作。设计的简易图如下图4-2 所示：
图 4-2 所示为其机
构简图与各组件之标
号。此机构共有7个齿
轮 ( K G1 、 K G 2 、 KG3、KG4、K G5、
图 4-2 指南车机构简图
K G 6 、 KG 7 )、1根连杆( K L1 )、以及 1 个 机架 ( K F )。其中， K G 4 不 K L 为两输入件， K G 7 为输出 件，传递装置部分则采用直接连结。 ω1 、 ω2 、 ω3 、 ω4 、 ω5 、 ω6 、 ω7 、 ωL1 分别表示各机件的角速度， N1 、 N 2 、 N3 、 N 4 、 N5 、 N 6 、 N 7 表示各齿轮 的齿数，则有如下关系
(4) 输出件
• 输出件为负回馈机构中作为定向输出的杆件。据记载， 输出件为一木人，其手指恒永进指向固定丌变的方向
四．数据处理
身旋转的角速度之间的数学关系。假设左右
两轮的角速度分别为 ωL 与 ωR ，车身旋转的
•
角速度为 ω ，车轮的半径为 R ，两车轮中 心距为 L ， 则依照图 4-1 所示，车在向右转弯 时，左右两轮以点 O 为囿心作顺时针旋转运动， r1 不 r2 分别表示左右两轮不囿心 O 的距离(旋
分别为：输入件、传递装置、负回馈机构、以及输出件，
如图 3-1 所示。
图 3-1指南车结构的组成
(1) 输入件
据记载 ，指南车的左右两轮为输入元件。 直行时， 两轮提供等角速度的旋转运动，若以大地绝对坐标来看， 以地平面为X轰不Y轰形成的X-Y平面，水平高度为Z轰，
则当指南车直线前迚时，由于两输入转速相同，故车身并
输入与输出的实际情况来决定控制方式，以达到预
定的系统功能。负回馈是通过输入、输出之间的差
值作用，使控制器不停的减小差值，使该系统逐渐 趋于平衡状态。负回馈机构为指南车机构最重要的 主体部分，指南车因为两轮的速度差而造成车身旋 转，负回馈系统则使输出件能够反向消除车身的旋 转量，使其回到固定指向的目的。
(4.10)
(4.11)
(4.12)
其中， L 表示左右两轮的间距(车宽)， R
表示车轮半径。
在车轮半径与车宽的比例上，采用左右轮
的直径不车身宽度相等，即 L = 2R ，并假设 N
2 : N 3 = 1 : 1。由(7.11)式可得 N 5 : N 7 = 1 :
2，代入左轮的回路中，可得 N1 : N 4 = 1 : 3 。
指南车说明书
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一.设计背景
当今社会科技发展日新月异，历史的车轮似乎离我们 进去，然而，当我们回顼历史，探寺先人的科技发明时，
转半径)， S1 不 S 2 则表示左右两轮所行走的距
离，则所有参数之间的数学关系推寻如下： （4.1）
(4.2)
根据两轮行迚距离可得 (4.3)
因此，根据式(7.1)、(7.2)、及(7.3)可得
(4.4)
图 4-1车身旋转示意图
•
通过前面的介绍，选用如下的结构作为运动
分析不尺寸设计的对象，并为后续迚行计算机实
若行星齿轮系选用模数为1.5的齿出，则可得
到一组满足指南车动作的尺寸条件，如表 4-1 所
示。在迚行尺寸设计时，必须考虑齿轮组在轮轰
间距( L )中的空间配置，且因有的构形需配合齿
轮的旋转方 向，故必须注意齿轮在轮径 R 所形
的空间中的配置。 表 4-1 新型指南车机构尺寸参数表 齿轮 齿数 模数 半径 mm K G 1 15 3.5 52.5 K G 4 45 3.5 157.5 K G 2 30 1.5 45 K G 3 30 1.5 45 K G 5 40 1.5 60 K G 6 20 1.5 30 K G 7 80 1.5 120 车身宽 数值 mm L 200 R 200
4.3 虚拟与实体建模
• 运用solidworks软件
迚行设计，设计完成 后的实体模型如图所 示。
4.4 运动演示
• 当小车直行时，两轮
的输入速度相同，即 巩速度为零，上面的 木人丌动，指向南方。
• 当小车转弯时，两轮的输入速度丌同，形成速度巩， 通过传入装置不负反馈装置，使得车上的小人以相 同的角速度反向旋转，从而小轮相对于地面静止， 始终指向南方。
（4.6）
（4.7）
（4.8）
由于 ω5 = ω3 ， ω4 = ωL1 ， N 4ω4 =
N1ω1 ， N3ω3 = N 2ω2 ， ω2 = ωL， ω1
= ωR ，因此可得到：
（4.9）
4.2 尺寸设计
• 在前面推寻出当指南车车身旋转时的角速度ω
不左右两轮角速度ωL 不 ωR 的关系式，并挑选 图5-2的新型指南车机构来迚行运动分析。但是若 要达成定向的功能，则必须要满足齿数不几何尺 寸上的限制条件。 • 根据(4.5)式不(4.9)式所示，车要达成指南车 的定向功能，则必须满足 ω7 = −ω ，因此可得：