机设项目化教学教案

第一周：课程说课，4学时；一、绪论教学目的：使学生了解本课程研究的对象和内容，明确学习本课程的目的和重要性，调动学生学习本课程的欲望、兴趣和积极性。教学要求：1)了解构件与零件的区别，建立机构、机器及机械的概念。2)了解本课程研究的对象、内容，明确学习目的。了解学习要求、特点及学习方法。3)了解机械设计的基本要求和一般过程。教学重点：本课程研究的对象及内容学时分配：2学时教学方法及手段：课堂教学：采用多媒体教学。先给出一般特征再用具体例子说明构件、零件、机构、机器及机械的概念。认识学习的重要性和必要性，了解怎样学，有什么要求。板书设计：按教学设计图文并茂，突出部分用不同颜色区分说明。实验教学：参观机构和零件陈列室。通过机构陈列室展示的各种机构的结构及其运动，认识什么是机构，机构的组成，构件间的联接，各机构的运动特点。通过零件陈列室展示的各种零件，了解通用零件：标准件与非标准件学。用具体例子说明构件、零件、机构、机器及机械的概念。了解本课程研究的对象、内容，从而明确学习本课程的目的。主要以教师介绍为主，提出一些问题让学生思考，最后学生提交报告。教学内容：1）介绍构件、零件、机构、机器及机械的概念。2）本课程研究的对象及内容；学习本课程的目的；如何进行本课程的学习；4）机械设计的基本要求和一般过程。注意事项：1)启发式提出问题，通过实物再进行讲解，以加深印象；2)用对比的方式，介绍各种机构、零部件的区别及其特点；3)通过日常用例，启发学生平时注意观察各种机构和零部件项目一：平面机构的结构分析1、本章的教学目的及教学要求教学目的：熟悉机构运动简图的绘制；掌握平面机构的自由度的计算。教学要求：1）了解机构的组成，搞清运动副、运动链、约束相自由度等基本概念；2)掌握绘制机构运动简图的方法；3)掌握平面机构的自由度计算；4）能进行机构结构的拆分，判断机构的级别。教学重点：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。教学难点：机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理。学时分配：12学时+课后习题处理2学时，共14学时。教学内容：1）机构组成、运动副及其分类；2）运动简图的绘制；3）机构自由度计算及机构具有确定运动的条件；机构的自由度指机构中各构件相对机架所具有的独立的运动数目4523ppnF运动链成为机构的条件：原动件数目=运动链的自由度数注意事项：复合铰链：两个以上构件在同一处以转动副相联接，所构成的运动副称为复合铰链。局部自由度：对整个机构运动无关的自由度称为局部自由度。虚约束：对机构不起独立限制作用的约束称为虚约束。4）速度瞬心的概念及其在机构速度分析上的应用；5）机构的拆分及级别的确定。任何机构都由原动件、从动件和机架组成，若将机架和原动件与从动件分开，则其余构件构成自由度为零的构建组。杆组：不可拆分的自由度为零构件组合。机构的组成原理：把若干个自由度为零的基本杆组依次联接到原动件和机架上，就组成一个新的机构，其自由度数与原动件数目相等。高副低代：平面机构中高副均可用低副来代替，所以任何平面机构都可以转化为只含低副的机构。高副低代的实质是用一个带有两个转动副的构件来代替一个高副，两个转动副分别处在高副接触点的两个曲率中心。机构结构分析就是将已知机构分解为原动件、机架和若干个基本杆组，进而了解机构的组成，并确定机构的级别。教学方法及手段：课堂教学：采用多媒体教学。以单缸内燃机模型为例，讲解各机构的组成，以及机构运动简图的绘制步骤和过程。其次，用模型和图形。举铰链五杆机构、四杆机构的例，给出机构自由度的概念，机构具有确定运动的条件是“机构原动件的数目应等于机构自由度的数目”的结论，给出平面机构自由度的计算公式，并举几个比较简单的计算机构自由度的例子。用实例加以说明计算机构的自由度时需要注意的事项。介绍速度瞬心的概念及其在机构速度分析上的应用。实验教学：学生利用实验室中的各种机构的实物模型，绘制5个机构的机构运动简图并计算机构的自由度。判断机构是否具有确定的运动。单元小结：1）提出机构是如何组成的?机构在什么条件下才具有确定购运动?讲机构的组成问题时先介绍构件及运动副的概念。2）介绍机构运动简图，着重说明什么是机构运动简图，提出机构运动简图的画法问题。举几个简单机械(如内燃机、颚式破碎机等)的实例，介绍机构运动简图的画法。3）强调机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数等于机构的自由度数。4）强调平面机构自由度的计算，关键判断机构的活动构件数、低副数和高副数。5）计算机构的自由度时，需要注意的事项是必须正确地处理①复合铰链；②局部自由度；③虚约束等，才能得到正确的计算结果。布置作业：课后习题项目二：平面连杆机构教学目的：掌握铰链四杆机构的基本概念和基本知识；能用图解法设计平面连杆机构。教学要求：1）了解铰链四杆机构的基本形式，掌握曲柄存在条件、传动角、死点、急回运动、行程速比系数、运动连续性等概念；2）铰链四杆机构有整转副的条件；3）掌握铰链四杆机构的演化；4）掌握设计平面连杆机构的基本方法。教学重点：铰链四杆机构的基本型式及基本知识；有关铰链四杆机构的演化；铰链四杆机构的基本设计方法。教学难点：用图解法设计铰链四杆机构。学时分配：教学内容：课前引入：若干刚性构件用低副连接而成的机构称为连杆机构。各运动构件均在相互平行的平面内运动的连杆机构称为平面连杆机构。本章只研究平面机构。1.基本类型------铰链四杆机构按照连架杆的运动形式又分为：1）曲柄摇杆机构2）双摇杆机构3）双曲柄机构特点、功用、工作特性2.平面四杆机构的演化方法1）转动副转化为移动副2)选取不同构件为机架3)变化构件形态3.扩大转动副的尺寸铰链四杆机构的几种类型的主要区别在于是否存在曲柄及存在几个曲柄，那么什么条件下四杆机构才有曲柄呢？这就是曲柄存在条件的分析。转动副为整转副的条件：1)杆长条件：最短杆＋最长杆小于等于其余两杆长度之和；2)组成转动副的两个构件中，必有一个为最短杆。4.平面四杆机构的设计1）实现刚体给定位置的设计2）实现预定运动规律的设计3）实现预定轨迹的设计平面连杆机构的图解设计1）按给定的行程速比系数设计2）按给定的连杆位置设计3）按给定两连架杆的对应位置设计教学方法和手段：枚举日常生活中和常见机构中的实例说明什么是铰链四杆机构，分析其特点和应用。教学手段采用多媒体，用多媒体的各种铰链四杆机构模型的运动进行分析讲解。并用实例引导学生进行课堂分析讨论，边讲边画图说明平面四杆机构的图解法设计。课堂小结：机构的设计中，有时候符合要求的机构有无穷多，有时候仅仅有一解。我们必须要对设计出的机构进行最小传动角的校验，看是否符合要求的40或50度以上，否则的话无法完成运动的持续传递。布置作业：课后习题项目三凸轮机构教学目的掌握凸轮机构设计的基础知识，并能根据已知运动规律设计用相对运动反转法设计盘形凸轮的轮廓曲线。教学要求：1）了解凸轮机构的分类及应用。2）了解从动件的常用运动规律。3）掌握用图解法设计凸轮的轮廓曲线。4）掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题。教学重点：1）根据从动件的运动规律盘形凸轮机构设计轮廓曲线；2）凸轮机构基本尺寸的确定。教学难点：应用“反转法”原理设计凸轮廓线学时分配：教学内容：课前引入：凸轮机构是一种常见的高副机构，凸轮为原动件时，能按预期规律输出连续的或间歇的往复摆动、移动或平面复杂运动。1）凸轮机构的应用和类型应用：内燃机配气机构；绕排线机构；冲床装卸料机构；罐头盒封盖机构；食品包装输送机构。分类：按两构件之间的相对运动特性分类：平面、空间；按从动件运动副元素形状分类：尖顶、滚子、平底；按凸轮高副的锁合方式分类：形锁合、力锁合。2）从动件的常用运动规律等速运动规律：速度为常数，加速度在初始位置有突变，存在刚性冲击。适合低速轻载的运动场合。等加速等减速运动规律：速度有突变，加速度在起始位置和中间位置也有突变，但为有限值，是柔性冲击，适于中速轻载的场合。简谐运动规律（余弦加速度）：在始末两点加速度有突变，因此也存在柔性冲击，适用于中速场合。只有从动件做无停留的往复运动才能获得连续的加速度曲线而用于高速传动。摆线运动规律（正弦加速度）：速度加速度的变化都是连续的，没有突变，因此既没有刚性冲击也没有柔性冲击，可用于高速传动。3）凸轮机构的压力角凸轮机构中，从动件的运动方向和从动件所受的凸轮作用力方向间所夹的锐角。4）用图解法设计凸轮的轮廓曲线直动从动件盘形凸轮廓线设计：尖底从动件、平底从动件、滚子从动件的设计方法相仿，只是参考点的不同。凸轮的基圆指的是理论廓线的基圆。摆动从动件盘形凸轮廓线设计：滚子直动从动件圆柱凸轮廓线设计（简介）：展开法+反转原理。教学方法及手段：可用模型和图举几个凸轮机构应用的例子，说明凸轮机构是由凸轮、从动杆(推杆)和机架三个基本构件组成。用模型和图说明凸轮机构的分类、从动件杆的运动规律以及压力角等。教学手段采用多媒体，用多媒体凸轮机构模型进行分析讲解。以尖底从动件盘形凸轮机构设计为基础，讲深讲透“反转法”原理及设计作图步骤。教学手段采用多媒体，用多媒体自定义动画讲解凸轮廓线设计的反转法的基本原理，对其作法进行分析讲解。对滚子从动件盘形凸轮机构等的设计，讲清理论廓线和实际廓线的联系和区别。结合解析法设计凸轮轮廓讲述确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题。单元小结：1）指出凸轮机构结构简单紧凑，设计容易，能实现复杂的运动规律，在受力不大的控制机构中得到广泛应用。2）指出推杆常用的运动规律有等逮、等加速等减速、简谐运动规律和正弦加速度等几种，冲击特性不同。改进运动规律可采用多种运动规律的组合。布置作业：课后习题、1)“反转法”原理？2）解析法设计凸轮轮廓及凸轮机构的基本尺寸时应考虑什么问题？项目四、齿轮机构教学目的：了解齿轮传动的啮合原理；并能掌握齿轮的基本参数和几何尺寸的计算方法。教学要求：1)了解齿轮机构的特点和类型。2)齿廓实现定角速比传动的条件及有关基本知识及渐开线齿廓；3)熟悉齿轮各部分的名称、渐开线齿轮的基本尺寸的计算。4)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、连续传动条件等。5)了解渐开线齿廓的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。6)了解斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成、啮合特点及标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算。7)了解标准直齿圆锥齿轮的传动特点及其基本尺寸的计算。8)对蜗轮蜗杆的传动特点有所了解。教学重点：渐开线标准直齿圆柱齿轮外啮合传动的基本理论及设计计算。教学难点：一对齿轮传动的啮合过程、斜齿轮的当量齿数及圆锥齿轮的当量齿数的概念。学时分配：教学内容：1）齿轮机构的特点和类型：平面齿轮机构、空间齿轮机构2）齿廓实现定角速比传动的条件：齿轮基圆的内公切线和基圆圆心连线的交点为定点3）渐开线齿廓：渐开线的形成、性质、方程、渐开线齿廓的啮合特性4）齿轮各部分名称及渐开线标准齿轮的基本尺寸：齿数、模数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数5）渐开线标准齿轮的啮合：模数、压力角均相等并且等于标准值6）渐开线齿轮的切齿原理：仿形法、范成法7）根切、最少齿数及变位齿轮：增加被加工齿轮的齿数：发生根切的原因、避免根切的方法---增大刀具与轮坯中心的距离；齿轮变位的目的---一是凑中心距，让小齿轮正变位，改善、提高小齿轮的轮齿强度和齿面的接触强度；变位齿轮几何尺寸的变化：不变的尺寸、变化的尺寸有哪些？教学方法及手段：利用多媒体或模型，紧密联系齿轮机构在机械工程中的应用实例，使教学内容充实生动。通过画图讲述渐开线的形成，分析其特性，介绍渐开线齿轮的基本概念。可用渐开线标准直齿提出怎样的一对渐开线齿轮才能正确地啮合传动?一对齿轮安装时，其中心距是根据什么确定的?一对齿轮连续传动的条件是什么?从而引出齿轮的正确啮合条件；零侧隙啮合，两轮的节圆与各自的分度圆相重合；齿轮的连续传动条件等。从切齿原理引伸到变位齿轮，变位齿轮的优点介绍等。圆柱外齿轮的图或一个模型，介绍各部分的名称。然后介绍齿轮各部分的几何尺寸计算。讲述