机械设计基础电子教案教案(第1-6章)

第1次课教学整体安排授课时间第周周第节课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第一章：绪论教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：1、理解机器、机构、机械、部件、零件等概念2、了解《机械设计基础》学习的对象、内容和任务教学内容（包括基本内容、重点、难点）：1、机械及其组成（基本内容）。1）典型机器：缝纫机、洗衣机、摩托车、电风扇等，另外对内燃机鄂式破碎机还进行详细的分析说明2）机器具有以下共同的特征：(1）它是人为的多个实物组合体；(2）各实物之间具有确定的相对运动；(3）能够完成有用的机械功或实现能量转换、传递物料和处理信息。3）凡同时具有以上三个特征的实物组合体称为机器。按照各部分实物体功能不同，一部完整的机器，通常都是由下面三个部分组成：(1）动力部分，它是驱动整个机器完成预定功能的动力源。如实例中的电动机、内燃机等。(2）工作部分，它是机器中直接完成工作任务的组成部分，如车床的刀架、起重机的吊钩、洗衣机的滚筒、鄂式破碎机的动鄂板等。其运动形式因机器的用途不同而异。(3）传动部分，它是介于动力机部分和工作部分之间，用以完成运动和动力的传递及转换的部分。利用它可以减速、增速、调速、改变转矩及分配动力等，从而满足工作部分的各种要求。2、本课程研究的对象、内容和任务（基本内容）1）本课程研究的对象是机械中的常用机构和通用机械零件，而研究的内容则是常用机构和通用机械零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法。2）通过本课程的学习，学生应达到的基本要求是：(1）掌握常用机构的工作原理、运动特性和应用，初步具备分析和设计常用机构的能力；(2）掌握通用机械零件的工作原理、结构特点、标准、选用和设计计算的基本知识，初步具备设计简单机械的能力；(3)具备运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。讨论、思考题、作业：讨论：1.什么是机械、机器2.构件和零件有何不同？参考资料（含参考书、文献等）：陈立德.机械设计基础.第2版.北京:高等教育出版社，2003郭仁生,魏宣燕.机械设计基础.第2版.清华大学出版社，2005实施情况及分析教学过程设计：复习_10分钟，授新课_60__分钟，安排讨论_10_分钟，布置作业_10_分钟授课类型（请打√）：理论课□讨论课□实验课□练习课□其他□教学方式（请打√）：讲授□讨论□指导□其他□教学资源（请打√）：多媒体□模型□实物□挂图□音像□其他□填表说明：1.每项页面大小可自行添减；2.教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。第2次课教学整体安排授课时间第周周第节课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第三章平面连杆机构3.1平面机构的结构分析教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：1.初步掌握平面连杆机构的结构特点及设计教学内容（包括基本内容、重点、难点）：1．平面机构的组成（重点）。1）运动副的概念2）运动副的分类（1）低副两构件通过面接触构成的运动副称为低副。由于低副具有制造简便、耐磨和承载能力强等特点，在机械中应用最广。根据两构件间的相对运动形式，低副又分为转动副和移动副。两构件间的相对运动为转动的，称为转动副（也称为铰链），如图3.1所示；两构件间的相对运动为直线移动的，称为移动副，(2)高副两构件通过点或线接触构成的运动副称为高副。常见的高副有凸轮副（图3.3）和齿轮副2.平面机构运动简图（重点难点）。1）表3.1部分常用机构运动简图符号（摘自GB4460-1984）2）绘制平面机构运动简图的一般步骤：（1）找出各构件和选定视图平面；(2)找出各构件之间的联系——运动副；（3）用简单线条表示构件；（4）选择适当的长度比例尺，绘制机构运动简图。3）例3.1绘制图3-6a所示活塞泵机构的运动简图。3机构具有确定运动的条件（难点）。1）平面机构的自由度F=3n-2PL-PH（3.1）式（3.1）就是平面机构自由度的计算公式。它表明一个机构的自由度F与活动构件数n以及包含运动副的类型和数目之间的关系。2）例3.2计算图3.6b所示的活塞泵的自由度。3）计算平面机构自由度时应注意的问题在计算平面机构自由度的时候，应注意以下几种特殊情况。（1）复合铰链（2）局部自由度（3）虚约束4）.机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件是：机构自由度必须大于零，且原动件数与其自由度必须相等。讨论、思考题、作业：思考：机构具有确定运动的条件作业：3-23-3参考资料（含参考书、文献等）：陈立德.机械设计基础.第2版.北京:高等教育出版社，2003郭仁生,魏宣燕.机械设计基础.第2版.清华大学出版社，2005实施情况及分析教学过程设计：复习_____分钟，授新课___分钟，安排讨论__80_分钟，布置作业_10_分钟授课类型（请打√）：理论课□讨论课□实验课□练习课□其他□教学方式（请打√）：讲授□讨论□指导□其他□教学资源（请打√）：多媒体□模型□实物□挂图□音像□其他□填表说明：1.每项页面大小可自行添减；2.教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。第3次课教学整体安排授课时间第周周第节课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第三章平面连杆机构3.2教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：1.理解平面连杆机构的类型2.掌握平面连杆机构的典型应用教学内容（包括基本内容、重点、难点）：1铰链四杆机构（基本内容）。全部用转动副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构，如图3.17所示。机构的固定件4称为机架；与机架用转动副相联接的杆1和杆3称为连架杆；不与机架直接联接的杆2称为连杆。能作整周转动的连架杆，称为曲柄。仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆。1）曲柄摇杆机构：在铰链四杆机构中，若两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。2）双曲柄机构：两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构，称为双曲柄机构。在双曲柄机构中，通常主动曲柄作等速转动，从动曲柄作变速转动。3）双摇杆机构：两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。4）铰链四杆机构的曲柄存在条件杆长之和条件：（a）在曲柄摇杆机构中，曲柄是最短杆；（b）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。以上两条件是曲柄存在的必要条件。这个结论称为杆长之和条件。如果机构满足杆长之和条件，当各杆长度不变而取不同杆为机架时，可以得到不同类型的铰链四杆机构。如：（1）取最短杆相邻的构件（杆2或杆4）为机架时，最短杆1为曲柄，而另一连架杆3为摇杆，故图3.24a所示的两个机构均为曲柄摇杆机构。（2）取最短杆为机架，其连架杆2和4均为曲柄，故图3.24b所示为双曲柄机构。（3）取最短杆的对边（杆3）为机架，则两连架杆2和4都不能作整周转动，故图3.24c所示为双摇杆机构。2.滑块四杆机构（难点）。1）曲柄滑块机构2）导杆机构3）摇块机构4）定块机构5）偏心轮机构6）双滑块机构讨论、思考题、作业：思考：平面连杆机构的特点作业：3-43-53-6参考资料（含参考书、文献等）：陈立德.机械设计基础.第2版.北京:高等教育出版社，2003郭仁生,魏宣燕.机械设计基础.第2版.清华大学出版社，2005实施情况及分析教学过程设计：复习_____分钟，授新课___分钟，安排讨论__80_分钟，布置作业_10_分钟授课类型（请打√）：理论课□讨论课□实验课□练习课□其他□教学方式（请打√）：讲授□讨论□指导□其他□教学资源（请打√）：多媒体□模型□实物□挂图□音像□其他□填表说明：1.每项页面大小可自行添减；2.教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。第4次课教学整体安排授课时间第周周第节课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第三章平面连杆机构3.4-3.5教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：1.理解平面连杆机构的特点2.教学内容（包括基本内容、重点、难点）：1.平面连杆机构的急回特征如图3.38所示为一曲柄摇杆机构，其曲柄AB在转动一周的过程中，有两次与连杆BC共线。在这两个位置，铰链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别为最短和最长，因而摇杆CD的位置C1D和C2D分别为两个极限位置。摇杆在两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角。图3.38曲柄摇杆机构的急回特性牛头刨床、往复式运输机等机械利用这种急回特性来缩短非生产时间，提高生产率。急回运动特性可用行程速比系数K表示，即180180//212112122121tttCCtCCVVK（3.2）式中，为摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角，称为极位夹角。将上式整理后，可得极位夹角的计算公式：11180KK（3.3）由以上分析可知：极位夹角越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。但机构运动的平稳性也越差。因此在设计时，应根据其工作要求，恰当地选择K值，在一般机械中1＜K＜2。2.传力分析：压力角α和传动角γ，死点位置（难点）。在实际应用中，为度量方便起见，常用压力角的余角γ来衡量机构传力性能的好坏。传动角是压力角的余角，即α+γ=90°。显然γ值越大越好，理想情况是γ=90。α与γ都是说明机构传力性能的重要参数。3.平面连杆机构的设计（难点）讨论、思考题、作业：思考：什么是平面连杆机构的急回特征、压力角α和传动角γ，死点位置作业：3.9参考资料（含参考书、文献等）：陈立德.机械设计基础.第2版.北京:高等教育出版社，2003郭仁生,魏宣燕.机械设计基础.第2版.清华大学出版社，2005实施情况及分析教学过程设计：复习_____分钟，授新课___分钟，安排讨论__80_分钟，布置作业_10_分钟授课类型（请打√）：理论课□讨论课□实验课□练习课□其他□教学方式（请打√）：讲授□讨论□指导□其他□教学资源（请打√）：多媒体□模型□实物□挂图□音像□其他□填表说明：1.每项页面大小可自行添减；2.教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。第5次课教学整体安排授课时间第周周第节课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第四章凸轮机构4.1-4.2教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：1.理解凸轮机构的结构特点2.掌握凸轮机构的一般设计方法教学内容（包括基本内容、重点、难点）：1.凸轮机构的类型和应用（基本内容）。1）凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个构件组成。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常作为原动件。当它运动时，通过其曲线轮廓或凹槽与从动件的高副接触，使从动件获得预期的运动规律。2）凸轮机构的分类：（1）按凸轮的形状分：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮（2）按从动件的结构型式分：尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件、球面底从动件（3）按凸轮与从动件保持接触的方式分凸轮机构是一种高副机构，它与低副机构不同，需要采取一定的措施来保持凸轮与从动件的接触，这种保持接触的方式称为封闭（锁合）。常见的封闭方式有：（a）力封闭利用从动件的重量、弹簧力（图4.1所示）或其它外力使从动件与凸轮保持接触。（b）形封闭（4）按照从动件的运动方式分（a）直动从动件（图4.4a、b、c、d）。（b）摆动从动件（图4.4e、f、g、h）。2.凸轮机构的特点与应用（基本内容）。由上述可知，凸轮机构具有构件少，占据空间不大，是一种结构简单和紧凑的机构。从动件的运动规律是由凸轮轮廓曲线决定的，只要凸轮轮廓曲线设计得当，就可以使从动件实现任意预期的运动规律，并且运动准确可靠、便于设计。因此在自动机床进刀机构、上料机构、内燃机配气机构、制动机构以及印刷机、纺织机、插秧机、闹钟和各种电气开关中得到广泛应用。但因凸轮机构是点或线接触的高副机构，易磨损，所以通常多用于传力不大的控制和调节机构中。另外，由于凸轮形状复杂、不易加工，这也在一定程度上限制了凸轮机构的应用。3.常用的从动件运动规律（难点）。1)等速运动规律:从动件在推程作等速运动时，其位移、速度和加速度的运动线图，如图4.7所示。在此阶段，经过时间t0（相应的凸轮转角为Φ），从动件完成升程h，所以从动件速度υ0=h/t0为常数，速度线图为水平直线，从动件的位移s=υ0t，其位移线图为一斜直线，