机械设计基础教案.docx

机械设计基础教案.docx

《机械设计基础教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础教案.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

机械设计基础教案

BasicTheoryofMachinesandMechanisms

机械设计基础

教案

课程归属：

交通工程学院

教学课时：

72学时

适用专业：

飞行器动力工程、自动化、油气储运

教案作者：

许致华

课题：

绪论（No.01）

一、教学目的

使学生明确本课程的研究对象、主要教学内容和基本教学要求。

二、 教学内容分析

重点：

教学要求，机构与机器的概念、工作路线的分析、机构与机器的区别。

难点：

教学内容，工作路线的分析方法。

三、 教学方法设计

讲授：

基本内容、概念和定义

讨论：

机构与机器功能的区别及构件与零件的关系

演示：

机构和机器的应用实例

四、 教学过程

1．说明本课程的研究对象、主要教学内容。

2．结合多面体软件介绍机械定义及其他概念

3．介绍主要参考书

4．进行演示实验，增加本门课程的感性认识 

五、课外作业及思考题

1、 试述构件和零件的区别与联系？

2、何谓机架、原动件和从动件？

课题：

机构运动简图的绘制（No.02）

一、教学目的

了解课程的性质与内容，能根据实物绘制机构运动简图

二、教学内容分析

重点：

介绍机构运动简图的绘制方法。

难点：

讲解机构运动简图绘制同时，学生进行机构运动简图测绘实验。

三、 教学方法设计

讲授：

讲解分析机构运动的思路和运动简图绘制的绘制步骤。

实验：

学生自己动手测绘简单机械，并绘出机构运动简图。

四、 教学过程

1.复习运动副在运动简图中表示方法。

2.机构运动简图及作用

3.构件的分类　

4.绘制机构运动简图的步骤　

5.学生进行机构运动简图测绘实验　

五、思考题

1.两构件构成运动副的特征是什么？

3.何谓自由度和约束？

课题：

平面机构运动简图的绘制（实验，2学时）（No.03）

课题：

平面机构自由度的计算（No.04）

一、教学目的

了解机构组成原理,熟练掌握机构自由度计算方法。

机构自由度的计算及机构具有确定运动的条件；简单介绍速度瞬心（包括绝对瞬心和相对瞬心）的。

平面机构自由度分析和计算也是本章学习的重点。

讲解机构运动简图绘制时，应安排一次机构运动简图测绘实验，以提高教学效果

二、教学内容分析

重点：

自由度计算及计算中应注意的问题。

难点：

复合铰链、局部自由度和虚约束的判断是正确计算自由度的难点。

三、 教学方法设计

讲授：

讲授自由度计算及计算中应注意的问题，并通过例题讲解加深对内容的理解。

四、 教学过程

1.两构件构成运动副的特征　

2.机构具有确定运动的条件　

3.计算机构自由度时应注意的事项　

4.速度瞬心基本概念　　

5.用“直观法”和“三心定理”确定一般平面机构各瞬心位置的方法

6.瞬心在速度分析中的应用

五、思考题

1.当两构件组成滑动兼滚动的高副时，其速度瞬心在何处？

2.如何考虑机构中不组成运动副的两构件的速度瞬心？

课题：

铰链四杆机构的基本类型（No.05）

一、教学目的

掌握平面四杆机构的基本概念；应用平面四杆机构的理论设计平面四杆机构。

二、教学内容分析

重点：

介绍四杆机构的组成、基本形式、压力角和传动角、死点位置、急回特性。

难点：

压力角和传动角、死点位置及最小传动角出现的位置。

三、 教学方法设计

讲授：

在介绍基本概念的同时，利用多媒体的动画效果讲解难以理解的最小传动角出现的位置和杆机构的基本演化方法。

四、教学过程

1．铰链四杆机构的基本类型（曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构）　

2．急回运动、压力角和传动角、死点位置　

3．铰链四杆机构曲柄存在条件

4．铰链四杆机构的演化方法

五、思考题

1．平面四连杆机构最基本形态是什么？

由它演化为其它平面四杆机构，有哪些具体途径？

2．图示摆动导杆机构中，AB杆匀角速转动。

该机构存在的几何条件是什么？

给定其摆杆的行程速度变化系数K后，怎么用K值表达AB

和AC杆的长度关系？

3．图示摆动导杆机构中，AB杆匀角速转动。

若

，那么，其摆杆的行程速度变化系

数为何值？

又若摆杆顺时针方向转动为回程，要求

有比工作行程较大的平均速度，那么，应如何选择

AB杆的转向？

课题：

平面四杆机构的设计（No.06）

一、教学目的

掌握平面四杆机构设计方法和步骤。

二、教学内容分析

重点：

用图解法设计曲柄摇杆机构。

难点：

用解析法设计四杆机构。

三、 教学方法设计

讲授：

根据不同的设计任务和设计要求，讲解应采用不同的设计方法。

四、教学过程

1．平面连杆机构设计的基本问题

2．照给定的行程速比系数设计四杆机构

3．按给定连杆位置设计四杆机构

4．按照给定两连架杆对应位置设计四杆机构

五、思考题

1．在何种条件下采用图解法设计平面四杆机构？

2．在何种条件下采用解析法设计平面四杆机构？

课题：

凸轮机构其设计（No.07）

一、教学目的

1．了解凸轮机构的特点，能按运动规律绘制S-ф曲线

2．掌握图解法设计凸轮轮廓，了解凸轮机构的自锁、压力角与基圆半径的关系

二、教学内容分析

重点：

掌握凸轮轮廓设计原理—反转法，自锁、压力角与基圆半径的概念

难点：

凸轮轮廓设计原理—反转法

三、教学方法设计

讲授：

采用案例教学，根据工作要求绘出常用运动规律曲线。

四、教学过程

1．凸轮机构的特点及应用

2．从动件的常用运动规律　

3．术语介绍

五、思考题

1．凸轮机构中，柔性冲击是指什么？

举出一个具有柔性冲击的从动件常用运动规律。

2．为什么不能为了机构紧凑，而任意减小盘形凸轮的基圆半径？

课题：

凸轮轮廓设计（No.08）

一、教学目的

1．了解按运动规律绘制S-ф曲线设计凸轮轮廓线的思路。

2．掌握图解法设计凸轮轮廓，了解凸轮机构的自锁、压力角与基圆半径的关系。

3．了解用解析法设计凸轮轮廓。

二、教学内容分析

重点：

图解法设计凸轮轮廓、凸轮机构的自锁、压力角与基圆半径的关系

难点：

用图解法和用解析法设计凸轮轮廓

三、教学方法设计

讲授：

采用案例教学，根据工作要求绘出常用运动规律曲线，然后根据S-ф曲线绘制凸轮轮廓曲线。

四、教学过程

1．复习从动件的常用运动规律　

2．图解法设计凸轮轮廓；设计凸轮机构应注意的问题；

3．滚子半径的选择；基圆半径对凸轮机构的影响。

4．图解法设计凸轮轮廓；设计凸轮机构应注意的问题。

　滚子半径的选择；基圆半径对凸轮机构的影响。

课题：

齿轮机构的特性1（No.9）

一、教学目的

1．了解齿轮传动特点、分类，理解齿廓啮合基本定理，熟悉渐开线性质，了解共轭齿廓概念

2．理解基本参数的概念、掌握齿轮基本尺寸计算

二、教学内容分析

重点：

齿廓啮合基本定理，渐开线性质，共轭齿廓、周节、分度圆、模数掌握齿轮基本尺寸计算

难点：

渐开线性质，共轭齿廓概念

三、 教学方法设计

讲授：

结合多媒体的动态仿真讲述上述内容

四、教学过程

1．轮机构的分类

2．廓啮合基本定律

3．共轭齿廓

4．节点和节圆

5．渐开线的形成

6．渐开线的性质

五、思考题

欲使一对齿廓在其啮合过程中保持传动比不变，该对齿廓应符合什么条件？

课题：

齿轮机构的特性2（No.10）

一、教学目的

1．理解齿轮的正确啮合条件、重合度的意义

2．了解齿轮加工的原理、根切原因、变位的目的，掌握变位齿轮传动的计算

二、教学内容分析

重点：

正确啮合条件，可分性，重合度的意义

难点：

根切原因，变位齿轮的尺寸变化

三、 教学方法设计

讲授：

结合多媒体的动态仿真讲述上述内容

四、教学过程

1.正确啮合的条件

2.标准中心距

3.压力角与啮合角

4.重合度

5.成形法及范成法

6.根切现象和最少齿数

7.变位齿轮

五、思考题

1．当一对互相啮合的渐开线齿廓绕各自的基圆圆心转动时，其传动比不变。

为什么？

2．何谓齿轮传动的啮合线？

为什么渐开线齿轮的啮合线为直线？

3．什么叫渐开线齿轮传动的可分性？

课题：

齿轮原理部分习题课（No.11）

一、教学目的

1．进一步理解齿廓啮合基本定理、理解齿轮的正确啮合条件、重合度的意义

2．理解基本参数的概念、掌握齿轮基本尺寸计算。

3．了解直齿圆柱齿轮加工方法和加工过程。

三、教学内容分析

重点：

齿轮的正确啮合条件公式推导过程

难点：

证明渐开线齿轮的正确啮合条件

三、 教学方法设计

讲授：

结合多媒体的动态仿真复习上述内容

四、教学过程

1．复习齿轮的正确啮合条件、重合度的概念和齿轮基本尺寸计算公式

2列举例题

课题:

标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算（No.12）

一、教学目的

1.了解齿轮传动特点、掌握主要失效形式，

2.了解常用齿轮材料及热处理方法，掌握齿轮材料的计算载荷

3.掌握直齿圆柱齿轮的受力分析及强度计算方法

二、教学内容分析

重点：

1.轮齿主要失效形式，载荷系数，材料与热处理

2.齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算

难点：

齿轮的受力分析

三、 教学方法设计

讲授：

根据轮齿不同的失效形式,讲述所对应不同的强度条件

四、教学过程

1.开式传动和闭式传动

2.传动的失效形式

3.轮材料及热处理

4.受力分析

5.面接触疲劳强度计算

6.根弯曲疲劳强度计算

五、思考题

开式齿轮传动中，保证齿根弯曲应力σF≤[σ]F，主要是为了避免齿轮的失效。

①轮齿折断；②齿面磨损；③齿面胶合；④齿面点蚀。

课题:

标准直齿圆柱齿轮传动设计习题课（No.13）

一、教学目的

4.了解齿轮传动特点、掌握主要失效形式，

5.掌握直齿圆柱齿轮的受力分析及强度计算方法

6.掌握圆柱齿轮设计的整个过程。

7.利用教科书中已给的参数表和图表，熟练地查取各种参数。

四、教学内容分析

重点：

直齿圆柱齿轮设计方法及整个设计过程

难点：

直齿圆柱齿轮设计方法及整个设计过程

三、 教学方法设计

讲授：

根据轮齿不同的失效形式,讲述所对应不同的强度条件

四、教学过程

1．复习开式传动和闭式传动中齿轮的失效形式，

2．根据直齿圆柱的失效形式，确定使用不同的设计计算方法

3．以实际工程实例作为例题，讲解圆柱齿轮设计的整个设计过程

课题:

平行轴斜齿圆柱齿轮传动（No.14，No.15）

一、教学目的

1．掌握斜齿轮传动特点及尺寸计算，了解螺旋齿轮的传动

2．掌握端面、法面参数的关系，当量齿数，正确啮合条件，重合度

3．掌握斜齿圆柱齿轮受力分析和强度计算方法

二、教学内容分析

重点：

端面、法面参数的关系，当量齿数，正确啮合条件，重合度

难点：

斜齿轮的受力分析

三、 教学方法设计

讲授：

对照直齿圆柱齿轮进行讲授。

四、教学过程

1．齿轮的共轭齿廓曲面

2．平行轴渐开线斜齿轮正确啮合的条件

3．斜齿轮各部分名称和几何尺寸计算　

4．斜齿轮的当量齿数

5．斜齿轮传动的重合度及受力分析

6．齿面接触疲劳强度计算

7．齿根弯曲疲劳强度计算

五、思考题

由直齿和斜齿圆柱齿轮组成的减速器，为使传动平稳，应将直齿圆柱齿轮布置在。

①高速级；②低速级；③高速级或低速级；④哪一级，无法判断。

课题:

圆锥齿轮传动（No.16）

一、教学目的

1．了解圆锥齿轮传动特点与参数

2．掌握圆锥齿轮尺寸计算、当量齿数、正确啮合条件、重合度

3．掌握圆锥齿轮受力分析和强度计算方法

二、教学内容分析

重点：

尺寸计算、当量齿数、正确啮合条件、重合度

难点：

直齿圆锥齿轮的受力分析

三、 教学方法设计

讲授：

对照直齿圆柱齿轮进行讲授。

四、教学过程

1．圆锥齿轮的传动比

2．背锥和当量齿数

3．直齿圆锥齿轮传动的重合度

4．受力分析

5．齿面接触疲劳强度计算

6．齿根弯曲疲劳强度计算

7．齿轮结构

五、思考题

1．齿轮传动中，提高其抗点蚀能力的措施之一是。

①提高齿面硬度；②降低润滑油粘度；③减小分度圆直径；④减少齿数。

2．在齿轮传动中，为减少动载，可采取的措施是。

①改用好材料；②提高齿轮制造精度；③降低润滑油粘度；④加大模数。

课题:

蜗杆传动（No.17）

一、教学目的

1．掌握蜗轮蜗杆传动的特点及尺寸计算

2．掌握蜗杆传动受力分析和强度计算方法

3．齿面接触疲劳强度、齿根弯曲强度和热平衡计算

二、教学内容分析

重点：

正确啮合条件，蜗轮转向判断，蜗杆直径系数q

难点：

受力分析

三、 教学方法设计

讲授：

对照直齿圆柱齿轮进行讲授。

四、教学过程

1．圆柱蜗杆传动的主要参数及圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算

2．蜗杆传动的失效形式、材料选择

3．蜗杆传动的受力分析

4．蜗杆传动的强度计算

5．蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算

五、思考题

1．蜗杆蜗轮啮合面间的滑动速度Va与蜗杆的圆周速度V1之间有如下关系

①Va=V1；②；Va>V1；③Va

2．蜗杆传动的主要失效形式是

①齿面疲劳点蚀；②齿根的弯曲折断；③齿面的胶合和磨损；④齿面的塑性变形

课题:

受力分析习题课（No.18）

一、教学目的

1．掌握直齿圆柱齿轮传动的受力分析、斜齿圆柱齿轮传动的受力分析、直齿圆锥齿轮传动的受力分析及蜗杆传动受力分析。

2．掌握蜗杆传动的失效形式、齿面接触疲劳强度、齿根弯曲强度。

3．了解热平衡计算方法。

二、教学内容分析

重点：

正确啮合条件，蜗轮转向判断。

难点：

各种齿轮传动的受力分析

三、 教学方法设计

讲授：

通过图形进行讲授。

四、教学过程

1.以直齿圆柱齿轮传动的受力分析为例，采用对比讲解的方法分别复习各种齿轮传动的受力分析特点。

2．以不同齿轮的组合传动为例，进行受力分析方法的讲解。

课题:

轮系（No.19）

一、教学目的

1．掌握定轴轮系，周转轮系传动比的计算

2．熟练掌握轮系传动比的计算方法

二、教学内容分析

重点：

定轴轮系转向判别，转化轮系法求解周转轮系传动比方法

难点：

轮系的组成分析 

三、 教学方法设计

讲授：

结合动画显示，分析轮系的运动特点，从而列出相应的传动比计算公式

四、教学过程

1．齿轮传动的传动比分析

2．定轴轮系传动比分析

3．定轴轮系传动比计算一般式

4．轮系的类型

5．定轴轮系及其传动比

6．周转轮系及其传动比

五、思考题

1．一个基本周转轮系，如何判断其是差动轮系还是行星轮系？

2．定轴轮系输入、输出轴平行时，如何决定传动比前的正、负号？

课题:

混合轮系（No.20）

一、教学目的

掌握混合转轮系的分析方法和传动比计算

二、教学内容分析

重点：

混合转轮系的分析方法和传动比计算

难点：

如何将复杂的混合轮系分解

三、 教学方法设计

讲授：

结合动画显示，分析轮系的运动特点，从而列出相应的传动比计算公式

四、教学过程

1．混合轮系及其传动比

2．轮系的典型应用

五、思考题

1．上述计算组合轮系传动比的方法。

2．在图示轮系中，各轮齿数为z1=20，z2=40，z2'=20，z3=30，z3'=20，z4=40。

试求传动经i14，并问：

如面变更i14的符号，可采取什么措施？

课题:

速度波动与调节;机械平衡（No.21）

一、教学目的

1．理解速度波动调节的原理，掌握飞轮设计方法

2．掌握静、动平衡的计算方法

二、教学内容分析

重点：

速度波动的原因，盈亏功、飞轮设计

难点：

盈亏功的求法、动平衡的计算方法

三、 教学方法设计

讲授：

根据不同的波动类型，采取不同的调节方法；根据回转件的轴向尺寸不同，采取不同的平衡方法

四、 教学过程

1．机械的运转过程及其速度波动类型

2．周期性速度波动和调节方法

3．非周期性速度波动和调节方法

4．机械运转的平均速度和不均匀系数

5．回转件平衡的目的

6．回转件的平衡计算

五、思考题

1．为什么要进行机器的速度调节？

“周期性速度波动”与“非周期性速度波动”的特点，它们各用什么方法来调节？

2．刚性回转件静平衡与动平衡的关系是什么？

课题:

其它常用机构简介（No.22）

一、教学目的

掌握各种常用机构的工作原理

二、教学内容分析

重点与难点：

了解其一般工作原理

三、 教学方法设计

简介常用间歇运动机构的组成、工作原理及应用场合

四、教学过程

1．棘轮机构

2．槽轮机构

2．不完全齿轮机构

3．凸轮间歇运动机构

4．组合机构

五、思考题

1．上述机构使用在何种场合下？

课题:

螺纹联接1（No.23）

一、教学目的

掌握螺纹联接类型及防松方法，松、紧螺栓联接强度计算

二、学内容分析

重点：

螺纹联接类型及防松原理

难点：

紧螺栓联接的强度计算

三、教学方法设计

将预紧、防松和螺栓联接的强度计算有机地结合进行讲解

四、教学过程

1．螺纹的参数　

2．螺纹副的受力分析　

3．螺纹副的效率及螺纹副的自锁　　

4．螺纹联接的基本类型　

5．螺纹联接的预紧和防松　

6．普通螺栓联接强度计算　

7．铰制孔螺栓联接强度计算　

五、思考题

1．受横向转矩的螺栓组采用铰制孔时，每个螺栓所受的载荷是。

①相等的；②与到几何中心距离成正比；③与到几何中心距离成反比；④都不变

2．在螺栓联接的结构设计中，被联接件与螺母和螺栓头接触表面处需要加工，这是为了。

①不致损伤螺栓头和螺母；②增大接触面积，不易松脱；③防止产生附加偏心载荷；④便于装配。

课题:

螺纹联接2（No.24）

一、教学目的

1．掌握螺栓组设计方法

2．了解提高螺纹联接强度的常用措施和螺旋传动的设计

二、教学内容分析

重点：

紧螺栓联接的强度计算

难点：

螺栓组联接的设计与受力分析

三、 教学方法设计

补充螺栓组在旋转力矩、翻转力矩作用下的强度计算方法，通过例题讲解螺栓组在受组合力情况下的解题步骤

四、教学过程

1．螺栓组联接的受力分析　

2．提高螺栓联接强度的措施　

3．螺栓组的结构设计螺旋传动的应用和类型　

4．键联接的类型和结构及平键联接计算　

5．介绍其他联接，如花键联接、销联接、焊接和粘接、过盈联接等　

五、思考题

1．简述提高螺纹联接强度的四种措施

2．若用降低螺栓刚度的办法来提高螺栓联接的疲劳强度，试作力和变形图说明之。

课题:

螺纹联接习题课（No.25）

一、教学目的

1．了解螺纹联接类型及防松方法。

2．掌握螺栓组设计方法。

3．了解提高螺纹联接强度的常用措施和螺旋传动的设计。

二、教学内容分析

重点：

螺纹联接类型及防松原理、松、紧螺栓联接强度计算。

难点：

紧螺栓联接的强度计算。

三、教学方法设计

结合多媒体中的图形和利用手绘简图进行例题讲解。

四、教学过程

1．将预紧、防松和螺栓联接的强度计算有机地结合进行讲解。

8．螺栓组联接的受力分析。

9．为了加深习题难度，扩大知识面，着重复习补充的内容。

即螺栓组在旋转力矩、翻转力矩作用下的强度计算方法

4．通过例题讲解螺栓组在受组合力情况下的解题步骤

课题:

带传动的基本知识及受力分析（No.26）

一、教学目的

掌握带传动受力分析和欧拉公式，掌握带传动的主要几何参数的确定方法，了解带传动的类型与特点。

二、教学内容分析

重点：

受力分析、欧拉公式

难点：

应力分析及欧拉公式

三、 教学方法设计

借助于多媒体教学软件分析带传动的工作原理及受力情况

四、教学过程

1．带传动的类型　

2．带传动的布置形式　

3．传动的特点　

4．带传动的主要几何参数　

5．带传动的受力分析　

6．带的应力分析

五、思考题

1．带传动正常工作时，小带轮上的滑动角小带轮的包角。

①大于；②小于；③小于或等于；④大于或等于。

2．设计中限制小带轮的直径D1≥D1min是为了。

①限制带的弯曲应力；②限制相对滑移量；③保证带与轮面间的摩擦力；④带轮在轴上安装需要。

课题:

V带传动的设计计算（No.27）

一、教学目的

1、了解弹性滑动的概念，了解带传动的类型与特点

2、掌握带应力分布规律和V带设计方法，掌握带传动设计和了解带的张紧与维护特点

二、教学内容分析

重点：

弹性滑动，带的应力分布图

难点：

V带传动的设计方法和设计步骤

三、 教学方法设计

从应用的角度出发，采用案例教学方法讲授V带传动的设计方法和设计步骤

四、 教学过程

1．带传动的弹性滑动　

2．传动比带传动的失效形式和设计准则　

3．普通V带的规格单根普通V带所能传递的功率　

4．设计计算和参数选择　

5．V带轮的设计要求　

6．V带轮结构带传动的张紧装置　

五、思考题

1．带传动的设计准则是。

①保证带具有一定寿命；②保证带不被拉断；③保证不发生滑动情况下，带又不被拉断；④保证传动不打滑条件下，带具有一定的疲劳强度。

2．在相同的条件下，为什么三角胶带比平型带的传动能力大？

课题:

轴的分类与应用、轴的结构设计（No.28）

一、教学目的

掌握轴结构设计特点及轴的强度计算方法，了解轴的疲劳强度计算

二、教学内容分析

重点：

轴的结构设计

难点：

轴的弯扭合成法强度计算方法

三、 教学方法设计

结合实物讲授轴的结构设计

四、教学过程

1．轴的功用和类型　

2．设计轴的一般步骤　

3．轴的材料　

4．轴的结构设计　

5．按扭转强度条件计算　

6．按弯扭合成强度条件计算　

7．轴的刚度计算　

五、思考题

1．自行车的前轴是。

心轴；②转轴；③传动轴；④光轴

2．轴的强度计算公式

中α的含意是什么？

其大小如何确定？

课题:

轴的强度计算（No.29）

课题:

滑动轴承的主要类型（No.30）

一、教学目的

了解弹性滑动的概念、流体动压润滑滑动轴承计算、了解其它型式滑动轴承

二、教学内容分析

重点：

流体动压形成机理

难点：

流体动压形成机理

三、 教学方法设计

应用多媒体教学软件进行讲授

四、教学过程

1．整体式径向滑动轴承、剖分式径向滑动轴承　　

2．常用轴承材料　

3．径向滑动轴承的计算　

4．流体动压润滑的形成原理　

五、思考题

1．流体动压润滑轴承进行P、v、Pv的验算是因为。

①启动时属于液体润滑状态；②运行时属于液体润滑状态；③运行时会发生金属过度磨损；④启动时会发生金属过度磨损。

2．影响流体动力润滑后滑动轴承承载能力因素有_________。

①轴承的直径；②宽径比B/d；③相