机械设计基础教案7296228942.docx

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机械设计基础教案7296228942

绪论

（学时：

2）

●教学目的和要求

1、了解机构的组成；

2、掌握本课程的性质、内容和任务；

3、了解机械设计的基本要求和一般过程

●重点和难点

重点：

机构和机器的区别；本课程的性质及任务；

难点：

机构和机器的区别

●教学进程

复习（无）

导入新课（无）

教学内容

教学方式（PPT投影）辅助手段

师生互动（讨论常见的机构）

1、机器特征：

（1）都是人为的实物组合；

（2）组成机器的各实物之间具有确定的相对运动；

（3）能实现能量转换或完成有用的机械功。

2、机构：

（1）都是人为的实物组合；

（2）组成机器的各实物之间具有确定的相对运动；

注意：

机构与机器联系与区别

机构具有机器的1、2特征。

机器与机构的区别在于：

机器能实现能量的转换（如内燃机、发电机、电动机），能代替人的劳动去作有用的机械功。

3、机械：

机器与机构的总称

§0—3机械设计的概述

一.机械设计的基本要求

二、机械设计的一般程序

●小结

1、机构与机器区别

2、构件与零件区别

●作业

思考：

《机械设计基础》应该如何学习

第1章平面机构运动简图及其自由度

（学时：

10）

●教学目的和要求

1、了解机构的组成

2、掌握机构运动副及自由度的计算

3、掌握机构运动简图的绘制

●重点和难点

重点：

机构自由度的计算

难点：

机构具有确定运动的条件；自由度计算的向个特殊问题

●教学进程

机构组成及运动副（2学时）

机构运动简图（2学时）

机构自由度计算（6学时）

●小结

●作业

课后习题1－8图1.27，图1.28，1－9

1.1－1.2机构组成及运动副

（学时：

2）

●教学目的和要求

1、掌握机构的组成

2、掌握运动副的分类及特点

3、掌握运动副的表示方法

●重点和难点

重点：

运动副的分类及特点

难点：

高副、低副及约束的关系

●教学进程

（复习导入新课教学内容教学方式辅助手段师生互动时间分配板书设计）

一、机构的组成与分类

（动画演示）

二、自由度

三、运动副及其分类

（一）低副

1.转动副

2.移动副

（二）.高副

1－2常用构件的表示方法

常用运动副的表示方法

●小结

1、机构组成

2、运动副的表示方法

●作业

（无作业）课堂练习

1.2平面机构运动简图

（学时：

2）

●教学目的和要求

1、掌握平面机构运动简图的表示

●重点和难点

重点：

运动简图的表示方法

难点：

正确表示机构动动简图

●教学进程

复习动动副的表示方法

导入新课模型演示，画出该模型的简图

教学方式

辅助手段（ppt）

1、机构运动简图：

简明表示机构各构件之间相对运动关系的图形

（按比例，用特定的符号和线条）

和运动有关的：

运动副的类型、数目、相对位置、构件数目

和运动无关的：

构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、

运动副的具体构造

2、机构示意图：

只需表明机构运动传递情况和构造特征，不必按严格比例所画的图形

3、绘机构运动简图的步骤

1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；

2）确定所有运动副的类型和数目；

3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；

4）确定比例尺；

5）用规定的符号和线条绘制成简图。

（从原动件开始画））

●小结

●作业

（课堂练习：

看动画演示，画机构运动简图）

1.3平面机构自由度的计算

（学时：

6）

●教学目的和要求

1、掌握机构自由度的计算

2、掌握机构具有确定动动的条件

●重点和难点

重点：

机构自由度的计算

难点：

虚约束

●教学进程

（复习机构动动简图表示

导入新课模型演示机构自由度

教学内容

教学方式

辅助手段（PPT，动画演示，模型操作）

课时分配（自由度公式机构具有确定动动的条件1学时）

（复合铰链，局部自由度2学时）

（虚约束，练习，3学时）

●小结

●作业

第二章平面连杆机构

（学时：

8）

●教学目的和要求

1、了解四杆机构的基本形式及其演化；

2、掌握四杆机构的工作特性；

3、掌握四杆机构设计的常用方法；

●重点和难点

重点：

1、四杆机构的特性

2、四杆机构常用的设计方法

难点：

1、曲柄存在的条件；

2、压力角

3、死点

●教学进程

课时分配：

四杆机构基本形式与演化（2课时）四杆机构工作特性（4学时）四杆机构设计（2学时）

教学内容：

1.熟练掌握并能应用四杆机构曲柄存在条件判断是否存在曲柄及机构类型；

2.理解四杆机构的行程速比系数K、急回特性、极位夹角、传动角、压力角、死点位置等概念，并能熟练通过作图确定和求出四杆机构的极限位置、极位夹角、最小传动角（或最大压力角）和死点位置。

3.能综合运用按给定的行程速比系数K和连杆的位置等运动条件来熟练设计四杆机构。

●作业

习题2-3（课堂练习），习题2-6，习题2-10

§2-1概述

一、概念

1连杆机构：

构件全部用低副联接而成的平面机构（低副机构）

2平面连杆机构:

各构件的相对运动为平面运动的连杆机构

3铰链四杆机构：

由转动副联接起来的其中一个杆为机架的平面四杆机构

二、平面连杆机构的特点和应用

1、特点

2、应用

§2-2铰链四杆机构的类型与应用基本型式及其演化

一、铰链四杆机构的基本型式

（一）、曲柄摇杆机构

特点：

两连架杆一个是曲柄（整周转）；一个是摇杆（摆动）

（二）、双曲柄机构

特点：

两连架杆都是曲柄（整周转）

主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转

（三）、双摇杆机构

特点：

两连架杆都是摇杆（摆动）

二、铰链四杆机构的演化

演化方法：

转动副移动副（滑块四杆机构）；

选取不同构件作为机架

（一）、转动副转化成移动副

（二）、取不同构件为机架

§2-3平面四杆机构的基本特性

一、铰链四杆机构存在曲柄的条件

类型的判别关键在于：

机构中有无曲柄，有几个曲柄

结论：

1、铰链四杆机构存在曲柄的条件是：

（1）、最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

（2）、机架或连架杆为最短杆。

2、铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是：

（1）、最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

（2）、曲柄为最短杆。

3、铰链四杆机构不存在一个曲柄的条件是：

（1）、最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

（2）、连架杆为最短杆。

二、急回特性和行程速比系数

曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不相同，这种运动称为曲柄摇杆机构的急回运动。

曲柄摇杆机构的急回运动程度可以用2和的比值来衡量，称为行程速比系数

三、压力角和传动角

压力角　

从动件受力点（C点）的受力方向与

受力点的速度方向之间所夹的锐角。

四、死点位置

1．死点的概念

2．死点的利用

3．死点的缺陷

§2-4平面四杆机构的设计

设计内容：

选择形式；确定尺寸（运动简图）

两类问题：

实现给定的运动规律

实现给定的运动轨迹

设计方法：

解析法；实验法；图解法

1、按给定的行程速比系数K设计四杆机构

2、按给定的连杆位置设计四杆机构

第三章凸轮机构

（学时：

6）

●教学目的和要求

1、了解凸轮机构的应用及分类；

2、掌握凸轮机构从动件常用的运动规律；

3、掌握凸轮机构轮廓设计方法

●重点和难点

重点：

1、凸轮机构从动件常用的运动规律；

2、掌握凸轮机构轮廓设计方法

难点：

凸轮机构轮廓设计方法

●教学进程

（复习导入新课教学内容教学方式辅助手段师生互动时间分配板书设计）

Ppt,

模型动画演示

课时分配：

凸轮机构应用及分类：

2学时；

从动件常用运动规律2学时

凸轮轮廓设计2学时

§3-1凸轮机构应用和分类

一、凸轮机构的组成和应用

二、凸轮传动机构的类型

1、按凸轮的形状和运动分类

（1）、盘形回转凸轮

（2）、平板移动凸轮

（3）、圆柱回转凸轮

2、按从动件的形状分类

（1）、尖顶从动件

（2）、滚子从动件

（3）、平底从动件

3、按从动件的运动形式

4、按锁合方式分类

§3-2常用的从动件运动规律

一、凸轮传动的工作过程

二、常用的从动件运动规律

1、等速运动规律

   运动特性：

刚性冲击。

2、等加速等减速运动规律

3、简谐运动规律（余弦加速度运动规律）：

三、从动件运动规律的选择

1.选择推杆运动规律的基本要求

2.根据工作条件确定推杆运动规律几种常见情况

§3-3用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线

设计方法：

图解法，解析法

一、图解法设计凸轮轮廓曲线

（一）、图解法的原理（反转法）

（二）、图解法的方法和步骤

1、对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构

2、对心直动滚子从动件盘形凸轮机构

§3-4凸轮机构基本尺寸的确定

结论：

外凸的凸轮轮廓曲线,应使r0<ρmin，通常取

 同时ρa>=1-5mm,另外滚子半径还受强度、结构等的限制，因而也不能做得太小，通常取滚子半径rr=0.4r0。

三、凸轮基圆半径的确定

●小结

1、了解凸轮机构的应用及分类；

2、掌握凸轮机构从动件常用的运动规律；

3、掌握凸轮机构轮廓设计方法

●作业

按要求作出凸轮轮廓

第四章间歇运动机构简介

（学时：

2）

●教学目的和要求

1、了解间歇运动机构的原理；

2、掌握常用间歇运动机构

●重点和难点

重点：

棘轮和槽轮

难点：

无

●教学进程

（复习导入新课教学内容教学方式辅助手段师生互动时间分配板书设计）

PPT演示

间歇运动机构:

机器工作时，当主动件作连续运动时，常需要从动件产生周期性的运动和停歇，实现这种运动的机构，称间歇运动机构。

类型：

1.主动件往复摆动，从动件间歇运动---棘轮机构

2.主动件连续转动，从动件间歇运动---槽轮机构、不完全齿轮机构

应用：

自动机床的进给机构、送料机构、刀架的转位机构等

步进运动机构：

机构的间歇运动是单方向的。

§4—1棘轮机构

一、齿式棘轮机构

1、单动式棘轮机构

2、双动式棘轮机构

3、可变向棘轮机构

二、棘轮转角的调节

1.调节摇杆摆动角度的大小，控制棘轮的转角

2.用遮板调节棘轮转角

三、棘轮机构的特点及应用

§4—1槽轮机构

一、槽轮机构的工作原理和特点

1槽轮机构的类型及应用

2、槽轮机构的运动特性

§4-3不完全齿轮机构

（一）、不完全齿轮机构的工作原理和类型

●小结

●作业（自行车后轮运动思考）

第五章齿轮传动

（学时：

14）

●教学目的和要求

1、了解齿轮传动的特点、类型及应用；

2、掌握齿轮参数及结构；

3、掌握渐开线齿轮的啮合传动；

3、了解齿轮失效的原因应应对方法；

4、掌握齿轮受力分析；强度计算及校核

●重点和难点

重点：

1、齿轮参数及啮合传动，

2、齿轮的强度计算及校核；

难点：

1、齿轮强度计算及校核

●教学进程

（复习导入新课教学内容教学方式辅助手段师生互动时间分配板书设计）

PPT，模型，实验（参数测定，传动原理观察，展成法原理）

课时分配：

5．1-5.22学时

5．3-5.43学时

5．5-5.73学时

5．8-5.103学时

5．11-133学时

●作业

习题：

5-2；5-3；5-6；

5.1-5.2齿轮传动及渐开线齿廓

（学时：

2）

●教学目的和要求

1、了解齿轮传动特点，

2、掌握渐开线形成的原理及性质

3、掌握齿廓啮合基本定律

●重点和难点

重点：

渐开线形成原理，啮合基本定律

难点：

啮合基本定律

●教学进程

（复习导入新课教学内容教学方式辅助手段师生互动时间分配板书设计）

PPT，动画

引入：

介绍日常生活中的齿轮

一、齿轮传动特点及应用

1、齿轮传动特点

2、齿轮传动应用

3、齿轮应用

二、渐开线齿廓及啮合特性

1、渐开线的研成原理

2.渐开线的性质

（1）发生线沿基圆滚过的线段长度等于基圆上被滚过的相应弧长。

（2）渐开线上任意一点法线必然与基圆相切。

因为当发生线在基圆上作纯滚动时，B点为渐开线上K点的曲率中心，BK为其曲率半径和K点的法线。

（3）渐开线齿廓上某点的法线与该点的速度方向所夹的锐角称为该点的压力角。

齿廓上各点压力角是变化的。

（4）渐开线的形状只取决于基圆大小。

（5）基圆内无渐开线。

三、齿廓啮合基本定律

一对相互啮合的齿廓无论在任何位置啮合，其两轮的传动比恒等于连心线被齿廓接触点的公法线所分成的两段的反比。

这就是齿廓啮合基本定律。

5.3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸

5.4渐开线齿轮的啮合传动

（学时：

3）

●教学目的和要求

1、掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数

2、掌握渐开线齿轮传动的啮合传动特点

●重点和难点

重点：

模数，分度圆，正确啮合

难点：

正确啮合条件，连续传动条件

●教学进程

（复习导入新课教学内容教学方式辅助手段师生互动时间分配板书设计）

复习：

上次课内容

PPT

分度圆

模数m

压力角

齿顶高

齿根高

全齿高

齿条与齿轮的不同点：

1.齿条齿廓上各点的压力角相等。

其大小等于齿廓的倾斜角（取标准值20o），通称为齿形角。

2.无论在中线上或与其平行的其它直线上，其齿距都相等。

二、渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动

1.啮合过程

B1为啮合终止点

B2为啮合起始点

B1B2为实际啮合线段

N1N2为理论啮合线段

N1、N2为极限啮合点

2、正确啮合条件:

由此可得两齿轮正确啮合的条件为：

m1Cos1=m2Cos2

即：

m1=m21=2

3、标准安装条件

标准安装时的中心距称为标准中心距。

a=m（z1+z2）/2

4、连续传动条件:

E>=1（即齿轮传动的重合度大于等于1，一般取E=1.1~1.4）

●小结

渐开线齿廓的啮合特点

1、传动比恒定：

渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律。

2、四线合一：

啮合线、过啮合点的公法线、基圆的公切线和正压力作用线四线和一。

3、中心距可分性：

4、啮合角不变

●作业

习题：

5-2；5-3；5-6；

5.5渐开线标准直齿圆柱齿轮的加工方法

一、成形法

圆盘铣刀加工齿数的范围

加工不连续，生产效率低，不宜用于批量生产。

可在普通铣床上加工，不需专用机床。

可在普通铣床上加工，不需专用机床。

二、范成法（展成法）

范成法是利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮的。

加工时刀具与齿坯的运动就像一对互相啮合的齿轮，最后刀具将齿坯切出渐开线齿廓。

范成法切制齿轮常用的刀具有三种：

（1）齿轮插刀 是一个齿廓为刀刃的外齿轮；

（2）齿条插刀 是一个齿廓为刀刃的齿条；

（3）齿轮滚刀 像梯形螺纹的螺杆，轴向剖面齿廓为精确的直线齿廓，滚刀转动时相当于齿条在移动。

可以实现连续加工，生产率高。

加工方法有：

插齿和滚齿

思考题  

   现有4个标准齿轮：

1）m1=4mm,z1=25；  2）m2=4mm,z2=50； 3）m3=3mm,z3=60；   4）m4=2.5mm,z4=40。

 试问：

1）哪两个齿轮的渐开线形状相同？

2）哪两个齿轮能正确啮合？

3）哪两个齿轮能用同一把滚刀制造?

这两个齿轮能否改成用同一把铣刀加工？

5.6渐开线齿轮的根切现象

1.根切现象

2.标准外齿轮的最少齿数

实际应用中，为了使齿轮传动结构紧凑，允许又少量根切，可取Zmin=14

5.7变位齿轮

导入：

（1）受根切限制，齿数不得少于Zmin，使传动结构不够紧凑；

（2）不适合于安装中心距a‘不等于标准中心距a的场合。

当a’a时，虽然可以安装，但会产生过大的侧隙而引起冲击振动，影响传动的平稳性；

（3）一对标准齿轮传动时，小齿轮的齿根厚度小而啮合次数又较多，故小齿轮的强度较低，齿根部分磨损也较严重，因此小齿轮容易损坏，同时也限制了大齿轮的承载能力。

变位齿轮的概念

当Z0，此时必须采用正变位方可避免根切；

当Z>Zmin时，Xmin<0，只要X>=Xmin，齿轮就不会产生根切。

5.8斜齿圆柱齿轮传动

1.齿廓的形成

2.啮合特点

斜齿轮传动的重合度要比直齿轮大，啮合性能好。

主要缺点是运转时会产生轴向力（可用人字齿克服）。

3.斜齿圆柱齿轮的主要参数   

4.正确啮合条件

1）两斜齿轮的法面模数相等；

2）两斜齿轮的法面压力角相等；

3）两斜齿轮的螺旋角大小相等，方向相反。

5.12圆锥齿轮传动

1.圆锥齿轮传动概述

圆柱齿轮中的有关圆柱均变成了圆锥。

为计算和测量方便，通常取大端参数为标准值。

2.直齿圆锥齿轮的基本参数

模数：

参见国标，一般取m>=2mm

数：

一般取Zmin>=20

压力角：

国标规定为20。

齿顶高系数与顶隙系数：

正常齿制ha*=1,c*=0.2

3.直齿圆锥齿轮的正确啮合条件：

两齿轮大端的模数和压力角相等。

5.9齿轮传动的失效形式与设计准则

（2学时）

●教学目的和要求

1、了解齿轮传动失效形式

2、掌握齿轮传动设计准则

●重点和难点

重点：

齿轮传动设计准则

难点：

齿轮传动设计准则

●教学进程

1.常见的失效形式

轮齿折断

塑性变形

齿面点蚀

齿面胶合

齿面磨损（开式传动）

2.设计准则

对于闭式齿轮传动：

1）软齿面（≤350HBS）齿轮主要失效形式是齿面点蚀，故可按齿面接触疲劳强度进行设计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核。

2）硬齿面（>350HBS）或铸铁齿轮，由于抗点蚀能力较高，轮齿折断的可能性较大，故可按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，按齿面接触疲劳强度校核。

对于开式齿轮传动中的齿轮，齿面磨损为其主要失效形式，故通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模数增大10%——20%，而无需校核接触强度。

●小结

●作业（无）

5.10-5.11受力分析及强度计算

（学时：

4）

●教学目的和要求

1、掌握直齿及斜齿圆柱齿轮的受力分析；

2、了解齿轮强度计算及校核方法

●重点和难点

重点：

1、直齿及斜齿圆柱齿轮的受力分析

2、齿轮强度计算及校核方法

难点：

3、直齿及斜齿圆柱齿轮的受力分析

●教学进程

（复习导入新课教学内容教学方式辅助手段师生互动时间分配板书设计）

一、轮齿的受力分析和计算载荷

1.受力分析

2、计算载荷

名义载荷：

机器铭牌上给定的载荷或经受力分析得到的载荷。

计算载荷：

二、齿轮传动的强度计算

●小结

●作业