汽车机械基础 教案课程.docx
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汽车机械基础教案课程
工业职业技术学院
冶金与工业设计系
任教班级2016秋汽车制造与检修（中职）1-2班
任教科目汽车机械基础
教师姓名____杲金玉_
2016——2017学年第一学期
教学设计方案（首页）
课程名称
汽车机械基础
章、节名称
教学项目一、静力学基础
教学任务一、静力学的基本概念
授课教师
杲金玉
班级
授课日期
课时
4
2课次
教学目标
知识目标
明确力、平衡、刚体和约束等重要概念；掌握静力学四个公理及其推论所概括的力的基本性质
能力目标（专业能力）
了解各种常见典型约束的性质，会正
确表示典型约束的约束反力
方法目标（社会能力）
深入浅出的分析，讲解新课
素质目标
学生能在老师的引导下，总结本节要点
教学重点
1、力、刚体、平衡的概念
2、四个基本公理
教学难点
约束类型及约束反力分析
教学准备
本课教案及相关的实用教具
教学反思
教学设计方案（副页）教学过程
时间分配
教学过程及内容
教学方法
80
引入：
同学们今天我们将要介绍力的性质、静力学基本公理、力系的简化和平衡条件等静力、具备对构件进行受力分析、画受力图及平衡计算等基本技能
一、力的基本性质与概念
1、力的定义
力是物体间相互的机械作用。
力作用的结果有两个:
①一是使物体的运动状态发生变化，即力的外效应，也称为运动效应：
②二是使物体的形状发生改变，即力的内效应，也称为变形效应。
力是人类在长期的生产实践和科学实验、观察中逐步建立起来的概念。
③力作用的例子普遍存在于日常生活和生产劳动当中。
当人用手推、拉、投掷、举起物体时，会使物体的运动状态改变；
2、力有三要素
力的三要素是指：
力的大小、方向和作用点。
力对物体的效应取决于力的三要素。
只要力的三要素之一发生改变，则力对物体的效应也就随着改变。
3、刚体的概念
①在实际工程中，如钢、铸铁、混凝土、木材、陶瓷等常用的构件材料均有足够的抵抗变形的能力，这些构件在受力后产生的变形是极其微小的。
②构件的这些微小变形对研究物体的平衡问题来说可以忽略不计。
如汽车发动机中的齿轮轴轴承，在其运转过程中齿轮轴的微小弯曲对两端轴承受力的影响极小。
③在研究齿轮轴的受力时忽略轴的变形因索，使问题得以简化，从而将齿轮轴视做不变形的“刚体”。
4、平衡的概念
平衡是指物体在力系作用下相对于惯性参考系处于静止或作匀速直线运动状态。
力系是指作用于刚体上的一群力。
作用于平衡物休土的力系，称为平衡力系。
二、力的基本性质（静力学基本公理）
1、力的平衡公理
刚体受两个力作用而平衡的必要和充分的条件是：
这两个力
的大小相等，方向相反，且作用于同一直线上，简称“等值、反向、共线”。
工程中将受两个力作用而平衡的刚体称为“二力构件”或“二力体”。
2、加减平衡力系公理
在作用于刚体的任意力系中，加上或减去任何一个平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效应。
推论：
力的可传性原理。
3、作用力与反作用力公理
有作用力就必然有反作用力，何一方都不能独立存在。
作用力与
4、力的平行四边形公理
作用于物体同一点的两个力可以合成为一个合力，合力也作用于该点，其大小和方向由以这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线所确定，即合力矢等于这两个分力矢的矢量和。
5、三力平衡汇交定理
刚体受同一平而内三个互不平行的力作用而平衡时，此三个力的作用线必汇交于一点。
此推论可用力的可传性原理、平行四边形法则来证明。
三、约束与约束力
1、约束与约束力的定义
约束是指用以限制物体某一方向运动的装置。
工程中的机器或者结构，总是由许多零部件组成的。
这些零部件按照一定的形式相互连接，它们之间的运动必然互相限制。
2、约束力
约束力是指当非自由体有沿约束所限制方向运动趋势时，约束与被约束体之间产生相互的作用力。
在路上行驶的汽车受到地面的支持力就是约束力。
3、约束类型与约束力的确定
1）柔性约束：
在实际工程中，常见的钢丝绳、绳索、皮带、链条等均属柔体约束。
2）约束特点：
柔体只能承受拉力，不能承受压力。
柔休对物体的约束只能限制物体沿着柔体的中心线离开柔体的运动，而不能限制其他方向的运动。
3）约束力的确定：
柔体对物体的约束反力作用在接触点上、方向沿着柔体中心线背离被约束物体的拉力。
4、光滑接触约束
①光滑接触约束的特点是光滑接触面约束只能限制物体沿着接触面的公法线指向支承面的运动。
②汽车发动机中典型的光滑面约束有齿轮啮合、光滑钦链约束等。
用圆柱形销钉将两个开有销钉孔的零件连接起来形成的一种可动的连接。
5、工程上常见的光滑铰链有如下几种形式
（1）中间铰链中间铰链的结构是用销钉穿过两个可动零件的圆柱孔，将它们连接起来，使两个零件可绕销钉轴线相对转动。
（2）固定铰链固定铰链支座是用销钉把某构件与固定机架或固定支承面连接，构件只能绕销钉轴线转动，不能用做其他移动，销钉与构件的接触为光滑圆柱面。
6、受力分析与受力图
在研究静力平衡问题时，首先要解决的两个关键问题是：
（1）研究对象的确定；
（2）研究对象的受力分析。
讲授
演示
教学设计方案（首页）
课程名称
汽车机械基础
章、节名称
教学任务二、平面汇交力系
授课教师
杲金玉
班级
授课日期
课时
1课次
2
教学目标
知识目标
理解力在直角坐标轴上的投影和合力投影定理，
能力目标（专业能力）
掌握平面汇交力系平衡方程?
方法目标（社会能力）
主要研究平面力系的简化和合成方法，平衡条件和平衡方程，应用平衡方程求解物体
平衡问题的方法步骤
素质目标
在学习过程中了解，平面汇交力系平衡方程
教学重点
平面汇交力系平衡方程
教学难点
合力投影定理
教学准备
本课教案及相关教具
教学反思
教学设计方案（副页）教学过程
时间分配
教学过程及内容
教学方法
引言：
平面力系——各力作用线都在同一平面内的力系。
空间力系——各力作用线不在同一平面内的力系。
汇交力系——作用线交于一点的力系。
一、力的分解
按照平行四边形法则，两个共作用点的力，可以合成为一个合力，解是唯一的；但反过来，要将一个已知力分解为两个力，如无足够的条件限制，其解将是不定的。
1、力在坐标轴上的投影
力的投影是代数量，取正值；反之，取负值。
若已知力的大小和方向为力在直角坐标轴上的投影，可以同时表明力沿直角坐标轴分解时分力的大小和方向。
2、合力投影定理
?
?
?
若刚体在平面上的一点作用着两个力合成的平行四边形法则（三角形）依次类推，从而得出力系的合力等于各分力的矢量和。
合力投影定理——合力在某一轴上的投影等于各分力在同一轴上投影的代数和。
3、平面汇交力系的平衡条件
平面汇交力系可以合成为一个合力，即平面汇交力系可用其合力来代替。
二、解静力学平衡问题的一般方法和步骤：
1.选择研究对象所选研究对象应与已知力（或已求出的力）、未知力有直接关系，这样才能应用平衡条件由已知条件求未知力；
2.画受力图根据研究对象所受外部载荷、约束及其性质，对研究对象进行受力分析并得出它的受力图。
3.建立坐标系在建立坐标系时，最好选取有一轴与一个未知力垂直。
4.列平衡方程解出未知量根据平衡条件列平衡方程时，要注意各力投影的正负号。
如果计算结果中出现负号时，说明原假设方向与实际受力方向相反。
教学设计方案（首页）
课程名称
汽车机械基础
章、节名称
力矩和力偶
授课教师
杲金玉
班级
授课日期
课时
1课次
2
教学目标
知识目标
1、了解力矩和力偶的概念；理解力的平移原理；
2、掌握力偶性质。
能力目标（专业能力）
掌握力偶性质，培养分析问题和解决问题的能力。
方法目标（社会能力）
1、了解力矩和力偶的概念。
2、掌握力偶性质及力的平移原理、应用。
素质目标
1、了解力矩和力偶的概念，掌握力偶性质。
2、了解力的平移原理；并能解释生活和工程实际问题。
教学重点
1、力矩和力偶的概念，力偶性质；
2、力的平移原理、应用。
教学难点
力偶性质、力的平移原理及应用
教学准备
本课教案及相关教具
教学反思
教学设计方案（副页）教学过程
时间分配
教学过程及内容
教学方法
80
力矩和力偶
一、力矩
1、力矩的概念
力的大小F与力臂d的乘积称为力矩。
规定：
力使物体绕矩心逆转为正；顺转负。
要点:
1）力过矩心，力矩为零。
2）力为零，力矩为零。
3）力沿力线在刚体内移动，力矩不变。
2、合力矩定理
平面汇交力系的合力对于平面内任一点之矩等于所有各力对该点之矩的代数和。
讨论：
根据合力矩定理推出：
“力偶对任一点的矩等于零’,错在哪里？
合力矩定理指出：
“合力对点之矩等于各分力对同一点之矩的代数和”，因为“力偶无合力”，所以力偶对一点之矩必等于零。
二、力偶
1、力偶的概念
等值、反向的两个平行力构成力偶。
2、力偶三要素
力偶矩的大小、转向、力偶作用面称为力偶三要素。
说明：
力、力偶为静力学两个基本物理量。
3、力偶矩
规定：
逆时针转向的力偶矩为正，顺转为负。
4、力偶性质
☉力偶无矩心
☉力偶无合力
☉等效力偶可以互换
三、力的平移
要点：
1）力的平移原理只适用于刚体。
2）力的平移是指力在同一刚体上平移，不能移到另一刚体上。
3）力的平移原理的逆定理亦成立。
讲授
演示
教学设计方案（首页）
课程名称
汽车机械基础
章、节名称
摩擦力
授课教师
杲金玉
班级
汽车制造与检修1601班
授课日期
2016.9.2
课时
1课次
2
教学目标
知识目标
1、知道滑动摩擦、滑动摩擦力的概念，认识滑动摩擦产生的条件
2、明确滑动摩擦力的方向，知道滑动摩擦力大小与相互接触的物体的材料、正压力和接触面的粗糙程度的关系。
能力目标（专业能力）
能运用动摩擦因数计算摩擦力大小。
认识静摩擦的规律，能够用二力的平衡知识得出静摩擦力的大小。
方法目标（社会能力）
联系生产、生活和实际讨论和认识各种摩擦力的利弊，加深对静摩擦力的认识；通过对生活中摩擦力的了解用自身的语言表达深化对摩擦力的认识，达到巩固提高的目的。
素质目标
在理解摩擦力的利与弊的过程中，领略自然界的和谐与奇妙，使学生的价值观得到提升；
教学重点
1、滑动摩擦力的大小、方向和作用点；
2、滑动摩擦力产生的条件及规律，并会用f＝μFN解决具体问题；
3、静摩擦力产生的条件及规律，正确理解最大静摩擦力的概念。
教学难点
1、滑动摩擦力方向的判定
2、静摩擦力有无、大小和方向的判定。
教学准备
本课教案及相关教具
教学反思
教学任务一、机构常识
一、机器的组成
机器是执行机械运动、用来变换或传递能量、物料、信息的装置。
1、人是不是机器
机器的定义是:
“机器是执行机械运动、用来变换或传递能量、物料、信息的装置。
”而人也可执行机械运动变换或传递能量、物料和信息。
2、一般机器包含四个基本组成部分
动力部分、传动部分、控制部分、执行部分。
1）工业机器人铰接臂机械手,2.计算机控制器,3.液压装置,4.电力装置。
二、机器与机构以及零件、构件及部件
1．机构
用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统称为机构。
1）机构分类
（1）平面机构：
（2））空间机构：
不满足平面机构条件的机构。
2）机构实例
削铅笔器、照相机快门、折叠椅、可调台灯、电风扇、雨伞骨架、食物搅拌器、汽车变速器等。
2、机器
具有确定相对运动、可进行能量转换或做机械功的一种实体组合，如汽车、起重机、机床等。
3、机构和机器的区别
（1）机器是由各种机构组成：
只含有一个最简单的机构。
如电动机，只含有一个定子和转子组成的回转机构。
（2）机构只是一个构件系统：
而机器除构件系统之外还包含电气、液压等其他装置,具有变换或传递能量、物料、信息的功能。
4、机械
机器与机构的总称
5．零件
组成机械的各个制造单元，如螺钉、螺母、轴等。
6．构件
组成机械的各个运动单元（可以是单独加工的单元体，如车床的主轴；也可是多个零件的组合体，如连杆）。
7．运动副
两个零件或构件间既相接触又有相对运动的一种联接形式，如车轮与钢轨、一对轮齿以及轴与轴承之间的联接。
（1）平面机构的运动副
1）低副：
两构件间呈面接触的运动副，可分为回转副和移动副。
①回转副：
组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动。
②移动副：
组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动。
2）高副：
两构件间呈点、线接触的运动副。
教学任务二、汽车常见四杆机构
一、曲柄连杆机构
1）连杆机构——用低副联接构件组成的机构，又称低副机构。
2）连杆机构用于：
转动、摆动、移动等运动形式之间的转换。
3）连杆机构应用广泛,而且是组成多杆机构的基础。
1、曲柄机构
1）平面连杆传动机构：
是由若干个构件用低副联接并作平面运动的机构。
2）平面连杆传动机构特点：
运动副为低副，压强小、磨损轻、寿命较长。
2、铰链四杆机构
当四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链四杆机构。
①曲柄:
能做整周转动的连架杆。
②摇杆：
仅能在某一角度摆动的连架杆。
按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型式：
①曲柄摇杆机构；②双曲柄机构；③双摇杆机构。
1）曲柄摇杆机构:
铰链四杆机构:
两个连架杆，一个为曲柄，另一个为摇杆。
①功能：
将转动转换为摆动，或将摆动转换为转动。
②调整雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构。
③缝纫机的踏板机构。
曲柄为从动件，带动主皮带轮作旋转运动。
2）双曲柄机构：
两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。
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。
功能:
将一种摆动转换成另一种摆动。
起重机机构
4）转向传动机构：
两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为等腰梯形机构。
3、铰链四杆机构存在曲柄的必要条件
1）最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。
2）满足这个条件的机构究竟有一个曲柄、两个曲柄或没有曲柄，还需根据取何杆为机架来判断。
3）当最短杆和最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取哪个构件为机架，都无曲柄存在，为双摇杆机构。
偏置曲柄滑块机构，滑块运动线与曲柄回转中心不共线；
①对心曲柄滑块机构，滑块运动线与曲柄回转中心共线；
②曲柄等速回转，滑块具有急回特性。
③活塞式内燃机，空气压缩机，冲床等。
4）曲柄滑块机构的应用：
自动送料机构。
①若取曲柄为机架，则为演变为导杆机构；②若取其他机架支点，则为摆动导杆机构；③如：
牛头刨床的摆动导杆机构。
5）摇块机构广泛应用于摆动式内燃机和液压驱动装置内。
自卸卡车翻斗机构。
在该机构中，因为液压油缸与主轴绕铰链摆动，故称为摇块。
4、四杆机构的特性
曲柄摇杆机构的主要特性有：
①急回特性；②压力与传动角；③死点。
1）牛头刨床、往复式运输机等机械就利用这种急回特性作用：
来缩短非生产时间。
2）曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。
3）死点的缺陷：
死点会使机构的从动件出现卡死或运动不确定的现象。
可以利用回转机构的惯性或添加辅助机构来克服。
如家用缝纫机中的脚踏机构。
教学任务三、凸轮机构
1、作用
按照发动机做功的顺序，定时开启进排气门。
2、组成
气门组：
气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座、气门锁片、气门油封。
气门传动组：
凸轮轴、凸轮轴正时齿轮、液力挺柱、摇臂、摇臂轴等。
3、凸轮机构的分类
1）凸轮轴位置分类：
①凸轮轴上置；②凸轮轴中置；③凸轮轴下置。
2）传动方式分类：
①齿轮传动；②链传动；③皮带传动。
3）按气门数分类：
①两气门（1进1排）；②四气门（2进2排）；③五气门（3进2排）。
4、配气相位
配气相位：
用曲轴来表示进排气门早开、迟闭的持续时间。
1）进气门的配气相位：
2）排气门的配气相位：
3）气门重叠角:
由于进气门的早开、排气门的迟闭使进排气门有同时开启的情况，进排气门同时开启所对应的角称气门重叠角。
4）气门组：
气门、气门弹簧、气门导管、气门座圈、锁片、气门油封、气门弹簧座。
5）气门传动组：
凸轮轴、凸轮轴正时带轮、摇臂、液力挺柱、摇臂轴。
6）液力挺柱：
为什么要装液力挺柱？
①为了补偿气门间隙。
②为了补偿气门受热膨胀的量而留有气门间隙。
装有液力挺柱就不用预留气门间隙。
7）气门间隙过大或过小的危害？
①气门间隙过大，使气门有效升程减少，气门进气量少。
②气门间隙过小，容易使气门关闭不严。
5、凸轮轴驱动气门的方式
1）凸轮轴驱动摇臂，摇臂驱动气门。
2）凸轮轴通过液力挺柱驱动气门。
3）凸轮轴推动挺柱，挺柱推动推秆，推秆推动摇臂，摇臂推动气门。
6、气门正时
为了保证发动机正常工作，气门凸轮轴必须与曲轴之间有相应关系，即配气有正时。
教学任务四、汽车轮系概述
1）汽车变速器的功用是什么,如何实现变速的？
2）轮系在传动中起何作用？
1、轮系定义
轮系——由一系列相互啮合的齿轮（蜗杆、蜗轮）组成的传动系统。
2、轮系类型
1）根据轮系中各齿轮的轴线位置关系分为：
①平面轮系；②空间轮系。
2）根据轮系运转时齿轮的轴线位置相对于机架是否固定，又将轮系分：
?
①定轴轮系；②周转轮系；③混合轮系。
A、定轴轮系——所有齿轮几何轴线的位置都是固定的轮系，称为定轴轮系。
如：
减速器中的轮系。
B、周转轮系——至少有一个齿轮除绕自身轴线自转外，其轴线又绕另一个轴线转动的轮系称为行星齿轮系。
①周转轮系的组成：
①太阳轮；②行星轮；③行星架或系杆。
②一个基本周转轮系中，行星轮可有多个，太阳轮的数量不多于两个，行星架只能有一个。
③行星架与两中心轮的几何轴线必须重合，否则无法运动。
C、差动轮系：
齿轮均绕固定轴线转动，机构有二个自由度，工作时需要二个原动件。
D、混合轮系：
既含有定轴轮系又含有周转轮系，或包含有几个基本周转轮系的复杂轮系。
3、轮系的功用
1）实现远距离传动
2）实现换向传动：
在主动轴转向不变的情况下，利用惰轮可以改变从动轮的转向。
例：
车床走刀丝杠的三星轮换向机构：
3）实现变速传动
5）实现分路传动：
滚齿机轮系。
6）实现运动合成与分解：
例：
汽车后桥差速器。
二、齿轮的基本常识
1、齿轮传动机构的分类
2、齿廓啮合基本定律
1）齿kuo廓啮合基本定律：
要使一对齿轮的传动比为常数，那么其齿廓的形状必须是：
不论两齿廓在哪一点啮合，过啮合点所作的齿廓公法线都与连心线交与一定点P——齿廓啮合基本定律（轮齿齿廓正确啮合的条件）
2）共轭e齿廓，共轭曲线：
凡满足齿廓啮合基本定律的一对齿轮的齿廓称共轭齿廓，共轭齿廓的齿廓曲线称为共轭曲线
3）齿廓曲线的选择：
①满足定传动比的要求；②考虑设计、制造等方面。
通常采用渐开线、摆线、变态摆线
三、齿轮传动的受力分析
1、啮合过程
2、复合轮系传动比的计算
在计算混合轮系传动比时，既不能将整个轮系作为定轴轮系来处理，也不能对整个机构采用转化机构的办法。
计算混合轮系传动比的正确方法是：
①首先将各个基本轮系正确地区分开来。
②分别列出计算各基本轮系传动比的方程式。
③找出各基本轮系之间的联系。
④将各基本轮系传动比方程式联立求解，即可求得混合轮系的传动比。
3、轮系的应用
①实现大传动比传动。
②实现变速、换向传动。
③实现结构紧凑的大功率传动。
在周转轮系中，多采用多个行星轮的结构形式，各行星轮均匀地分布在中心轮四周。
教学任务五、回转体的平衡
1、机械的平衡问题
机械运转时各运动构件将产生大小及方向均发生周期性变化的惯性力，这将在运动副中引起附加动压力，增加摩擦力而影响构件的强度。
2、机械的调速问题
机械运转时，由于机械动能的变化会引起机械运转速度的波动，这也将在运动副中产生附加动压力，使机械的工作效率降低，严重影响机械的寿命和精度。
一、回转件的静平衡
1、回转件的静平衡计算
对于轴向宽度小，轴向长度与外径的回转件，例如砂轮、飞轮、盘形凸轮等，可以将偏心质量看作分布在同一回转面内，当回转件以角速度回转时，各质量产生的离心惯性力构成一个平面汇交力系，如该力系的合力不等于零，则该回转件不平衡。
2、回转件的静平衡试验
1）静平衡试验的目的
经过平衡计算后加上平衡质量的回转件理论上已完全平衡，但由于制造和装配的误差及材质不均等原因，实际上达不到预期的平衡。
2）静平衡试验的原理
将需要平衡的回转件放置在两相互平行的刀口形导轨上，若回转件的质心不在回转轴线上，则回转件将在重力矩的作用下发生滚动，当停止滚动时质心必在正下方。
二、回转件的动平衡
1、回转件的动平衡计算
1）进行动平衡计算的原因对于轴向宽度大的回转件，如机床主轴、电机转子等，其质量不是分布在同一回转面内，但可以看作分布在垂直于轴线的许多相互平行的回转面内，这类回转件转动时产生的离心力构成空间力系。
2）任何一个回转体不管它得不平衡质量实际分布情况如何，都可以向两个任意选定的平衡平面内分解，在这两个平面内各加上一个平衡质量就可以使该回转体达到平衡。
2、回转件的动平衡试验
对于回转件应作动平衡试验。
①利用专门的动平衡试验机可以确定不平衡质量、向径确切的大小和位置，从而在两个确定的平面上加上（或减去）平衡质量，这就是动平衡试验。
②动平衡机种类很多，除了机械式、电子式的动平衡机外，还有激光动平衡机、带真空筒的大型高速动平衡机和整机平衡用的测振动平衡仪等。
③关于这些动平衡机的详细情况，可参考有关产品的样本和试验指导书。
1）机器速度波动的原因：
机器运转时其驱动功与总消耗功并不是在每一瞬时都相等的。
2）运动周期：
大多数机器在稳定运转阶段的速度并不是恒定的。
机器主轴的速度从某一值开始又回复到这一值的变化过程，称为一个运动循环，其所对应的时间称为运动周期。
车轮与轮胎
1、车轮
车轮是外部装轮胎,中心装车轴,并承受负荷的旋转部件，它是由轮毂、轮辋和轮辐组成。
按照轮辐的构造，车轮可分为辐板式和辐条式。
①辐板式车轮；②辐条式车轮。
2、轮辋
1）国产轮辋的规格：
按国标（GB2933-2009）用轮辋名义宽度（英寸），轮缘高度代号（表10-1），轮辋结构形式代号（“×”，一件式，深式或“－”多件式，平式），轮辋名义直径（英寸）和轮辋轮廓类型）来表示。
2）常用轮辋的形式：
最常见的是深槽轮辋和平底轮辋。
①深槽轮辋[无内胎轮胎（真空胎）用]。
②平底轮辋[普通有内胎轮胎用]。
3、轮胎
（一）分类
按是否有内胎可分为：
①有内胎轮胎；②无内胎轮胎；③按
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