机械设计基础教案.docx

1、机械设计基础教案青岛大学教案学 院： 机电学院 教 研 室： 基础部 课程名称： 机械设计基础 *青岛大学教务处 制 教案编写说明一、教案编写应明确的几个概念1、教学大纲教学大纲是根据培养计划，以系统和连贯的形式，提纲挈领地叙述有关教学内容的纲领性文件。2、教学日历是教师组织课程教学的具体计划表，应明确规定教学进程、授课内容提要、各种教学环节、方式、课外作业的安排等。教学日历按课程和授课对象（教学班）编写，由任课教师按教学执行计划规定的教学任务、课程教学基本要求及教学大纲的要求，结合授课班级学习情况、课表、校历等编写。3、教案教案是为实现教学大纲的具体细化而精心设计的授课框架，也是教师为实施课

2、堂教学而作出以课时为单位的具体行动计划或教学方案。其作用是对课堂教学的总的导向、规划和组织，是课堂教学规划的蓝本。此外，还有三个附带性作用：一是备忘录作用。由文字载体保存的信息可供随时提取或查阅；二是资料库作用。从长远角度看，教案中保存着教师从各种渠道获得的珍贵材料，以及自身的经验与心得，积累多了自然形成一座资料宝库；三是教改课题源作用。教案的丰富案例、精心思索过的问题、教学后的得失体会等往往成为教师选择教改研究课题的源泉。4、讲稿讲稿是丰富和细化教案中的具体要求并实现教学设想的实质内容和书面台词，是根据教学内容对教案的具体化。讲稿与教案不同之处主要表现在一是讲稿所承载的是知识信息，教案所承载

3、的是课堂教学的组织管理信息。二是讲稿的思路形成受教学过程的知识逻辑支配，而教案的思路形成受教学过程的管理逻辑支配。三是在内容上，讲稿涉及的是知识性项目，教案涉及的是组织性项目。四是在表现形式上，讲稿篇幅较长，教案则是几百字或千余字即可。二、教案一般应具备以下几个基本要素1、教学目的(教学目标)：某一堂课学习预期达到的效果。2、教学内容：某一堂课教学知识信息的总和及其重点、难点。3、教学方法：是教师把自己的学识传授给学生的手段。在教学中，教师不应仅是传授知识和技能，更重要的是教会学生主动学习和掌握知识的能力和方法。4、教学进程：是根据教学目的进行教学内容、教学方法、辅助手段（教具及现代教学手段）

4、、师生互动、学时安排、板书设计等的设计或选择。5、课后总结分析：是对教学中知识的科学性和完整性评价；某个教学环节的设计；教学重、难点的把握；教学方法的应用；师生双边活动的设计；教学效果等课堂教学过程情况的总结与分析，为以后的教学提供经验和素材。在这五个因素中，教学进程是整个教案的主体部分，既体现出教学活动的逻辑程序，又可划分出若干环节或步骤，并考虑到它们的时间分配、具体方法的应用，相互间的衔接、过渡，以及教学过程与板书的协调等等，充分反映教师教学设计思想，体现教师的教学经验和风格。三、教案编写的形式和内容1、本次课的教学内容(具体到知识点)；2、本次课的教学方式(手段)；3、本次课的师生活动设

5、计；4、本次课的板书设计；5、各教学步骤的时间分配；6、本次课的作业布置等。四、教案格式推荐 教案格式推荐附后。青岛大学教案（理论教学用） 第 1 次课 2 学时章 节绪 论讲授主要内 容1. 定义几个基本的名词术语2. 设计机器应满足的基本要求3. 机械设计的几种方法和机械设计的大致步骤4. 课程研究的内容与教学目标5. 本课程的特点和学习方法重 点难 点机械设计的基本要求课程研究内容与目标课程特点和学习方法要求掌握知识点和分析方法1掌握本课程中有关专业术语2理解本课程的研究对象教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等重点介绍本课程的性质、研究对象

6、、学习目的、课程特点和学习方法，简单介绍机械设计的一般步骤和方法。特别注意讲清楚机械、机器与机构之间的区别，通用零件与专用零件的分类。作业布置习题1，2，3主 要参考资料无备注青岛大学讲稿讲 授 内 容备 注绪 论第一节 研究对象和内容 一、研究对象容 1 、机械：机器和机构的总称 机器（三个特征）： 人为的实物组合（不是天然形成的）； 各运动单元具有确定的相对； 必须能作有用功，完成物流、信息的传递及能量的转换。 机器的组成：原动机、工作机、传动部分、自动控制工作机 机构：有两特征。 很显然，机器和机构最明显的区别是：机器能作有用功，而机构不能，机构仅能实现预期的机械运动。两者之间也有联系，

7、机器是由几个机构组成的系统，最简单的机器只有一个机构。 2 、概念 构件：运动单元体 零件：制造单元体 构件可由一个或几个零件组成。 机架：机构中相对不动的构件 原动件：驱动力（或力矩）所作用的构件。输入构件 从动件：随着原动构件的运动而运动的构件。输出构件 机构：能实现预期的机械运动的各构件（包括机架）的基本组合体称为机构。 二、研究内容： 1 、机构的结构和运动学： 机械的组成；机构运动的可能性和确定性；分析运动规律。 2 、机构和机器动力学：力运动的关系 F=ma 功能 3 、要求：解决二类问题： 分析：结构分析，运动分析，动力分析 综合（设计）：运动要求，功能要求。新的机器。 第二节

8、性质和任务 1、性质： 技术基础课 基础 ： 机械工程技术人员必须掌握的机械基础理论知识 培养 ： 学生具有一定机械设计的能力，学会基本设计方法 专业 ： 为了解本专业所用 机械的传动原理、运行维修、改造、自动控制等方面获得 必要的基本知识 教学 ： 学习专业课的 基础 2 、任务： 阐述常用机构和通用零部件的工作原理、结构和设计方法 常用机构： 连杆、凸轮、齿轮、轮系、其他常用机构 通用零部件： 联接零件 螺纹、键、花键、销联接 传动零件 齿轮、蜗杆、带、链、螺旋传动 轴系零件 轴、滑动轴承、滚动轴承、联轴器和离合器 其他 弹簧 第三节 机械设计的基本要求和一般规律 1 、基本要求 在满足预

9、期功能的前提下，使产品性能好，效率高，成本低，在预定的使用期限内安全可靠。 2、主要内容 1）确定机械的工作原理，选择适宜的机构 2）拟定设计方案 3）进行运动和受力分析，计算作用于各构件上的载荷 4）进行零部件工作能力计算（强度计算） 5）整体和结构设计 3、机械设计的一般过程在设计过程中，这些步骤是相互交错、反复进行的。 设计者要从实际出发，注重调查研究，善于学习，在实践中不断积累设计经验，以期取得最佳成果。青岛大学教案（理论教学用） 第 2-3 次课 4 学时章 节第一章 平面机构的自由度和速度分析讲授主要内 容1.机构中的构件怎样组合才能运动 构成什么样的运动副 2.在什么条件下运动才

10、能保证确定 具有确定运动的条件 3.如何运用运动简图表示机构 4.机构的速度分析 重 点难 点机构自由度的计算；机构运动简图的绘制。机构运动简图的绘制；瞬心的判定及在速度分析中的应用。要求掌握知识点和分析方法知道如下概念：自由度、运动副、主动件、机架、瞬心、复合铰链、局部自由度、虚约束。能正确计算平面机构的自由度；能绘制简单机械的机构运动简图；能正确判定瞬心。教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等重点介绍机构、运动副、运动链、自由度与约束及机构具有确定运动的条件等基本概念、机构运动简图的绘制和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

11、心（包括绝对瞬心和相对瞬心）的基本概念和用“三心定理”确定一般平面机构各瞬心位置的方法。平面机构自由度分析和计算也是本章学习的重点。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关键。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，以提高教学效果作业布置习题1，2，3主 要参考资料无备注无青岛大学讲稿讲 授 内 容备 注青岛大学教案（理论教学用） 第4-5 次课 4 学时章 节第二章 平面连杆机构讲授主要内 容1. 知道什么是平面连杆机构？它有哪些优、缺点？2. 知道平面连杆机构有哪些运动和动力特性？3. 知道铰链四杆机构存在曲柄的条件是什么？4. 对机构演变的方法有所了解。5.

12、 掌握四杆机构设计的几种方法。6. 对常用四杆机构的特点及实际应用有相当深度的了解。重 点难 点铰链四杆机构的基本形式；铰链四杆机构的运动特性；曲柄存在的条件；四杆机构的应用。平面四杆机构的演化；四杆机构的解析设计。要求掌握知识点和分析方法知道如下概念：自由度、运动副、主动件、机架、瞬心、复合铰链、局部自由度、虚约束。能正确计算平面机构的自由度；能绘制简单机械的机构运动简图；能正确判定瞬心。教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等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、急回特性及其计算、曲柄存在的条件、杆机构的基本演化方法和典型杆

13、机构的设计方法；简单介绍平面多杆机构。平面四杆机构的设计是本章的一个难点。不同的设计任务和设计要求，应采用不同的设计方法。图解法直观，易理解，常用于解决给定位置的设计任务。解析法精确，借助解析法程序、优化设计程序，大大提高解析法的设计能力，已能完成复杂要求的的设计任务。作业布置习题1，2，3主 要参考资料无备注无青岛大学讲稿讲 授 内 容备 注青岛大学教案（理论教学用） 第6-7 次课 4 学时章 节第三章 凸轮机构讲授主要内 容1了解凸轮机构的类型，明确凸轮机构的优缺点及适用的工业场合。2能正确绘制从动件常用运动规律的位移线图，*能用数学公式正确表示这些位移线图。3掌握反转法，能用图解法绘制

14、凸轮轮廓线，能编程设计凸轮廓线。4明确影响凸轮机构工作性能和空间尺寸的有关因素。重 点难 点从动件的常用运动规律；凸轮廓线的图解设计；影响凸轮机构性能的因素。从动件运动规律的公式表达；凸轮廓线的解析设计。要求掌握知识点和分析方法凸轮机构的特点、类型与应用；从动件常用的运动规律(运动线图的图形和公式表示)；凸轮廓线的图解设计和解析设计；设计凸轮机构应注意的两个问题。教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等重点介绍凸轮机构的组成、分类及特点。注意讲解清楚盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮之间的转化关系。凸轮一般作连续等速转动，从动件可作连续或间歇的往复运动或摆

15、动。凸轮机构的种类很多，各具特色。凸轮机构的优点：只需设计出合适的凸轮轮廓，就可使从动件获得所需的运动规律：结构简单、紧凑、设计方便。它的缺点：凸轮与从动件之间易于磨损：凸轮轮廓较复杂，加工困难；从动件的行程不能过大。介绍从动件常用的运动规律。凸轮的轮廓是由从动件运动规律决定的，因此了解从动件常用的运动规律及其特点是十分重要的。只有某种运动规律的加速度曲线是连续变化的，这种运动规律才能避免冲击。等速运动规律在某些点的加速度在理论上为无穷大，所以有刚性冲击；而等加速等减速运动规律在某些点的加速度会出现有限值的突然变化，所以有柔性冲击。介绍图解法绘制凸轮轮廓的基本方法。图解法绘制凸轮轮廓是按照相对

16、运动原理来绘制凸轮的轮廓曲线的，也就是“反转法”。用“反转法”绘制凸轮轮廓主要包含三个步骤：将凸轮的转角和从动件位移线图分成对应的若干等份；用“反转法”画出反转后从动件各导路的位置；根据所分的等份量得从动件相应的位移，从而得到凸轮的轮廓曲线。设计凸轮机构应注意的问题。在选择滚子半径，必须保证滚子半径小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径；在确保运动不失真的情况下，可以适当增大滚子半径，以减小凸轮与滚子之间的接触应力。为了确保凸轮机构的运动性能，应对凸轮轮廓各处的压力角进行校核，检查其最大压力角是否超过许用值。如果最大压力角超过了许用值，一般可以通过增加基圆半径或重新选择从动件运动规律，以获得新的凸

17、轮轮廓曲线，来保证凸轮轮廓上的最大压力角不超过压力角的许用值。作业布置习题1，2，3主 要参考资料无备注无青岛大学讲稿讲 授 内 容备 注青岛大学教案（理论教学用） 第8-9 次课 4 学时章 节第四章 齿轮机构讲授主要内 容1齿轮机构有哪些优缺点?2要使齿轮机构连续平稳地运转，对齿轮齿廓曲线和主要参数有什么要求？3复杂的齿廓曲面是怎样加工出来的？各种加工方法有何特点？4直齿、斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮的联系与各自的特点？重 点难 点齿轮机构连续平稳运转的条件；齿轮的尺寸计算；加工方法；斜齿圆柱齿轮的特点；当量齿轮与当量齿数。加工方法；根切现象与最少齿数；当量齿轮与当量齿数。要求掌握知识点和分

18、析方法1齿轮机构的特点和类型2齿轮机构连续平稳运转的三个条件（齿廓定比啮合、同步、接力）3齿轮主要参数及尺寸计算4齿轮的加工方法及其优缺点5根切现象、最少齿数及变位齿轮应以直齿圆柱齿轮为重点，对于斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮机构，学习时应注意将它们与直齿圆柱齿轮联系和对比。齿轮参数、z对齿轮机构的工作平稳性、所占据的空间尺寸、加工制造成本、承载能力等都有影响，要注意这两个参数的取值问题。掌握齿轮几何尺寸的计算公式属于基本要求，记忆时应将直齿圆柱齿轮、平行轴斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮三者相结合。教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等齿轮传动的最基本要求

19、之一是其瞬时角速度比必须保持恒定。通过分析一对齿轮的传动关系导出了齿廓啮合基本定律，同时引出了共轭齿廓、节点和节圆等基本概念；渐开线的形成决定了渐开线的性质，由于渐开线齿廓具有众多的优点，所以渐开线齿轮是目前使用最广的齿轮；渐开线齿轮的各部分的名称、符号和计算公式等由标准规定，不宜随意改动；标准齿轮采用标准压力角、标准模数、标准齿顶高系数和径向间隙系数；渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合条件是模数相等、压力角相等，斜齿轮还应满足螺旋角大小相等，方向相反。由此可见，直齿轮的互换性较好，斜齿轮一般是成对设计的；重合度的大小，反映出同时啮合的齿对数的多少，斜齿轮有较大的重合度；当用范成法加工齿轮时，若被加工

20、的齿轮齿数较少时会出现根切，由此引出了最少齿数的概念；变位齿轮的许多的优点，在实现齿轮机构中广为使用，应进一步增加部分内容；斜齿轮的法面参数为标准的，端面参数与法面参数存在一定的关系。斜齿轮的端面仍为渐开线齿轮，所以渐开线直齿中的计算公式可以直接用于斜齿轮的端面齿轮；本章是本课程的重点和难点内容之一，应安排齿轮机构泛成实验和齿轮参数测绘实验，以强化对本章内容的理解。作业布置习题1，2，3主 要参考资料无备注无青岛大学讲稿讲 授 内 容备 注青岛大学教案（理论教学用） 第10-11 次课 3 学时章 节第五章 轮系讲授主要内 容1了解轮系有哪些用途。2明确轮系有哪几种类型。3会计算轮系传动比，会

21、正确判定两轮的相对转向。4. 对几种特殊行星轮系的工作原理和结构有所了解。重 点难 点轮系的分类；主从动轮转向的判定；定轴轮系传动比的计算；周转轮系传动比的计算。左、右手定则；反转法（周转轮系与定轴轮系的转化）；等角速度机构。要求掌握知识点和分析方法1轮系的分类2轮系的用途3轮系相对转向的判定4轮系传动比的计算5几种特殊的行星轮系教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等介绍轮系的分类和应用，通过学习要掌握定轴轮系、周转轮系以及混合轮系的传动比的计算方法和转向的确定方法，并对新型行星齿轮传动及特点有所了解。本章学习的重点是轮系的传动比计算和转向的判定。

22、在运用反转法计算周转轮系的传动比时，应十分注意转化轮系传动比计算式中的转向正负号的确定，并区分行星轮系和差动轮系的传动比计算的特点。混合轮系传动比计算的要点是如何正确划分出各个基本轮系，划分的关键是先找出轮系中的周转轮系部分。轮系的组成情况和运动传递情况十分丰富。在掌握基本轮系和典型轮系的基础上，可创新设计出功能独特的混合轮系。作业布置习题1，2，3主 要参考资料无备注无青岛大学讲稿讲 授 内 容备 注青岛大学教案（理论教学用） 第12 次课 2 学时章 节第六章 其他常用运动机构讲授主要内 容 间歇运动机构的类型很多，本章简单介绍了棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮间歇机构、组合机构。

23、重 点难 点各机构的工作原理和特点。要求掌握知识点和分析方法本章属于了解性质，着重了解各机构的工作原理和特点。教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系，以及棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮间歇运动机构等，是构成机械运动的常见基本机构。通过学习应掌握各种机构的特点，各个机构能实现何种运动规律；通过机构间的比较，掌握各机构间的相同点和不同点。同一个运动规律，可以由多种不同的机构来实现。设计时，根据设计要求的运动规律，首先应选定某种运动机构，再进行机构的参数设计。也可以选定多个机构进行设计，再比较各自的性能指标，最

24、终确定选用的哪个机构。除已学的机构外，还有大量的不常用的机构和特殊用途的机构，平时应注意观察，了解并掌握这些机构的特点，充实自身的机构知识。另外，与平面机构相对应的空间机构（如空间槽轮机构等），种类也十分丰富，也应了解、掌握。当单一基本机构不能满足设计要求时，可考虑采用组合机构。一般来说，组合机构能完成复杂的运动规律，同一个运动规律，能实现的组合机构更多，选择、设计难度更大。另外，机构越复杂、构成机构的构件越多，机构的可靠性就越低，制造成本就越高。所以，应综合评价一个组合机构的优劣。在机械的创新设计设计中，机构的创新设计占据十分重要的地位。掌握基本机构的特点和机构组合的基本方法，是机械创新设计

25、的前提和基础。作业布置习题1，2，3主 要参考资料无备注无青岛大学讲稿讲 授 内 容备 注青岛大学教案（理论教学用） 第13-14 次课 3 学时章 节第七章 机械速度波动的调节 讲授主要内 容速度波动的分类及调节原理、飞轮设计的近似方法、飞轮主要尺寸的确定重 点难 点速度波动的分类及调节原理飞轮设计的近似方法要求掌握知识点和分析方法速度波动的分类及调节原理飞轮设计的近似方法教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等机械的惯性载荷将严重影响机械工作的平稳性、影响机械的运动质量、降低机械零件的工作寿命，同时还将引起机械本身及周围环境的冲击和振动，甚至造成

26、非常危险的后果。惯性载荷与速度有关，对于高速运转的机械来说，应十分重视惯性载荷问题。另外，造成构件的质心偏离回转中心的原因很多，如：几何形状、制造精度、安装误差、材质不均等。当测出不平衡量（质径积）和方位后，一般采用增减质量法进行平衡。但也有的机器其工作原理就是利用惯性载荷的。机械的速度波动是绝对的，普遍存在的，而速度恒定是相对的。不同的机械对速度稳定性的要求也是不同的。当机器对速度有控制要求时，应增加调速功能。调速的方法不外乎是通过改变驱动力所作的功或改变阻力所作的功来实现。机械的效率主要取决于组成机械的机构效率，不同机构的效率有其一定的范围。在设计传递动力的机械时，应选用机械效率较高的机构

27、；对于传递运动的装置，可采用效率相对较低的机构。对于同一种机构，不同的材料、不同的制造精度、不同的工作环境，其机械效率也不同。从提高机械效率的角度来说，应尽可能地提高机构的效率和减少组成机械的机构数。作业布置习题1，2，3主 要参考资料无备注无青岛大学教案（理论教学用） 第15 次课 2 学时章 节第八章 回转件的平衡讲授主要内 容平衡的目的平衡分析计算平衡试验重 点难 点平衡分析计算平衡试验要求掌握知识点和分析方法静平衡、静不平衡、动平衡、动不平衡的概念；能正确进行平衡理论分析；能作静平衡试验；能利用机械式框架动平衡机作简单转子的动平衡。教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何

28、突出，难点如何解决，师生互动等平面汇交力系、平面任意力系、空间任意力系力的分解与合成是本章的理论基础，应安排复习。作业布置习题1，2，3主 要参考资料无备注无青岛大学教案（理论教学用） 第16 次课 3学时章 节第九章 机械零件设计概论讲授主要内 容概念：失效、工作能力、承载能力、计算准则、强度、互换性、公差、配合、工艺性。正确判断应力的性质；知道提高强度、耐磨性的原则措施；铸铁和钢最主要的性质差别；会查手册选材、确定公差；知道提高工艺性的原则措施。重 点难 点零件失效形式；强度及其影响因素。强度及其影响因素；三种性质的配合。要求掌握知识点和分析方法静平衡、静不平衡、动平衡、动不平衡的概念；能

29、正确进行平衡理论分析；能作静平衡试验；能利用机械式框架动平衡机作简单转子的动平衡。教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等机械零件设计的主要任务是合理确定零件的形状和尺寸，选择适当的零件材料。设计时，应根据实际情况确定零件的设计准则，此外，还要处理好：材料及热处理问题、公差与配合问题、表面粗糙度问题、工艺性问题和标准化问题等；机械零件的主要失效形式有7种，设计时，应分析出某种零件在某种环境下的主要失效形式，据此确定零件的设计准则；机械零件强度问题是零件设计中的主要问题和重要问题。其中，变应力下的疲劳极限问题是建立零件设计准则的基础，应十分重视；关于摩擦、磨损及润滑问题的研究内容十分丰富，对提高机械零件的使用寿命、改善工作环境等有着十分重要的意义，应进一步充实这方面的内容；机械整机设计、机械零件设计都存在一个继承和发展的问