機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(陳立德版)(教案)

1、緒 論本章學(xué)習(xí)后，要使學(xué)生能解決三大問題，學(xué)什么，為啥學(xué)，怎樣學(xué)三大問題。01 機(jī)器的組成人們廣泛使用過，接觸過機(jī)器，放一課件（單缸內(nèi)燃機(jī)、顎式破碎機(jī)），圖01，02所示，但定義如何，為什么稱它為機(jī)器，學(xué)生們是不大清楚的。它要有三個(gè)特征，才能稱上機(jī)器。1）是一種人為的實(shí)物組合。2）各部分形成運(yùn)動(dòng)單元，各單元之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。3）能實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成有用的機(jī)械功。什么叫能量轉(zhuǎn)換，指的是機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，或反之。這樣具備三個(gè)條件者就稱為機(jī)器，這樣學(xué)生就可說(shuō)出車床是機(jī)器嗎？電動(dòng)機(jī)是否也是機(jī)器，電動(dòng)機(jī)根據(jù)三個(gè)條件可得出一定為機(jī)器。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造出各種新型機(jī)器，故對(duì)機(jī)器的定義也有了更

2、廣泛的定義，什么叫機(jī)器，是一種用來(lái)轉(zhuǎn)換或傳遞能量、物料和信息的，能執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，那么一臺(tái)機(jī)器由什么組成，從裝配角度來(lái)看：由零件構(gòu)件機(jī)構(gòu)機(jī)器，因此設(shè)計(jì)制造一臺(tái)機(jī)器必有零件開始，組裝成構(gòu)件，再由構(gòu)件組裝成機(jī)構(gòu)，加上原動(dòng)件裝置就成為一臺(tái)機(jī)器了。接下來(lái)說(shuō)說(shuō)什么叫機(jī)構(gòu)、構(gòu)件、零件。什么叫機(jī)構(gòu)：具備前二個(gè)條件的稱為機(jī)構(gòu)，即為多個(gè)實(shí)物的組合，又能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，例齒輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等，放課件（連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)）。什么叫構(gòu)件，構(gòu)件為組成機(jī)械的各個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的實(shí)物。例連桿，放課件（構(gòu)件）從中可看連桿為多個(gè)零件裝配而成的。什么叫零件，零件是機(jī)械中不可拆的制造單元，因此構(gòu)件可以是一個(gè)零件組成也可以由多個(gè)零

3、件組成的。因此可以看出從運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)來(lái)看，機(jī)構(gòu)和機(jī)器是無(wú)什么差別的，例如縫紉機(jī)本身為機(jī)構(gòu)，由多種機(jī)構(gòu)所組合起來(lái)的，再加上能量轉(zhuǎn)換就成為機(jī)器了，如加上電動(dòng)機(jī)或加上人力都可以成為機(jī)器了，在習(xí)慣上把機(jī)器與機(jī)構(gòu)總稱為機(jī)械。因此機(jī)器，機(jī)械這二個(gè)名稱都可統(tǒng)起作用的。零件又可分為二大類：1）通用零件：各種機(jī)器中都經(jīng)常使用，并完成同一功用的零件，例螺釘?shù)取?）專用零件：只適用于一定類型機(jī)器使用的零件，例曲軸等。02 本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)本課程研究對(duì)象是什么？有二條：1）機(jī)械中常用機(jī)構(gòu)。2）在一般工作條件下，常用參數(shù)的通用零件。這里要說(shuō)明一下：什么叫一般工作條件？什么叫常用參數(shù)？具體地說(shuō)內(nèi)容是什么？工作原理設(shè)計(jì)

4、計(jì)算，設(shè)計(jì)計(jì)算又包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)計(jì)算。本課程的內(nèi)容為常用機(jī)構(gòu)：在教材中介紹了幾種常用機(jī)構(gòu)，例如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（帶，齒輪機(jī)構(gòu)）。通用零件：連接零件（螺栓、鍵等）； 傳動(dòng)零件（齒輪、鏈、蝸輪、蝸桿等）； 軸系零件（軸、軸承）； 其它零件（聯(lián)軸器、彈簧等）。現(xiàn)在談一下通用零件的系統(tǒng)性是什么？常用機(jī)構(gòu)也是相似的。1） 研究對(duì)象，工作原理。2） 分析工作情況，包括運(yùn)動(dòng)，力，失效形式等。3） 設(shè)計(jì)計(jì)算，包括設(shè)計(jì)計(jì)算（強(qiáng)度計(jì)算，校核計(jì)算）和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所有通用零件均按此系統(tǒng)來(lái)組織教材內(nèi)容，講授時(shí)均按此系統(tǒng)進(jìn)行。本課程的主要任務(wù)有三條，教材中有，略加說(shuō)明一下，總的說(shuō)來(lái)，使學(xué)生學(xué)習(xí)后具有一定設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)和一定設(shè)計(jì)計(jì)算

5、能力。這門課程的性質(zhì)是一門為機(jī)械設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)的課程，是一門主干課程，所以對(duì)學(xué)習(xí)機(jī)械的學(xué)生來(lái)講是一門十分重要的課程，在工程師培養(yǎng)中起到十分重要作用，是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，只要有好的基礎(chǔ)，再加上專業(yè)知識(shí)，就有條件去進(jìn)行有關(guān)機(jī)械專業(yè)的設(shè)計(jì)。03 學(xué)習(xí)方法本課程是應(yīng)用了以前所學(xué)到的理論與實(shí)際生產(chǎn)知識(shí)，并把它們運(yùn)用到工程實(shí)際中，去解決生產(chǎn)實(shí)際問題，是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，同學(xué)們開始接觸此課程時(shí)，總有些不習(xí)慣，總認(rèn)為它的理論性不強(qiáng)，系統(tǒng)性差，零零碎碎，不像以前的基礎(chǔ)課邏輯推理嚴(yán)格。同學(xué)不適應(yīng)，不習(xí)慣，這一點(diǎn)同學(xué)一定要趕快適應(yīng)，如以前課程沒學(xué)好，自己一定要補(bǔ)上，否則會(huì)影響到目前的學(xué)習(xí)。我們說(shuō)它的系統(tǒng)性是有的

6、，也是很強(qiáng)的，學(xué)習(xí)它們是有一個(gè)總的目的，是如何來(lái)滿足整臺(tái)機(jī)器的要求設(shè)計(jì)好機(jī)構(gòu)、各種通用零件。這樣目的是很強(qiáng)，一般基礎(chǔ)課就無(wú)法做到的。一定要改變以前的學(xué)習(xí)方法，用新學(xué)習(xí)方法來(lái)適應(yīng)本課程的學(xué)習(xí)，注意理論聯(lián)系實(shí)際，注意分析比較，注意理論的應(yīng)用，這樣才能學(xué)好。第1章 機(jī)械設(shè)計(jì)概述一、教學(xué)要求本章概括地論述了兩大部分：第一部分為關(guān)于機(jī)械總體設(shè)計(jì)的概述，第二部分為關(guān)于機(jī)械零件的設(shè)計(jì)概述。具體的教學(xué)要求如下：1）初步理解機(jī)械設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)機(jī)械零件應(yīng)滿足的基本要求。2）了解機(jī)械設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)的步驟。3）理解機(jī)械零件工作能力的判定方法和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。4）了解機(jī)械設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：機(jī)械設(shè)計(jì)

7、基本要求及機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)1. 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求2. 機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟3. 機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則4. 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化2難點(diǎn)：從整體上建立起機(jī)械設(shè)計(jì)，尤其是機(jī)械零件設(shè)計(jì)的整體概念。三、教學(xué)安排四、教學(xué)思路設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)概述主要是論述設(shè)計(jì)基本知識(shí)和一些共性問題。本章扼要地闡述機(jī)械設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，如機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求、內(nèi)容與過程等。第1章 第1講知識(shí)點(diǎn)教學(xué)手段1. 1）設(shè)計(jì)機(jī)械零件的基本要求 2）機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求2. 機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟3. 1）失效形式 2）設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則4. 標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化課堂講授一、講授時(shí)注意幾點(diǎn)1

8、. 1.1、1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求及內(nèi)容與過程這兩節(jié)內(nèi)容屬于機(jī)械（零件）設(shè)計(jì)中的全局性問題。這里，只能勾畫一下概貌，起到開闊視野的作用。2. 1.3 機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則這節(jié)內(nèi)容與先修的力學(xué)課程有著密切的聯(lián)系，是在力學(xué)基礎(chǔ)之上，結(jié)合工程實(shí)際所形成的，故比較容易理解。如學(xué)生力學(xué)基礎(chǔ)差的話，必須學(xué)前補(bǔ)一下。3. 1.4 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化要了解標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化的重要意義，應(yīng)提高到是否遵守法律的高度來(lái)認(rèn)識(shí)，這點(diǎn)學(xué)生是不易理解的。二、講授程序設(shè)計(jì)首先了解設(shè)計(jì)機(jī)械零件的基本要求，然后才能得出機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求、內(nèi)容與步驟，對(duì)于具體的機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法總是根據(jù)失效形

9、式得出設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則，應(yīng)用力學(xué)知識(shí)，就可設(shè)計(jì)出零件的大小等。講授教案編寫如下所述。第1章 機(jī)械設(shè)計(jì)概述1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求一臺(tái)機(jī)器進(jìn)行設(shè)計(jì)包括以下兩種設(shè)計(jì)：1）應(yīng)用新技術(shù)，新方法開發(fā)創(chuàng)造新機(jī)器。2）在原有機(jī)器基礎(chǔ)以上重新設(shè)計(jì)或進(jìn)行局部改造，從而改變或提高原有機(jī)器的性能。設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低直接關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品的性能、價(jià)格及經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)械零件是組成機(jī)器的基本單元，在討論機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求之前，我們首先應(yīng)了解一下設(shè)計(jì)機(jī)械零件的基本要求。1.1.1 設(shè)計(jì)機(jī)械零件的基本要求有二條：可靠，成本低。什么叫可靠，什么叫成本低，說(shuō)明一下。為此要注意以下三點(diǎn)：1）合理選擇材料，降低材料費(fèi)用。2）保證良好工藝性，減少

10、制造費(fèi)用。3）盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化，通用化設(shè)計(jì)零件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程，從而降低成本。1.1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求有五條：1.實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能；2.滿足可靠性要求；3.滿足經(jīng)濟(jì)性要求；4.操作方便，工作安全；5.造型美觀，減少污染。1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜、細(xì)致、創(chuàng)造性和科學(xué)性很強(qiáng)的工作，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)設(shè)計(jì)的理解也在不斷深化，設(shè)計(jì)方法也在不斷發(fā)展，近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的有：“優(yōu)化設(shè)計(jì)”，“有限元計(jì)算”，“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”等等。即使如此，常規(guī)設(shè)計(jì)方法仍然是工程技術(shù)人員進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的重要方法，必須要很好掌握，常規(guī)設(shè)計(jì)方法有理論設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等三種。機(jī)械設(shè)計(jì)的過程通常分為以下

11、四個(gè)階段：1） 產(chǎn)品規(guī)劃階段 主要工作為提出設(shè)計(jì)任務(wù)和明確設(shè)計(jì)要求。2） 方案設(shè)計(jì)階段 在滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書中具體要求的前提下，由設(shè)計(jì)人員構(gòu)思出各種可行方案進(jìn)行分析比較，選出較優(yōu)者。 3） 技術(shù)設(shè)計(jì)階段 完成機(jī)械產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)、部件設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)結(jié)果以工程圖及設(shè)計(jì)書形式表達(dá)出來(lái)。4） 制造與試驗(yàn)階段 進(jìn)行試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)問題反饋給設(shè)計(jì)人員，經(jīng)修改、完善，最后鑒定。與設(shè)計(jì)機(jī)械一樣，設(shè)計(jì)機(jī)械零件也需擬定出幾種方案，分析比較、選優(yōu)，那么設(shè)計(jì)零件的一般步驟如下幾點(diǎn)。教材共有五點(diǎn)，分析之。對(duì)于不同的零件的工作條件，以上這五點(diǎn)可以有所不同，互相交錯(cuò)，反復(fù)進(jìn)行，不能作機(jī)械分割。最后提出一點(diǎn)，什么叫條件性計(jì)算，

12、這一點(diǎn)是大家所不大了解的，生疏的，但這是工程實(shí)際所需作的。1.3 機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則失效形式在工程力學(xué)中已學(xué)過，結(jié)合到機(jī)械零件應(yīng)該如何，它的理論基礎(chǔ)還是一樣的，進(jìn)行機(jī)械零件設(shè)計(jì)必須要根據(jù)零件的失效形式分析失效原因，提出防止或減輕失效的措施，根據(jù)不同的失效形式提出不同的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。1.3.1 失效形式1） 斷裂 常見的有二種：斷裂，疲勞斷裂，解釋一下。2） 過量變形 應(yīng)力超過屈服極限，發(fā)生塑性變形。3） 表面失效 主要有疲勞點(diǎn)蝕、磨損、壓潰和腐蝕等形式。4） 破壞正常工作零件引起的失效，例帶傳動(dòng)。1.3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則同一零件對(duì)于不同失效形式的承載能力是各不相同的。這個(gè)承載能力

13、就是零件的工作能力，它的計(jì)算方法就是設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。下面對(duì)以上失效形式，談一下設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。1. 強(qiáng)度準(zhǔn)則 是零件必須滿足的基本計(jì)算準(zhǔn)則?？煞譃檎w強(qiáng)度，表面強(qiáng)度二種。（1）整體強(qiáng)度的準(zhǔn)則 , 或可用安全系數(shù)來(lái)表示，ss（2）表面強(qiáng)度的準(zhǔn)則接觸強(qiáng)度HH；擠壓強(qiáng)度pp在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，一般有如下兩種計(jì)算形式1）設(shè)計(jì)計(jì)算 可求出零件的主要幾何尺寸。2）校核計(jì)算 判斷一下是否符合強(qiáng)度條件；已有零件能否承受如此大的載荷，是否安全。2. 剛度準(zhǔn)則3. 耐磨性準(zhǔn)則4. 散熱性準(zhǔn)則5. 可靠性準(zhǔn)則1.4 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化作一般性介紹，說(shuō)明其重要性。第2章 摩擦、磨損及潤(rùn)滑概述一、教學(xué)要求本

14、章主要內(nèi)容為對(duì)摩擦、磨損、潤(rùn)滑、密封的基本問題作簡(jiǎn)單扼要的介紹。具體的教學(xué)要求如下：1）了解摩擦、磨損、潤(rùn)滑、密封的基本概念和四者之間的聯(lián)系。2）了解干摩擦、流體摩擦、邊界摩擦、混合摩擦的特點(diǎn)與區(qū)別。3）初步了解磨損的一般規(guī)律及各種磨損的機(jī)理、物理特征和影響因素。4）了解潤(rùn)滑的作用及潤(rùn)滑劑的主要質(zhì)量指標(biāo)。5）了解密封的作用及密封裝置。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：1）各類摩擦的機(jī)理、物理特征及其影響因素 2）各類磨損的機(jī)理、物理特征及其影響因素 3）潤(rùn)滑與密封難點(diǎn)：如何根據(jù)工作情況，合適地選擇潤(rùn)滑劑和密封裝置。三、教學(xué)安排教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)1. 摩擦與磨損2. 潤(rùn)滑3. 密封方法及裝置2四、教學(xué)思路設(shè)計(jì)本章

15、內(nèi)容是按照摩擦磨損潤(rùn)滑密封的順序安排的。過去這部分內(nèi)容是分散在各章之中，現(xiàn)為了加強(qiáng)系統(tǒng)性和對(duì)其共性問題的認(rèn)識(shí)，將這部分內(nèi)容集中在這一章之中，而針對(duì)某個(gè)零件的某些具體內(nèi)容則仍分散于各章之中，故本章內(nèi)容也是機(jī)械設(shè)計(jì)中的共性問題。第2章 第1講知識(shí)點(diǎn)教學(xué)手段1. 1）摩擦及其分類 2）磨損及其過程 3）磨損分類2. 1）潤(rùn)滑劑的性能與選擇 2）潤(rùn)滑方法和潤(rùn)滑裝置3. 1）密封裝置的分類 2）常用密封裝置 3）密封裝置的選擇課件（摩擦副的表面潤(rùn)滑狀態(tài)、零件磨損過程、潤(rùn)滑方式、常用密封裝置）一、講授時(shí)注意幾點(diǎn)：1. 2.1 摩擦與磨損本章著重討論摩擦的機(jī)理及物理本質(zhì)；對(duì)于磨損過程有所了解，目的在于如何采

16、取措施使跑合期縮短，延長(zhǎng)穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損階段。2. 2.2 潤(rùn)滑對(duì)潤(rùn)滑、潤(rùn)滑劑的種類有一個(gè)初步了解；對(duì)潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂的主要物理性質(zhì)指標(biāo)有所了解。重點(diǎn)在潤(rùn)滑油、對(duì)潤(rùn)滑脂作一般性了解。3. 2.3 密封方法及裝置要重點(diǎn)地學(xué)習(xí)密封的作用與密封裝置的分類、以及根據(jù)不同的工作條件選擇合適的密封裝置。二、講授程序設(shè)計(jì)本章是按摩擦磨損潤(rùn)滑密封的順序來(lái)講授，它也是機(jī)械設(shè)計(jì)中的共性問題。講授教案編寫如下所述。第2章 摩擦、磨損及潤(rùn)滑概述2.1 摩擦與磨損在人們生活中都存在摩擦與磨損，各種機(jī)械零件因磨損失效的占全部失效零件的一半以上。2.1.1 摩擦及其分類在法向力作用下，一個(gè)物體相對(duì)于另一個(gè)物體，有相對(duì)

17、運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，兩物體接觸面間產(chǎn)生的阻礙物體運(yùn)動(dòng)的切向阻力稱為摩擦力，這種現(xiàn)象稱為摩擦，這一對(duì)摩擦物體稱為摩擦副。根據(jù)二物體接觸時(shí)潤(rùn)滑狀態(tài)的不同，可將摩擦狀態(tài)分為四種情況：放課件（摩擦副的表面潤(rùn)滑狀態(tài)），一種一種解釋一下。1. 干摩擦（圖2.1a） 解釋后，可得出庫(kù)侖定律 F=f·FN2. 流體摩擦（圖2.1b）3. 邊界摩擦（圖2.1c）4. 混合摩擦（圖2.1d）2.1.2 磨損及其過程表面物質(zhì)在摩擦過程中不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。一般情況下磨損是有害的。磨損過程，可分為三個(gè)階段，放課件（零件磨損過程），圖2.2所示，一個(gè)過程，一個(gè)過程解釋一下。1. 跑合磨損階段（oa階段）跑合

18、磨損到一定程度后，表面上尖峰逐漸被磨平，磨損速度卻逐漸減慢，這階段對(duì)機(jī)械零件而言是十分必要的。2. 穩(wěn)定磨損階段（ab階段）磨損緩慢，磨損穩(wěn)定下來(lái)，零件進(jìn)入正常工作階段。3. 劇烈磨損階段（bc階段）此階段的特征為磨損速度及磨損率都急劇增大，直至零件失效。最后指出一點(diǎn)，在跑合結(jié)束后，一定要清洗零件，更換潤(rùn)滑油，這樣才能正常地進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段。2.1.3 磨損分類按照磨損的機(jī)理以及零件磨損狀態(tài)的不同，可分為四種基本類型：粘著磨損、磨粒磨損、表面疲勞磨損（點(diǎn)蝕）、腐蝕磨損，教材中具體說(shuō)明，略之。2.2 潤(rùn)滑首先說(shuō)明一下潤(rùn)滑的作用2.2.1 潤(rùn)滑劑的性能與選擇潤(rùn)滑劑有幾種：油、脂、固體（石墨、二硫化

19、銅）、氣體（空氣、氫氣、水蒸汽）。1. 潤(rùn)滑油為目前使用得最多的潤(rùn)滑劑，有礦物油、合成油、動(dòng)植物油等，礦物油為應(yīng)用最廣的。物理性能指標(biāo)為粘度：表示液體流動(dòng)時(shí)其內(nèi)摩擦阻力的大小，粘度大，內(nèi)摩擦阻力就越大，液體流動(dòng)性就越差。粘度有三種表示，解釋一下。（1）動(dòng)力粘度 （2）運(yùn)動(dòng)粘度 我國(guó)采用的為運(yùn)動(dòng)粘度（3）條件粘度（恩氏粘度）E還有一些性能指標(biāo)，如凝點(diǎn)、閃點(diǎn)、燃點(diǎn)等，表2.1列出。要指出一下：壓力、溫度對(duì)粘度有影響的。2. 潤(rùn)滑脂在潤(rùn)滑油中加入稠化劑（鈣、鈉、鋰、金屬皂）而成的脂狀潤(rùn)滑劑，又稱為黃油。主要物理性能指標(biāo)為滴點(diǎn)、針入度、耐水性。目前使用最多的為鈣基潤(rùn)滑脂，它的耐水性強(qiáng)，耐熱性差，還是鈉

20、基，鋰基的。使用時(shí)要注意使用條件，不要亂用，性能列于表2.2之中。3. 固體潤(rùn)滑劑4. 氣體潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑的選用原則為低速、重載、高溫、間隙大，應(yīng)選用粘度大的潤(rùn)滑油；對(duì)脂主要用于速度低、載荷大，不需經(jīng)常加油，使用要求不高或灰塵較高的場(chǎng)合；氣體、固體的主要用于高溫、高壓，防止污染等一般潤(rùn)滑油不能適用的場(chǎng)合。對(duì)潤(rùn)滑劑選用一定要嚴(yán)肅對(duì)待，不能亂用。2.2.2 潤(rùn)滑方法和潤(rùn)滑裝置為了獲得良好的潤(rùn)滑效果外，除了正確選擇潤(rùn)滑劑外，還應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑方法和相應(yīng)的潤(rùn)滑裝置，具體情況學(xué)生自學(xué)教材內(nèi)容，不作講解。2.3 密封方法及裝置學(xué)生自學(xué)，不作講解。第3章 平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析一、教學(xué)要求本章內(nèi)容是學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的

21、基礎(chǔ)，為各類機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和設(shè)計(jì)打下一定的基礎(chǔ)，同時(shí)也為機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和新機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種結(jié)構(gòu)分析的方法。具體的教學(xué)要求如下：1）了解平面機(jī)構(gòu)的基本概念。2）掌握平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制方法。3）熟練掌握平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法，能夠準(zhǔn)確地識(shí)別機(jī)構(gòu)中的局部自由度，復(fù)合鉸鏈和虛約束。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：1）有關(guān)機(jī)構(gòu)組成的概念及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。 2）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及其繪制。 3）機(jī)構(gòu)的自由度。難點(diǎn)：1）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制。 2）機(jī)構(gòu)中虛約束的正確判別。三、教學(xué)安排教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)1. 機(jī)構(gòu)的組成2. 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖23. 平面機(jī)構(gòu)的自由度2四、教學(xué)思路設(shè)計(jì)本章是進(jìn)入整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開端，它

22、不僅為學(xué)習(xí)各類機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)打下初步基礎(chǔ)，也為機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和新機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供一條途徑。由于是高職學(xué)生，因此教學(xué)要求也與本科生有所區(qū)別，故對(duì)機(jī)構(gòu)分類、機(jī)構(gòu)組成原理等只作一般性了解，而教學(xué)重點(diǎn)放在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制及自由度計(jì)算上。第3章 第1講知識(shí)點(diǎn)教學(xué)手段1. 1）運(yùn)動(dòng)副 2）自由度和運(yùn)動(dòng)副的約束 3）運(yùn)動(dòng)鏈和機(jī)構(gòu)2. 1）運(yùn)動(dòng)副及構(gòu)件的表示法 2）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的步驟課件（平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的自由度、平面高副，運(yùn)動(dòng)鏈，運(yùn)動(dòng)副簡(jiǎn)圖符號(hào)、運(yùn)動(dòng)鏈）一、講授時(shí)注意幾點(diǎn)：1. 3.1 機(jī)構(gòu)的組成主要應(yīng)該掌握：運(yùn)動(dòng)副是由兩構(gòu)件組成的相對(duì)可動(dòng)的連接，是組成機(jī)構(gòu)的又一個(gè)基本要素；兩構(gòu)件構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副

23、應(yīng)至少要引入一個(gè)約束，也至少要保留一個(gè)自由度。2. 3.2 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖應(yīng)能正確地表達(dá)機(jī)構(gòu)的組成和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況。因此，與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的內(nèi)容應(yīng)拋開，如構(gòu)件的外形、運(yùn)動(dòng)副的具體構(gòu)造等。在畫圖時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：（1）注意運(yùn)動(dòng)副的位置及表示方法。（2）注意構(gòu)件的表達(dá)。（3）注意機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖要真實(shí)、簡(jiǎn)法。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制是把實(shí)際機(jī)構(gòu)抽象化的過程。因此，必須搞清機(jī)構(gòu)的組成才能正確地畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。二、講授程序設(shè)計(jì)首先從運(yùn)動(dòng)副的組成開始，分析其分類、類型及其自由度與約束關(guān)系，然后討論其機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制，這是本章的重點(diǎn)。講授教案編寫如下所述。第1講 教案第3章 平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析放課

24、件，說(shuō)明一下。機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，除機(jī)架外其余所有構(gòu)件都按照某種運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，如果機(jī)構(gòu)中的所有構(gòu)件都在相同或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，這種機(jī)構(gòu)稱為平面機(jī)構(gòu)，否則稱為空間機(jī)構(gòu)，工程中常見的為平面機(jī)構(gòu)，本章就是研究平面機(jī)構(gòu)。3.1 機(jī)構(gòu)的組成3.1.1 運(yùn)動(dòng)副圖3.1說(shuō)明一下。使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接稱為運(yùn)動(dòng)副。因此，副一定是一對(duì)接觸構(gòu)件，但還要保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，同學(xué)以前見到過的，能舉例嗎？例如螺紋副，導(dǎo)軌副等。接觸情況有三種：點(diǎn)接觸，線接觸，面接觸，這點(diǎn)、線、面稱為運(yùn)動(dòng)副元素。根據(jù)運(yùn)動(dòng)副各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是平面運(yùn)動(dòng)，還是空間運(yùn)動(dòng)，這樣把運(yùn)動(dòng)副可分為平面運(yùn)動(dòng)副，空間運(yùn)動(dòng)副。本章討論的為平面

25、運(yùn)動(dòng)副，它又可分為低副、高副二大類型。3.1.2 自由度和運(yùn)動(dòng)副約束一個(gè)空間自由狀態(tài)的構(gòu)件，具有6個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的參數(shù)，作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件就具有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)，放課件（平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的自由度），這個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度。兩個(gè)構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副連接，這樣相對(duì)運(yùn)動(dòng)必會(huì)受到限制，這個(gè)限制稱為約束，引入一個(gè)約束條件將減少一個(gè)自由度。下面分析一下具體的運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)、約束情況：1. 低副 什么叫低副說(shuō)明一下。構(gòu)件之間以面接觸形成的運(yùn)動(dòng)副稱為低副，放課件（轉(zhuǎn)動(dòng)副）說(shuō)明一下低副定義。根據(jù)形成低副的兩個(gè)構(gòu)件之間的可以產(chǎn)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的形式不同，低副又可分為轉(zhuǎn)動(dòng)副與移動(dòng)副兩種。轉(zhuǎn)動(dòng)副（轉(zhuǎn)動(dòng)副） 圖3.3所示，這

26、運(yùn)動(dòng)副只能在某一平面內(nèi)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式為轉(zhuǎn)動(dòng)。移動(dòng)副（移動(dòng)副） 只能沿某一方向作相對(duì)移動(dòng)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式為移動(dòng)，圖3.4所示。2. 高副 以點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副，圖3.5所示，分析一下運(yùn)動(dòng)情況。那么約束如何：分析一下。對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)副：引入二個(gè)約束，保留了一個(gè)自由度。對(duì)于移動(dòng)副：引入二個(gè)約束，保留了一個(gè)自由度。故平面低副的運(yùn)動(dòng)副，引入二個(gè)約束，保留一個(gè)自由度。對(duì)于平面高副，引入一個(gè)約束，保留了二個(gè)自由度。3.1.3 運(yùn)動(dòng)鏈和機(jī)構(gòu)圖3.6所示，放課件（運(yùn)動(dòng)鏈），兩個(gè)以上構(gòu)件以運(yùn)動(dòng)副連接而成的系統(tǒng)稱為運(yùn)動(dòng)鏈，如果運(yùn)動(dòng)鏈中有的構(gòu)件只包括一個(gè)運(yùn)動(dòng)副元素稱為開鏈（圖3.6a）。如每個(gè)構(gòu)件至少包括兩個(gè)運(yùn)

27、動(dòng)副元素，則構(gòu)件形成了封閉系統(tǒng)稱為閉鏈（圖3.6b）。如在閉鏈中將其中一個(gè)構(gòu)件固定，就成為機(jī)架，這運(yùn)動(dòng)鏈就成為機(jī)構(gòu)。當(dāng)它的一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，也就是這構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為已知的，這機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力由這一個(gè)構(gòu)件輸入，這構(gòu)件稱為原動(dòng)件（主動(dòng)件），其余構(gòu)件稱為從動(dòng)件。3.2 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖課件（粉碎機(jī)）放一下，我們分析運(yùn)動(dòng)，這圖就很復(fù)雜。為了使問題簡(jiǎn)單化，在研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以不考慮那些與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的因素（如具體結(jié)構(gòu)、外形等等），僅用簡(jiǎn)單的線條和符號(hào)來(lái)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按一定比例表示出各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，這種說(shuō)明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，課件（運(yùn)動(dòng)副簡(jiǎn)圖表示）放一

28、下。這簡(jiǎn)圖有二個(gè)作用：1）可以簡(jiǎn)明地表達(dá)一部復(fù)雜機(jī)器的傳動(dòng)原理。2）可以用圖解法求機(jī)構(gòu)上各點(diǎn)的軌跡、位移、速度、加速度等。3.2.1 運(yùn)動(dòng)副及構(gòu)件的表示方法1. 構(gòu)件2. 轉(zhuǎn)動(dòng)副 圖3.7 課件（轉(zhuǎn)動(dòng)副）3. 移動(dòng)副 圖3.8 課件（移動(dòng)副）4. 平面高副 圖3.9 課件（平面高副）3.2.2 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的步驟作圖時(shí)，因?yàn)閷?shí)物很大，無(wú)法按11繪制，只得選用一個(gè)比例尺，有位置比例尺，速度、加速度比例尺，下面只談位置比例尺如何表達(dá) 物體實(shí)際長(zhǎng)度/構(gòu)件圖示長(zhǎng)度 （m/mm）繪制步驟教材中已談了，可自學(xué)一下。第3章 第2講知識(shí)點(diǎn)教學(xué)手段機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度的注

29、意事項(xiàng)課件（局部自由度、復(fù)合鉸鏈、虛約束、圖3.163.22）一、講授時(shí)注意幾點(diǎn)應(yīng)該掌握如下幾點(diǎn)：1）機(jī)構(gòu)的自由度是機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。2）機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式能很熟練地推導(dǎo)出。3）在計(jì)算自由度時(shí)，應(yīng)注意處理好三種情況，才能使計(jì)算正確，符合實(shí)際情況。二、講授程序設(shè)計(jì)首先從運(yùn)動(dòng)副的約束，自由度的概念開始，推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式，然后得到機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件，最后指出在應(yīng)用自由度計(jì)算公式要注意三個(gè)問題，這樣才能使公式應(yīng)用正確。講授教案編寫如下所述。第2講 教案3.3 平面機(jī)構(gòu)的自由度3.3.1 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算設(shè)某一平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中包括N個(gè)構(gòu)件，PL個(gè)低副，PH個(gè)

30、高副，現(xiàn)以平面四桿機(jī)構(gòu)為例，說(shuō)明一下N，PL，PH值=？這N個(gè)構(gòu)件中有一個(gè)構(gòu)件被看作為固定不動(dòng)的為機(jī)架，所以其余均為活動(dòng)的構(gòu)件，則活動(dòng)構(gòu)件數(shù)就為n=N-1，這n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，在未用運(yùn)動(dòng)副將它們連接起來(lái)以前，共具有3n個(gè)自由度。在黑板上寫上3n。當(dāng)用PL個(gè)低副，PH個(gè)高副將構(gòu)件連接起來(lái)，便會(huì)使構(gòu)件活動(dòng)受到影響，也就是3n個(gè)自由度就要被減少。以前已講過：加入一個(gè)低副，就引入二個(gè)約束，自由度只有1個(gè)。即 3n-2PL 在黑板上寫成 3n-2PL 加一個(gè)高副，就引入一個(gè)約束，自由度只有2個(gè)。即 3n-PH 最后黑板上就寫成 3n-2PL-PH這式子就可說(shuō)明為：整個(gè)機(jī)構(gòu)相對(duì)機(jī)架的自由度數(shù)就應(yīng)為活動(dòng)構(gòu)件的自

31、由度的總數(shù)減去（2PL+PH）個(gè)約束 機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)為F 則 這就是機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式3.3.2 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件一般要求一個(gè)機(jī)構(gòu)，當(dāng)原動(dòng)件給定一個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件也就得到按某一個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，不允許從動(dòng)件亂動(dòng)，無(wú)規(guī)律地運(yùn)動(dòng)。圖3.1.3所示，課件（曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）放一下，計(jì)算一下機(jī)構(gòu)自由度F=1，也就是這機(jī)構(gòu)能具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目為1，主動(dòng)件為1，輸入運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件就按確定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，這就是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的確定性。結(jié)論為機(jī)構(gòu)自由度 = 原動(dòng)機(jī)數(shù)圖3.12所示，課件（五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)）放一下，計(jì)算出機(jī)構(gòu)自由度為2，如給機(jī)構(gòu)一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，那么其它構(gòu)件運(yùn)動(dòng)如何，從圖中可見出運(yùn)動(dòng)是不確定的，構(gòu)件

32、2，3，4位置不確定，當(dāng)構(gòu)件1占AB位置時(shí)，構(gòu)件2，3，4可占位置BC、CD、DE或BC、CD、DE或其它位置。如再給定一個(gè)原動(dòng)件（二個(gè)原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以相同，也可以不同）這時(shí)其它構(gòu)件運(yùn)動(dòng)就確定了，這時(shí)機(jī)構(gòu)自由度數(shù)等于原動(dòng)件數(shù)。結(jié)論：1）當(dāng)F0 這機(jī)構(gòu)不可能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為一剛體 2）F>0 當(dāng)原動(dòng)件數(shù)小于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)時(shí)，構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就為無(wú)規(guī)則的。 當(dāng)原動(dòng)件數(shù)大于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)時(shí)，機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)原動(dòng)件數(shù)等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)時(shí)，構(gòu)件間才能確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這就是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的確定條件。3.3.3 應(yīng)用公式時(shí)注意事項(xiàng)1. 局部自由度圖3.16所示，放課件（局部自由度）滾子繞其本身軸線作自由轉(zhuǎn)動(dòng)，

33、絲毫不會(huì)影響其它構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，這在進(jìn)行自由度計(jì)算時(shí)，要將局部自由度去除，改為圖3.16b)。2. 復(fù)合鉸鏈圖3.14所示，放課件（復(fù)合鉸鏈）什么叫復(fù)合鉸鏈，如何進(jìn)行計(jì)算結(jié)論：由m個(gè)構(gòu)件匯成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當(dāng)作為m-1的轉(zhuǎn)動(dòng)副，如圖3-1所示。圖3-1 復(fù)合鉸鏈計(jì)算3. 虛約束在運(yùn)動(dòng)副所加的約束中，有些約束所起的限制作用是重復(fù)的，這種不起獨(dú)立限制作用的約束稱為虛約束，在計(jì)算自由度時(shí)，虛約束應(yīng)當(dāng)除去不計(jì)，圖3.17所示，放課件（圖3.17），說(shuō)明一下圖3.17b）中EF為虛約束，簡(jiǎn)化成圖3.17a）虛約束是很難找出，一般可從下面二點(diǎn)來(lái)找1）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不改變2）虛約束去掉前后F不同，圖3.17a中F=1，圖

34、3.17b中F=0，故EF為虛約束。接下來(lái)放課件（圖3.183.22）說(shuō)明一下。那么虛約束有什么用途？它可提高構(gòu)件的剛性，改善其受力情況，因此，在現(xiàn)場(chǎng)，還是被廣泛地使用。第4章 平面連桿機(jī)構(gòu)一、教學(xué)要求本章的主要內(nèi)容為用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法作平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)（速度）分析、力分析；平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性及其演化；鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件；平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。具體的教學(xué)要求如下：1）了解平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)（速度）分析。2）掌握平面機(jī)構(gòu)的力分析。3）了解平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式，掌握其演化方法。4）掌握平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性。5）掌握平面四桿機(jī)構(gòu)的圖解法設(shè)計(jì)。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式、演化

35、及其基本特性。難點(diǎn)：1）平面四桿機(jī)構(gòu)相關(guān)的基本概念。 2）平面四桿機(jī)構(gòu)的力分析。 3）平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)三、教學(xué)安排教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)1. 概述2. 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析3. 平面機(jī)構(gòu)的力分析24. 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及演化25. 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性6. 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2注：為了照顧編寫教案時(shí)的系統(tǒng)性，表中列出的學(xué)時(shí)數(shù)只僅供參考，但全章總學(xué)時(shí)數(shù)不變。全教案同。四、教學(xué)思路設(shè)計(jì)本章主要介紹平面四桿機(jī)構(gòu)的類型、特性、運(yùn)動(dòng)分析、力分析及運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)等，同時(shí)簡(jiǎn)要討論機(jī)構(gòu)的效率和自鎖問題。學(xué)習(xí)了這些內(nèi)容，其最終目的為根據(jù)實(shí)際需求，確定滿足此需求的連桿機(jī)構(gòu)類型，選擇合適的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出此連桿機(jī)構(gòu)。第4章

36、 第1講知識(shí)點(diǎn)教學(xué)手段1. 平面連桿機(jī)構(gòu)概況介紹2. 同一構(gòu)件上各點(diǎn)速度分析3. 1）運(yùn)動(dòng)副中的摩擦 2）機(jī)構(gòu)的受力分析 3）機(jī)械效率及自鎖 4）螺旋機(jī)構(gòu)的效率課件（同一構(gòu)件上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分析、平面摩擦、楔形滑塊等速移動(dòng)受力、軸頸的摩擦和摩擦圓、轉(zhuǎn)動(dòng)副、考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的靜力分析、矩形螺旋副受力、滑塊等速上升受力、滑塊等速下滑受力）一、講授時(shí)注意幾點(diǎn)：1. 4.2 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析主要講授用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法求解同一構(gòu)件各點(diǎn)速度的方法，其中提出速度影像原理，求解加速度等不作要求。2. 4.3 平面機(jī)構(gòu)的力分析是本章的難點(diǎn)，主要是為了確定各運(yùn)動(dòng)副中的反力，進(jìn)而確定平衡力、平衡力矩。對(duì)這部分內(nèi)容主要應(yīng)了解

37、運(yùn)動(dòng)副的摩擦情況，機(jī)構(gòu)受力分析方法、機(jī)械效率及自鎖概念。二、講授程序設(shè)計(jì)分析應(yīng)該要求低些，因此在講授此內(nèi)容時(shí)，只得以簡(jiǎn)單、典型情況進(jìn)行分析，例如只分析同一構(gòu)件點(diǎn)的速度，不分析加速度和不分析組成移動(dòng)副的兩構(gòu)件瞬時(shí)重合點(diǎn)的速度、加速度求法等。平面機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)必須要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析及力分析。由于高職學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)的理論講授教案編寫如下所述第1講 教案第4章 平面連桿機(jī)構(gòu)4.1 概述放課件（鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)）平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干個(gè)構(gòu)件以低副連接形成的平面機(jī)構(gòu)。若干個(gè)構(gòu)件可以是4桿、5桿等，其中平面四桿機(jī)構(gòu)是平面連桿機(jī)構(gòu)中最常用的一種形式。平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)（教材中有，說(shuō)明一下）4.2 用圖解法作平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析一

38、個(gè)機(jī)構(gòu)必須要有確定運(yùn)動(dòng)及其一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此必須要進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。其任務(wù)：根據(jù)機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律，分析確定該機(jī)構(gòu)其它構(gòu)件上的某些點(diǎn)的位移、速度、加速度或角位移、角速度、角加速度等。研究這些有什么用途：1）如研究位移，就能看出構(gòu)件是否能到達(dá)這個(gè)位置、構(gòu)件間會(huì)不會(huì)發(fā)生互相碰撞。2）如知道了機(jī)構(gòu)的速度，就可求出機(jī)構(gòu)的功率等。分析方法有圖解法、解析法，這里只談圖解法，而圖解法中又有速度瞬心法、相對(duì)運(yùn)動(dòng)法、線圖法，本章只談相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法，現(xiàn)只介紹應(yīng)用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法進(jìn)行同一構(gòu)件點(diǎn)的速度分析。這里就要指出一點(diǎn)：這些運(yùn)動(dòng)分析是在不考慮引起機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)外力的影響下進(jìn)行的。放課件（同一構(gòu)件上各的運(yùn)動(dòng)分析）

39、，圖4.1所示，這種四桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件間用鉸鏈相連的，又稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。已知：1）各構(gòu)件的尺寸，位置 2）原動(dòng)件1以等轉(zhuǎn)動(dòng)求：1. 圖示位置時(shí)的機(jī)構(gòu)中C點(diǎn)、E點(diǎn)的、。2. 、分析時(shí)理論依據(jù)為工程力學(xué)，即剛體作平面運(yùn)動(dòng)時(shí)可分解為隨基點(diǎn)的平動(dòng)和繞基點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此基點(diǎn)的選擇是一個(gè)關(guān)鍵問題，一定要選這個(gè)點(diǎn)上的速度為已知的，下面分析一下同一構(gòu)件上各點(diǎn)的速度求法。放課件，并按圖4-1所示的，一邊講，一邊徒手在黑板上作圖。圖4-1 同一構(gòu)件上點(diǎn)的速度分析選一個(gè)比例尺，做出機(jī)構(gòu)位置圖。步驟：（1）求取基點(diǎn)為A點(diǎn)，大小為，方向，指向與相同。取比例尺作圖，取一極點(diǎn)P，作一線段作矢量為。（2）求因?yàn)锽點(diǎn)與C點(diǎn)同為構(gòu)件2

40、上的點(diǎn)，物體2作平面運(yùn)動(dòng)，基點(diǎn)取在B點(diǎn)，這是為什么？問一下學(xué)生，根據(jù)工程力學(xué)可知： ：為基點(diǎn)的速度。 ：為C點(diǎn)繞B點(diǎn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。 大小 ？ ？方向 下面說(shuō)明二點(diǎn)：1）為什么的方向?yàn)?？在?gòu)件3上，C點(diǎn)的速度為在構(gòu)件2上，C點(diǎn)的速度為這C點(diǎn)為同一點(diǎn)，在二個(gè)構(gòu)件上，因此=，由于方向?yàn)?，所以方向也為?）為什么方向？C點(diǎn)相對(duì)于B點(diǎn)的速度，即為B點(diǎn)不動(dòng)，C點(diǎn)的速度，構(gòu)件2作轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)于B點(diǎn)作轉(zhuǎn)動(dòng)，因此方向必定于BC。一邊作圖，一邊講解，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量方程，就可得出pbc圖形，求出大小及大小。量出線段長(zhǎng)度 、 ， （3）求、 從速度多邊形中可見出，因?yàn)榉较蚍较驁D示，則為順時(shí)轉(zhuǎn)。 同上法，可得出為逆時(shí)

41、轉(zhuǎn)。、標(biāo)在圖上。（4）求因?yàn)锽、C、E為同上構(gòu)件上的點(diǎn)，同樣道理可得出下列矢量方程 這方程是以B點(diǎn)為基點(diǎn)，列出的。 這方程是以C點(diǎn)為基點(diǎn)，列出的。二者同等于則 大小 ？ ？ ？方向 ？ AB BE CE CE這矢量方程為二個(gè)未知數(shù)，就可用速度圖解法求出。這二線交于e點(diǎn)過b點(diǎn)作的方向線，beBE 過c點(diǎn)作的方向線，ceCE矢量代表，大小為，pbec為速度矢量多邊形，p為極點(diǎn)，根據(jù)上述，我們可得出速度多邊形的特性。1）極點(diǎn)p代表該構(gòu)件上速度為零的點(diǎn)。2）在速度多邊形中連接p點(diǎn)和任一點(diǎn)的矢量，便代表該點(diǎn)在機(jī)構(gòu)圖中的同名點(diǎn)的絕對(duì)速度，其指向是從p點(diǎn)指向該點(diǎn)。3）在速度多邊形中，連接其他任意兩點(diǎn)的矢量，

42、便代表該兩點(diǎn)在機(jī)構(gòu)圖中的同名點(diǎn)間的相對(duì)速度，其指向與速度下標(biāo)的順序相反。如代表而不是。4）從圖中可見出，代表各相對(duì)速度的矢量分別于機(jī)構(gòu)圖中的。因此BCE bce，且字母順序一致，（圖示的為順時(shí)針方向）。圖形bce稱為機(jī)構(gòu)圖中BCE的速度影像，這樣我們就可利用圖形相似原理求出同一構(gòu)件上某一點(diǎn)的速度。最后要強(qiáng)調(diào)一下，這原理只能用于同一個(gè)構(gòu)件上的各點(diǎn)速度求法，而不能用于機(jī)構(gòu)的不同構(gòu)件上各點(diǎn)速度求法。4.3 平面機(jī)構(gòu)的力分析作用于機(jī)構(gòu)上的力有5種類型1. 驅(qū)動(dòng)力 驅(qū)使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力，這力所作的功為正值，稱輸入功。2. 阻力 阻止機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)之力，其功為負(fù)值，阻力又可分為二種。 1）有效阻力：這個(gè)與生產(chǎn)工

43、作直接相關(guān)的阻力，其功稱有效功或輸出功，又稱工作阻力。 2）有害阻力：除了有效阻力外的無(wú)效部分，其功對(duì)生產(chǎn)沒有用，反而有害的。3. 運(yùn)動(dòng)副反力。 當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生的反作用力簡(jiǎn)稱為反力，在進(jìn)行力分析時(shí)，反力可分為沿運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件接觸處的法向和切向兩個(gè)分力。法向反力：又稱正壓力，它與運(yùn)動(dòng)副元素的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相的。此力不作功。切向反力：即為運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力，因它是由于正壓力而產(chǎn)生的，起到阻止運(yùn)動(dòng)的作用，一般情況下摩擦力對(duì)生產(chǎn)是無(wú)效的，有害的，但有些機(jī)構(gòu)中摩擦力是起到有利的作用，如帶傳動(dòng)中的摩擦力。考慮到摩擦力后的運(yùn)動(dòng)副的反力稱為總反力。4. 重力。5. 慣性力 （在高速時(shí)才考慮它）。為了保

44、證機(jī)構(gòu)作持續(xù)的預(yù)先確定運(yùn)動(dòng)，根據(jù)此運(yùn)動(dòng)條件與作用在機(jī)構(gòu)上的已知外力，就可求出與之相平衡的未知外力，這未知外力稱為平衡力或平衡力矩，這一點(diǎn)學(xué)生一定要記牢，理解，以后就要用到這原理去求平衡力的。再說(shuō)明一下未知外力與已知外力一起作用在機(jī)構(gòu)上，使機(jī)構(gòu)處于平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡條件就可求出未知外力（即平衡力，平衡力矩）。最后說(shuō)明一下，研究機(jī)構(gòu)力的分析的目的有兩個(gè)。 確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副的反力； 確定機(jī)構(gòu)需加的平衡力或平衡力矩。力的分析可為今后計(jì)算各構(gòu)件零件的強(qiáng)度，確定機(jī)械效率及軸承型式等提供了必需的資料。因此這一內(nèi)容不但是重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)，學(xué)生一定要掌握它。4.3.1 運(yùn)動(dòng)副中的摩擦1. 移動(dòng)副中的摩擦力最常見

45、的移動(dòng)副中的摩擦可分為平滑塊的摩擦和槽形滑塊的摩擦二種，我們先談平滑塊的摩擦。圖4.3所示，放課件（平面摩擦），在黑板上按分析順序作圖。在外力F作用下，滑塊1向左移動(dòng)，滑塊1和平面2組成一個(gè)移動(dòng)副，因此分析一下滑塊1上作用什么力：驅(qū)動(dòng)力F；平面2給1的反力。下面分析討論之。驅(qū)動(dòng)力F：F力為作用在滑塊1上的所有作用力的合力，它與接觸面法線間所夾的角度為，將F力分解為法向分力Fn和切向分力Ft二部分。 Fn：使1滑塊緊貼于平面上。 Ft：使1滑塊在Ft作用下向左運(yùn)動(dòng)或具有向左運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。從圖中可得出 (4.4)反力：平面2加在滑塊1上的反作用力，它有兩部分組成。 正壓力FN ：為法向反力，它與Fn關(guān)

46、系是大小相等，方向相等的力，這是為什么？學(xué)生去想一下。 摩擦力Ff ：Ff的方向是與1相對(duì)于2的運(yùn)動(dòng)方向相反，大小為fFN。FN與Ff的合力就是平面上加在滑塊1上的總反作用力FR，又稱總反力FR。 角稱為摩擦角（FN與Ff之間夾角），在一定工作條件下，f（摩擦系數(shù)）為一定的，也為一定值，可得出式（4.9）。討論一下：1）當(dāng)>時(shí)，說(shuō)明了外力F的作用線在摩擦角之外的情況，這時(shí)Ft>Ff，推動(dòng)力Ft大于摩擦力，使滑塊作加速運(yùn)動(dòng)。2）當(dāng)=時(shí)，外力F的作用線與總反力FR作用線相重合。此時(shí)Ft=Ff，使滑塊作等速運(yùn)動(dòng)，如滑塊原來(lái)不動(dòng)、靜止，那么滑塊1仍然保持靜止不動(dòng)狀態(tài)。3）<時(shí)，外力F

47、的作用線在摩擦角所包圍區(qū)域的里面，此時(shí)Ft<Ff，滑塊作減速運(yùn)動(dòng)，而終于靜止。如滑塊1原來(lái)不動(dòng)，那么無(wú)論外力F加得多大，滑塊1都不能運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為自鎖。下面談一下楔形滑塊在楔形槽中的摩擦情況。放一下課件（楔形滑塊等速移動(dòng)受力），圖4.4所示，滑塊1在楔形槽2中作等速滑移（圖中沿z向移動(dòng)）。圖4.4 槽面摩擦分析方法同平滑塊的，作圖。驅(qū)動(dòng)力為水平的F反力，滑塊的兩個(gè)接觸面上同時(shí)承受正壓、，和摩擦力Ff（畫圖加上這三個(gè)力）。根據(jù)平衡條件，經(jīng)推導(dǎo)可得出式（4.6）F=fFr/sin=fvFr 4.6式中fv稱為當(dāng)量摩擦系數(shù)，其數(shù)值始終大于f，也就是說(shuō)槽面摩擦的摩擦力總是大于滑塊的摩擦力，這

48、樣引入fv概念后，就可將槽面摩擦簡(jiǎn)化為平面摩擦概念來(lái)處理。2. 轉(zhuǎn)動(dòng)副中的摩擦力軸承就是轉(zhuǎn)動(dòng)副，軸在軸承孔中轉(zhuǎn)動(dòng)，軸安裝在軸承孔的那一部分稱為軸頸。根據(jù)作用在軸頸上載荷的方向可分為徑向軸頸和軸向軸頸，本講只討論徑向軸頸摩擦問題。圖4.4所示，放課件（軸頸摩擦和摩擦圓、轉(zhuǎn)動(dòng)副）。作用力如何？軸頸上作用著徑向載荷Fr及軸承孔2加在軸頸1上的總反力。在驅(qū)動(dòng)力矩M作用下，使1在軸承孔2中作等速轉(zhuǎn)動(dòng)12，根據(jù)平衡條件可知：Fr與必須構(gòu)成一個(gè)阻止軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，這力矩稱為摩擦力矩Mf，這Mf大小必須與驅(qū)動(dòng)力矩M相平衡。 M=Mf因此，必與Fr為大小相等，方向相反的二個(gè)力組成的一個(gè)力偶。其作用線間相距一個(gè)距

49、離為，可得出Mf =·=Fr·。可推出： =r·f0 (4.7)以軸心為圓心，為半徑，所作的圓稱為摩擦圓?？偡戳Φ淖饔镁€始終切于摩擦圓。下面總結(jié)一下，運(yùn)動(dòng)副中反力情況：1）移動(dòng)副：不計(jì)摩擦?xí)r，反力方向于相對(duì)移動(dòng)的導(dǎo)路；考慮摩擦?xí)r，反力方向與相對(duì)移動(dòng)導(dǎo)路的方向之間偏轉(zhuǎn)一個(gè)摩擦角，偏轉(zhuǎn)方向與移動(dòng)方向相反，反力的大小與作用點(diǎn)位置為未知，隨著外力變化而變化的。2）轉(zhuǎn)動(dòng)副：不計(jì)摩擦?xí)r，反力作用線經(jīng)過回轉(zhuǎn)中心；考慮摩擦?xí)r，反力作用線與摩擦圓相切，且反力對(duì)回轉(zhuǎn)中心的力矩的轉(zhuǎn)向，與組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩構(gòu)件間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，反力大小和方向均為未知。3）高副：不計(jì)摩擦?xí)r，反力作用線為沿

50、接觸點(diǎn)的公法線；考慮摩擦?xí)r，反力作用線為過接觸點(diǎn)與公法線之間偏轉(zhuǎn)個(gè)摩擦角，偏轉(zhuǎn)方向與相對(duì)滑動(dòng)方向相反，反力大小未知。4.3.2 機(jī)構(gòu)受力分析在不考慮慣性力情況下，構(gòu)件上受力后，要達(dá)到力的平衡，這些力有什么特點(diǎn)。教材中指出四個(gè)特點(diǎn)，說(shuō)明一下就可以了。下面舉例說(shuō)明一下如何進(jìn)行靜力分析，放課件（靜力分析）。例4.1 此曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，在滑塊3上受到驅(qū)動(dòng)力F的作用，使1轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是克服工作阻力矩Mq使1作等轉(zhuǎn)動(dòng)，具體解法見教材，這里不敘述，由教師們自編了。4.3.3 機(jī)械效率及自鎖 1. 機(jī)械效率的計(jì)算在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的周期內(nèi)，輸入功=輸出功+損失功 Wf值越小越好，表示出對(duì)能量的有效利用程度就越高。 這為效

51、率用來(lái)衡量出對(duì)能量有效利用的程度，<1，不可能大于1。 2. 機(jī)械自鎖 當(dāng)=0，不管驅(qū)動(dòng)力加得多大，都不能使機(jī)械運(yùn)動(dòng)，這現(xiàn)象稱為機(jī)械自鎖。因此機(jī)械自鎖條件為04.3.4 螺旋機(jī)構(gòu)的效率放課件（矩形螺旋副的受力），圖4.9所示為矩形螺紋，2為螺釘一部分螺紋，螺母畫出一小塊1，螺紋升角為，螺矩為P，將螺紋展開，就成為一斜面2，螺母為1滑塊。作一圖4.10a），邊分析，邊作圖?，F(xiàn)在擰螺母，相當(dāng)于滑塊在斜面上上升或下降，螺母1上受到軸向載荷Fa和驅(qū)動(dòng)力Fd或矩Md，滑塊1作用的外力為Fa、Fd，使螺母沿軸向移動(dòng)。放課件（滑塊等速上升受力），現(xiàn)在加上Fd，使滑塊上升，相當(dāng)于滑塊在驅(qū)動(dòng)力Fd作用下，

52、克服阻力Fa沿斜面上升（移動(dòng)方向與Fr方向相反），這種情況就相當(dāng)于擰緊螺母情況。力分析：螺母1上作用力為外力：Fd、Fa反力：根據(jù)移動(dòng)副摩擦原理可知，這三個(gè)力Fd、Fa、作用下，根據(jù)平衡條件可得出若不考慮摩擦力（=0）擰緊后，如果螺母在作用力Fa作用下，會(huì)使滑塊1沿斜面下滑，這時(shí)Fa為驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)d變?yōu)镕d為生產(chǎn)阻力（支持力），這時(shí)受力情況就成為圖4.10c）情況，放課件（滑塊等速下滑受力）同樣可得出下列公式。如果要求螺母還能承受Fa作用，即擰緊后，不會(huì)在Fa作用下，自動(dòng)使螺母下滑，這時(shí)螺母沿軸向移動(dòng)方向與Fa方向相同，卻螺母不會(huì)自動(dòng)松開，這時(shí)就要求螺紋副自鎖即，可得出自鎖條件為 以上為矩形螺紋分析，對(duì)于螺紋分析方法一樣，它相當(dāng)于楔形滑塊在楔形槽面內(nèi)滑動(dòng)，只要將改為就可以了，這里可說(shuō)明為什么螺紋用于連接之中，傳動(dòng)用的螺紋就用矩形螺紋。第4章 第2講知識(shí)點(diǎn)教學(xué)手段四桿機(jī)構(gòu)的基本型式平面四桿機(jī)構(gòu)的演化課件（鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)等、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化）一、講授時(shí)注意幾點(diǎn)1. 4.4.1 四桿機(jī)構(gòu)的基本型式平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，在學(xué)習(xí)時(shí)需要掌握以下基本概念：連桿、連架桿、曲柄、搖桿等。2. 4.4.2 平面四桿機(jī)構(gòu)