中職本科機械原理教案2015

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 第 節(jié)班 級 3.4機自15-3（四）授課人胡文靜 日 期周 次8.311-1室主任簽字課 時 授 課 計 劃課程名稱機械原理課程概述 教學(xué)目的1. 明確機械原理課程的研究對象和內(nèi)容，以及學(xué)習(xí)本課程的目的。 2.了解機械原理在培養(yǎng)機械類高級工程技術(shù)人才全局中的地位、任務(wù)和作用。 3.了解機械原理學(xué)科的發(fā)展趨勢。 教學(xué)重點 機械原理課程的研究對象和內(nèi)容，機器、機構(gòu)和機械的概念了解機械原理課程的性質(zhì)和特點。 教學(xué)難點 機器和機構(gòu)的用途以及區(qū)別 教學(xué)方法 講授課堂環(huán)節(jié)組織教學(xué)導(dǎo)入新課講授新課鞏固新課布置作業(yè)時間分配10560105作業(yè)、復(fù)習(xí)內(nèi)容、要求 預(yù)習(xí)項目一 課后小結(jié)

2、中職本第一次開課學(xué)生聽課狀況良好，能積極配合教學(xué)活動機械原理課程概述一、機械原理課程的研究對象機械原理（Theory of Machines and Mechanisms）: 是機器和機構(gòu)理論的簡稱。它以機器和機構(gòu)為研究對象，是一門研究機構(gòu)運動設(shè)計和動力設(shè)計，以及機械運動方案設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)課。1什么是機器？以下圖所示單缸內(nèi)燃機為例進行介紹：單缸內(nèi)燃機如圖所示的內(nèi)燃機就包含著由氣缸體9、活塞8、連桿3和曲軸4所組成的連桿機構(gòu)，由齒輪l和2所組成的齒輪機構(gòu)以及由凸輪軸5和閥門推桿6、7所組成的凸輪機構(gòu)等。燃氣推動活塞作往復(fù)移動，經(jīng)連桿轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的連續(xù)轉(zhuǎn)動。凸輪和閥門推桿是用來啟閉進氣閥和排氣閥的。

3、當(dāng)燃氣推動活塞運動時，各構(gòu)件協(xié)調(diào)地動作，進、排氣閥有規(guī)律地啟閉，加上汽化、點火等裝置的配合，就把熱能轉(zhuǎn)換為曲軸回轉(zhuǎn)的機械能。機械原理是研究機器的共性理論，必須對機器進行概括和抽象 內(nèi)燃機與機械手的構(gòu)造、用途和性能雖不相同，但是從它們的組成、運動確定性及功能關(guān)系看，都具有一些共同特征：（1）人為的實物（機件）的組合體。（2）組成它們的各部分之間都具有確定的相對運動。（3）能完成有用機械功或轉(zhuǎn)換機械能。凡同時具備上述3個特征的實物組合體就稱為機器。2. 什么是機構(gòu)？機構(gòu)是傳遞運動和動力的實物組合體。最常見的機構(gòu)有連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)、螺旋機構(gòu)、開式鏈機構(gòu)等。它們的共

4、同特征是：（1）人為的實物（機件）的組合體。（2）組成它們的各部分之間都具有確定的相對運動。機器與機構(gòu)的聯(lián)系與區(qū)別：機器是由各種機構(gòu)組成的，它可以完成能量的轉(zhuǎn)換或做有用的機械功；而機構(gòu)則僅僅起著運動傳遞和運動形式轉(zhuǎn)換的作用。在開發(fā)設(shè)計新型機器時，我們采用“積零為整”的設(shè)計思想，根據(jù)機器要完成的工藝動作和工作性能，選擇已有機構(gòu)或創(chuàng)新設(shè)計新機構(gòu)，構(gòu)造新型機器。內(nèi)燃機就是由曲柄滑塊機構(gòu)(由活塞、連桿、曲軸和機架組成)、凸輪機構(gòu)(由凸輪、頂桿和機架組成)和齒輪機構(gòu)等組成。二、研究內(nèi)容1. 機構(gòu)的運動設(shè)計主要研究機構(gòu)的組成原理以及各種機構(gòu)的類型、特點、功用和運動設(shè)計方法。主要內(nèi)容包括機構(gòu)的組成和機構(gòu)分析

5、、連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和間歇運動機構(gòu)等一些常用的機構(gòu)及組合方式，闡述滿足預(yù)期運動和工作要求的各種機構(gòu)的設(shè)計理論和方法。2機械的動力設(shè)計主要介紹機械運轉(zhuǎn)過程中所出現(xiàn)的若干動力學(xué)問題，以及如何通過合理設(shè)計和實驗改善機械動力性能的途徑。主要包括求解在已知力作用下機械的真實運動規(guī)律的方法、減少機械速度波動的調(diào)節(jié)問題、機械運動過程中的平衡問題、以及機械效率和摩擦問題。3. 機械系統(tǒng)方案設(shè)計主要介紹機械系統(tǒng)方案設(shè)計的設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計過程、設(shè)計思路和設(shè)計方法。主要內(nèi)容包括機械總體方案的設(shè)計和機械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計等內(nèi)容。三、機械原理課程在教學(xué)中的任務(wù)、地位和作用1. 機械原理課程學(xué)習(xí)的目的機械工業(yè)是國

6、家綜合國力發(fā)展的基石，為了滿足各行各業(yè)和廣大人民群眾日益增長的新需求，就需要創(chuàng)造出越來越多的新產(chǎn)品，故現(xiàn)代機械工業(yè)對創(chuàng)新型人才的渴求與日俱增。機械原理課程在培養(yǎng)機械方面的創(chuàng)新型人才中將起到不可或缺的重要作用。2. 機械原理課程在教學(xué)中的地位、任務(wù)和作用機械原理是以高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)及理論力學(xué)等基礎(chǔ)課程為基礎(chǔ)的，研究各種機械所具有的共性問題；它又為以后學(xué)習(xí)機械設(shè)計和有關(guān)機械工程專業(yè)課程以及掌握新的科學(xué)技術(shù)成就打好工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)。因此，機械原理是機械類各專業(yè)的一門非常重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。機械原理課程在培養(yǎng)高級機械工程技術(shù)人才的全局中，為學(xué)生從事機械方面的設(shè)計、制造、研究和開發(fā)奠定了重要的基礎(chǔ)，并具

7、有增強學(xué)生適應(yīng)機械技術(shù)工作能力的作用。四、機械原理課程的學(xué)習(xí)方法（1）學(xué)習(xí)機械原理知識的同時,注重素質(zhì)和能力的培養(yǎng)。（2）重視邏輯思維的同時,加強形象思維能力的培養(yǎng)。（3）注意把理論力學(xué)的有關(guān)知識運用于本課程的學(xué)習(xí)中。（4）注意將所學(xué)知識用于實際,做到舉一反三。五、機械原理學(xué)科發(fā)展趨勢簡介1. 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)理論2. 常用機構(gòu)和組合機構(gòu)的設(shè)計與研究3. 機器人機構(gòu)與仿生機構(gòu)4微型機械與機電一體化5. 機械系統(tǒng)設(shè)計6. 機械系統(tǒng)動力學(xué)7. 計算機輔助設(shè)計與機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計專心-專注-專業(yè)課 時 授 課 計 劃 第 節(jié)班 級 3.4機自14-3授課人胡文靜 日 期周 次 9.72-1室主任簽字課程名稱項目

8、一 機構(gòu)組成原理及機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析 §任務(wù)一 機構(gòu)的組成 §任務(wù)二 機構(gòu)運動簡圖及繪制 教學(xué)目的1.熟練掌握機構(gòu)運動簡圖的繪制方法。能夠?qū)嶋H機構(gòu)或機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖繪制成機構(gòu)運動簡圖；能看懂各種復(fù)雜機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖；能用機構(gòu)運動簡圖表達自己的設(shè)計構(gòu)思。 2.掌握運動鏈成為機構(gòu)的條件。 教學(xué)重點 機構(gòu)運動簡圖 教學(xué)難點 將實際機構(gòu)或機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖繪制成機構(gòu)運動簡圖 教學(xué)方法 講授課堂環(huán)節(jié)組織教學(xué)導(dǎo)入新課講授新課鞏固新課布置作業(yè)時間分配2106585作業(yè)、復(fù)習(xí)內(nèi)容、要求1. 完成任務(wù)二后思考題3；2. 預(yù)習(xí)機構(gòu)自由度的計算。 課后小結(jié)1. 內(nèi)容較多，課堂上課時間有些緊張，同學(xué)們接受能力

9、有限，需放慢上課速度；2. 有部分同學(xué)聽課狀態(tài)很差，需盡力找到他們的興趣點所在。項目一 機構(gòu)組成原理及機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析任務(wù)一 機構(gòu)的組成【知識點回顧】1. 說明機構(gòu)和機器的相同點及不同點。2. 腳踏自行車和電動自行車相比，哪種屬于機器的范疇，它們都是機械嗎？3. 機械原理研究的對象是什么？4. 設(shè)想一下機械工業(yè)將會發(fā)展成什么樣子？【知識點導(dǎo)入及任務(wù)布置】我們在進行運動機構(gòu)的設(shè)計時，都需將具體的機構(gòu)組成部分抽象成簡單的運動學(xué)模型，繪制出機構(gòu)的運動簡圖。繪制平面機構(gòu)運動簡圖要求熟悉構(gòu)件、運動副的概念，掌握各種平面運動副和構(gòu)件的一般表示方法。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，主要解決以下幾個方面問題：1. 機構(gòu)由哪幾部

10、分組成？2. 自由度、約束、構(gòu)件、運動副的相關(guān)概念？3. 機構(gòu)與運動鏈的區(qū)別是什么？學(xué)生們在完成任務(wù)一和任務(wù)二的學(xué)習(xí)后，需完成以下任務(wù)：繪制緒論中單缸內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖?！局R講授】一、構(gòu)件與自由度1. 構(gòu)件構(gòu)件：從運動的觀點分析機械時，構(gòu)件是參加運動的最小單元體。構(gòu)件可以是一個零件，也可以是由多個零件組成的剛性系統(tǒng)。零件：從制造的觀點分析機械時，零件是組成機械的最小單元體。任何機械都由許多零件組合而成的。2自由度一個做平面運動的自由構(gòu)件具有三個獨立運動。如圖1-1所示，在xoy坐標(biāo)系中，自由構(gòu)件可隨其上任一點A沿x軸、y軸方向移動和繞A點轉(zhuǎn)動。構(gòu)件所具有的獨立運動的數(shù)目稱為自由度（degr

11、ee of freedom）。圖1-1 構(gòu)件做平面運動時的自由度二、運動副與約束1運動副運動副：兩構(gòu)件直接接觸所形成的可動聯(lián)接。 運動副元素：兩構(gòu)件直接接觸而構(gòu)成運動副的點、線、面部分。構(gòu)件的自由度：構(gòu)件所具有的獨立運動的數(shù)目。   兩個構(gòu)件構(gòu)成運動副后，構(gòu)件的某些獨立運動受到限制，這種限制稱為約束。 約束：運動副對構(gòu)件的獨立運動所加的限制。運動副每引入一個約束，構(gòu)件就失去一個自由度。2運動副的分類1)按運動副的接觸形式分：低副：構(gòu)件與構(gòu)件之間為面接觸，其接觸部分的壓強較低，低副還可分成移動副和轉(zhuǎn)動副。高副：構(gòu)件與構(gòu)件之間為點、線接觸，其接觸部分的壓強較高。2)按相對運動的形式分平面

12、運動副：兩構(gòu)件之間的相對運動為平面運動。 空間運動副：兩構(gòu)件之間的相對運動為空間運動。3)按運動副引入的約束數(shù)分類引入1個約束的運動副稱為1級副，引入2個約束的運動副稱為2級副，引入3個約束的運動副稱為3級副，引入4個約束的運動副稱為4級副， 引入5個約束的運動副稱為5級副。三、運動鏈與機構(gòu)1運動鏈運動鏈?zhǔn)侵竷蓚€或兩個以上的構(gòu)件通過運動副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。 閉式運動鏈（閉鏈）：運動鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng)，如圖1-2a。 開式運動鏈（開鏈）：運動鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng)，如圖1-2b。（a） (b)圖1-22機構(gòu)在運動鏈中，如果將某一個構(gòu)件加以固定，而讓另一個或幾個構(gòu)件按給定運動規(guī)律

13、相對固定構(gòu)件運動時，如果運動鏈中其余各構(gòu)件都有確定的相對運動，則此運動鏈成為機構(gòu)。 機構(gòu)：具有確定運動的運動鏈。 機架：機構(gòu)中固定不動的構(gòu)件； 原動件：按照給定運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件 【知識點總結(jié)】本任務(wù)主要講述了平面機構(gòu)自由度與約束的概念以及自由度的類型，通過對本任務(wù)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生對機構(gòu)的組成有一定的掌握，會區(qū)分平面機構(gòu)自由度的類型。請同學(xué)回答以下問題：1. 何謂構(gòu)件？何謂運動副？如何區(qū)分運動副的類型？2. 何謂運動鏈？運動鏈和機構(gòu)的差別是什么？任務(wù)二 機構(gòu)運動簡圖及繪制一、機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖：用規(guī)定的線條和符號表示構(gòu)件和運動副，并按一定比例確定運動副相對位置，繪制出的能夠準(zhǔn)確表達機構(gòu)

14、組成和各構(gòu)件間運動關(guān)系的簡單圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖（kinematic diagram of mechanism）。機構(gòu)示意圖：只是為了表明機構(gòu)的結(jié)構(gòu)或者運動原理，也可以不按比例來繪制運動簡圖，這種圖形稱為機構(gòu)示意圖（schematic diagram of mechanism）。機構(gòu)運動簡圖中通常應(yīng)表達出下列內(nèi)容：（1）構(gòu)件數(shù)目；（2）運動副的數(shù)目和類型；（3）與運動變換相關(guān)的構(gòu)件尺寸參數(shù)；（4）原動件及其運動特性。二、機構(gòu)運動簡圖及繪制1. 機構(gòu)運動簡圖中一些常用的表示方法（1）構(gòu)件（2）運動副的表示方法1）轉(zhuǎn)動副兩構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動副時，其表示方法如圖1-3所示。數(shù)字1和2表示兩個構(gòu)件，圓圈表

15、示轉(zhuǎn)動副，其圓心必須與回轉(zhuǎn)軸線重合。圖1-3a中的兩個構(gòu)件均為活動構(gòu)件；圖1-3b中的構(gòu)件1是機架，固定構(gòu)件，構(gòu)件2是活動構(gòu)件。 （a） （b）圖1-3轉(zhuǎn)動副的表示方法2）移動副構(gòu)件1和構(gòu)件2組成移動副時，表示方法如圖1-4所示；移動導(dǎo)路必須與相對移動方向一致。圖1-4 移動副的表示方法3）高副兩構(gòu)件組成平面高副時，應(yīng)畫出兩構(gòu)件接觸處的輪廓曲線，如圖1-5所示的凸輪副和齒輪副。、圖1-5 凸輪副和齒輪副（4）常用機構(gòu)的表示方法GB/T 44601984對一些常用機構(gòu)在機構(gòu)運動簡圖中的表示方法作了規(guī)定，現(xiàn)摘錄其中一部分以供參考（表1-1）。2. 機構(gòu)運動簡圖繪制（1）機構(gòu)運動簡圖繪制的一般步驟：

16、1）分析機構(gòu)運動，找出機架、原動件和從動件。2）原動件開始，按照運動的傳遞順序，分析各構(gòu)件之間的相對運動性質(zhì)，確定活動構(gòu)件的數(shù)目、運動副的類型和數(shù)目。3）選擇表達各構(gòu)件間運動關(guān)系的視圖平面和機構(gòu)運動時的瞬時投影位置。4）選擇適當(dāng)?shù)谋壤遧。l=實際長度/圖示長度（單位：m/mm或mm/mm）。5）按比例確定各運動副之間的相對位置，用規(guī)定符號繪制機構(gòu)運動簡圖。6）用阿拉伯?dāng)?shù)字給各構(gòu)件編號，用大寫英文字母標(biāo)出各個運動副，并用箭頭標(biāo)出機構(gòu)原動件的運動方向。（2）機構(gòu)運動簡圖繪制的實例分析a.顎式破碎機b.單缸內(nèi)燃機【任務(wù)小結(jié)】本任務(wù)主要講述了機構(gòu)運動簡圖符號及繪制方法，通過對本任務(wù)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生認識

17、平面機構(gòu)的運動簡圖，掌握機構(gòu)運動簡圖的符號及繪制方法，以便更好的分析與設(shè)計機構(gòu)。課堂提問問題：1. 機構(gòu)運動簡圖與示意圖有什么區(qū)別？2. 機構(gòu)運動簡圖能表示出原機構(gòu)哪些方面的特征？課 時 授 課 計 劃 第 節(jié)班 級 7.8機自14-3授課人胡文靜 日 期周 次9.102-2 室主任簽字課程名稱 §任務(wù)三 機構(gòu)自由度的計算及其具有確定運動的條件 教學(xué)目的1. 熟練掌握機構(gòu)自由度的計算方法和機構(gòu)具有確定運動的條件。2. 能夠分析機構(gòu)自由度計算中的特殊注意事項。 教學(xué)重點 機構(gòu)自由度的計算方法 教學(xué)難點 復(fù)雜機構(gòu)自由度的計算 教學(xué)方法 講授課堂環(huán)節(jié)組織教學(xué)導(dǎo)入新課講授新課鞏固新課布置作業(yè)

18、時間分配3270105作業(yè)、復(fù)習(xí)內(nèi)容、要求 1. 完成任務(wù)三后思考與練習(xí)題5；2. 復(fù)習(xí)機構(gòu)自由度的計算，準(zhǔn)備下次課的階段考試。 課后小結(jié)1. 考慮到中職本學(xué)生接受能力，取消了原定計劃中任務(wù)四的學(xué)習(xí)。2. 在下次課的階段測試中，增加習(xí)題講解。3. 9月17號進行課程階段測試。（3-1）4. 9月21號去實驗室做實驗，內(nèi)容認知實驗和平面機構(gòu)簡圖測繪。（3-2）任務(wù)三 機構(gòu)自由度的計算及其具有確定運動的條件【知識點回顧】1. 為什么要繪制機構(gòu)運動簡圖？機構(gòu)運動簡圖與機構(gòu)示意圖有什么區(qū)別？2. 機構(gòu)運動簡圖的作用是什么？【知識點導(dǎo)入】完成了機構(gòu)的運動簡圖后我們需要考慮選擇原動件的問題，應(yīng)該選什么樣的

19、構(gòu)件為原動件合適？需要幾個原動件？原動件的個數(shù)選擇不當(dāng)會對機構(gòu)的運動產(chǎn)生哪些影響？要回答這些問題，就要先學(xué)會計算機構(gòu)的自由度。【知識點講解】一、平面機構(gòu)自由度的計算機構(gòu)的自由度：機構(gòu)具有確定運動所必須給定的獨立運動的數(shù)目。分析：平面機構(gòu)中，若共有N個構(gòu)件，除去機架外，其活動構(gòu)件數(shù)為n=N-1。顯然，這些活動構(gòu)件在未組成運動副之前，其自由度總數(shù)為3n，當(dāng)它們用PL個低副和PH個高副連接組成機構(gòu)后，因為每個低副引入兩個約束，每個高副引入一個約束，所以，總共引入（2PL+PH）個約束。機構(gòu)的自由度F應(yīng)為活動構(gòu)件的總自由度數(shù)減去總約束數(shù)，即F=3n（2PL+PH）=3n2PLPH 例題講解：1. 計算

20、曲柄滑塊機構(gòu)的自由度2. 計算鉸鏈四桿機構(gòu)和五桿機構(gòu)的自由度 二、機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)的自由度與原動件的關(guān)系有以下幾種情況：若F0，表示沒有原動件，這時機構(gòu)變成了桁架，不能成為機構(gòu)。若原動件數(shù)目小于F，機構(gòu)的運動將不完全確定，沿阻力最小的方向運動，以鉸鏈五桿機構(gòu)為例講解；若原動件數(shù)目大于F，則將導(dǎo)致機構(gòu)中最薄弱的環(huán)節(jié)損壞，以鉸鏈四桿機構(gòu)為例講解。由此，可以得出機構(gòu)具有確定運動的條件是：F0，且F等于原動件數(shù)。三、應(yīng)用平面機構(gòu)自由度計算公式時的注意事項1復(fù)合鉸鏈兩個以上的構(gòu)件在同一處用轉(zhuǎn)動副相連接就構(gòu)成復(fù)合鉸鏈（compound hinge）。k個構(gòu)件在一處鉸接形成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)具有k-1個

21、轉(zhuǎn)動副。例：試計算圖示直線鋸切機構(gòu)的自由度。 解：該機構(gòu)在B、C、D、F處為三個構(gòu)件形成的復(fù)合鉸鏈，各具有2個轉(zhuǎn)動副。F=3n2PLPH=3×7-2×10-0=1 鋸切機構(gòu) 2局部自由度機構(gòu)中某一構(gòu)件的運動不影響原動件和輸出構(gòu)件的運動傳遞，該構(gòu)件的運動產(chǎn)生的自由度稱為局部自由度（passive degree of freedom）。常見于凸輪機構(gòu)滾子從動件及類似的將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的情況中。在計算機構(gòu)自由度時，可將該構(gòu)件去掉或作固定處理。例：試計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。解：該機構(gòu)滾輪處形成局部自由度，處理方法如右圖所示，其自由度為：F=3n2PLPH=3×2-

22、2×2-1=13. 虛約束（圖略，見課本）對機構(gòu)運動實際上不起限制作用的重復(fù)約束稱為虛約束（redundant constraint）。計算機構(gòu)自由度時應(yīng)將帶入虛約束的構(gòu)件及其運動副除去不計。虛約束常出現(xiàn)在以下場合：（1）平行四邊形機構(gòu)圖1-17所示的機車車輪驅(qū)動機構(gòu)即是平行四邊形機構(gòu)，桿2、4、5相互平行且長度相等，其中任意一構(gòu)件去掉后均不影響機構(gòu)的運動。（2）兩構(gòu)件之間組成多個導(dǎo)路平行的移動副如圖1-18所示的桿件1和機架2在A、B、C三處形成移動副，只有一個移動副起作用，另兩個為虛約束。（3）兩個構(gòu)件之間組成多個軸線重合的轉(zhuǎn)動副如圖1-19所示一對軸承支承一根軸，只能看作一個轉(zhuǎn)

23、動副。（4）機構(gòu)中對傳遞運動不起作用的對稱部分如圖1-20所示的行星輪系，太陽輪1驅(qū)動三個對稱布置的行星輪2、2和2，帶動內(nèi)齒輪3，實際上1個行星輪即可滿足傳動的需要，其他兩個行星輪則引入了虛約束。在計算F時應(yīng)將多余的行星輪去掉。思考：既然虛約束對機構(gòu)的運動不起實際限制作用，為什么要引入虛約束？【知識點總結(jié)】本任務(wù)主要講述了機構(gòu)自由度的計算方法及其注意事項。通過對本任務(wù)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生學(xué)會計算機構(gòu)自由度并判斷機構(gòu)運動的確定性，掌握復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束的概念。綜合練習(xí)：計算圖1-21a所示大篩機構(gòu)的自由度，并判斷該機構(gòu)是否有確定的相對運動。課 時 授 課 計 劃 第 節(jié)班 級 3.4機自1

24、4-3授課人胡文靜 日 期周 次9.214-1室主任簽字課程名稱項目二 平面機構(gòu)的運動分析任務(wù)一 研究機構(gòu)運動分析的目的和方法任務(wù)二 速度瞬心法及其在機構(gòu)速度分析上的應(yīng)用 教學(xué)目的1. 了解機構(gòu)運動分析的目的和方法；2. 掌握瞬心法原理及瞬心位置的確定方法 。 教學(xué)重點 瞬心的概念，三心定理，瞬心位置的確定方法 教學(xué)難點 速度瞬心位置的確定方法 教學(xué)方法 講授課堂環(huán)節(jié)組織教學(xué)導(dǎo)入新課講授新課鞏固新課布置作業(yè)時間分配3570102作業(yè)、復(fù)習(xí)內(nèi)容、要求預(yù)習(xí)有關(guān)瞬心法進行速度分析的內(nèi)容 課后小結(jié)1. 瞬心的概念比較抽象，學(xué)生們理解比較慢，應(yīng)該把進度放慢。2. 這節(jié)課開始用到理論力學(xué)運動學(xué)部分內(nèi)容，應(yīng)

25、督促學(xué)生做好理論基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作。任務(wù)一 研究機構(gòu)運動分析的目的和方法【知識導(dǎo)入】一、什么是機構(gòu)的運動分析？平面機構(gòu)的運動分析就是從運動學(xué)觀點出發(fā)，根據(jù)原動件的已知運動規(guī)律，確定機構(gòu)中其余構(gòu)件上任一點的軌跡、位移、速度和加速度以及這些構(gòu)件的角位移、角速度和角加速度。1. 機構(gòu)運動分析要解決什么問題？二、為什么要進行機構(gòu)的運動分析？不論是對于了解、認識和分析現(xiàn)有機械的運動特性以便合理有效地運用這些機器，還是設(shè)計新的機械，進行機構(gòu)的運動分析都是很重要的?！局R點講解】一、機構(gòu)運動分析的目的機構(gòu)運動分析的內(nèi)容包括位移分析、速度分析和加速度分析三部分。通過對機構(gòu)進行位移分析，可以了解機構(gòu)運動的全過程，從而

26、確定機構(gòu)中構(gòu)件所需的運動空間，判斷各構(gòu)件在運動過程中是否會發(fā)生相互干涉，還可以確定出從動件的行程以及構(gòu)件上某點的運動軌跡等。通過對機構(gòu)進行速度分析，可以確定從動件的速度變化規(guī)律能否滿足工作要求，也可確定出機構(gòu)的某些結(jié)構(gòu)參數(shù)。對于某些高速機械進行加速度分析是為了確定各個構(gòu)件的慣性力，進而確定出在構(gòu)件上所產(chǎn)生的沖擊及其對機構(gòu)運動的影響。二、機構(gòu)運動分析的方法1圖解法（1）速度瞬心法簡單直觀、精度低、求系列位置時繁瑣，當(dāng)構(gòu)件數(shù)目較少時，適合用瞬心法進行速度分析。（2）矢量方程圖解法 利用理論力學(xué)的相對運動原理，把速度方程和加速度方程轉(zhuǎn)換為幾何矢量方程，用作圖的方法求解構(gòu)件的角速度、角加速度或某些點的

27、速度及加速度。2解析法在建立機構(gòu)運動學(xué)模型的基礎(chǔ)上，采用數(shù)學(xué)方法求解構(gòu)件的角速度、加速度或某些點的速度及加速度，計算工作量大，但借助計算機可獲得很高的計算精度。任務(wù)二 速度瞬心法及其在機構(gòu)速度分析上的應(yīng)用1、 瞬心法1速度瞬心的概念互作平面運動的兩構(gòu)件上，瞬時速度相等的重合點即為速度瞬心，簡稱瞬心，用符號Pij表示，下角標(biāo)i 、 j 分別代表兩個構(gòu)件。相對瞬心如果兩個構(gòu)件中有一個是固定不動的構(gòu)件， 則其瞬心稱為絕對速度瞬心（absolute instantaneous centre of velocity）。由于固定不動的構(gòu)件速度為零，所以絕對瞬心是運動構(gòu)件上絕對速度等于零的點。絕對瞬心如果兩

28、個構(gòu)件都是運動的構(gòu)件，則其瞬心稱為相對速度瞬心（relative instantaneous centre of velocity）。 注意：任意兩個構(gòu)件無論它們是否直接形成運動副都存在一個瞬心。2、 機構(gòu)中瞬心的數(shù)目由于在作相對運動的任意兩構(gòu)件之間都有一個瞬心， 如果一個機構(gòu)由 K個構(gòu)件（包含機架）組成，則機構(gòu)所具有的瞬心數(shù)目 N為3、  機構(gòu)中瞬心位置的確定1. 兩個自由構(gòu)件之間的瞬心在圖 2-1 中，設(shè)某一瞬時，已知構(gòu)件1和構(gòu)件2在重合點A和B處的相對速度分別為vA2A1和vB2B1，過點A作相對速度vA2A1的垂線，過點B作相對速度vB2B1的垂線，這兩條垂線交于點P21，則

29、該交點就是兩個構(gòu)件的瞬心。2. 兩個構(gòu)件之間直接接觸組成運動副時的瞬心運動副類型圖形瞬心位置特征轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副的中心處移動副導(dǎo)路垂直線的無窮遠處高副純滾動高副的接觸點處純滾動兼滑動過接觸點的公法線n-n上3. 兩個構(gòu)件之間不以運動副直接相連時的瞬心（1）三心定理 作平面相對運動的三個構(gòu)件共有三個瞬心， 這三個瞬心位于同一直線上，稱這一結(jié)論為三心定理。三心定理用于求機構(gòu)中兩個構(gòu)件之間不以運動副相連或組成滾動兼滑動的高副時的瞬心。（2）瞬心多邊形法 當(dāng)機構(gòu)的瞬心數(shù)目較多時，應(yīng)用三心定理直接求解各個瞬心比較復(fù)雜，這里介紹瞬心多邊形法來求解各個瞬心的位置。瞬心多邊形法是三心定理的具體應(yīng)用。應(yīng)用瞬心多邊形

30、法的步驟如下：a）利用公式，計算瞬心數(shù)目。b）在機構(gòu)簡圖上把兩構(gòu)件直接用運動副連接的瞬心用直接法標(biāo)出。c）按構(gòu)件數(shù)目畫出正K邊形的K個頂點，每個頂點代表一個構(gòu)件，并按順序標(biāo)注阿拉伯?dāng)?shù)字，每兩個頂點連線代表一個瞬心。多邊形的各個棱邊表示兩個構(gòu)件用運動副直接連接的瞬心，而多邊形的對角線則表示不以運動副相連的兩個構(gòu)件的瞬心，即未知瞬心。三個頂點連線構(gòu)成三角形的三條邊表示三瞬心共線。d）根據(jù)三心定理，利用兩個三角形的公共邊可找出未知瞬心。在求機構(gòu)的瞬心時，首先確定瞬心多邊形中各個邊表示的瞬心，然后用三心定理確定對角線表示的瞬心?！局R點總結(jié)】本任務(wù)主要講了速度瞬心法、機構(gòu)中瞬心的數(shù)目計算方法與瞬心位置

31、的確定，通過對本任務(wù)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠用速度瞬心法對機構(gòu)進行運動分析。課堂提問：1. 何謂速度瞬心？相對瞬心與絕對瞬心有何異同點？2. 能否用速度瞬心法求構(gòu)件的加速度？為什么？3. 何謂三心定理？何種情況下的瞬心需要用三心定理來確定？課 時 授 課 計 劃 第 節(jié)班 級 7,8機自14-3授課人胡文靜 日 期周 次9.244-2室主任簽字課程名稱項目二 平面機構(gòu)的運動分析任務(wù)二 速度瞬心法及其在機構(gòu)速度分析上的應(yīng)用（二） 教學(xué)目的掌握用瞬心法對常用機構(gòu)進行速度分析 教學(xué)重點 速度瞬心法在機構(gòu)運動分析中的應(yīng)用 教學(xué)難點 速度瞬心法在機構(gòu)運動分析中的應(yīng)用 教學(xué)方法 講授課堂環(huán)節(jié)組織教學(xué)導(dǎo)入新課講授

32、新課鞏固新課布置作業(yè)時間分配55502010作業(yè)、復(fù)習(xí)內(nèi)容、要求1. 完成項目二任務(wù)二中思考與練習(xí)4、5兩道大題；2. 預(yù)習(xí)項目三平面連桿機構(gòu) 課后小結(jié)習(xí)題講解一定要細致，鼓勵學(xué)生多做練習(xí)，熟能生巧。任務(wù)二 速度瞬心法及其在機構(gòu)速度分析上的應(yīng)用【知識導(dǎo)入】一、什么是機構(gòu)的運動分析？通過上節(jié)課的介紹，我們了解了速度瞬心的概念，知道了瞬心位置的確定方法，這節(jié)課我們就通過四道例題學(xué)習(xí)如何利用速度瞬心法求解構(gòu)件的角速度或者是構(gòu)件上任一點的速度?！局R點講解】三、機構(gòu)中瞬心位置的確定 例2-1 確定如圖2-3所示的鉸鏈四桿機構(gòu)的全部瞬心。解：a）如圖2-3a所示的鉸鏈四桿機構(gòu)中，瞬心的總數(shù)b）各構(gòu)件之間

33、的鉸鏈中心分別為瞬心P14、P12、P23、P34。由于瞬心位置與兩構(gòu)件次序無關(guān)，故P14與P41相同，P12與P21相同，P23與P32相同，P34與P43相同。未知瞬心為P13、P24可利用瞬心多邊形法找出來。c）如圖2-3b所示畫出正四邊形的四個頂點1、2、3、4，表示該機構(gòu)的四個構(gòu)件1、2、3、4。連接頂點4、1，表示瞬心P14；連接頂點1、2，表示瞬心P12；連接頂點2、3，表示瞬心P23；連接頂點3、4，表示瞬心P34。四邊形的對角線13和24分別表示未知瞬心P13和P24。d）直接應(yīng)用三心定理，利用三角形123、143的公共邊找出P13。三角形123中，表示P12、P23、P13

34、共線，三角形143中，表示P14、P34、P13共線，兩線交點即為P13。同理，三角形124中，表示P12、P14、P24共線，三角形234中，表示P23、P34、P24共線，兩線交點即為P24。 （a） （b） 鉸鏈四桿機構(gòu)瞬心求法例2-2 確定如圖2-4所示的曲柄滑塊機構(gòu)的全部瞬心。解：a）如圖2-4a所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，瞬心的總數(shù)b）可直接找出的瞬心P14、P12、P23、P34。未知瞬心為P13、P24，可利用瞬心多邊形法找出來。c）如圖2-4b所示畫出正四邊形各棱邊分別表示瞬心P14、P12、P23、P34。四邊形的對角線13和24分別表示未知瞬心P13和P24。d）根據(jù)三心定理

35、P13在P12和P23的連線上，又在P14和P34的連線上，其交點為P13。P24在P12和P14的連線上，又在P23和P34的連線上，其交點為P24。P34（a） （b） 曲柄滑塊機構(gòu)瞬心求法四、速度瞬心法在機構(gòu)速度分析中的應(yīng)用利用速度瞬心對機構(gòu)進行速度分析時，要選擇一個適當(dāng)?shù)谋壤遧，畫出機構(gòu)運動簡圖，找出機構(gòu)的全部瞬心并標(biāo)注在機構(gòu)運動簡圖上。利用瞬心是兩構(gòu)件重合點處的等速重合點和瞬時轉(zhuǎn)動中心的概念，找出待求構(gòu)件的速度。例2-3 已知圖2-5所示的鉸鏈四桿機構(gòu)ABCD的尺寸、位置，構(gòu)件1的角速度1，用瞬心法求解構(gòu)件2、3的角速度2，3。解： 找出該機構(gòu)的全部速度瞬心并標(biāo)注在機構(gòu)運動簡圖上。

36、因已知構(gòu)件1的角速度1 ，待求角速度的構(gòu)件要同構(gòu)件1聯(lián)系起來。若求解2，則找出構(gòu)件1和構(gòu)件2的同速點，既瞬心P12。P12在構(gòu)件1上，P12在構(gòu)件2上，若求3，則應(yīng)找出構(gòu)件1和構(gòu)件3的同速點，既瞬心P13。擴大構(gòu)件1、3，其同速點為P13。，其方向可由其速度方向判斷。 瞬心法在鉸鏈四桿機構(gòu)分析中的應(yīng)用 瞬心法在凸輪機構(gòu)中的應(yīng)用例2-4 已知上圖所示凸輪機構(gòu)中的凸輪角速度2，用瞬心法求從動件速度v3。解: 1）畫出機構(gòu)運動簡圖并標(biāo)注全部速度瞬心。該機構(gòu)共有三個瞬心，P12在構(gòu)件1、2的轉(zhuǎn)動副處，P13在垂直于構(gòu)件1、3組成的移動副導(dǎo)路的無窮遠處，而P23既要在過接觸點的法線n-n上，又要在P12

37、與P13的連線上，則公法線n-n與P12和P13的連線的交點即為P23，如圖2-6所示。2）求從動件的移動速度 P23為凸輪2與推桿3的速度瞬心，即兩構(gòu)件的同速點，則有，推桿的運動方向可由瞬心處的速度方向決定。從上式可找出以下關(guān)系：該關(guān)系式在凸輪機構(gòu)的設(shè)計中有重要應(yīng)用。當(dāng)機構(gòu)中的構(gòu)件很多時，尋找全部瞬心是件很繁瑣的事情，只有當(dāng)機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)較少時，應(yīng)用瞬心法作速度分析才比較簡便快捷。【知識點總結(jié)】瞬心法適合于求簡單機構(gòu)的速度，機構(gòu)復(fù)雜時因瞬心數(shù)急劇增加而求解過程復(fù)雜，而且有時瞬心點落在紙面外。還要注意的是，速度瞬心法僅適于求速度v，不能用于機構(gòu)的加速度分析，應(yīng)用有一定局限性總結(jié)練習(xí)題：在圖示機構(gòu)

38、中已知各構(gòu)件的長度，主動件AB以等角速度1順時針方向旋轉(zhuǎn)。試求：（1）標(biāo)出機構(gòu)的全部速度瞬心，指出其中的絕對瞬心； （2）用速度瞬心法求傳動比i13=1/3；課 時 授 課 計 劃 第 節(jié)班 級 7,8機自14-3授課人胡文靜 日 期周 次 10.86-1室主任簽字課程名稱項目三 平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計任務(wù)一 連桿機構(gòu)的應(yīng)用及其設(shè)計的基本問題任務(wù)二 平面四桿機構(gòu)的類型及其應(yīng)用 教學(xué)目的1. 了解連桿機構(gòu)的分類、應(yīng)用和傳動特點。2. 了解平面連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題、常用的設(shè)計方法和發(fā)展趨勢。3. 熟悉平面四桿機構(gòu)的基本形式及其演化方法。 教學(xué)重點 平面四桿機構(gòu)的基本形式及演化方法 教學(xué)難點 平面四

39、桿機構(gòu)的基本形式及演化方法 教學(xué)方法 講授課堂環(huán)節(jié)組織教學(xué)導(dǎo)入新課講授新課鞏固新課布置作業(yè)時間分配3570102作業(yè)、復(fù)習(xí)內(nèi)容、要求 課后小結(jié) 項目三 平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計任務(wù)一 連桿機構(gòu)的應(yīng)用及其設(shè)計的基本問題【知識點導(dǎo)入】客車車門是如何巧妙自如地開閉？機械手是如何如同人的手臂般靈活動作？玩具馬又是如何能模仿馬躍上、竄下、前俯、后仰的奔馳姿態(tài)，自行車方便的剎車，飛機通過著陸輪安全著陸等，連桿機構(gòu)在其中起到了重要作用。本章將介紹連桿機構(gòu)的有關(guān)知識。學(xué)習(xí)任務(wù)：同學(xué)們首要完成的任務(wù)就是能夠辨認實際應(yīng)用實例中平面四桿機構(gòu)的類型，說明平面四桿機構(gòu)在實際應(yīng)用中的作用?！局R點講解】一、連桿機構(gòu)的類型及應(yīng)

40、用連桿機構(gòu)（linkage mechanism)：由若干剛性構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）連接而成的機構(gòu)，又稱為低副機構(gòu)。    平面連桿機構(gòu) ：若各運動構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運動，則稱為平面連桿機構(gòu)。    空間連桿機構(gòu) ：若各運動構(gòu)件不都在相互平行的平面內(nèi)運動，則稱為空間連桿機構(gòu)。 二、連桿機構(gòu)的傳動特點優(yōu)點：1.各構(gòu)件以低副相連,壓強小,易于潤滑,磨損??；2.制造方便，精度高；能由本身幾何形狀保持接觸； 3.可實現(xiàn)多種運動變換和運動規(guī)律；4.形狀豐富，可滿足各種軌跡要求。缺點：1.機構(gòu)復(fù)雜,傳動積累誤差較大，影響運動精度，降低機械效率； 2. 慣性

41、力不易平衡，動載荷大，不適用高速傳動。3.設(shè)計方法復(fù)雜，不易精確地滿足運動規(guī)律和運動軌跡的要求。三、平面連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題平面連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題是根據(jù)給定的要求選定機構(gòu)的形式，確定各構(gòu)件的尺寸，同時還要滿足結(jié)構(gòu)條件（如要求存在曲柄、桿長比恰當(dāng)?shù)龋恿l件（如適當(dāng)?shù)膫鲃咏堑龋┖瓦\動連續(xù)條件等。可以分為兩類基本問題：（1）實現(xiàn)已知的運動規(guī)律（位置設(shè)計）（2）實現(xiàn)已知的運動軌跡（軌跡設(shè)計）四、平面連桿機構(gòu)的設(shè)計方法平面連桿機構(gòu)的設(shè)計方法有圖解法、解析法和實驗法三種方法。（1）圖解法（2）解析法（3）實驗法五、平面連桿機構(gòu)設(shè)計的發(fā)展趨勢任務(wù)二 平面四桿機構(gòu)的類型及其應(yīng)用一、平面四桿機構(gòu)的基本

42、類型及其應(yīng)用平面四桿機構(gòu)可以根據(jù)低副類型分為鉸鏈四桿機構(gòu)(全是轉(zhuǎn)動副)、含有一個移動副的平面四桿機構(gòu)和含有兩個移動副的平面四桿機構(gòu)。鉸鏈四桿機構(gòu)是平面四桿機構(gòu)的基本型式。機架4鏈四桿機構(gòu)中，固定不動的構(gòu)件。連架桿1、3與機架4相連的構(gòu)件。連桿2連接兩連架桿的構(gòu)件。曲柄1相對于機架能作360°整周回轉(zhuǎn)的連架桿。搖桿3只能在小于360°的某一角度范圍內(nèi)作往復(fù)擺動的連架桿。周轉(zhuǎn)副A、B組成轉(zhuǎn)動副的兩構(gòu)件若能作整周相對轉(zhuǎn)動，則該轉(zhuǎn)動副稱為周轉(zhuǎn)副。擺轉(zhuǎn)副C、D組成轉(zhuǎn)動副的兩構(gòu)件若不能作整周相對轉(zhuǎn)動，則該轉(zhuǎn)動副稱為擺轉(zhuǎn)副鉸鏈四桿機構(gòu)根據(jù)其兩連架桿運動形式的不同，可分為以下三種基本類型。

43、1.曲柄搖桿機構(gòu) 在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩個連架桿中一個是曲柄，另一個是搖桿，則稱該機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)（crank-rocker mechanism)。曲柄搖桿機構(gòu)可將曲柄的等速連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為搖桿的往復(fù)擺動，如圖3-6所示的雷達天線俯仰機構(gòu)和圖3-7所示的攪拌機；也可將搖桿的往復(fù)擺動轉(zhuǎn)換為曲柄的整周轉(zhuǎn)動，如圖3-8所示的縫紉機踏板機構(gòu)。2.雙曲柄機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩連架桿均為曲柄，則稱該機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)（double-crank mechanism)，當(dāng)主動曲柄AB等速回轉(zhuǎn)時，從動曲柄CD作變速轉(zhuǎn)動。圖3-10所示的慣性篩機構(gòu)，圖3-1（b）所示的沖床六桿機構(gòu)都是應(yīng)用實例。雙曲柄機構(gòu)中有兩種特殊機構(gòu)：平行四邊形機構(gòu)和反平行四邊形機構(gòu) 在雙曲柄機構(gòu)中，若兩對邊構(gòu)件長度相等且平行，則稱為平行四邊形機構(gòu)。應(yīng)用實例如圖3-12所示的天平機構(gòu)，圖3-13所示的攝影車升降機構(gòu)，圖3-14所示的砂輪圓弧打磨機和圖3-15所示的機車車輪聯(lián)動機構(gòu)。兩曲柄長度相同，而連桿與機架不平行的鉸鏈四桿機構(gòu)，稱為反平行四邊形機構(gòu)，圖3-18所示的車門啟閉機構(gòu)，就是它的應(yīng)用實例。3.雙搖桿機構(gòu) 在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩連架桿均為搖桿，則稱