机械设计基础教案(刘小群版)汇总

教学课题:第一章机械设计基础概论1.1 机器的组成1.2 本课程的内容、性质和任务1.3 机器应满足的要求和设计制造程序教学时间:教学班级: 数控111、112教学地点: 32#402教学目的与要求：1、掌握机器的组成及特征；2、掌握机器、机构，构件、零件的区别3、了解本课程的内容、性质和任务，学习本课程的方法。

教学重点与难点:掌握机器的组成及特征教学方式与手段: PPT教学用具：参考资料：《机械设计基础》教学过程：充分利用多媒体教学通过分析内燃机的组成引出机器的概念一、讲授新课1.1 机器的组成在人们的生产和生活中广泛使用着各种机器。

如蒸汽机、内燃机、发电机、各种机床设备及计算机等。

如图0.1所示内燃机，是由活塞1、连杆2、曲轴3、齿轮4和5、凸轮6、气门顶杆7、汽缸缸体8等实体组成。

当可燃混合气体在缸体内燃烧推动活塞1时，与之相连的连杆2就会将运动传至曲轴3，从而使曲轴3转动，向外输出运动和动力。

内燃机的基本功能就是使可燃混合气体在缸内经过吸气—压缩—燃烧—排气这一工作循环，将燃烧所得的热能转化成机械能。

又如图0.2所示的颚式碎石机，是由机架1、偏心轴2、活动颚板3、肘板4、带轮5、固定颚板6等组成。

其中，偏心轮2与带轮5固连，电动机通过带传动驱动偏心轴转动，使活动颚板作平面运动，从而扎碎活动颚板与固定颚板之间的矿石。

颚式碎石机就是通过活动颚板的平面运动实现扎碎矿石的机械功。

机器的种类繁多，结构形式和用途也各不相同，但总的来说，机器有三个共同的特征：(1)都是人为的各种实物的组合；(2)组成机器的各种实物间具有确定的相对运动；(3)可代替或减轻人的劳动，完成有用的机械功或转换机械能。

同时具有以上三个特征的实体组合称为机器，仅具备前两个特征的称为机构。

所谓的机构是具有确定相对运动各种实体组合，能实现预期的机械运动，主要用来传递和变换运动。

由此可见，机器是由机构组成的，但从运动角度来分析，两者并无区别，工程上将机器和机构统称为机械。

构件：运动的单元。

可以是单一的零件（图0.3），也可以是由多个零件构成（图0.4）。

零件：制造的单元。

机器的组成1、组成：原动部分、工作部分、传动部分、控制部分；2、分类：动力机械、加工机械、运输机械、信息机械等。

1.2 本课程的内容、性质和任务1.3 机器应满足的要求和设计制造程序1.3.1机器应满足的要求：1、使用要求2、经济性要求3、社会要求4、可靠性要求5、其他特殊要求1.3.2 机器设计、制造的一般程序二、课堂小结1、零件、构件、机器的概念；2、机器的组成及特征、分类。

三、课堂练习0-1简述机器的组成和类型。

0-2各列举出两个具有下列功能的机器实例：原动机、将机械能转换成其他形式能量的机器、变换或传递信息的机器、传递机械能的机器。

0-3指出下列机器的动力部分、传动部分、控制部分和执行部分：汽车、电动自行车、车床、录音机。

四、作业布置预习下一次课的内容教学课题:第二章平面机构的运动简图及自由度2.1 运动副及其分类2.2 平面机构运动简图教学时间:教学班级: 数控111、112教学地点: 32#402教学目的与要求：1、掌握运动副的概念及分类；2、掌握平面机构运动简图的作图方法3、理解机构运动简图的符号教学重点与难点:1、运动副的概念及分类2、平面机构简图作图方法3、机构运动简图的符号教学方式与手段:教学用具：参考资料：《机械设计基础》刘小群主编教学过程：利用模型结合现实具体的例子，加深对概念的理解一、复习旧课1、零件、构件、机器的概念；2、机器的组成及特征、分类。

二、讲授新课2.1运动副及其分类2.1.1运动副的概念把两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接方式称为运动副。

2.1.2运动副的分类通常用三种接触形式联接起来，即点接触、线接触、面接触。

按照接触的特性，分为低副和高副两种。

1.低副两构件通过面接触组成的运动副称为低副。

（1）转动副（2）移动副图2-1 运动副2．高副举一些例子，让学生理解并掌握运动副的画法及算法，以便为下节课的自由度做好铺垫。

结合课本例题进行讲解两构件以点、线的形式相接触而组成的运动副称为高副。

2.2 平面机构运动简图2.2.1 机构运动简图及分类表示机构各构件之间相对运动关系的简单图形，称为机构运动简图。

从机构运动简图可以了解机构的组成和类型，即机构中构件的类型和数目、运动副的类型和数目以及运动副的相对位置。

利用机构运动简图可以表达一部复杂机器的传动原理，可以进行机构的运动和动力分析。

机构中的构件可分为以下三类：①机架—机构中的固定构件称为机架，它的作用是支撑运动构件；②主动件—由外界给定运动规律的构件称为主动件，一般主动件与机架相连；③从动件—除主动件以外的全部活动构件称为从动件。

2.2.2 机构运动简图的符号1．构件的表示方法轴、杆、连杆通常用一根直线表示，两端画出运动副的符号，如图2-2(a)所示；若构件固联在一起，则涂以焊缝记号。

2．运动副的表示方法两个构件组成的转动副和移动副的表示方法分别如图2-3(a)、(b)所示。

图2-2 构件的表示图2-3 低副的表示方法2.2.3 平面机构运动简图的绘制按下述步骤进行。

（1）分析机构的结构和运动情况（2）确定构件、运动副的类型和数目（3）选择视图平面（4）选定适当的比例尺μl，绘制机构运动简图三、课堂小结本节课介绍了运动副的知识，重点掌握平面机构运动简图的绘制，掌握机构简图的绘制，为后面自由度的计算打下基础。

四、课堂思考P18 1、2、3五、作业布置2-2、2-3教学课题:第二章平面机构的运动简图及自由度2.3 平面机构的自由度（1）教学时间:教学班级: 数控111、112教学地点: 32#402教学目的与要求：1、掌握平面机构自由度的计算2、理解复合铰链、局部自由度、虚约束的概念教学重点与难点:1、平面机构自由度的计算2、复合铰链、局部自由度、虚约束的概念教学方式与手段: PPT教学用具：参考资料：《机械设计基础》刘小群主编教学过程：给合例子讲解，加深对公式的理解。

一、复习旧课1、运动副的知识2、平面机构运动简图的绘制二、讲授新课2.3平面机构的自由度2.3.1 自由度与约束条件一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。

对构件独立运动所加的限制称为约束，自由度减少的个数等于约束的数目。

运动副所引入的约束的数目与其类型有关。

在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度；每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。

2.3.2 平面机构自由度的计算平面机构的自由度为Pl表示机构中的低副数目；Ph表示机构中的高副数目。

2.3.3 计算平面机构自由度时应注意的几个问题在计算平面机构自由度时，应注意以下几种特殊情况。

1．复合铰链两个以上的构件用转动副在同一轴线上联接就构成复合铰链。

L H32F n p p=--例2-5 试计算图2-9所示振动式输送机的自由度。

解：（1）机构分析主动件1绕A轴转动，通过相互铰接的运动构件2、3、4带动滑块5作往复直线移动。

（2）计算机构的自由度构件2、3和4在C处构成复合铰链。

此机构有五个活动构件，六个转动副，一个移动副，即n=5，p L=7，p H=0。

该机构的自由度由式（2-1）得F=12．局部自由度机构中某些不影响整个机构运动的自由度，称为局部自由度。

在计算机构自由度时应将局部自由度除去不计。

3．虚约束这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。

（1）重复转动副（2）重复移动副（3）重复轨迹（4）重复高副机构中对传递运动不起独立作用的对称部分（指高副），则为虚约束。

三、课堂小结本次课介绍了平面机构自由度的计算，这也是本章的重点部分。

掌握自由度计算的方法和一些特殊情况的处理方法。

四、课堂思考P18 5、6、7、8、9五、作业布置教学课题:第二章平面机构的运动简图及自由度2.3平面机构的自由度（2）2.4平面机构具有确定运动的条件教学时间:教学班级: 数控111、112教学地点: 32#402教学目的与要求：1、进一步理解复合铰链、局部自由度、虚约束的概念2、掌握带有特殊结构的机构的自由度的计算3、机构确定运动的条件教学重点与难点:1、带有特殊结构的平面机构自由度的计算2、机构确定运动的条件教学方式与手段:教学用具：参考资料：《机械设计基础》刘小群主编教学过程：复习前一节所进的基本概念，为学生的后续学习打下基础。

一、复习旧课（含作业讲评）上次课我们介绍了平面机构自由度的计算，特别是一些特殊结构要注意合适处理后再进行计算，比如虚约束等等。

图2-12 几种虚约束二、讲授新课例2-6 试计算图2-13所示行星齿轮机构的自由度。

解：该机构从受力角度考虑布置三个行星齿轮，其中有两个（如齿轮2’和2”）对传递运动不起独立作用，引入了两个虚约束。

因此该机构活动构件数n=4，低副数p L=4（转动副A、B和复合铰链C），高副数p H=2（齿轮副D、E），求得机构的自由度为若将内齿轮3固定不动，则减少一个活动构件及C处的一个转动副，这时机构的自由度为L H32342422F n p p=--=⨯-⨯-=L H32332321F n p p=--=⨯-⨯-=P18课本有误，正确应为：机构的主动件数目必须等于机构自由度的数目，且自由度应该大于等式1。

具体图形见课本P18 2.3.4 平面机构具有确定运动的条件机构是用运动副联接起来的、有一个构件为机架的、具有确定运动的构件系统。

若机构的自由度为零，则各构件间不可能产生相对运动，这样的构件组合称为桁架，而不是机构。

因此，机构的自由度必须大于零。

例2-7图2-15所示为巧克力包装机的托包机构，试判断其运动是否确定。

解：主动件1作旋转运动，通过连杆凸轮组合机构传动使构件4慢速托包和快速退回。

滚子绕自身轴线转动为局部自由度。

构件2、3间有相对转动，构成一个转动副。

构件4与机架5构成两个移动副，其一为虚约束。

该机构n=4，低副数p L=5，高副数p H=1，由式（2-1）得该机构的主动件数为1，等于自由度，故其运动确定。

另可再补充些平面机构的自由度计算的习题来讲解，巩固自由度计算。

三、课堂小结本次课介绍了平面机构自由度的计算，对一些复杂的平面机构，一些特殊情况的处理计算，做了进一步的加深巩固练习，掌握自由度的计算，并通过自由度的计算，得出平面机构具有确定运动的条件。

四、作业布置2-4预习下一次课的内容L H32342511F n p p=--=⨯-⨯-=教学课题:第3章平面连杆机构传动3.1铰链四杆机构的基本类型、应用和特点3.2铰链四杆机构曲柄存在的条件教学时间:教学班级:教学地点: 32#402教学目的与要求：1、掌握铰链四杆机构的类型，特点2、理解曲柄存在的条件3、掌握机构类型的确定教学重点与难点:1、铰链四杆机构的类型，特点2、曲柄存在的条件3、机构类型的确定教学方式与手段:教学用具：参考资料：《机械设计基础》刘小群主编教学过程：充分利用多媒体教学结合课件，多举生活的例子，加深对一、复习旧课1、自由度的计算2、自由度的计算时应该注意的几种特殊结构二、讲授新课具有四个构件（含机架）的低副机构称为四杆机构，多于四个构件的低副机构统称为多杆机构；连杆机构的缺点是：低副中存在间隙，会引起运动误差，而且它的设计比较复杂，不易精确地实现较复杂的运动规律。