機械設(shè)計基礎(chǔ)知識培訓教材(DOC 77頁).doc

1、緒 論本章學習后，要使學生能解決三大問題，學什么，為啥學，怎樣學三大問題。01 機器的組成人們廣泛使用過，接觸過機器，放一課件（單缸內(nèi)燃機、顎式破碎機），圖01，02所示，但定義如何，為什么稱它為機器，學生們是不大清楚的。它要有三個特征，才能稱上機器。1）是一種人為的實物組合。2）各部分形成運動單元，各單元之間具有確定的相對運動關(guān)系。3）能實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成有用的機械功。什么叫能量轉(zhuǎn)換，指的是機械能轉(zhuǎn)換成電能，或反之。這樣具備三個條件者就稱為機器，這樣學生就可說出車床是機器嗎？電動機是否也是機器，電動機根據(jù)三個條件可得出一定為機器。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造出各種新型機器，故對機器的定義也有了更

2、廣泛的定義，什么叫機器，是一種用來轉(zhuǎn)換或傳遞能量、物料和信息的，能執(zhí)行機械運動的裝置，那么一臺機器由什么組成，從裝配角度來看：由零件構(gòu)件機構(gòu)機器，因此設(shè)計制造一臺機器必有零件開始，組裝成構(gòu)件，再由構(gòu)件組裝成機構(gòu)，加上原動件裝置就成為一臺機器了。接下來說說什么叫機構(gòu)、構(gòu)件、零件。什么叫機構(gòu)：具備前二個條件的稱為機構(gòu)，即為多個實物的組合，又能實現(xiàn)預期的機械運動，例齒輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)等，放課件（連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)）。什么叫構(gòu)件，構(gòu)件為組成機械的各個相對運動的實物。例連桿，放課件（構(gòu)件）從中可看連桿為多個零件裝配而成的。什么叫零件，零件是機械中不可拆的制造單元，因此構(gòu)件可以是一個零件組成也可以由多個零

3、件組成的。因此可以看出從運動觀點來看，機構(gòu)和機器是無什么差別的，例如縫紉機本身為機構(gòu)，由多種機構(gòu)所組合起來的，再加上能量轉(zhuǎn)換就成為機器了，如加上電動機或加上人力都可以成為機器了，在習慣上把機器與機構(gòu)總稱為機械。因此機器，機械這二個名稱都可統(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器使用的零件，例曲軸等。02 本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務本課程研究對象是什么？有二條：1）機械中常用機構(gòu)。2）在一般工作條件下，常用參數(shù)的通用零件。這里要說明一下：什么叫一般工作條件？什么叫常用參數(shù)？具體地說內(nèi)容是什么？工作原理設(shè)計

4、計算，設(shè)計計算又包括結(jié)構(gòu)設(shè)計與設(shè)計計算。本課程的內(nèi)容為常用機構(gòu)：在教材中介紹了幾種常用機構(gòu)，例如傳動機構(gòu)（帶，齒輪機構(gòu)）。通用零件：連接零件（螺栓、鍵等）； 傳動零件（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）?，F(xiàn)在談一下通用零件的系統(tǒng)性是什么？常用機構(gòu)也是相似的。1） 研究對象，工作原理。2） 分析工作情況，包括運動，力，失效形式等。3） 設(shè)計計算，包括設(shè)計計算（強度計算，校核計算）和結(jié)構(gòu)設(shè)計。所有通用零件均按此系統(tǒng)來組織教材內(nèi)容，講授時均按此系統(tǒng)進行。本課程的主要任務有三條，教材中有，略加說明一下，總的說來，使學生學習后具有一定設(shè)計理論基礎(chǔ)和一定設(shè)計計算

5、能力。這門課程的性質(zhì)是一門為機械設(shè)計打基礎(chǔ)的課程，是一門主干課程，所以對學習機械的學生來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，就有條件去進行有關(guān)機械專業(yè)的設(shè)計。03 學習方法本課程是應用了以前所學到的理論與實際生產(chǎn)知識，并把它們運用到工程實際中，去解決生產(chǎn)實際問題，是一門理論與實踐相結(jié)合的課程，同學們開始接觸此課程時，總有些不習慣，總認為它的理論性不強，系統(tǒng)性差，零零碎碎，不像以前的基礎(chǔ)課邏輯推理嚴格。同學不適應，不習慣，這一點同學一定要趕快適應，如以前課程沒學好，自己一定要補上，否則會影響到目前的學習。我們說它的系統(tǒng)性是有的

6、，也是很強的，學習它們是有一個總的目的，是如何來滿足整臺機器的要求設(shè)計好機構(gòu)、各種通用零件。這樣目的是很強，一般基礎(chǔ)課就無法做到的。一定要改變以前的學習方法，用新學習方法來適應本課程的學習，注意理論聯(lián)系實際，注意分析比較，注意理論的應用，這樣才能學好。第1章 機械設(shè)計概述一、教學要求本章概括地論述了兩大部分：第一部分為關(guān)于機械總體設(shè)計的概述，第二部分為關(guān)于機械零件的設(shè)計概述。具體的教學要求如下：1）初步理解機械設(shè)計和設(shè)計機械零件應滿足的基本要求。2）了解機械設(shè)計和零件設(shè)計的步驟。3）理解機械零件工作能力的判定方法和設(shè)計準則。4）了解機械設(shè)計的標準化、系列化及通用化。二、重點、難點重點：機械設(shè)計

7、基本要求及機械零件的失效形式及設(shè)計計算準則。教學內(nèi)容學時數(shù)1. 機械設(shè)計的基本要求2. 機械設(shè)計的內(nèi)容與步驟3. 機械零件的失效形式及設(shè)計計算準則4. 機械零件設(shè)計的標準化、系列化及通用化2難點：從整體上建立起機械設(shè)計，尤其是機械零件設(shè)計的整體概念。三、教學安排四、教學思路設(shè)計機械設(shè)計概述主要是論述設(shè)計基本知識和一些共性問題。本章扼要地闡述機械設(shè)計的基本知識，如機械設(shè)計的基本要求、內(nèi)容與過程等。第1章 第1講知識點教學手段1. 1）設(shè)計機械零件的基本要求 2）機械設(shè)計的基本要求2. 機械設(shè)計的內(nèi)容與步驟3. 1）失效形式 2）設(shè)計計算準則4. 標準化、系列化及通用化課堂講授一、講授時注意幾點1

8、. 1.1、1.2 機械設(shè)計的基本要求及內(nèi)容與過程這兩節(jié)內(nèi)容屬于機械（零件）設(shè)計中的全局性問題。這里，只能勾畫一下概貌，起到開闊視野的作用。2. 1.3 機械零件的失效形式及設(shè)計計算準則這節(jié)內(nèi)容與先修的力學課程有著密切的聯(lián)系，是在力學基礎(chǔ)之上，結(jié)合工程實際所形成的，故比較容易理解。如學生力學基礎(chǔ)差的話，必須學前補一下。3. 1.4 機械零件設(shè)計的標準化、系列化及通用化要了解標準化、系列化及通用化的重要意義，應提高到是否遵守法律的高度來認識，這點學生是不易理解的。二、講授程序設(shè)計首先了解設(shè)計機械零件的基本要求，然后才能得出機械設(shè)計的基本要求、內(nèi)容與步驟，對于具體的機械零件的設(shè)計方法總是根據(jù)失效形

9、式得出設(shè)計計算準則，應用力學知識，就可設(shè)計出零件的大小等。講授教案編寫如下所述。第1章 機械設(shè)計概述1.1 機械設(shè)計的基本要求一臺機器進行設(shè)計包括以下兩種設(shè)計：1）應用新技術(shù)，新方法開發(fā)創(chuàng)造新機器。2）在原有機器基礎(chǔ)以上重新設(shè)計或進行局部改造，從而改變或提高原有機器的性能。設(shè)計質(zhì)量的高低直接關(guān)系到機械產(chǎn)品的性能、價格及經(jīng)濟效益。機械零件是組成機器的基本單元，在討論機械設(shè)計的基本要求之前，我們首先應了解一下設(shè)計機械零件的基本要求。1.1.1 設(shè)計機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，說明一下。為此要注意以下三點：1）合理選擇材料，降低材料費用。2）保證良好工藝性，減少

10、制造費用。3）盡量采用標準化，通用化設(shè)計零件，簡化設(shè)計過程，從而降低成本。1.1.2 機械設(shè)計的基本要求有五條：1.實現(xiàn)預定功能；2.滿足可靠性要求；3.滿足經(jīng)濟性要求；4.操作方便，工作安全；5.造型美觀，減少污染。1.2 機械設(shè)計的內(nèi)容與步驟機械設(shè)計是一項復雜、細致、創(chuàng)造性和科學性很強的工作，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，對設(shè)計的理解也在不斷深化，設(shè)計方法也在不斷發(fā)展，近年來發(fā)展起來的有：“優(yōu)化設(shè)計”，“有限元計算”，“計算機輔助設(shè)計”等等。即使如此，常規(guī)設(shè)計方法仍然是工程技術(shù)人員進行機械設(shè)計的重要方法，必須要很好掌握，常規(guī)設(shè)計方法有理論設(shè)計、經(jīng)驗設(shè)計和模型實驗設(shè)計等三種。機械設(shè)計的過程通常分為以下

11、四個階段：1） 產(chǎn)品規(guī)劃階段 主要工作為提出設(shè)計任務和明確設(shè)計要求。2） 方案設(shè)計階段 在滿足設(shè)計任務書中具體要求的前提下，由設(shè)計人員構(gòu)思出各種可行方案進行分析比較，選出較優(yōu)者。 3） 技術(shù)設(shè)計階段 完成機械產(chǎn)品的總體設(shè)計、部件設(shè)計、零件設(shè)計、設(shè)計結(jié)果以工程圖及設(shè)計書形式表達出來。4） 制造與試驗階段 進行試運行，發(fā)現(xiàn)問題反饋給設(shè)計人員，經(jīng)修改、完善，最后鑒定。與設(shè)計機械一樣，設(shè)計機械零件也需擬定出幾種方案，分析比較、選優(yōu)，那么設(shè)計零件的一般步驟如下幾點。教材共有五點，分析之。對于不同的零件的工作條件，以上這五點可以有所不同，互相交錯，反復進行，不能作機械分割。最后提出一點，什么叫條件性計算，

12、這一點是大家所不大了解的，生疏的，但這是工程實際所需作的。1.3 機械零件的失效形式及設(shè)計計算準則失效形式在工程力學中已學過，結(jié)合到機械零件應該如何，它的理論基礎(chǔ)還是一樣的，進行機械零件設(shè)計必須要根據(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)計計算準則。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。1.3.2 設(shè)計計算準則同一零件對于不同失效形式的承載能力是各不相同的。這個承載能力

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

14、章主要內(nèi)容為對摩擦、磨損、潤滑、密封的基本問題作簡單扼要的介紹。具體的教學要求如下：1）了解摩擦、磨損、潤滑、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、混合摩擦的特點與區(qū)別。3）初步了解磨損的一般規(guī)律及各種磨損的機理、物理特征和影響因素。4）了解潤滑的作用及潤滑劑的主要質(zhì)量指標。5）了解密封的作用及密封裝置。二、重點、難點重點：1）各類摩擦的機理、物理特征及其影響因素 2）各類磨損的機理、物理特征及其影響因素 3）潤滑與密封難點：如何根據(jù)工作情況，合適地選擇潤滑劑和密封裝置。三、教學安排教學內(nèi)容學時數(shù)1. 摩擦與磨損2. 潤滑3. 密封方法及裝置2四、教學思路設(shè)計本章

15、內(nèi)容是按照摩擦磨損潤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)為了加強系統(tǒng)性和對其共性問題的認識，將這部分內(nèi)容集中在這一章之中，而針對某個零件的某些具體內(nèi)容則仍分散于各章之中，故本章內(nèi)容也是機械設(shè)計中的共性問題。第2章 第1講知識點教學手段1. 1）摩擦及其分類 2）磨損及其過程 3）磨損分類2. 1）潤滑劑的性能與選擇 2）潤滑方法和潤滑裝置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（摩擦副的表面潤滑狀態(tài)、零件磨損過程、潤滑方式、常用密封裝置）一、講授時注意幾點：1. 2.1 摩擦與磨損本章著重討論摩擦的機理及物理本質(zhì)；對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，延長穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損階段。2. 2.2 潤滑對潤滑、潤滑劑的種類有一個初步了解；對潤滑油、潤滑脂的主要物理性質(zhì)指標有所了解。重點在潤滑油、對潤滑脂作一般性了解。3. 2.3 密封方法及裝置要重點地學習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)計本章是按摩擦磨損潤滑密封的順序來講授，它也是機械設(shè)計中的共性問題。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，一個物體相對于另一個物體，有相對

17、運動或運動趨勢時，兩物體接觸面間產(chǎn)生的阻礙物體運動的切向阻力稱為摩擦力，這種現(xiàn)象稱為摩擦，這一對摩擦物體稱為摩擦副。根據(jù)二物體接觸時潤滑狀態(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，可得出庫侖定律 F=fFN2. 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，可分為三個階段，放課件（零件磨損過程），圖2.2所示，一個過程，一個過程解釋一下。1. 跑合磨損階段（oa階段）跑合磨損到一定程

18、度后，表面上尖峰逐漸被磨平，磨損速度卻逐漸減慢，這階段對機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，零件進入正常工作階段。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，在跑合結(jié)束后，一定要清洗零件，更換潤滑油，這樣才能正常地進入穩(wěn)定磨損階段。2.1.3 磨損分類按照磨損的機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（點蝕）、腐蝕磨損，教材中具體說明，略之。2.2 潤滑首先說明一下潤滑的作用2.2.1 潤滑劑的性能與選擇潤滑劑有幾種：油、脂、固體（石墨、二硫化銅）、氣體（

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

20、使用時要注意使用條件，不要亂用，性能列于表2.2之中。3. 固體潤滑劑4. 氣體潤滑劑潤滑劑的選用原則為低速、重載、高溫、間隙大，應選用粘度大的潤滑油；對脂主要用于速度低、載荷大，不需經(jīng)常加油，使用要求不高或灰塵較高的場合；氣體、固體的主要用于高溫、高壓，防止污染等一般潤滑油不能適用的場合。對潤滑劑選用一定要嚴肅對待，不能亂用。2.2.2 潤滑方法和潤滑裝置為了獲得良好的潤滑效果外，除了正確選擇潤滑劑外，還應選擇適當?shù)臐櫥椒ê拖鄳臐櫥b置，具體情況學生自學教材內(nèi)容，不作講解。2.3 密封方法及裝置學生自學，不作講解。第3章 平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析一、教學要求本章內(nèi)容是學習機構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，為各類

21、機構(gòu)的運動分析和設(shè)計打下一定的基礎(chǔ)，同時也為機械系統(tǒng)設(shè)計和新機構(gòu)設(shè)計提供了一種結(jié)構(gòu)分析的方法。具體的教學要求如下：1）了解平面機構(gòu)的基本概念。2）掌握平面機構(gòu)運動簡圖的繪制方法。3）熟練掌握平面機構(gòu)自由度的計算方法，能夠準確地識別機構(gòu)中的局部自由度，復合鉸鏈和虛約束。二、重點、難點重點：1）有關(guān)機構(gòu)組成的概念及機構(gòu)具有確定運動的條件。 2）機構(gòu)運動簡圖及其繪制。 3）機構(gòu)的自由度。難點：1）機構(gòu)運動簡圖的繪制。 2）機構(gòu)中虛約束的正確判別。三、教學安排教學內(nèi)容學時數(shù)1. 機構(gòu)的組成2. 平面機構(gòu)的運動簡圖23. 平面機構(gòu)的自由度2四、教學思路設(shè)計本章是進入整個機械系統(tǒng)設(shè)計的開端，它不僅為學習各

22、類機構(gòu)的運動設(shè)計和動力設(shè)計打下初步基礎(chǔ)，也為機械系統(tǒng)方案設(shè)計和新機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計提供一條途徑。由于是高職學生，因此教學要求也與本科生有所區(qū)別，故對機構(gòu)分類、機構(gòu)組成原理等只作一般性了解，而教學重點放在機構(gòu)運動簡圖的繪制及自由度計算上。第3章 第1講知識點教學手段1. 1）運動副 2）自由度和運動副的約束 3）運動鏈和機構(gòu)2. 1）運動副及構(gòu)件的表示法 2）繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟課件（平面運動構(gòu)件的自由度、平面高副，運動鏈，運動副簡圖符號、運動鏈）一、講授時注意幾點：1. 3.1 機構(gòu)的組成主要應該掌握：運動副是由兩構(gòu)件組成的相對可動的連接，是組成機構(gòu)的又一個基本要素；兩構(gòu)件構(gòu)成運動副應至少要引入

23、一個約束，也至少要保留一個自由度。2. 3.2 平面機構(gòu)的運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖應能正確地表達機構(gòu)的組成和機構(gòu)的運動情況。因此，與運動無關(guān)的內(nèi)容應拋開，如構(gòu)件的外形、運動副的具體構(gòu)造等。在畫圖時應注意以下三點：（1）注意運動副的位置及表示方法。（2）注意構(gòu)件的表達。（3）注意機構(gòu)運動簡圖要真實、簡法。機構(gòu)運動簡圖的繪制是把實際機構(gòu)抽象化的過程。因此，必須搞清機構(gòu)的組成才能正確地畫出機構(gòu)運動簡圖。二、講授程序設(shè)計首先從運動副的組成開始，分析其分類、類型及其自由度與約束關(guān)系，然后討論其機械運動簡圖的繪制，這是本章的重點。講授教案編寫如下所述。第1講 教案第3章 平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析放課件，說明一下

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

25、可分為低副、高副二大類型。3.1.2 自由度和運動副約束一個空間自由狀態(tài)的構(gòu)件，具有6個獨立運動的參數(shù)，作平面運動的構(gòu)件就具有三個獨立運動參數(shù)，放課件（平面運動構(gòu)件的自由度），這個獨立運動參數(shù)的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度。兩個構(gòu)件通過運動副連接，這樣相對運動必會受到限制，這個限制稱為約束，引入一個約束條件將減少一個自由度。下面分析一下具體的運動副的運動、約束情況：1. 低副 什么叫低副說明一下。構(gòu)件之間以面接觸形成的運動副稱為低副，放課件（轉(zhuǎn)動副）說明一下低副定義。根據(jù)形成低副的兩個構(gòu)件之間的可以產(chǎn)生的相對運動的形式不同，低副又可分為轉(zhuǎn)動副與移動副兩種。轉(zhuǎn)動副（轉(zhuǎn)動副） 圖3.3所示，這運動副只能在

26、某一平面內(nèi)作相對轉(zhuǎn)動，相對運動形式為轉(zhuǎn)動。移動副（移動副） 只能沿某一方向作相對移動，相對運動形式為移動，圖3.4所示。2. 高副 以點或線接觸組成的運動副，圖3.5所示，分析一下運動情況。那么約束如何：分析一下。對于轉(zhuǎn)動副：引入二個約束，保留了一個自由度。對于移動副：引入二個約束，保留了一個自由度。故平面低副的運動副，引入二個約束，保留一個自由度。對于平面高副，引入一個約束，保留了二個自由度。3.1.3 運動鏈和機構(gòu)圖3.6所示，放課件（運動鏈），兩個以上構(gòu)件以運動副連接而成的系統(tǒng)稱為運動鏈，如果運動鏈中有的構(gòu)件只包括一個運動副元素稱為開鏈（圖3.6a）。如每個構(gòu)件至少包括兩個運動副元素，則

27、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構(gòu)件固定，就成為機架，這運動鏈就成為機構(gòu)。當它的一個或幾個構(gòu)件具有獨立運動，也就是這構(gòu)件的運動規(guī)律為已知的，這機構(gòu)的運動和動力由這一個構(gòu)件輸入，這構(gòu)件稱為原動件（主動件），其余構(gòu)件稱為從動件。3.2 平面機構(gòu)的運動簡圖課件（粉碎機）放一下，我們分析運動，這圖就很復雜。為了使問題簡單化，在研究機構(gòu)運動時，可以不考慮那些與運動無關(guān)的因素（如具體結(jié)構(gòu)、外形等等），僅用簡單的線條和符號來代表構(gòu)件和運動副，并按一定比例表示出各運動副的相對位置，這種說明機構(gòu)各構(gòu)件間的相對運動關(guān)系的簡單圖形稱為機構(gòu)運動簡圖，課件（運動副簡圖表示）放一下。這簡圖有

28、二個作用：1）可以簡明地表達一部復雜機器的傳動原理。2）可以用圖解法求機構(gòu)上各點的軌跡、位移、速度、加速度等。3.2.1 運動副及構(gòu)件的表示方法1. 構(gòu)件2. 轉(zhuǎn)動副 圖3.7 課件（轉(zhuǎn)動副）3. 移動副 圖3.8 課件（移動副）4. 平面高副 圖3.9 課件（平面高副）3.2.2 繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟作圖時，因為實物很大，無法按11繪制，只得選用一個比例尺，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 物體實際長度/構(gòu)件圖示長度 （m/mm）繪制步驟教材中已談了，可自學一下。第3章 第2講知識點教學手段機構(gòu)具有確定運動的條件平面機構(gòu)自由度的計算計算機構(gòu)自由度的注意事項課件（

29、局部自由度、復合鉸鏈、虛約束、圖3.163.22）一、講授時注意幾點應該掌握如下幾點：1）機構(gòu)的自由度是機構(gòu)具有確定運動時所需的獨立運動參數(shù)的數(shù)目。2）機構(gòu)的自由度計算公式能很熟練地推導出。3）在計算自由度時，應注意處理好三種情況，才能使計算正確，符合實際情況。二、講授程序設(shè)計首先從運動副的約束，自由度的概念開始，推導出機構(gòu)自由度計算公式，然后得到機構(gòu)具有確定運動的條件，最后指出在應用自由度計算公式要注意三個問題，這樣才能使公式應用正確。講授教案編寫如下所述。第2講 教案3.3 平面機構(gòu)的自由度3.3.1 平面機構(gòu)的自由度計算設(shè)某一平面運動機構(gòu)，其中包括N個構(gòu)件，PL個低副，PH個高副，現(xiàn)以平

30、面四桿機構(gòu)為例，說明一下N，PL，PH值=？這N個構(gòu)件中有一個構(gòu)件被看作為固定不動的為機架，所以其余均為活動的構(gòu)件，則活動構(gòu)件數(shù)就為n=N-1，這n個活動構(gòu)件，在未用運動副將它們連接起來以前，共具有3n個自由度。在黑板上寫上3n。當用PL個低副，PH個高副將構(gòu)件連接起來，便會使構(gòu)件活動受到影響，也就是3n個自由度就要被減少。以前已講過：加入一個低副，就引入二個約束，自由度只有1個。即 3n-2PL 在黑板上寫成 3n-2PL 加一個高副，就引入一個約束，自由度只有2個。即 3n-PH 最后黑板上就寫成 3n-2PL-PH這式子就可說明為：整個機構(gòu)相對機架的自由度數(shù)就應為活動構(gòu)件的自由度的總數(shù)減

31、去（2PL+PH）個約束 機構(gòu)的自由度數(shù)為F 則 這就是機構(gòu)的自由度計算公式3.3.2 機構(gòu)具有確定運動的條件一般要求一個機構(gòu)，當原動件給定一個運動規(guī)律運動時，從動件也就得到按某一個運動規(guī)律進行運動，不允許從動件亂動，無規(guī)律地運動。圖3.1.3所示，課件（曲柄滑塊機構(gòu)）放一下，計算一下機構(gòu)自由度F=1，也就是這機構(gòu)能具有獨立運動的數(shù)目為1，主動件為1，輸入運動，從動件就按確定規(guī)律運動，這就是機構(gòu)運動的確定性。結(jié)論為機構(gòu)自由度 = 原動機數(shù)圖3.12所示，課件（五桿鉸鏈機構(gòu)）放一下，計算出機構(gòu)自由度為2，如給機構(gòu)一個獨立運動構(gòu)件，那么其它構(gòu)件運動如何，從圖中可見出運動是不確定的，構(gòu)件2，3，4位

32、置不確定，當構(gòu)件1占AB位置時，構(gòu)件2，3，4可占位置BC、CD、DE或BC、CD、DE或其它位置。如再給定一個原動件（二個原動件運動規(guī)律可以相同，也可以不同）這時其它構(gòu)件運動就確定了，這時機構(gòu)自由度數(shù)等于原動件數(shù)。結(jié)論：1）當F0 這機構(gòu)不可能產(chǎn)生相對運動，為一剛體 2）F0 當原動件數(shù)小于機構(gòu)自由度數(shù)時，構(gòu)件間的相對運動就為無規(guī)則的。 當原動件數(shù)大于機構(gòu)自由度數(shù)時，機構(gòu)不能運動。 當原動件數(shù)等于機構(gòu)自由度數(shù)時，構(gòu)件間才能確定的相對運動，這就是機械運動的確定條件。3.3.3 應用公式時注意事項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，絲毫不會影響其它構(gòu)件

33、的運動，這在進行自由度計算時，要將局部自由度去除，改為圖3.16b)。2. 復合鉸鏈圖3.14所示，放課件（復合鉸鏈）什么叫復合鉸鏈，如何進行計算結(jié)論：由m個構(gòu)件匯成的復合鉸鏈應當作為m-1的轉(zhuǎn)動副，如圖3-1所示。圖3-1 復合鉸鏈計算3. 虛約束在運動副所加的約束中，有些約束所起的限制作用是重復的，這種不起獨立限制作用的約束稱為虛約束，在計算自由度時，虛約束應當除去不計，圖3.17所示，放課件（圖3.17），說明一下圖3.17b）中EF為虛約束，簡化成圖3.17a）虛約束是很難找出，一般可從下面二點來找1）運動狀態(tài)不改變2）虛約束去掉前后F不同，圖3.17a中F=1，圖3.17b中F=0，

34、故EF為虛約束。接下來放課件（圖3.183.22）說明一下。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，還是被廣泛地使用。第4章 平面連桿機構(gòu)一、教學要求本章的主要內(nèi)容為用相對運動圖解法作平面連桿機構(gòu)的運動（速度）分析、力分析；平面四桿機構(gòu)的基本特性及其演化；鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件；平面四桿機構(gòu)的設(shè)計。具體的教學要求如下：1）了解平面機構(gòu)的運動（速度）分析。2）掌握平面機構(gòu)的力分析。3）了解平面四桿機構(gòu)的基本型式，掌握其演化方法。4）掌握平面四桿機構(gòu)的基本特性。5）掌握平面四桿機構(gòu)的圖解法設(shè)計。二、重點、難點重點：平面四桿機構(gòu)的基本型式、演化及其基本特性。難點：

35、1）平面四桿機構(gòu)相關(guān)的基本概念。 2）平面四桿機構(gòu)的力分析。 3）平面四桿機構(gòu)的設(shè)計三、教學安排教學內(nèi)容學時數(shù)1. 概述2. 平面機構(gòu)的運動分析3. 平面機構(gòu)的力分析24. 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式及演化25. 平面四桿機構(gòu)的基本特性6. 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計2注：為了照顧編寫教案時的系統(tǒng)性，表中列出的學時數(shù)只僅供參考，但全章總學時數(shù)不變。全教案同。四、教學思路設(shè)計本章主要介紹平面四桿機構(gòu)的類型、特性、運動分析、力分析及運動設(shè)計等，同時簡要討論機構(gòu)的效率和自鎖問題。學習了這些內(nèi)容，其最終目的為根據(jù)實際需求，確定滿足此需求的連桿機構(gòu)類型，選擇合適的設(shè)計方法設(shè)計出此連桿機構(gòu)。第4章 第1講知識點教學手

36、段1. 平面連桿機構(gòu)概況介紹2. 同一構(gòu)件上各點速度分析3. 1）運動副中的摩擦 2）機構(gòu)的受力分析 3）機械效率及自鎖 4）螺旋機構(gòu)的效率課件（同一構(gòu)件上點的運動分析、平面摩擦、楔形滑塊等速移動受力、軸頸的摩擦和摩擦圓、轉(zhuǎn)動副、考慮摩擦時機構(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、講授時注意幾點：1. 4.2 平面機構(gòu)的運動分析主要講授用相對運動圖解法求解同一構(gòu)件各點速度的方法，其中提出速度影像原理，求解加速度等不作要求。2. 4.3 平面機構(gòu)的力分析是本章的難點，主要是為了確定各運動副中的反力，進而確定平衡力、平衡力矩。對這部分內(nèi)容主要應了解運動副的摩擦情況，機

37、構(gòu)受力分析方法、機械效率及自鎖概念。二、講授程序設(shè)計分析應該要求低些，因此在講授此內(nèi)容時，只得以簡單、典型情況進行分析，例如只分析同一構(gòu)件點的速度，不分析加速度和不分析組成移動副的兩構(gòu)件瞬時重合點的速度、加速度求法等。平面機構(gòu)設(shè)計必須要進行運動分析及力分析。由于高職學生對設(shè)計的理論講授教案編寫如下所述第1講 教案第4章 平面連桿機構(gòu)4.1 概述放課件（鉸鏈四桿機構(gòu)）平面連桿機構(gòu)是由若干個構(gòu)件以低副連接形成的平面機構(gòu)。若干個構(gòu)件可以是4桿、5桿等，其中平面四桿機構(gòu)是平面連桿機構(gòu)中最常用的一種形式。平面連桿機構(gòu)的優(yōu)缺點（教材中有，說明一下）4.2 用圖解法作平面機構(gòu)的運動分析一個機構(gòu)必須要有確定運

38、動及其一定的運動規(guī)律，因此必須要進行機構(gòu)的運動分析。其任務：根據(jù)機構(gòu)原動件的已知運動規(guī)律，分析確定該機構(gòu)其它構(gòu)件上的某些點的位移、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)件是否能到達這個位置、構(gòu)件間會不會發(fā)生互相碰撞。2）如知道了機構(gòu)的速度，就可求出機構(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、相對運動法、線圖法，本章只談相對運動圖解法，現(xiàn)只介紹應用相對運動圖解法進行同一構(gòu)件點的速度分析。這里就要指出一點：這些運動分析是在不考慮引起機構(gòu)運動外力的影響下進行的。放課件（同一構(gòu)件上各的運動分析），圖4.1所示，這種

39、四桿機構(gòu)構(gòu)件間用鉸鏈相連的，又稱為鉸鏈四桿機構(gòu)。已知：1）各構(gòu)件的尺寸，位置 2）原動件1以等轉(zhuǎn)動求：1. 圖示位置時的機構(gòu)中C點、E點的、。2. 、分析時理論依據(jù)為工程力學，即剛體作平面運動時可分解為隨基點的平動和繞基點的轉(zhuǎn)動，因此基點的選擇是一個關(guān)鍵問題，一定要選這個點上的速度為已知的，下面分析一下同一構(gòu)件上各點的速度求法。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)件上點的速度分析選一個比例尺，做出機構(gòu)位置圖。步驟：（1）求取基點為A點，大小為，方向，指向與相同。取比例尺作圖，取一極點P，作一線段作矢量為。（2）求因為B點與C點同為構(gòu)件2上的點，物體2作平面

40、運動，基點取在B點，這是為什么？問一下學生，根據(jù)工程力學可知： ：為基點的速度。 ：為C點繞B點相對轉(zhuǎn)動的速度。 大小 ？ ？方向 下面說明二點：1）為什么的方向為？在構(gòu)件3上，C點的速度為在構(gòu)件2上，C點的速度為這C點為同一點，在二個構(gòu)件上，因此=，由于方向為，所以方向也為。2）為什么方向？C點相對于B點的速度，即為B點不動，C點的速度，構(gòu)件2作轉(zhuǎn)動，相對于B點作轉(zhuǎn)動，因此方向必定于BC。一邊作圖，一邊講解，根據(jù)相對運動矢量方程，就可得出pbc圖形，求出大小及大小。量出線段長度 、 ， （3）求、 從速度多邊形中可見出，因為方向方向圖示，則為順時轉(zhuǎn)。 同上法，可得出為逆時轉(zhuǎn)。、標在圖上。（4

41、）求因為B、C、E為同上構(gòu)件上的點，同樣道理可得出下列矢量方程 這方程是以B點為基點，列出的。 這方程是以C點為基點，列出的。二者同等于則 大小 ？ ？ ？方向 ？ AB BE CE CE這矢量方程為二個未知數(shù)，就可用速度圖解法求出。這二線交于e點過b點作的方向線，beBE 過c點作的方向線，ceCE矢量代表，大小為，pbec為速度矢量多邊形，p為極點，根據(jù)上述，我們可得出速度多邊形的特性。1）極點p代表該構(gòu)件上速度為零的點。2）在速度多邊形中連接p點和任一點的矢量，便代表該點在機構(gòu)圖中的同名點的絕對速度，其指向是從p點指向該點。3）在速度多邊形中，連接其他任意兩點的矢量，便代表該兩點在機構(gòu)圖

42、中的同名點間的相對速度，其指向與速度下標的順序相反。如代表而不是。4）從圖中可見出，代表各相對速度的矢量分別于機構(gòu)圖中的。因此BCE bce，且字母順序一致，（圖示的為順時針方向）。圖形bce稱為機構(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)件上某一點的速度。最后要強調(diào)一下，這原理只能用于同一個構(gòu)件上的各點速度求法，而不能用于機構(gòu)的不同構(gòu)件上各點速度求法。4.3 平面機構(gòu)的力分析作用于機構(gòu)上的力有5種類型1. 驅(qū)動力 驅(qū)使機構(gòu)產(chǎn)生運動的力，這力所作的功為正值，稱輸入功。2. 阻力 阻止機構(gòu)運動之力，其功為負值，阻力又可分為二種。 1）有效阻力：這個與生產(chǎn)工作直接相關(guān)的阻力，其

43、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效部分，其功對生產(chǎn)沒有用，反而有害的。3. 運動副反力。 當機構(gòu)運轉(zhuǎn)時，在運動副中產(chǎn)生的反作用力簡稱為反力，在進行力分析時，反力可分為沿運動副兩構(gòu)件接觸處的法向和切向兩個分力。法向反力：又稱正壓力，它與運動副元素的相對運動方向相的。此力不作功。切向反力：即為運動副中的摩擦力，因它是由于正壓力而產(chǎn)生的，起到阻止運動的作用，一般情況下摩擦力對生產(chǎn)是無效的，有害的，但有些機構(gòu)中摩擦力是起到有利的作用，如帶傳動中的摩擦力?？紤]到摩擦力后的運動副的反力稱為總反力。4. 重力。5. 慣性力 （在高速時才考慮它）。為了保證機構(gòu)作持續(xù)的預先確

44、定運動，根據(jù)此運動條件與作用在機構(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，這一點學生一定要記牢，理解，以后就要用到這原理去求平衡力的。再說明一下未知外力與已知外力一起作用在機構(gòu)上，使機構(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）。最后說明一下，研究機構(gòu)力的分析的目的有兩個。 確定機構(gòu)運動副的反力； 確定機構(gòu)需加的平衡力或平衡力矩。力的分析可為今后計算各構(gòu)件零件的強度，確定機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，也是一個難點，學生一定要掌握它。4.3.1 運動副中的摩擦1. 移動副中的摩擦力最常見的移動副中的摩擦可分

45、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，滑塊1和平面2組成一個移動副，因此分析一下滑塊1上作用什么力：驅(qū)動力F；平面2給1的反力。下面分析討論之。驅(qū)動力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作用下向左運動或具有向左運動趨勢。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)系是大小相等，方向相

46、等的力，這是為什么？學生去想一下。 摩擦力Ff ：Ff的方向是與1相對于2的運動方向相反，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）當時，說明了外力F的作用線在摩擦角之外的情況，這時FtFf，推動力Ft大于摩擦力，使滑塊作加速運動。2）當=時，外力F的作用線與總反力FR作用線相重合。此時Ft=Ff，使滑塊作等速運動，如滑塊原來不動、靜止，那么滑塊1仍然保持靜止不動狀態(tài)。3）時，外力F的作用線在摩擦角所包圍區(qū)域的里面，此時FtF

47、f，滑塊作減速運動，而終于靜止。如滑塊1原來不動，那么無論外力F加得多大，滑塊1都不能運動，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）。圖4.4 槽面摩擦分析方法同平滑塊的，作圖。驅(qū)動力為水平的F反力，滑塊的兩個接觸面上同時承受正壓、，和摩擦力Ff（畫圖加上這三個力）。根據(jù)平衡條件，經(jīng)推導可得出式（4.6）F=fFr/sin=fvFr 4.6式中fv稱為當量摩擦系數(shù)，其數(shù)值始終大于f，也就是說槽面摩擦的摩擦力總是大于滑塊的摩擦力，這樣引入fv概念后，就可將槽面摩擦簡化為平面摩擦概念來

48、處理。2. 轉(zhuǎn)動副中的摩擦力軸承就是轉(zhuǎn)動副，軸在軸承孔中轉(zhuǎn)動，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)動力矩M作用下，使1在軸承孔2中作等速轉(zhuǎn)動12，根據(jù)平衡條件可知：Fr與必須構(gòu)成一個阻止軸頸轉(zhuǎn)動的力矩，這力矩稱為摩擦力矩Mf，這Mf大小必須與驅(qū)動力矩M相平衡。 M=Mf因此，必與Fr為大小相等，方向相反的二個力組成的一個力偶。其作用線間相距一個距離為，可得出Mf =Fr?？赏瞥觯?=rf0 (4.7)以軸心為圓心，為半