常用机构(讲稿).doc

徐州工业职业技术学院教学设计（讲稿）教师姓名李延赟授课班级高分子101授课形式任务驱动授课日期2011年 3月 22 日 第 5 周授课时数2授课内容第四章 常用机构第一节 平面机构概述教学目标知识目标了解：机构的组成理解：机构运动简图能力目标会计算机构的自由度思想目标培养学生求真、求实的科学精神教学重点机构的构成教学难点机构自由度的计算更新、补充、删节内容使用教具多媒体课外作业补充1题课后总结使学生会发现生活中的机构实例教学内容与设计复习或提问：皮带传动的例子?引入新课：提问，引导学生进入本课的学习。任务：机构的构成及自由度的计算新课讲授：第四章 常用机构第一节 平面机构概述 机构的组成机构：是传递运动和力或者导引构件上的点按给定轨迹运动的机械装置。机构的组成要素：构件、运动副一、构件从制造加工角度：机械由零件组成 零件制造单元体 从运动和功能实现角度： 构件独立运动的单元体二、运动副 运动副：指两构件直接接触并能产生相对运动的联接。 运动副元素：指两个构件直接接触而构成运动副的部分。 (一) 运动副元素(二)运动副的自由度与约束度1. 构件的自由度：指一个构件相对另一个构件可能出现的独立运动。一个自由构件在空间具有6个自由度。2. 约束：指通过运动副联接的两构件之间的某些相对独立运动所受到的限制。运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。运动副引入的约束数：最多为5个。(三)运动副类型1.按运动副相对运动形式分： 2.按运动副引入的约束数分 级副、级副、级、级副、级副3.按运动副接触形式分 低副: 两构件通过面接触而构成的运动副统称为低副 高副: 凡两构件系通过点或线接触而构成的运动副统称为高副4.按运动副的运动空间分 平面运动副:指构成运动副的两构件之间的相对运动为平面运动的运动副（举例） 空间运动副:指构成运动副的两构件之间的相对运动为空间运动。（举例）三、运动链运动链:指两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统。四、机构机构：在运动链中将一构件加以固定作为机架或参考构件, 并给定另外一个或少数几个构件的运动规律，则运动链便成为机构。机架：机构中固定不动构件。原动件:：机构中按给定的运动规律独立运动的构件。从动件：机构其余活动构件。 平面机构：机构中各构件间的相对运动为平面运动。 空间机构:：机构中各构件间的相对运动为空间运动。 机构的运动简图一、绘制机构运动简图的步骤与方法1.恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面。2.分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、原动部分、传动部分和执行部分，以确定构件和运动副的数目。3.循着运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目;还应确定与机构运动特性相关的运动要素：运动副间的相对位置；如转动副中心的位置和移动副导路的方位；高副的廓线形状，包括其曲率中心和曲率半径等。4. 选择适当的比例尺, 用规定的简单线条和各种运动副符号, 将机构运动简图画出来。 机构的自由度与确定运动条件一、机构的自由度 构件的自由度： 确定平面或空间运动构件位置所需的独立位置参数的数目，称。平面和空间运动构件分别有3个和6个自由度 机构的自由度 机构的自由度：是机构中各构件相对机架所具有的独立运动的数目或组成该机构的运动链的位形相对于机架或参考构件所需的独立位置参数的数目。用“F”表示二、机构自由度的计算平面机构的自由度计算公式： F= 3n-(2 p5+ p4)计 算 图 示 机 构 的 自 由 度， 如 有 复 合 铰 链、 局 部 自 由 度 和 虚 约 束，需 明 确 指 出。 画 箭 头 的 构 件 为 原 动 件。总结: 本节课我们主要学习了平面机构概述布置作业：补充1题提问教师讲授 结合多媒体讲授举例结合多媒体讲授总结布置作业徐州工业职业技术学院教学设计（讲稿）教师姓名李延赟授课班级高分子101授课形式任务驱动授课日期2011年 3月 24 日 第 5 周授课内容第二节 平面连杆机构教学目标知识目标了解：平面连杆机构的类型理解：平面连杆机构的运动特性能力目标会正确选用相应的平面机构思想目标培养学生求真、求实的科学精神教学重点平面机构的类型教学难点平面机构的选择更新、补充、删节内容使用教具多媒体课外作业补充1题课后总结利用知识原理解决生活中实际问题，如缝纫机死点位置解决教学内容与设计复习或提问：平面机构自由度的计算?引入新课：提问，引导学生进入本课的学习。任务：平面连杆机构的类型和选用新课讲授：第二节 平面连杆机构一、铰链四杆机构的基本类型及其应用当平面四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链四杆机构。如图所示的铰链四杆机构中，杆4是固定不动的，称为机架。与机架相连的杆1和杆3称为连架杆，不与机架直接相连的杆2，称为连杆。如果杆1(或杆3)能绕铰链A(或铰链D)作整周的连续旋转，则此杆称为曲柄。如果不能作整周的连续旋转，而只能来回摇摆一个角度，则此杆就称为摇杆。 铰链四杆机构中，机架和连杆总是存在的，因此可按曲柄存在情况，分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。 1曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中的两连架杆，如果一个为曲柄，另一个为摇杆，那么该机构就称为曲柄摇杆机构。取曲柄AB为主动件，当曲柄AB作连续等速整周转动时，从动摇杆CD将在一定角度内作往复摆动。由此可见，曲柄摇杆机构能将主动件的整周回转运动转换成从动件的往复摆动。剪刀机是通过原动机驱动曲柄转动，通过连杆带动摇杆往复运动，实现剪切工作。 在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，可将摇杆的往复摆动经连杆转换为曲柄的连续旋转运动。在生产中应用很广泛。缝纫机的踏板机构，当脚踏板（相当于摇杆）作往复摆动时，通过连杆带动曲轴（相当于曲柄）作连续运动，使缝纫机实现缝纫工作。 2双曲柄机构 在铰链四杆机构中，若两个连架杆均为曲柄，则该机构称为双曲柄机构。两曲柄可分别为主动件。惯性筛中，ABCD为双曲柄机构，工作时以曲柄AB为主动件，并作等速转动，通过连杆BC带动从动曲柄CD，作周期性的变速运动，再通过E点的联接，使筛子作变速往复运动。惯性筛就是利用从动曲柄的变速转动，使筛子具有一定的加速度，筛面上的物料由于惯性来回抖动，达到筛分物料的目的。双曲柄机构中，当两曲柄长度不相等时，主动曲柄作等速转动，从动曲柄随之作变速转动，即从动曲柄在每一周中的角速度有时大于主动曲柄的角速度，有时小于主动曲柄的角速度。双曲柄机构中，常见的还有平行双曲柄机构和反向双曲柄机构。汽车离合器操纵机构 惯性筛3双摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两个连架杆均为摇杆时，则该机构称为双摇杆机构。在双摇杆机构中，两杆均可作为主动件。主动摇杆往复摆动时，通过连杆带动从动摇杆往复摆动。 双摇杆机构在机械工程上应用也不少，汽车离合器操纵机构中,当驾驶员踩下踏板时，主动摇杆AB往右摆动，由连杆BC带动从动杆CD也向右摆动，从而对离合器产生作用。二、铰链四杆机构的曲柄存在条件从铰链四杆机构的三种基本形式可知，它们的根本区别在于连架杆是否为曲柄。而连架杆能否成为曲柄，则取决于机构中各杆的长度关系和选择哪个构件为机架有关。即要使连架杆成为能整周转动的曲柄，各杆必须满足一定的长度条件，这就是所谓的曲柄存在的条件。下图所示的曲柄摇杆机构，其中AB为曲柄，BC为连杆，CD为摇杆，AD为机架，它们的长度分别用a、b、c、d来表示，在AB转动一周中，曲柄AB与机架AD两次共线。借助这两个位置，可找出一些铰链四杆机构的几何关系。 当连杆在B1点时，形成B1C1D。根据三角形两边之和必大于第三边的定理，得b+cd+a 当连杆在B2点时，形成B2C2D, 得 (d-a)+cb 即d+cb+a (d-a)+bc 即d+bc+a 考虑到四杆位于同一直线时，则可写成如下形式 b+cd+a d+c b+a d+b c+a 将式、分别两两相加，则得ca,ba,da，即AB杆为最短杆。在曲柄摇杆机构中，要使连架杆AB为曲柄，它必须是四杆中的最短杆，且最短杆与最长杆长度之和应小于其余两杆长度之和，考虑到更一般的情形，可将铰链四杆机构曲柄存在条件概括为（2点）：(1)连架杆与机架中必有一个最短杆； (2)最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。 三、平面四杆机构的运动特性（2点）1急回特性：图所示为曲柄摇杆机构，设等速转动的曲柄AB为主动件，它在回转一周的过程中，与连杆BC有两次共线位置ABl和AB2，此时从动件摇杆CD分别位于左、右两个极限位置ClD和C2D，其夹角称为摇杆的摆角。主动曲柄与连杆在两共线位置时所夹的锐角称为极位夹角。曲柄摇杆机构2死点 在曲柄摇杆机构中，如图所示，若取摇杆为主动件，当摇杆在两极限位置时，连杆与曲柄共线，通过连杆加于曲柄的力F经过铰链中心A，该力对A点的力矩为零，故不能推动曲柄转动，从而使整个机构处于静止状态。这种位置称为死点。 平面四杆机构是否存在死点位置，决定于从动件是否与连杆共线。凡是从动件与连杆共线的位置都是死点。 总结 任务评价布置作业 补充1题提问教师讲授 结合多媒体讲授举例结合多媒体讲授总结布置作业徐州工业职业技术学院教学设计（讲稿）教师姓名李延赟授课班级高分子101授课形式任务驱动授课日期2011年 3月 29 日 第 6 周授课内容第三节 凸轮机构教学目标知识目标了解：凸轮机构的组成、特点及应用、凸轮机构的分类；理解：凸轮与从动件的运动关系掌握：凸轮机构的工作原理能力目标能合理选用凸轮机构思想目标培养学生求真、求实的科学精神教学重点凸轮机构的类型及应用教学难点凸轮机构的选用更新、补充、删节内容使用教具多媒体课外作业补充1题课后总结会分析常用机构的动作原理教学内容与设计复习或提问：高副机构?引入新课：提问，引导学生进入本课的学习。任务：凸轮机构的选用第三节 凸轮机构一、凸轮机构的应用凸轮机构是由具有曲线轮廓或凹槽的构件，通过高副接触带动从动件实现预期运动规律的一种高副机构。广泛地应用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置和装配生产线中。（尤其是需要从动件准确地实现某种预期的运动规律时）常用于将“简单转动” “复杂移动”、“复杂摆动” 、“与其它机构组合得到复杂的运动”。 图示为内燃机配气凸轮机构。具有曲线轮廓的构件1叫做凸轮，当它作等速转动时，其曲线轮廓通过与推杆2的平底接触，使气阀有规律地开启和闭合。工作对气阀的动作程序及其速度和加速度都有严格的要求，这些要求都是通过凸轮的轮廓曲线来实现的。组成：凸轮、从动件、机架（高副机构）。二、 凸轮机构的特点 1） 只需改变凸轮廓线，就可以得到复杂的运动规律；2） 设计方法简便；3） 构件少、结构紧凑；4） 与其它机构组合可以得到很复杂的运动规律5） 凸轮机构不宜传递很大的动力；6） 从动件的行程不宜过大；7） 特殊的凸轮廓线有时加工困难。三、 凸轮机构的类型凸轮机构的分类： 1）盘形凸轮 按凸轮形状分： 2）移动凸轮3）柱体凸轮 1）尖底从动件；按从动件型式分： 2）滚子从动件；3）平底从动件 1）力封闭弹簧力、重力等按维持高副接触分（封闭） 槽形凸轮2）几何封闭 等宽凸轮 等径凸轮 共轭凸轮名称 图形 说明 尖端从动件从动件的尖端能够与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。这种从动件结构最简单，但尖端处易磨损，故只适用于速度较低和传力不大的场合（实用性较差，但理论意义强）。曲面从动件 为了克服尖端从动件的缺点，可以把从动件的端部做成曲面，称为曲面从动件。这种结构形式的从动件在生产中应用较多。滚子从动件 为减小摩擦磨损，在从动件端部安装一个滚轮，把从动件与凸轮之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，可用来传递较大的动力，故这种形式的从动件应用很广（并不适宜高速）。平底从动件 从动件与凸轮轮廓之间为线接触，接触处易形成油膜，润滑状况好。此外，在不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终垂直于从动件的平底，受力平稳，传动效率高，常用于高速场合。缺点是与之配合的凸轮轮廓必须全部为外凸形状。四凸轮机构的工作原理及有关名词术语设计凸轮机构时，首先应根据工作要求确定从动件的运动规律，然后再按照这一运动规律设计凸轮廓线。以尖底直动从动件盘形凸轮机构为例，说明从动件的运动规律与凸轮廓线之间的相互关系。基本概念：基圆凸轮理论轮廓曲线最小向径.r0所作的圆。行程从动件由最远点到最近点的位移量h（或摆角j）推程从动件远离凸轮轴心的过程。回程从动件靠近凸轮轴心的过程。推程运动角从动件远离凸轮轴心过程，凸轮所转过的角度。回程运动角从动件靠近凸轮轴心过程，凸轮所转过的角度。远休止角从动件在最远位置停留过程中凸轮所转过的角度。近休止角从动件在最近位置停留过程中凸轮所转过的角度。从动件的运动规律：指从动件的位移 s、速度 v、加速度 a 及加速度等随时间 t 和凸轮转角j变化的规律。从动件的运动线图：从动件的s、v、a、j 随时间 t 或凸轮转角 变化的曲线。任务完成情况总结布置作业：补充1题提问引入本单元训练项目告知本单元学习目标提问互动讲授知识点布置任务1结合多媒体演示学生分组练习提问互动点评考核重点讲解小结引入任务2知识点结合多媒体讲授总结布置作业徐州工业职业技术学院教学设计（讲稿）教师姓名李延赟授课班级高分子101授课形式任务驱动授课日期2011年 3月 31 日 第 6 周授课内容第四节间歇运动机构教学目标知识目标了解：棘轮、槽轮机构的类型理解：棘轮槽轮机构的结构组成能力目标能合理选用间歇运动机构思想目标培养学生求真、求实的科学精神教学重点棘轮、槽轮机构的类型及结构教学难点间歇运动机构的选用更新、补充、删节内容变速变向机构使用教具多媒体课外作业补充1题课后总结间歇运动机构的生活实例，理解这种运动机构的动作原理教学内容与设计复习或提问：间歇运动机构一般用于什么场合?引入新课：提问，引导学生进入本课的学习。任务：间歇运动机构的选用第四节 间歇运动机构一、棘轮机构 1棘轮机构的工作原理及应用 典型的棘轮机构（图1）是由棘轮1、棘爪2、机架以及止回棘爪5等组成。弹簧6使止回棘爪5和棘轮1始终保持接触。当曲柄连续转动时，摇杆作往复摆动。当摇杆逆时针摆动时，棘爪便嵌入棘轮的齿槽中，棘爪被推动向逆时针方向转过一个角度；当摇杆顺时针摆动时，棘爪便在棘轮齿背上滑过，这时止回棘爪阻止棘轮顺时针转动，故棘轮静止不动。这样，当摇杆作连续摆动时，棘轮就作单向的间歇运动。 棘轮机构的类型很多，按照工作原理可分为齿啮式和摩擦式，按结构特点可分为外接式和内接式。下面介绍几种常用的棘轮机构。 (1)具有棘齿的棘轮机构 单动式棘轮机构(图1), 双动式棘轮机构(图2), 可变向棘轮机构(图3), 前述棘轮机构，棘轮的转角都是以棘轮的轮齿为单位的，即棘轮转角的改变都是有级的，若要无级地改变棘轮的转角，可采用无棘齿的摩擦棘轮机构(图4），该机构是摩擦棘轮机构中的一种。摩擦式棘轮机构的使用优点是无噪声，多用于轻载间歇运动机构。 二、槽轮机构 1槽轮机构的工作原理 槽轮机构能把主动轴的等速连续运动转变为从动轴周期性的间歇运动，槽轮机构常用于转位或分度机构。图1所示为一单圆外啮合槽轮机构，它由带圆柱销2的主动拨盘1、具有径向槽的从动槽轮3和机架等组成。槽轮机构工作时，拨盘为主动件并以等角速度连续回转，从动槽轮作时转时停的间歇运动。 当圆销2未进入槽轮的径向槽时，由于槽轮的内凹锁止弧被拨盘的外凸圆弧卡住，故槽轮静止不动。图1a所示为圆销2刚开始进入槽轮径向槽的位置。这时锁止弧刚好被松开，随后槽轮受圆销2的驱使而沿反向转动。当圆销2开始脱出槽轮的径向槽时（图1b），槽轮的另一内凹锁止弧又被曲柄的外凸圆弧卡住，致使槽轮又静止不动，直到曲柄上的圆销2进入下一径向槽时，才能重复上述运动。这样拨盘每转一周，槽轮转过两个角度。 2槽