机械设计基础教案(刘小群版).doc

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 机器的定义一、 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 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： 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； 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； 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l，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。 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，pL=7，pH=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。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pL=4（转动副A、B和复合铰链C），高副数pH=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pL=5，高副数pH=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，加深对概念的理解在理解的基础上，结论要记清。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。3.1铰链四杆机构的基本类型、应用和特点构件间用四个转动副相连的平面四杆机构简称为铰链四杆机构，在连架杆中能绕固定轴线整周回转的构件称为曲柄，只能在某一角度范围内摆动的构件称为摇杆。3.1.1铰链四杆机构的基本类型及应用铰链四杆机构中，根据连架杆运动形式的不同，可分为以下三种基本类型。1、曲柄摇杆机构在铰链四杆机构的两连架杆中，若一个为曲柄，另一个为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。通常曲柄等速转动，摇杆作变速往复摆动。2、双曲柄机构在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，则此四杆机构称为双曲柄机构。3、双摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则此四杆机构称为双摇杆机构。3.1.2铰链四杆机构的特点铰链四杆机构具有如下特点。1、铰链四杆机构是低副机构，构件间的相对运动部分为面接触，故单位面积上的压力较小。并且低副的构造便于润滑，摩擦磨损较小，寿命长，适于传递较大的动力。如动力机械、锻压机械等都可采用。2、两构件的接触面为简单几何形状，便于制造，能获得较高精度。3、构件间的相互接触是依靠运动副元素的几何形状来保证的，无需另外采取措施。4、运动副中存在间隙，难以实现从动件精确的运动规律。3.2 铰链四杆机构曲柄存在的条件在铰链四杆机构中，允许两连接构件作相对整周旋转的转动副称为整转副。曲柄是以整转副与机架相连的连架杆，而摇杆则不是以整转副与机架相连的连架杆。 根据三角形任意两边之和必大于（极限情况等于）第三边，在BC D中应有 即 在B”C”D中应有 将式（3-1）、式（3-2）、式（3-3）两两相加并简化可得铰链四杆机构有一个曲柄的条件是： 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和； 最短杆为连架杆。 判别铰链四杆机构的基本类型。如图3-10所示，若机构满足杆长之和条件，则有以下结论：以最短杆AB的邻边为机架时，为曲柄摇杆机构如图3-10(a)所示；以最短杆AB为机架时，为双曲柄机构如图3-10(b)所示；以最短杆AB的对边为机架时，为双摇杆机构如图3-10所示。 若机构不满足杆长之和条件，则只能为双摇杆机构。 图3-10 连杆机构的倒置三、 课堂小结1、铰链四杆机构的基本类型、特点2、铰链四杆机构存在曲柄的条件3、铰链四杆机构的类型四、课堂思考P32 1、2、3五、作业布置3-1教学课题: 第3章 平面连杆机构传动3.3 铰链四杆机构的演化3.4 平面四杆机构的传动特性 教学时间: 教学班级: 教学地点: 教学目的与要求：1、掌握铰链四杆机构的演化 2、理解并掌握急回特性 3、理解压力角的概念 4、极限位置和死点位置教学重点与难点: 1、急回特性 2、压力角的概念 3、极限位置和死点位置教学方式与手段: PPT教学用具： 参考资料：机械设计基础 刘小群主编 教学过程：利用多媒体教学举例说明注意各运动特点及运用场合。注：行程相当与曲柄摇杆机构中的摆角计算公式设计公式一、 复习旧课（含作业讲评）1、铰链四杆机构的基本类型、特点2、铰链四杆机构存在曲柄的条件3、铰链四杆机构的类型二、 讲授新课3.3 铰链四杆机构的演化3.3.1 改变运动副类型图3-11 曲柄滑块机构图3-12 双滑块机构3.3.2 连杆机构的倒置 如图3-13(a)所示曲柄滑块机构，若改取杆2为机架，则成为导杆机构如图3-13(b)所示。其中导杆3为主动件，它带动滑块4相对杆1滑动并随之一起绕A点转动。杆1起导路作用，称为导杆。设杆2、杆3的长度分别为l2、l3，当l2l3时，杆3和杆1均可整圈旋转，故称为曲柄转动导杆机构；当l2l3时，杆3可整圈旋转，杆1却只能往复摆动，故称为曲柄摆动导杆机构。导杆机构常用于回转式油泵、牛头刨床等工作机构中。图3-13 曲柄滑块机构的演化 若取杆3为机架，则成为摆动滑块机构（也称摇块机构），如图3-13所示。这种机构广泛用于摆缸式内燃机和液压驱动装置中，如图3-14所示卡车车厢自动翻斗机构。 若取杆4为机架，则成为定块机构，如图3-13(d)所示。这种机构常用于手动抽水机构，如图3-15所示的手动抽水机构以及抽油泵中。3.3.3 扩大转动副 在曲柄滑块机构中，若要求滑块行程较小，则必须减小曲柄长度。演化得到偏心轮机构。3.4 平面四杆机构的传动特性3.4.1 急回特性摇杆CD处此两极限位置时曲柄所在直线之间的锐角q称为极位夹角，机构中输出件在两极限位置间的移动距离或摆动角度j称为行程。图3-17 曲柄摇杆机构的急回特性输入件曲柄作等速转动时，作往复摆动的输出件摇杆在空载行程中的平均速度大于工作行程中的平均速度，这一性质称为连杆机构的急回特性。通常用行程速度变化系数K来表示这种特性： 机构的急回速度取决于夹角q的大小。q 越大，K值越大，机构的急回程度也越高，但从另一方面看，机构运动的平稳性就越差。曲柄滑块机构，当e=0时，q=0，则K=1，机构无急回特性；当e0时，q0，则K1，机构有急回特性。摆动导杆机构，其极位夹角等于导杆摆角，具有急回特性。3.4.2 压力角与传动角将F分解可得推动摇杆的有效分力Ft=Fcosa，只能产生摩擦阻力的有害分力Fr=Fsina。其中a称为压力角，它是不计摩擦力、惯性力和重力时从动件上C点所受作用力的方向与其线速度方向所夹的锐角称为压力角。判断一连杆机构是否具有良好的传力性能，压力角是标志。常以连杆与摇杆所夹锐角g来衡量机构的传力性能。显而易见，g即压力角的余角，称为传动角。因为g=90a，故g愈大，对机构传动愈有利。图3-19 压力角与传动角3.4.3 极限位置与死角主动件的速度为输入速度，从动件的速度为输出速度，则机构中瞬时输出速度与输入速度的比值为零的位置称为连杆机构的极限位置。图3-21 极限位置与死点位置若以摇杆为主动件，则当摇杆处于C1D或C2D位置时，连杆BC与曲柄AB均共线，连杆作用在曲柄上的力通过铰链A的中心，力矩为零，不能推动曲柄旋转。故机构中瞬时输入速度与输出速度的比值为零的位置称为连杆机构的死点位置。 避免机构在死点位置出现卡死或运动不确定现象，可以对从动件施加外力，或利用飞轮的惯性带动从动件通过死点。工程上有的采用多套同样机构错位排列使各套机构的死点位置互相错开，靠位置差通过死点位置。在实际应用中也有利用死点位置的性质来进行工作的。如图3-22所示快速夹具，机构处于死点位置，在去除外力F后仍可加紧工件而不自动脱落。只有向上扳动手柄3方可松开夹具。3.5 多杆机构简介1扩大运动行程2实现间歇运动3夹紧力可变4实现过载保护5增大急回性能三、 课堂小结1、铰链四杆机构的演化及其传动特性，2、掌握平面四杆机构的急回特性，3、机构的死点位置。四、 课堂练习P32 4、5、6五、 作业布置教学课题: 第4章 凸轮机构传动4.1 凸轮机构的应用及类型 4.2 从动件的常用运动规律教学时间:教学班级: 教学地点: 教学目的与要求：1、了解凸轮机构的组成、应用及特点 2、理解凸轮机构的分类 3、掌握凸轮机构的基本概念 4、理解凸轮机构的柔性、刚性冲击教学重点与难点: 1、凸轮机构的基本概念 2、凸轮机构的柔性、刚性冲击教学方式与手段: 教学用具： 参考资料：机械设计基础 刘小群主编 教学过程：结合具体实例加以说明。如图所示缝纫机的挑线机构具体例子可参考课件重点理解两个冲击产生的原因。一、 复习旧课（含作业讲评）上次课介绍了铰链四杆机构的演化及其传动特性，掌握平面四杆机构的急回特性，会判断压力角及最小传动角的位置，及机构的死点位置。二、 讲授新课4.1 凸轮机构的应用及类型4.1.1 凸轮机构的组成、应用及特点如图所示，凸轮机构是由凸轮1、从动件2和机架3组成的高副机构。 凸轮机构的主要优点：只要正确地设计凸轮轮廓曲线，就能使从动件实现任意给定的运动规律，且结构简单、紧凑，工作可靠，易于设计。缺点：由于凸轮机构属于高副机构，故凸轮与从动件之间为点或线接触，不便润滑，易于磨损。因此凸轮机构多用于传力不大的控制机构和调节机构。4.1.2 凸轮机构的分类凸轮机构按形状可分为三类，分述如下。1盘形凸轮这种凸轮是一个具有变化向径轮廓尺寸的盘形构件，是凸轮的最基本类型。2移动凸轮 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮。3圆柱凸轮该凸轮是在表面制出一定曲线凹槽的圆柱体。当凸轮回转时，可使从动件在凹槽侧壁的推动下产生不同的运动规律或得到较大的行程。4.按从动件形状分类1）尖顶凸轮机构2）滚子凸轮机构3）平底凸轮机构5.按从动件的运动方式分类1）移动凸轮机构2）摆动凸轮机构4.2 从动件的常用运动规律4.2.1 凸轮机构的工作过程分析图4-4(a)所示为尖顶移动从动件盘形凸轮机构，以凸轮轴心O为圆心，以凸轮轮廓的最小向径rb为半径所作的圆称为基圆，rb称为基圆半径。图示位置是从动件移动上升的起点，也是从动件尖顶所处的最底点A。当凸轮从图示位置逆时针转过jo时，从动件在向径渐增的凸轮轮廓作用下，以一定的运动规律被推至距凸轮回转中心最远的位置B点，这一过程称为推程，从动件所移动的距离h称为升程或行程，凸轮对应的转角jo称为推程运动角。当凸轮继续转过js时，以O点为圆心的圆弧BC与从动件接触，使从动件在最远处静止不动，称为停程，其对应转角js称为远休止角。当凸轮继续回转时，从动件沿着凸轮轮廓CD按预定运动规律降到最低位置，称为回程，转角称为回程运动角。当凸轮再回转时，从动件尖顶沿着凸轮轮廓上基圆圆弧DA滑动至起点A，在这一行程中，从动件并未沿导路发生移动，故DA段行程称近停程，称为近休止角。若凸轮连续转动时，从动件必重复上述的升停降停的运动过程。通常推程是凸轮机构的工作行程，而回程则是凸轮机构的空回行程。图4-4凸轮与从动件的运动关系4.2.2从动件常用运动规律1等速运动规律从动件在A、B处，由于速度发生突变，所以会产生刚性冲击。2等加速等减速运动规律从动件在A、B、C处加速度发生有限的突然变化，所以会产生柔性冲击。图4-5 等速运动规律曲线图4-6 等加速等减速运动规律曲线以上介绍的两种运动规律之外，工程上还常用到简谐运动规律、摆线运动规律、函数曲线运动规律等，或者将几种运动规律组合起来使用，设计凸轮机构时可参阅有关资料。 三、 课堂小结本次课介绍了凸轮机构的基本类型及应用，还介绍了从动件常用的运动规律，掌握凸轮机构的工作过程。四、 课堂练习P44 1、2五、 作业布置 教学课题: 第4章 凸轮机构传动4.3 图解法设计凸轮轮廓 4.4 盘形凸轮的结构设计教学时间: 教学班级: 教学地点: 教学目的与要求：1、掌握并理解图解法 2、理解凸轮的机构的压力角教学重点与难点: 1、图解法作图的原理 2、各类凸轮轮廓的画法 3、凸轮机构的压力角教学方式与手段: 教学用具： 参考资料：机械设计基础 刘小群主编 教学过程：利用动画教学理解反转法的原理。掌握画图的基本步骤。重点理解压力角的概念。注意与平面连杆机构压力角的联系与区分。一、 复习旧课（含作业讲评）上次课介绍了凸轮机构的基本类型及应用，还介绍了从动件常用的运动规律，掌握凸轮机构的工作过程。二、 讲授新课4.3 图解法设计凸轮轮廓凸轮轮廓的设计方法有图解法和解析法两种。4.3.1 反转法原理根据相对运动原理，如果给整个凸轮机构加上一个与凸轮转动角速度w数值相等、方向相反的w角速度，则凸轮处于相对静止状态，而从动件则一方面按原定规律在机架导路中作往复移动，另一方面随同机架以w角速度绕O点转动，即凸轮机构中各构件仍保持原相对运动关系不变。由于从动件的尖顶始终与凸轮轮廓接触，所以在从动件反转过程中，其尖顶的运动轨迹，就是凸轮轮廓曲线，这就是凸轮轮廓曲线设计的反转法原理。图4-7 反转法原理4.3.2 尖顶对心移动从动件盘形凸轮轮廓的设计凸轮轮廓曲线的绘制步骤如下： 选取比例尺，作位移曲线 画基圆并确定从动件尖顶的起始位置 画反转过程中从动件的导路位置 画凸轮工作轮廓4.3.3 对心移动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计 将滚子的回转中心视为从动件的尖顶，按照上例步骤作出尖顶从动件的凸轮轮廓，称为理论轮廓曲线 以理论轮廓曲线上的各点为圆心，以滚子半径rr为半径，画一系列的圆，再作这一系列圆的内包络线，该包络线即为凸轮的工作轮廓。凸轮的基圆半径rb是指理论轮廓曲线上的最小向径。4.3.4 尖顶偏置移动从动件盘形凸轮轮廓的设计以凸轮轴心O为圆心，以偏距e为半径所作的圆称为偏距圆。从动件在反转过程中依次占据的位置，不再是通过凸轮转动中心的径向线，而是偏距圆的切线K1B1、K2B2、，从动件的位移A1B1、A2B2、也应沿相应的切线量取。凸轮各转角的量取也与对心式凸轮机构不同，而应自OK开始沿w方向进行。其余的作图步骤与尖顶对心移动从动件盘形凸轮相同。 4.4 盘形凸轮的结构设计4.4.1 尖压力角从动件的运动方向和凸轮作用于它的法向力Fn方向之间所夹的锐角a称压力角。升程的压力角移动从动件a=30摆动从动件a=45回程一般不会出现自锁现象，压力角可以取大一些，推荐a=7080。图4-11 凸轮机构的压力角4.4.2 凸轮基圆半径的选择（1）根据凸轮的结构确定rb（2）根据amaxa确定rb4.4.3 滚子半径的选择（1）当理论廓线内凹时，r=r+rrH（2）当理论廓线外凸时，r=rrr这时可分三种情况： rrr时，r0，这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线见图4-16(b)； r=rr时，r=0，实际廓线变尖见图4-16，极易磨损，不能使用。 rrr时，r0，即实际廓线出现交叉见图4-16(d)，交点以外的廓线在加工时将被切去，致使从动件不能按预定的运动规律运动，这种现象称为失真。4.4.4 凸轮的结构1凸轮在轴上的固定方式当凸轮轮廓尺寸接近轴径尺寸时，凸轮与轴可做成一体，当尺寸相差比较大时，凸轮和轴的固定采用键联接或销联接。2滚子及其联接3凸轮和滚子的材料凸轮和滚子常用的材料有45、20Cr、18CrMnTi或T9、T10等并经表面淬火处理。三、 课堂小结本次课我们介绍了图解法设计凸轮轮廓，掌握相应画法。掌握盘形凸轮机构的结构设计及设计参数的选择。四、 课堂练习P44 3、4、5、6五、 作业布置P45 4-1教学课题: 第5章 齿 轮 机 构5.1 概述 5.2 渐开线齿廓5.3 各部分名称、基本参数及渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算教学时间: 教学班级: 教学地点: 教学目的与要求：1、了解齿轮的分类及特点 2、理解渐开线的形成及性质 3、掌握标准直齿轮主要参数的计算教学重点与难点: 1、渐开线的形成及性质 2、齿轮的计算公式教学方式与手段: PPT教学用具： 参考资料：机械设计基础 刘小群主编 教学过程：利用图片教学了解齿轮的分类，及运动特点。理解并掌握渐开线的特性，为后续学习打下基础。理解齿轮各部分的名称及计算公式。 一、 复习旧课（含作业讲评）上一章我们介绍了凸轮机构传动，了解凸轮机构的基本类型及应用，从动件常用运动规律及其所产生的冲击类型，掌握图解法设计盘形凸轮的轮廓，及凸轮结构设计和设计参数的选择。二、 讲授新课5.1 概述1、按照齿轮轴线间相互位置、齿向和啮合情况。 按照齿廓曲线的形状，齿轮传动又可分为渐开线齿轮传动、摆线齿轮传动和圆弧齿轮传动。按齿轮传动是否封闭，齿轮传动还可分为开式齿轮传动和闭式齿轮传动。齿轮传动在工作过程中两项基本要求。 传动平稳 承载能力高5.2 渐开线齿廓5.2.1 渐开线的形成和性质根据渐开线的形成，可知渐开线具有下列性质。 发生线从位置I滚到位置时，发生线沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长 渐开线上任一点的法线必与基圆相切。 渐开线的形状取决于基圆的大小。 因渐开线是从基圆开始向外展开的，故基圆以内无渐开线。 渐开线上各点压力角不相等。离基圆越远，压力角越大。图5-1渐开线的形成及齿廓啮合的基本定律5.2.2 齿廓啮合基本定律相互啮合传动的一对齿轮，在任一啮合位置时的传动比都与连心线O1O2被啮合点K处的公法线nn所分成的两线段成反比。如果要求两轮的传动比恒定，则必须使过啮合点所作的公法线nn与连心线O1O2的交点即P点为固定点。这就是齿廓啮合的基本定律。5.3齿轮各部分名称、基本参数及渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算5.3.1 齿轮各部分名称及符号 图5-2齿廓各部分的名称1齿顶圆、齿根圆da和ra表示。2齿厚、齿槽宽和齿距用sK表示。用eK表示。用pK表示。pK=sK+eK 3分度圆p=s+e4齿顶高、齿根高、齿高用ha、hf、h表示。 5.3.2 渐开线齿轮的基本参数1模数分度圆直径d与齿距p及齿数z之间的关系为pd=pz2压力角 我国标准规定，分度圆上的压力角为标准压力角，其值为20度。3齿顶高系数和顶隙系数 4齿数5.3.3 标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算见表53三、 课堂小结本次课开始介绍齿轮机构。掌握渐开线齿廓形成原理，齿轮参数及尺寸计算。四、 课堂练习P70 1、2五、 作业布置P71 5-1教学课题: 第5章 齿 轮 机 构5.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动教学时间: 教学班级: 教学地点: 教学目的与要求：1、理解各基本概念 2、理解并掌握渐开线齿廓中啮合的特性 3、理解齿轮正确啮合的条件 4、理解齿轮传动的连续条件教学重点与难点: 1、渐开线齿轮啮合的特性 2、齿轮正确的啮合条件 3、齿轮传动的连续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：理解并掌握这四个特性。充分利用多媒体资料讲解让学生理解推导的过程一、复习旧课（含作业讲评）上次课我们开始介绍齿轮机构。掌握渐开线齿廓形成原理，齿轮参数及尺寸计算。这节课我们要接着介绍渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动特性。二、 讲授新课5.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动5.4.1 节点、节圆、啮合线和啮合角 图5-3渐开线齿廓的啮合N1N2与两轮连心线O1O2交于定点C，这个定点称为节点。以轮心为圆心，过节点所做的圆称为节圆。所有啮合点所在的直线N1N2为啮合线。啮合线与两轮节圆的内公切线所夹的锐角称为啮合角。5.4.2 渐开线齿廓啮合特性1.瞬时传动比恒定律i=1/2=O2C/O1C=常数一对渐开线齿轮传动具有瞬时传动比恒定的特性，因而符合齿轮传动的基本要求。 2.中心距可分性渐开线齿轮的传动比等于两轮基圆直径的反比。当实际中心距较设计值产生误差时，其传动比仍保持不变。这就是渐开线齿轮传动的中心距可分性。对于标准齿轮，这一可分性只限于制造、安装误差和轴的变形、轴承磨损等微量范围内。中心距增大，两轮齿侧的间隙增大，传动时会产生冲击、噪声等。3.齿廓间作用的压力方向不变齿廓间作用的压力方向沿着齿廓的法线方向，也就是沿啮合线方向。啮合线为固定的直线，所以齿廓间作用的压力方向不变。4齿廓间的相对滑动在啮合传动时，齿廓间将产生相对滑动。两轮在节点处的速度相同，所以节点处齿廓间没有相对滑动，距节点愈远，齿廓间的相对滑动愈大。5.4.3 正确啮合条件两轮的相邻轮齿同侧齿廓沿法线的距离（称法向齿距，以pn表示）必须相等，即pn1=pn2，前对齿在a1点啮合时，后对齿不是相互嵌入，就是分离，均不能正确啮合。一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是：两轮的模数和压力角必须分别相等。图5-4正确啮合条件5.4.4 连续传动条件及重合度图5-5连续传动条件B1B2/Pb1式中，表示实际啮合线段B1B2与基圆齿距pb的比值，称为重合度。重合度越大，表示同时参加啮合的轮齿对数越多，传动越平稳。重合度的详细计算公式可参阅有关机械设计手册。对于标准直齿圆柱齿轮传动，其重合度一般大于1，故可保证连续传动。5.4.5 标准中心距 标准中心距也可表示为两轮分度圆半径之和 内啮合圆柱齿轮传动，当标准安装时，其标准中心距计算公式为三、 课堂小结本次课介绍了渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动，掌握渐开线齿廓啮合特性，正确啮合条件，连续传动条件及重合度，标准中心距的计算。四、 课堂练习P70 3、4五、 作业布置 P71 5-4教学课题: 第5章 齿 轮 机 构5.5 渐开线齿轮的切齿原理5.6 渐开线齿轮的根切现象和最少齿数教学时间: 教学班级: 教学地点: 教学目的与要求：1、理解渐开线齿轮的切齿原理 2、理解并掌握渐开线齿轮根切现象教学重点与难点: 1、渐开线齿轮的切齿原理 2、渐开线齿轮根切现象教学方式与手段: 教学用具： 参考资料：机械设计基础 刘小群主编 教学过程：理解这两种加工方法的各自特点。结合PPT，了解其推导过程。了解这两种测量方法。一、复习旧课（含作业讲评）上次课介绍了渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动，掌握渐开线齿廓啮合特性，正确啮合条件，连续传动条件及重合度，标准中心距的计算。接下来我们要介绍渐开线齿轮的切齿原理及根切现象。二、 讲授新课5.5 渐开线齿轮的