《机械设计基础》教案

1课程名称2一、教学设计授课内容绪论学时2学时（第1次课）授课教师XXXX授课班级授课地点多媒体教室课程类型☐理论□实践□理实一体教学目标知识目标1.掌握认识机器、机构的特征2.认识构件与零件3.了解《机械设计基础》课程性质与任务4.了解机械发展的现状与展望能力目标1.会区别机器与机构2.会区别零件与构件素质目标1.通过机械发展的现状与展望，培养学生的爱国情怀。2.通过区别机器与机构，零件与构件，培养学生独立思考，灵活运用所学知识解决实际问题的应用能力。课堂思政学生讲述所了解工业4.0了解国之重器，激发学生的爱国热情知识点1.认识机器、机构的特征2.认识构件与零件3.了解《机械设计基础》课程性质与任务4.了解机械发展的现状与展望技能点1.会区别机器与机构2.会区别零件与构件教学重点机器、机构、构件和零件的区别与联系教学难点机器、机构、构件和零件的区别与联系教学资源教材及参考资料教材：《机械设计基础》，李慧娟，华中科技大学出版社，十三五职业教育国家规划教材修订版参考资料：1.《机械设计基础》，张小娟，东北师范大学出版社；2.《机械设计基础》，王大康，高等教育出版社。媒体及平台《机械设计基础》职教云在线课程教学方法教法:问题导向教学法；讲授法；任务驱动法；案例教学法学法:小组讨论法二、教学实施（包括但不仅限以下内容）（一）本次课内容知识导图3（二）教学内容课前1.职教云上传学习视频，课件，发布上课内容及学习要求。2.发布问题：什么是机器？请举例你所见到的机器。课中1.机器与机构（知识点）发出问题：什么是机器？请举例你所见到的机器。展示方式：观看动画、图片机械是机器和机构的总称，是人类在长期生产和生活实践中应用的重要劳动工具。在现代生产和日常生活中，机械应用于各个领域，如建筑、冶金、石油、化工、纺织、食品、信息等，起着非常重要的作用。机器具有三个共同特征：（1）都是人为的实物组合；（2）各实物之间有确定的相对运动；（3）能够代替或减轻人类劳动，能完成机械功或转换机械能。凡同时具备以上三个特征者称为机器。仅具备前两个特征者称为机构。机器与机构区别与联系机器：既能实现确定的机械运动，又能做有用的机械功或完成能量、物料与信息转换和传递的装置称机器。机构：只能用来运动力或改变运动形式的机械传动装置称机构。2.构件与零件（知识点）构件：组成机构的各个相对运动的的基本单元称为构件。构件可以是一个单个的零件,如内燃机中的曲轴，也可以是由几个零件刚性地连接组成的整体，构件是机械中基本的运动单元。零件：是机械中基本的制造单元。从制造的角度看,机器是由若干零件组成的。构件与零件的区别与联系3.本课程的性质和任务（知识点）本课程的性质本课程是一门理论性、实践性、综合性较强的技术基础课。要综合应用工程制图、工程力学、金属工艺学等课程知识解决机械设计中的问题,是机械类或近机类专业的主要课程之一，在教学中具有承上启下的作用，是机械工程技术人员及管理人员必修的课程。4本课程的任务本课程的研究对象是一般工作条件下的常用机构和通用机械零件。学生通过完成各项目中的设计、加工、安装与维护任务，掌握常用机构和通用机械零件的工作原理、结构特点、设计与加工方法。4.机械发展的现状与展望（知识点）步骤1：了解工业4.0所谓工业4.0(Industry4.0)，是基于工业发展的不同阶段作出的划分。按照目前的共识，工业1.0是蒸汽机时代，工业2.0是电气化时代，工业3.0是信息化时代，工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代，也就是智能化时代。工业4.0其实就是“互联网+制造”。“工业4.0”是德国推出的概念，美国叫“工业互联网”，我国叫“中国制造2025”，这三者本质内容是一致的，都指向一个核心，就是智能制造。以智能化为灵魂的“工业4.0”，缔造了一个制造业美好未来的梦想，在全球引发了一场工业革命和产业升级的巨变。工业4.0的五大特点互联：互联工业4.0的核心是连接，要把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地联系在一起。数据：工业4.0连接和产品数据、设备数据、研发数据、工业链数据、运营数据、管理数据、销售数据、消费者数据。集成：工业4.0将无处不在的传感器、嵌入式中端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络。通过这个智能网络，使人与人/人与机器、机器与机器、以及服务与服务之间，能够形成一个互联，从而实现横向、纵向和端到端的高度集成。创新：工业4.0的实施过程是制造业创新发展的过程，制造技术、产品、模式、业态、组织等方面的创新，将会层出不穷，从技术创新到产品创新，到模式创新，再到液态创新，最后到组织创新。转型：对于中国的传统制造业而言，转型实际上是从传统的工厂，从2.0、3.0的工厂转型到4.0的工厂，整个生产形态上，从大规模生产，转向个性化定制。实际上整个生产的过程更加柔性化、个性化、定制化。这是工业4.0一个非常重要的特征。工业4.0是涉及诸多不同企业、部门和领域，以不同速度发展的渐进性过程，跨行业、跨部门的协作成为必然。工业4.0和物联网正在向全球不同行业扩散，在自己的商业环境中实施工业4.0和物联网技术，企业将有更多机会创造盈利模式。步骤2：了解国之重器（1）蛟龙号载人潜水器2016年5月22日，成功完成在雅浦海沟的最后一次科学应用下潜，最大下潜深度达6579米。2018年5月8日，国家深海基地管理中心副总工程师丁忠军透露，“蛟龙”号载人潜水器计划于2020年6月至2021年6月执行环球航次。（2）港珠澳大桥是中国境内一座连接香港、珠海和澳门的桥隧工程，位于中国广东省伶仃洋区域内，为珠江三角洲地区环线高速公路南环段。（3）蓝鲸号它既可以将吊具深入水下150米,又可以将重物提升到水上125米。最高点130米，相当5于40多层楼高，最高起重高度可达110米；整个浮吊船可同时容纳300人食宿作业，并设有直升机停机坪，自航速度达到11个节级。它的一大特点就是起重臂可以放倒或旋转,十分灵活。（4）天宫一号2016年3月16日，天宫一号目标飞行器正式终止数据服务，全面完成了其历史使命。天宫一号整器结构完整，运行轨道仍在持续、密切跟踪监视之中，平均轨道高度约370公里。（5）鲲龙-600中国低档水栖飞机水轰5时隔30多年的继任者。是世界在研最大的水陆两用飞机，2016年7月23日总装下线（一期产品），原预估最大平飞速度555公里/小时，一期产品为500公里/小时。2017年2月13日成功试车。5.参观机械设计陈列柜机械设计陈列柜演示实验实验目的：（1）通过观看机械设计陈列柜，加强对常见机械传动装置的认识，了解各种常见机械传动结构和特点。（2）通过观看机械零件陈列柜，加强对通用零件的基本类型、结构形式的认识，提高机械设计能力。设备连杆机构设计陈列柜、凸轮机构设计陈列柜、齿轮机构混合陈列柜、标准件设计陈列柜、间歇机构陈列柜、齿轮系设计陈列柜、带与链传动设计陈列柜、螺纹和螺旋传动设计陈列柜等。实验要求（1）观察各种连杆机构的组成结构，各种运动副之异同，这些机构之间内在联系。（2）观察各种凸轮机构的原动件和从动件的结构特点及运动的不同形式，哪些是平面凸轮，哪些是空间凸轮。（3）观察齿轮传动的类型及旋转方向？（4）观察标准件的类型，螺栓、螺钉、垫圈与螺母有哪些类型？（5）观察各种间歇机构的原动件和从动件的运动情况，哪些是平面机构，哪些是空间机（6）观察轮系的结构与运动情况，哪些是定轴轮系，哪些是周转轮系。（7）观察带传动与链传动的类型，原动件和从动件的运动情况。（8）螺纹有哪几种类型？有哪些螺旋机构？思考与讨论题（1）观察连杆机构陈列柜，思考与讨论下列问题：1）你所看到的曲柄摇杆、曲柄滑块机构由哪些基本构件所组成？2）组成平面四杆机构的运动副有什么共同特点？你能说出它们的类型和名称吗？（2）观察凸轮机构设计陈列柜：1）凸轮机构由哪些构件组成，其中的运动副与连杆机构相比有和异同。2）你能说出凸轮机构有哪些类型，它们分别叫什么名称吗？（3）观察间歇运动机构陈列柜，试说明：1）该柜中各机构中从动件的运动与连杆机构相比有何不同之处？2）你能说出几种间歇机构的类型、名称吗？6（4）观察齿轮机构设计陈列柜，试说明：齿轮机构由哪些构件组成，其中的运动副与凸轮机构相比有何不同之处？（5）观察标准件设计陈列柜，你能说出标准件的类型吗？（6）观察带、链传动设计陈列柜，试说明：1）带有哪些类型？2）自行车链条是什么类型的链条？（7）观察螺纹、螺旋设计陈列柜，试说明：螺纹有哪些类型？（三）教学拓展1.学生网上去了解中国制造业发展现状相关文献。下载传阅。2.推荐学生观看国之重器相关视频。（四）教学反思课后职教云发布作业，进行网上答疑。简述机器和机构，构件与零件的区别与联系。教学小结：机械是机器和机构的总称，由零件→构件→机构→机器，机器与机构的主要区别在于：机器能转换能量和传递运动，机构只能传递运动。诊断改进：7一、教学设计授课内容平面机构的组成学时2学时（第2次课）授课教师XXXX授课班级授课地点多媒体教室课程类型□理论□实践□理实一体教学目标知识目标1.掌握平面机构的组成2.掌握运动副的分类与表示方法能力目标会画各种运动副和构件素质目标通过绘制平面机构运动副和构件图形，培养学生严谨、细致、认真的工作作风课堂思政通过绘制平面机构运动副和构件图形，培养学生严谨、细致、认真的工作作风，培养学生工匠精神。知识点1.平面机构的组成2.运动副的分类与表示方法技能点绘制平面机构运动副和构件图形教学重点绘制平面机构运动副和构件图形教学难点绘制平面机构运动副和构件图形教学资源教材及参考资料教材：《机械设计基础》，李慧娟，华中科技大学出版社，十三五职业教育国家规划教材修订版参考资料：1.《机械设计基础》，张小娟，东北师范大学出版社；2.《机械设计基础》，王大康，高等教育出版社。媒体及平台《机械设计基础》职教云在线课程教学方法教法:问题导向教学法；讲授法；任务驱动法；案例教学法学法:小组讨论法二、教学实施（一）本次课内容知识导图（二）教学内容课前1.职教云上传学习视频，课件，发布上课内容。2.发布问题：什么是构件？什么是运动副？8课中课程思政在这个信息化，数字化的年代，每一种产品的核心技术是要受到法律保护的。例如：华为企业的5G技术。但技术也是需要进行交流的，只有交流才有进步，对于机器来说，平面机构运动简图是一种交流的语言，要认真掌握交流语言，才能表达技术成就，才能展现技术成果。1.平面机构的组成机构的组成（1）构件定义：机器中每个独立的运动单元体特点：一个构件，可以是一个零件，也可能是由若干个不同零件组装起来的刚性体。从运动角度看：任何机器都是由若干个构件组合而成。构件分类从运动的观点看，机构是由若干构件组成的。一般机构中的构件可分为三类：①机架(固定件)：用来支承活动构件的构件称为机架。②原动件：运动规律已知的活动构件称为原动件。一般情况下原动件与机架相连接。在机构运动简图中，原动件上通常以箭头标示出，用以表示其运动方向。③从动件：机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件称为从动件。其中输出预期运动规律的从动件称为输出构件。机构的表示方法：简单的线条机构的运动特性与构件的外形和断面尺寸无关。因此画构件时，只要把同一构件上的运动副元素用线条连接起来即可。例如，具有两个运动副元素的构件，可以用一根直线将两个运动副元素连接起来。如下图所示。具有3个运动副元素的构件，可以用3条直线连接3个运动副元素所构成的三角形来表示，如图所示。为了说明3个运动副元素在同一构件上，应将每两条直线相交部分涂上焊接记号．或在三角形中画上斜线。如3个转动副的中心位于一直线上。依次类推，具有多个运动副元素的构件可以用连接M个运动副元素的n边形来表示。（2）运动副定义：由两个构件组成的仍能产生某些相对运动的连接(是两构件直接接触而构成的可动连接)特点：①运动副是一种联接；②运动副由两个构件组成；③组成运动副的两个构件之间有相对运动。运动副元素：把两构件上能够参加接触而构成运动副的部分运动副的分类9①平面运动副若组成运动副的两构件或两个以上构件在同一平面或相互平行平面内作相对运动，则称该运动副为平面运动副A.低副：面接触B.高副：点、线接触②空间运动副若运动副允许两构件作空间相对运动，则该运动副称为空间运动副运动副的表示方法①、低副约束转动副：两个构件间只能作相对旋转运动的运动副；约束数为2移动副：两个构件间只能作相对移动运动的运动副。约束数为2移动副的符号：②、高副约束：凸轮副：约束数为1凸轮副符号：齿轮副：约束数为1齿轮副符号：（三）教学拓展学生练习运动副和构件的表示方法（四）教学反思职教云发布作业，进行网上答疑。教学小结诊断改进一、教学设计授课内容平面机构的运动简图学时2学时（第3次课）授课教师XXXX授课班级授课地点多媒体教室课程类型□理论□实践四理实一体教学目标知识目标1.掌握平面机构运动简图概念2.掌握绘制平面机构运动简图的方法和步骤能力目标会平面机构运动简图素质目标通过绘制平面机构运动副和构件图形，培养学生严谨、细致、认真的工作作风课堂思政通过绘制平面机构运动简图，培养学生严谨、细致、认真的工作作风，培养学生精益求精的工匠精神。知识点1.平面机构运动简图概念2.绘制平面机构运动简图的方法和步骤技能点绘制平面机构运动简图教学重点绘制平面机构运动简图教学难点绘制平面机构运动简图教学资源教材及参考资料教材：《机械设计基础》，李慧娟，华中科技大学出版社，十三五职业教育国家规划教材修订版参考资料：1.《机械设计基础》，张小娟，东北师范大学出版社；2.《机械设计基础》，王大康，高等教育出版社。媒体及平台《机械设计基础》职教云在线课程教学方法教法:讲授法；任务驱动法；案例教学法学法:小组讨论法，练习二、教学实施（一）本次课内容知识导图（二）教学内容课前职教云上传学习视频，课件，发布上课内容及学习要求课中1.平面机构运动简图概念平面机构运动简图：用一些简单线条表示构件，用规定符号表示运动副的类型，并按一定比例绘制的表示机构结构和各构件间相对运动关系的简图，称为机构运动简图。讲解平面机构运动简图概念2.绘制平面机构运动简图的方法和步骤步骤1：分析机构的运动分析机构的运动：根据机构的实际结构和运动情况，找出机构的原动件及工作构件(即输出运动的构件)。步骤2：确定运动副的类型和数量确定运动副的类型和数量：确定构件数以及运动副数、类型和相对位置。一般从原动件开始，按运动传递的顺序，根据各相邻构件之间的相对运动性质，确定机构中各运动副的类型。对于转动副，应找出转动中心（铰链点对于移动副，应确定移动方位线（该线可任意平移对于高副，应画出其两元素的轮廓形状。步骤3：选择投影平面选择与各构件的运动平面相平行的平面作为绘制机构运动简图的投影面。步骤4：选择适当的比例构件实际长度/mm构件图示长度/mm步骤5：绘制平面机构运动简图选适当比例尺，用构件和运动副的符号正确绘制出机构运动简图。用字母标注各转动副，用阿拉伯数字表示各构件，用箭头表示出机构的原动件。3.举例：绘制颚式破碎机平面机构运动简图课后小结：按选定的比例尺，确定各运动副的相对位置，并按规定的符号绘出运动副；然后用线段将同一构件上的运动副连接起来代表构件；从运动件开始，按传动顺序标出各构件的编号和运动副的代号，在原动件上标出箭头以表示其运动方向。课后职教云发布作业，平面机构运动简图绘制练习，进行网上答疑。（三）教学拓展课后练习：绘制单缸四冲程内燃机、牛头刨床机构的机械简图（四）教学反思教学小结诊断改进一、教学设计授课内容机械零件强度、材料与结构工艺性学时2学时（第4次课）授课教师XXXX授课班级授课地点多媒体教室课程类型☐理论□实践□理实一体教学目标知识目标1.掌握机械零件的强度相关概念及计算2.掌握机械零件常用材料及其选择方法能力目标会选择机械零件常用材料素质目标通过机械零件的强度相关概念及计算，培养学生严谨、细致、认真的工作作风，通过机械零件常用材料的选择，培养学生解决实际问题的能力。课堂思政机械零件常用材料，稀有材料介绍，引发学生爱护环境，保护稀有自然资源。知识点1.选择机械零件常用材料2.机械零件常用材料及其选择方法技能点选择机械零件常用材料教学重点选择机械零件常用材料教学难点机械零件常用材料及其选择方法教学资源教材及参考资料教材：《机械设计基础》，李慧娟，华中科技大学出版社，十三五职业教育国家规划教材修订版参考资料：1.《机械设计基础》，张小娟，东北师范大学出版社；2.《机械设计基础》，王大康，高等教育出版社。媒体及平台《机械设计基础》职教云在线课程教学方法教法:讲授法；任务驱动法；案例教学法学法:小组讨论法，练习二、教学实施（一）本次课内容知识导图（二）教学内容课前职教云上传学习视频，课件，发布上课内容及学习要求课中引入新课机械零件丧失工作能力或达不到要求的性能时称为失效。机械零件的失效形式主要有因强度不足而断裂；过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损、打滑或过热；连接松动；压力容器、管道等的泄漏；运动精度达不到要求等。零件不发生失效时的安全工作限度称为工作能力。对载荷而言的工作能力称为承载能力。强度是反映机械零件承受载荷时抵抗破坏能力的重要指标。1、机械零件的强度相关概念及计算根据工作条件的不同，机械零件的强度可分为静强度和疲劳强度；根据破坏部位和破坏形式的不同，机械零件的强度可分为体积强度和表面强度。（1）载荷机械工作时，机械零件所受的载荷是力(拉力、压力、切向力)或力矩(弯矩、转矩)或者是由力和力矩组成的联合载荷。载荷大小或方向不随时间变化或变化缓慢的，称为静载荷；载荷大小或方向随时间变化的，称为动载荷。根据动力机的额定功率P(kW)和额定转速n(r/min)计算出的载荷称为名义载荷，如力F、转矩T等。（2）应力零件受载后产生应力δ。应力的大小或方向不随时间变化或变化绶慢的应力称为静应力。大小或方向随时间变化的应力，称为变应力。由工程力学可知，具有周期性的变应力称为循环应办，它又可分为脉动循环应力、对称循环应力和非对称循环应力。（3）机械零件的体积强度（4）机械零件的表面强度在载荷作用下，如果应力是在零件较浅的表层内产生的，则在这种应力状态下的零件强度称为表面强度。对于初始点接触或线接触的高副零件表面(如齿轮副、凸轮副及滚动轴承等)，①钢：碳的平均质量分数在0.0218%~2.11%的铁合金称为钢。钢具有较高的强(HT200~HT350)可制造承受中等静载荷的零件，如齿轮、优点是减摩性、抗烧伤性、磨合性等良好，常用于制件表面有相对运动.则应选用减摩性和耐磨性好的材料；在选用耐热材料；在腐蚀介质中工作的零件，应课后小结：1、机械零件的强度相关概念及计算课后职教云发布作业，平面机构运动简图绘制练习，进行网上答疑。（三）教学拓展课后练习：绘制单缸四冲程内燃机、牛头刨床机构的机械简图（四）教学反思教学小结诊断改进一、教学设计授课内容铰链四杆机构的基本类型、应用及演化学时2学时（第5次课）授课教师XXXX授课班级授课地点多媒体教室课程类型☐理论□实践□理实一体教学目标知识目标1.掌握铰链四杆机构的基本类型及应用2.掌握铰链四杆机构的演化能力目标会绘制铰链四杆机构简图、判别铰链四杆机构的类型素质目标通过铰链四杆机构简图绘制培养学生严谨、细致、认真的工作作风。课堂思政通过“中国天眼”由成千上万个这样构件组成，培养学生热爱劳动精神知识点1.铰链四杆机构的基本类型及应用2.铰链四杆机构的演化技能点会绘制铰链四杆机构简图、判别铰链四杆机构的类型教学重点铰链四杆机构的基本类型及判别教学难点铰链四杆机构的基本类型及判别教学资源教材及参考资料教材：《机械设计基础》，李慧娟，华中科技大学出版社，十三五职业教育国家规划教材修订版参考资料：1.《机械设计基础》，张小娟，东北师范大学出版社；2.《机械设计基础》，王大康，高等教育出版社。媒体及平台《机械设计基础》职教云在线课程教学方法教法:讲授法；任务驱动法；案例教学法学法:小组讨论法，练习二、教学实施（包括但不仅限以下内容）（一）本次课内容知识导图（二）教学内容课前职教云上传学习视频，课件，发布上课内容。课中课程思政“中国天眼”，世界最大的单口径射电望远镜，有看过他的相关图片吗？由成千上万个这样构件组成，每一个构件都包含着无数劳动者的心血。只有劳动才能创造伟大。引入新课由若干个构件通过低副联接而成的机构，称为平面连杆机构，又称平面低副机构。由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构称为平面四杆机构，它是平面连杆机构中最常见的形式。平面四杆机构可分为铰链四杆机构和衍生平面四杆机构两大类，前者是平面四杆机构的基本形式，后者由前者演化而来。讲授内容.八,平面四杆机构是平面连杆机构中的一种,它又分为铰链四杆机构和衍生平面四杆机构。机构中只有转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构；机构中既有转动副又有移动副的平面四杆机构为衍生平面四杆机构。在铰链四杆机构中，固定不动的构件AD称为机架，与机架相连的构件AB、CD为连架杆，如果连架杆绕机架上的转动中心A或D作整周转动时，则称为曲柄；如果只能在小于360°的某一角度范围内往复摆动，则称为摇杆。不与机架相连的构件BC称为连杆。1.平面连杆机构的特点平面连杆机构的主要优点1）两构件间均为低副连接，因而承受的压强小，便于润滑，磨损小，能承受较大载荷2）制造简单，便于获得较高精度3）从动件可获得多种运动轨迹。平面连杆机构的主要缺点1）低副连接存在间隙，会引起积累误差2）设计比较复杂，难以精确地实现复杂的运动规律。2.铰链四杆机构的基本类型（1）曲柄摇杆机构在铰链四杆机构中，如果两个连架杆之一为曲柄，另一个为摇杆，则称为曲柄摇杆机构。通常曲柄AB为原动件，作匀速圆周运动，摇杆CD为从动件，作变速往复动。应用：搅拌器，缝纫机脚踏板机构等。展示方式：动画（2）双曲柄机构在铰链四杆机构中，如果两个连架杆均为曲柄，则称为双曲柄机构。展示方式：动画应用：惯性筛机构。在双曲柄机构中，当两曲柄长度相等，连杆与机架的长度也相等且彼此相互平行时，称为平行四边形机构。此机构两曲柄的运动规律完全相同，主要用于多个平行轴之间的传动。在机构运动的过程中，当曲柄与连杆共线时，从动曲柄可能沿正、反两个方向转动，为了消除平行四边形机构的这种运动不确定的状态，以保证机构具有确定的运动，在工程上可以利用从动件的质量或在从动件上加装飞轮以增大惯性；也可以在机构中添加附加构件以增加虚约束；还可采用采用多个相同机构错位，如机车车轮联动机构。在平行四边形机构中，若连杆和机架不平行，则称反向双曲柄机构，其特点是两曲柄转向相反且角速度不同，如车门启闭机构。（3）双摇杆机构在铰链四杆机构中，如果两个连架杆均为摇杆，则称为双摇杆机构。展示方式：动画应用：鹤式起重机中的四杆机构即为双摇杆机构，电风扇摇头机构。在双摇杆机构中，如两摇杆的长度相等，则称为等腰梯形机构，如汽车前轮转向机构。3.铰链四杆机构的演化（1）改变运动副的类型1）一个转动副转化为移动副曲柄摇杆机构，当摇杆3和机架4的长度同时增长,则C点的轨迹圆弧mm将趋于平直，当摇杆3和机架4的长度同时增至无穷大时，C点的轨迹圆弧变成直线。杆3的运动由摆动变为移动。这样就演化为曲柄滑块机构。如果滑块的导路中心线通过曲柄回转中心，则称为对心曲柄滑块机构，不通过曲柄回转中心，有偏心距e，则称为偏置曲柄滑块机构。曲柄滑块机构广泛用于内然机、冲床、空气压缩机等机械中。展示方式：动画2）两个转动副转化为移动副在曲柄滑块机构中，铰链B相对于铰链C的运动轨迹为圆弧，若将连杆2看成滑块沿着圆弧aa运动，此时运动性质没有发生改变，若将连杆2的长度增至无穷大时，就变成了正弦机构。此机构从动件3的位移s与原动件的转角φ的正弦成正比,即s=LABsinφ。正弦机构主要用于仪表和计算装置中。展示方式：图片3）扩大转动副在曲柄滑块机构中，将转动副B的销轴半径扩大到超过曲柄长度，使曲柄成为绕A点转动的偏心轮，这种机构称为偏心轮机构。AB之间距离称为偏心距，它等于曲柄长度。因转动副尺寸变大并不改变运动特性，所以此机构的运动特性完全和曲柄滑块机构相同。偏心轮机构主要用于小型水泵和冲床等多种机床夹具中。展示方式：图片（2）取不同的构件为机架曲柄滑块机构中，若取杆2为机架，则机构演化成导杆机构。其中杆1称为导杆。若杆长＜l3，杆3整周回转时，导杆1也作整周回转，这种导杆机构称为转动导杆机构。如：小型刨床的运动机构。展示方式：图片若l2＞l3，杆3整周回转时，导杆1只能在一定范围内摆动，则称为摆动导杆机构。例如：牛头刨床运动机构。展示方式：图片曲柄滑块机构中，若取构件3为机架，则演化成曲柄摇块机构。这种机构应用于各种摆动式原动机及工作机中。如：自卸卡车翻斗机构。展示方式：图片曲柄滑块机构中，若取杆4为机架，则演化成定块机构。这种机构常用于手动抽水机构，如：手动唧筒机构。展示方式：图片课后小结：1.平面连杆机构的特点2.铰链四杆机构的基本类型3.铰链四杆机构的演化（三）教学拓展绘制铰链四杆机构的运动简图。（四）教学反思教学小结诊断改进一教学设计授课内容学时2学时（第6次课）授课教师XXXX授课班级XXXX授课地点多媒体教室课程类型☐理论□实践□理实一体教学目标知识目标1.掌握铰链四杆机构的曲柄存在条件及类型的判别方法2.掌握铰链四杆机构的基本特性能力目标会绘制铰链四杆机构简图、判别铰链四杆机构的类型素质目标通过铰链四杆机构简图绘制培养学生严谨、细致、认真的工作作风。课堂思政通过铰链四杆机构基本特性，网上观看“紧急迫降”电影，培养学生严谨、细致、认真的工作作风。知识点1.铰链四杆机构的曲柄存在条件及类型的判别方法2.铰链四杆机构的基本特性技能点会利用曲柄存在条件，判断铰链四杆机构的类型教学重点铰链四杆机构的基本特性及应用会利用曲柄存在条件，判断铰链四杆机构的类型教学难点会利用曲柄存在条件，判断铰链四杆机构的类型教学资源教材及参考资料教材：《机械设计基础》，李慧娟，华中科技大学出版社，十三五职业教育国家规划教材修订版参考资料：1.《机械设计基础》，张小娟，东北师范大学出版社；2.《机械设计基础》，王大康，高等教育出版社。媒体及平台《机械设计基础》职教云在线课程教学方法教法：讲授法；任务驱动法；案例教学法学法：小组讨论法，练习二、教学实施（一）本次课内容知识导图（二）教学内容课前职教云上传学习视频，课件，发布上课内容。课中1、铰链四杆机构的类型判别（1）曲柄存在的条件展示方式：动画铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于各个构件的相对尺寸关系和机架的位置。如图所示的铰链四杆机构，设各杆长度分别为a、b、c、d。当曲柄AB回转一周时，它与连杆有两次共线，这时曲柄与摇杆的对应位置分别为AB1与C1D；AB2和C2D。分别构成ΔAC1D和ΔAC2D。曲柄摇杆机构根据三角形任意两边之和大于第三边的定理可得当曲柄连杆与机架共线时，上式等式存在，即a+d≤b+c（4）把以上不等式两两相加可得a≤d（5）由上式可知：①在曲柄摇杆机构中，曲柄是最短杆；②最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，这两个条件是曲柄存在的必要条件。（2）铰链四杆机构的类型判别如图所示曲柄摇杆机构中，曲柄AB相对于机架AD及连杆BC作整周转动。而摇杆CD相对于机架及连杆只能作小于360°的摆动。若取BC为机架，曲柄AB与摇杆CD的运动情况与图a相同，如图b所示。若取AB为机架，根据相对运动原理，AD、BC两构件分别绕A、B两点作整周运动，形成双曲柄机构，如图c所示。若取CD为机架，AD和BC两构件分别绕C、D作小于360°的摆动，形成双摇杆机构，如图d所示。abc由以上分析可得铰链四杆机构类型的判别通则：①若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，无论以哪个构件为机架，都不存在曲柄，故为双摇杆机构。②若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，以不同的构件为机架，则有以下三种铰链四杆机构：以最短杆的邻边之一作为机架，成为曲柄摇杆机构；以最短杆边作为机架，成为双曲柄机构；以最短杆的对边作为机架，成为双摇杆机构。铰链四杆机构类型的判别通则：①若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，无论以哪个构件为机架，都不存在曲柄，故为双摇杆机构。②若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，以不同的构件为机架，则有以下三种铰链四杆机构：以最短杆的邻边之一作为机架，成为曲柄摇杆机构；以最短杆边作为机架，成为双曲柄机构；以最短杆的对边作为机架，成为双摇杆机构。2、铰链四杆机构的基本特性（1）机构的急回特性展示方式：图片曲柄摇杆机构，在主动件曲柄AB沿顺时针方向转动一周的过程中，有两次与连杆BC共线，此时摇杆CD分别位于C1D和C2D两极限位置，摇杆在两极限位置的夹角ψ称为摆角。曲柄AB与连杆两次共线位置之间所夹锐角θ称为极位夹角。当曲柄AB以等角速度ω从AB1转过φ1=180°+θ角到达AB2时，摇杆CD从左极限位置C1D摆到右极限位置C2D，即转过摆角ψ,此行程若做功，则称为工作行程。其所需时间为t1，即 点的平均速度为v1，即当曲柄AB从AB2位置再转过φ2=180°-θ角时，摇杆CD从C2D又摆回到C1D，此行程若不做功，称为空回行程。其所需要时间为t2，即点的平均速度为v2，即显然φ1＞φ2，于是t1＞tv1，由此可知，当曲柄等速回转时，摇杆往返摆动的角速度不同，在摆回来时有较大的角速度，表明机构具有急回运动特性。在生产实际中，常利用机构的急回特性来缩短空载行程时间，以提高生产率。机构的急回特性可以用行程速度变化系数K来表达（2）传力特性曲柄摇杆机构，若忽略各杆的质量和运动副中的摩擦影响，则主动曲柄AB经连杆BC传递到摇杆CD的作用力F必和BC共线。力F与C点的绝对速度vc之间所夹的锐角α称为压力角。压力角的余角γ,称为传动角。将力F分解成沿υc方向的分力Ft=Fcosα和垂直于υc方向的分力Fn=Fsinα。显然，Ft是推动摇杆运动的有效分力，而Fn只能对摇杆CD产生径向压力，它引起摩擦阻力，是有害力。可见压力角α越小，传动角γ越大,有效分力Ft越大,机构越省力。在机构运动过程中，其传动角是不断变化的，为了保证机构具有良好的传动性能，通常使γmin≥40°,传动力矩较大时，则要使γmin≥50°。展示方式：图片在曲柄摇杆机构设计中还要检验传力性能，也即要找出最小传动角，看其是否符合要求。压力角α越小，传动角γ越大,有效分力Ft越大,机构越省力。（3）死点位置曲柄摇杆机构中，如果以摇杆3为原动件，曲柄2为从动件，当摇杆摆到极限位置C1D和C2D时，连杆2与曲柄1共线，若不计各构件质量，则这时连杆加给曲柄的力将通过铰链中心A，压力角α=90°,此时力F对A不产生力矩，因此不能使曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。死点位置会使机构的从动件出现卡死或运动不确定现象。例如：所示缝纫机的踏板机构，以踏板1作为原动件往复摆动，通过连杆2使曲柄3（从动件）作整周转动。当机构处于死点位置时，会出现踏不动或倒车现象。使用时，借助曲柄上的大带轮的惯性作用，使从动曲柄冲过死点位置。用作传动的机构，应避免或设法通过死点位置。采用的方法是对从动曲柄施加转动力矩，或利用飞轮及构件自身的惯性，使机构顺利通过死点位置。机构用作夹紧或需要夹紧的装置，则要设置和利用死点位置。如：钻床夹紧机构，用力F将手柄3按下，便可使工件5夹紧。外力撤出后，工件的反作用力R作用于构件2，这时构件2是原动件，由于连杆3与从动件4共线，机构处于死点位置，因此夹具卡死不动。如飞机的起落架，当飞机着陆时，机轮虽受力很大，但因杆2与杆3共线，机构处于死点位置，机轮不能折回，从而提高了起落架的工作可靠性。课后（三）教学拓展1.网上观看“紧急迫降”电影2.课后练习：a.判断机构类型例：判断两图示机构类型b.确定构件尺寸例：若要求该机构为曲柄摇杆机构，问AB杆尺寸应为多少？（四）教学反思教学小结诊断改进一、教学设计授课内容平面四杆机构的设计学时2学时（第7次课）授课教师XXXX授课班级XXXX授课地点多媒体教室课程类型□理论□实践四理实一体教学目标知识目标1.掌握平面四杆机构的设计方法2.会利用图解法设计平面四杆机构；能力目标1、利用图解法按给定连杆位置设计平面四杆机构；2、利用图解法按给定行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构；素质目标1.通过平面四杆机构的设计，培养学生严谨、细致、认真的工作作风。2.通过平面四杆机构的设计，培养学生独立思考，灵活运用所学知识解决实际问题的应用能力。课堂思政通过平面四杆机构的设计，培养学生独立思考，灵活运用所学知识解决实际问题的应用能力和精益求精的工匠精神。知识点1.平面四杆机构的设计方法2.图解法设计平面四杆机构（曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构）的方法；技能点会利用图解法设计平面四杆机构（曲柄摇杆机构）教学重点会利用图解法设计平面四杆机构（曲柄摇杆机构）教学难点会利用图解法设计平面四杆机构（曲柄摇杆机构）教学资源教材及参考资料教材：《机械设计基础》，李慧娟，华中科技大学出版社，十三五职业教育国家规划教材修订版参考资料：1.《机械设计基础》，张小娟，东北师范大学出版社；2.《机械设计基础》，王大康，高等教育出版社。媒体及平台《机械设计基础》职教云在线课程教学方法教法：讲授法；任务驱动法；案例教学法学法：小组讨论法，练习二、教学实施（一）本次课内容知识导图（二）教学内容课前职教云上传学习视频，课件，发布上课内容。课中1.平面四杆机构的设计方法平面四杆机构的设计方法有图解法、解析法和实验法。解析法设计四杆机构相当复杂，但精度高，随计算机的发展，此方法得到了推广；实验法设计四杆机构适用于按照给定点的轨迹进行设计；图解法设计四杆机构简单、直观，但精度较低。2.按给定连杆两位置设计平面四杆机构任务书：如图所示为平面四杆机构中连杆所在的两个位置，B1C1成水平线，B2C2与水平线成15°,B1E=100mm，B2点在E点正下方，与E点距离也为100mm，且连杆长度为300mm，根据连杆图示两位置，用图解法设计此平面四杆机构。任务实施（1）选用比例尺μl=10mm/mm，按已知条件画出连杆的两位置B1C1和B2C2,。（2）作线段B1B2中垂线b12和C1C2中垂线c12。（3）在b12上任取一点A，在c12上任取一点D，连接ABCD，则ABCD即为所求的四杆机各杆长度分别是：由于A、D两点是在b12和c12上任意选择的，所以有无穷多解，必须给出辅助条件，如最小传动角、各杆的尺寸范围或其他结构上的要求等，才能得确定的解。若曲柄长度为100mm，摇杆长度为330mm，则可作出唯一的曲柄摇杆机构。（4）以B1为圆心，以10mm为半径作圆弧，交B1B2中垂线b12与A点，以C1为圆心，以33mm为半径作圆弧，交C1C2中垂线c12与D点，连接AD，则ABCD为所求的四杆机构。3.按给定行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构任务书已知：摇杆长度lCD=300mm、摆角ψ=50°、行程速度变化系数K=1.2，设计此曲柄摇杆机构。任务分析设计具有急回特性的四杆机构时，往往是根据实际工作需要，给定行程速度变化系数K值及一定的富足条件，确定机构各构件的长度尺寸。本任务已知摇杆的长度lCD、摆角ψ和行程速度变化系数K，设计的实质是确定曲柄固定铰链中心A的位置，从而确定曲柄、连杆和机架的长度。任务实施（1）由给定的K值，求出极位夹角θ,即（2）作摇杆两极限位置选取比例μl=10mm/mm，任选一点D作为摇杆回转中心，并由摇杆长度lCD、摆角ψ作出摇杆的两极限位置DC1和DC2,。（3）作辅助圆连接C1、C2，作C1C2的中垂线l1，作∠C1C2O=90°-θ=73.7°,得交点O点，以O点为圆心，OC1为半径，作辅助圆。圆弧C1C2所对的圆心角∠C1OC2＝2θ。（4）确定曲柄固定铰链中心A根据从动件工作行程方向和曲柄转向，在辅助圆周上任取一点A为曲柄固定铰链中心，连接AC1和AC2，取得AC1和AC2的长度。A点与C1、C2两点的连线所构成的圆周角必等于θ。（5）计算各杆长度量取线段AC1、AC2的长度，AC1=20.5mm、AC2=44.5mm。设曲柄的长度为lAB，连杆的长度为lBC，由机构在极限位置时曲柄与连杆共线的关系可知：AC1＝lBC－lAB、AC2＝lBC+lAB,从而得曲柄与连杆的长度，即也可用图解法求解。作图时由于A点可以在以O点为圆心，OC1为半径的圆周上任意选取，所以可得到无穷多解，设计时可以根据某些附加条件，才可得到唯一解。若机架lAD=350mm，以D点为圆心,以DA=350mm作圆弧，交圆O于A点，则A点即为所（三）教学拓展（1）已知：摇杆长度lCD=300mm、曲柄长度lAB=100mm、摆角ψ=60°、行程速度变化系数K=1.5，设计此曲柄摇杆机构。（四）教学反思教学小结诊断改进一、教学设计授课内容平面四杆机构的设计学时2学时（第8次课）授课教师XXXX授课班级XXXX授课地点多媒体教室课程类型□理论□实践四理实一体教学目标知识目标1.掌握平面四杆机构的设计方法2.会利用图解法设计平面四杆机构；能力目标1、利用图解法按给定行程速度变化系数K设计曲柄滑块机构。素质目标1.通过平面四杆机构的设计，培养学生严谨、细致、认真的工作作风。2.通过平面四杆机构的设计，培养学生独立思考，灵活运用所学知识解决实际问题的应用能力。课堂思政通过平面四杆机构的设计，培养学生独立思考，灵活运用所学知识解决实际问题的应用能力和精益求精的工匠精神。知识点1.平面四杆机构的设计方法2.图解法设计平面四杆机构（曲柄滑块机构）的方法；技能点会利用图解法设计平面四杆机构（曲柄滑块机构）教学重点会利用图解法设计平面四杆机构（曲柄滑块机构）教学难点会利用图解法设计平面四杆机构（曲柄滑块机构）教学资源教材及参考资料教材：《机械设计基础》，李慧娟，华中科技大学出版社，十三五职业教育国家规划教材修订版参考资料：1.《机械设计基础》，张小娟，东北师范大学出版社；2.《机械设计基础》，王大康，高等教育出版社。媒体及平台《机械设计基础》职教云在线课程教学方法教法：讲授法；任务驱动法；案例教学法学法：小组讨论法，练习二、教学实施（一）本次课内容知识导图（二）教学内容课前职教云上传学习视频，课件，发布上课内容。课中按给定行程速度变化系数K设计曲柄滑块机构任务书已知：曲柄滑块机构中，滑块的行程H=100mm，偏心距e=20mm，行程速度变化系数K=1.4,设计此偏置曲柄滑块机构。任务分析本任务已知滑块的行程H=100mm，偏心距e=20mm，行程速度变化系数K=1.4，，设计的实质是确定曲柄固定铰链中心A的位置，从而确定曲柄、连杆的长度。任务实施2、作滑块的两极限位置选取比例μl=4mm/mm，作出滑块的极限位置C1、C2,，并使C1C2=H/μ1=25mm。3、作辅助圆作C1C2的中垂线l1，并在中垂线上找一点O，使∠OC1C2＝90°-θ=60°,以O点为圆心，OC1为半径作辅助圆。4、确定曲柄固定铰链中心A作C1C2的平行直线l2，且使l2到C1C2的距离为偏心矩直线l2与辅助圆周交于A、A′两点，连接AC1、AC2，则AC1、AC2为滑块处于两极限位置时曲柄与连杆的共线位置。A点即为所求的曲柄固定铰链中心。5、计算各杆的长度量取线段AC1、AC2的长度，AC1=8mm、AC2=32mm，可求得曲柄长度和连杆长度。取A′为曲柄回转中心所得曲柄滑块机构和取A点相同，所以设计的曲柄滑块机构是唯一（三）教学拓展（1）已知:行程速度变化系数K=1.2,机架长度为100mm,设计此导杆机构。（四）教学反思教学小结诊断改进一、教学设计授课内容凸轮机构类型、特点及应用学时2学时（第9次课）授课教师XXXX授课班级XXXX授课地点多媒体教室课程类型☐理论□实践□理实一体教学目标知识目标1.掌握凸轮机构的应用2.掌握凸轮机构的类型及特点3.掌握凸轮机构的运动过程和基本参数能力目标会分析凸轮机构运动过程和绘制凸轮机构运动简图素质目标通过凸轮机构的运动特点分析，培养学生独立思考能力。课堂思政通过凸轮机构的运动过程和基本参数教学，培养学生独立思考，灵活运用所学知识解决实际问题的应用能力和精益求精的工匠精神。知识点1.凸轮机构的应用2.凸轮机构的类型及特点3.凸轮机构的运动过程和基本参数技能点会分析凸轮机构运动过程和绘制凸轮机构运动简图教学重点1.凸轮机构的类型及特点2.凸轮机构的运动过程和基本参数教学难点凸轮机构的运动过程和基本参数教学资源教材及参考资料教材：《机械设计基础》，李慧娟，华中科技大学出版社，十三五职业教育国家规划教材修订版参考资料：1.《机械设计基础》，张小娟，东北师范大学出版社；2.《机械设计基础》，王大康，高等教育出版社。媒体及平台《机械设计基础》职教云在线课程教学方法教法：讲授法；任务驱动法；案例教学法学法：小组讨论法，练习二、教学实施（一）本次课内容知识导图（二）教学内容课前职教云上传学习视频，课件，发布上课内容。课中课程思政凸轮的加工是很困难的，因轮廓面是曲面，曲面形状因运动规律而不同，没有专用机床来完成，完全依靠工人师傅技术经验和技能本领来完成，需要一种精益求精的工匠精神。1、凸轮机构的应用展示方式：动画凸轮机构组成组成：凸轮——一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。从动件——被凸轮直接推动的构件。机架——相对于支撑物体固定不动的构件。凸轮机构在生产生活中的应用例：配气机构，自动送料机构，动装卸机构，绕线机构等。凸轮机构类型及特点凸轮机构的优缺点：优点：只要设计出适当的凸轮轮廓，即可使从动件实现预期的运动规律；结构简单、紧凑、工作可靠。缺点：凸轮为高副接触（点或线），压强较大，容易磨损，凸轮轮廓加工比较困难，费用较高。2、凸轮机构的类型展示方式：动画（1）按凸轮形状分按照凸轮轮廓曲线的形状，凸轮可分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮三类。1)盘形凸轮盘形凸轮是绕固定轴线转动并具有变化向径的盘形构件，它是凸轮最基本的形式。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。在以上两种凸轮机构中，凸轮与从动件之间的相对运动均为平面运动，故又统称为平面凸轮机构。3)圆柱凸轮圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件，它可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。（2）按从动件的形状分1)尖顶从动件尖顶能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，因而能实现任意预期的运动规律。但因尖顶磨损快，故适用于受力不大、运动精确的低速凸轮机构。如仪器仪表。2)滚子从动件滚子和凸轮是线接触，滚子从动件为滚动摩擦，耐磨损，可以承受较大载荷，是从动件最常用的一种型式。3)平底从动件平底从动件与凸轮轮廓表面接触的端面为一平面，接触面易于形成油膜，利于润滑，当不考虑摩擦时，凸轮与从动件之间的作用力始终与从动件平底垂直，受力平稳，传动效率高，常用于高速凸轮机构中，但只适用于外凸的凸轮轮廓。（3）按从动件运动形式分1）直动从动件2）摆动从动件3、凸轮机构的运动过程和基本参数展示方式：动画（1）基圆：以凸轮轮廓最小向径rb为半径所作的圆称为凸轮的基圆，rb为基圆半径。（2）推程及推程运动角当从动件与凸轮轮廓上A点相接触时，从动件处于上升的起始位置。凸轮以角速度ω逆时针方向转动一个角度δ0，从动件在凸轮轮廓推动下由A点到达最高位置，这个过程称为推程。凸轮相应转角δ0称为推程运动角。（3）行程在推程（回程）中，从动件移动的距离h称为行程。（4）远休止角当从动件到达最远位置后，凸轮继续转动δ1角，从动件尖顶与凸轮轮廓BC段接触，而BC段是以O为中心，OB为半径的圆弧，从动件停留在离凸轮轴心最远的位置，称为远休止，凸轮相应转角δ1称为远休止角。（5）回程及回程运动角当凸轮继续转动δ2角，从动件逐渐回到起始位置A，这个过程称为回程，凸轮相应转角δ2称为回程角。（6）近休止角当凸轮继续转动δ3角，从动件尖顶与凸轮的DA圆弧段接触，停留离凸轮轴心最近的位置A，称为近休止。凸轮相应转角δ3为近休止角。（7）从动件位移线图以凸轮转角δ或者对应的时间为横坐标，以从动件位移s为纵坐标所作的线图,称为从动件位移线图。（三）教学拓展会绘制凸轮机构运动简图（四）教学反思教学小结诊断改进一、教学设计授课内容凸轮机构从动件的运动规律学时2学时（第10次课）授课教师XXXX授课班级XXXX授课地点多媒体教室课程类型□理论□实践四理实一体教学目标知识目标1.掌握凸轮机构从动件常见的运动规律2.掌握常见从动件运动规律运动线图的绘制方法能力目标会绘制常见从动件运动规律运动线图素质目标通过绘制常见从动件运动规律运动线图，培养学生动手绘图能力。课堂思政通过绘制常见从动件运动规律运动线图，培养学生动手绘图能力。灵活运用所学知识解决实际问题的应用能力和精益求精的工匠精神。知识点1.凸轮机构从动件常见的运动规律2.常见从动件运动规律运动线图的绘制方法技能点会绘制常见从动件运动规律运动线图教学重点1.凸轮机构从动件常见的运动规律2.常见从动件运动规律运动线图的绘制方法教学难点常见从动件运动规律运动线图的绘制方法教学资源教材及参考资料教材：《机械设计基础》，李慧娟，华中科技大学出版社，十三五职业教育国家规划教材修订版参考资料：1.《机械设计基础》，张小娟，东北师范大学出版社；2.《机械设计基础》，王大康，高等教育出版社。媒体及平台《机械设计基础》职教云在线课程教学方法教法：讲授法；任务驱动法；案例教学法学法：小组讨论法，练习二、教学实施（一）本次课内容知识导图（二）教学内容课前职教云上传学习视频，课件，发布上课内容。课中1、从动件常用运动规律从动件常用的运动规律有等速运动规律、等加速等减速运动规律、余弦加速度运动规律等。它们的运动规律如下。（1）等速运动规律从动件的运动速度v为常数时的运动规律,称为等速运动规律。从动件在推程作等速运动时，其位移、速度和加速度的运动线图如图所示。在此阶段，经过时间t0(相应的凸轮转角为δ0)，从动件完成升程h，所以从动件的速度v0＝h／t度线图为水平直线，从动件的位移s=v0t，其位移线图为一斜直线，故又称直线运动规律。等速运动规律的从动件运动方程（推程）见表达式。展示方式：黑板演示由于速度为常数，所以加速度为零(a=O)，加速度线图(α-δ线图)中加速度与横坐标轴重合。从动件在推程开始和终止时其加速度发生突变，加速度理论上趋于无穷大，从动件的惯性力也趋于无穷大，将会引起巨大冲击。这种因速度突变而引起的冲击称为刚性冲击。冲击会引起振动，影响机构的正常工作，严重时会损坏机构。因此，等速运动规律的凸轮机构仅适用于低速轻载的场合。（2）等加速等减速运动规律这种运动规律是指从动件在一个行程h中，前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，其加速度的绝对值相等。从动件等加速段的运动方程（推程）见表达式。展示方式：黑板演示等加速等减速运动规律由于加速度为常数，其推程的加速度线图为水平直线、速度线图为斜直线、位移线图由两段抛物线组成。由加速度线图可以看出，在运动的起始、中间和终止位置，加速度作有限值突变，导致机构产生柔性冲击，这种运动规律可用于中速轻载的场合。等加速度抛物线图作图方法如下:1）取长度比例尺μs，在纵坐标轴上做出从动件的行程h，并将其分成相等的两部分；2)取角度比例尺μδ,在横坐标轴上做出凸轮与行程h对应的推程角δ0，将其也分成相等的两部分；3）在横坐标上将δ0/2的线段分成若干等分(图中为四等分)，得1、2、3、4各点，过这些点作横坐标的垂直线；与横坐标垂直线分别交于1"、2"、3"、4"，各点，将点O、1″、2″、3″和4″连成光滑的曲线，即为前半行程的等加速运动的位移线图。用同样的方法可得到等减速段位移曲线。从动件等减速段的运动方程（推程）见式，（3）简谐运动规律某一质点在圆周上作匀速运动时，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动称为简谐运动。从动件在推程作简谐运动的运动方程见表达式。展示方式：黑板演示由式可知，从动件的位移曲线为简谐运动曲线，速度线图是正弦曲线，加速度线图是余弦曲线，因此简谐运动规律又称为余弦加速度运动规律。由速度和加速度线图可以看出，其速度和加速度是连续的，但在运动的起始和终止位置，加速度作有限值突变，会产生柔性冲击，因此这种运动规律仅适用于中低速、轻载场合。推程时从动件的位移线图作图步骤如下：得1、2、3、4、5、6各点，过这些分点作横坐标的垂直线；2）取长度比例尺μs，以行程h为直径在纵坐标轴上画半圆，把半圆周也分成相应的等的延长线，分别交于横坐标垂直线上，得1"、2"、3"、4"、5"、6"各点，将这些点连接成光滑的曲线。课后：进行网上答疑（三）教学拓展已知：凸轮按逆时针方向转动，行程h=20mm，凸轮轴直径为40mm，从动件的运动规律为δ0°~90°90°~150°150°~240°240°~360°绘制位移线图。（四）教学反思教学小结诊断改进一、教学设计授课内容按从动件运动规律设计对心直动从动件盘形凸轮轮廓学时2学时（第11次课）授课教师XXXX授课班级XXXX授课地点多媒体教室课程类型□理论□实践四理实一体教学目标知识目标1.掌握凸轮机构的压力角和基圆半径的确定2.掌握按从动件运动规律设计对心直动从动件盘形凸轮轮廓的基本理论与方法3.掌握凸轮机构的材料及结构设计能力目标会用图解法设计对心直动从动件盘形凸轮轮廓素质目标通过绘制对心直动从动件盘形凸轮轮廓，培养学生动手绘图能力。课堂思政通过用图解法设计对心直动从动件盘形凸轮轮廓，培养学生严谨、细致、认真的工作作风。培养学生独立思考，灵活运用所学知识解决实际问题的应用能力。知识点1.凸轮机构的压力角和基圆半径的确定2.按从动件运动规律设计对心直动从动件盘形凸轮轮廓的基本理论与方法3.凸轮机构的材料及结构设计技能点会用图解法设计对心直动从动件盘形凸轮轮廓教学重点会用图解法设计对心直动从动件盘形凸轮轮廓教学难点会用图解法设计对心直动从动件盘形凸轮轮廓教学资源教材及参考资料教材：《机械设计基础》，李慧娟，华中科技大学出版社，十三五职业教育国家规划教材修订版参考资料：1.《机械设计基础》，张小娟，东北师范大学出版社；2.《机械设计基础》，王大康，高等教育出版社。媒体及平台《机械设计基础》职教云在线课程教学方法教法：讲授法；任务驱动法；案例教学法学法：小组讨论法，练习二、教学实施（一）本次课内容知识导图（二）教学内容课前：职教云上传学习视频，课件，发布上课内容。课中1、凸轮机构的压力角如图所示为对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构在推程的任一位置，从动件上的外载荷为FQ，当不考虑摩擦时，凸轮给予从动件的力Fn是沿法线方向的。从动件运动方向与力Fn方向之间所夹的锐角α即为压力角。（展示方式：图片）将Fn分解为沿从动件导路方向的分力F1和垂直于导路方向的分力F2，其中F2是推动从动件运动的力，它除了克服作用于从动件的工作阻力FQ外，还需要克服因F1引起的导路对从动件的摩擦阻力。有害分力F1随压力角α的增大而增大，当有效分力F2不足以克服导路中的摩擦力时，机构将发生自锁。为此，必须限制最大压力角αmax，使αmax小于许用压力角[α]。一般情况下，直动从动件凸轮机构推程的许用压力角[α]=30°~40°,回程的许用压力角[α]=70°~80°；摆动从动件凸轮机构推程的许用压力角[α]=40°~50°。最大压力角αmax一般出现在从动件上升的起始位置、从动件具有最大速度Vmax的位置或在凸轮轮廓上比较陡的地方。最大压力角αmax也可根据从动件运动规律、运动角δ0和h/rb比值，由诺模图查得。2、基圆半径的确定凸轮机构中，凸轮的基圆半径越小，机构越紧凑，但在其他条件都不变的情况下，基圆半径越小，凸轮工作轮廓越陡，压力角越大；基圆半径越大的凸轮工作轮廓越平缓，压力角越小；因此在设计凸轮时，应在满足αmax≦[α]的条件下，选尽可能小的基圆半径。对于凸轮与轴做成一体的凸轮轮廓的基园半径比轴的半径大2～5mm,当凸轮是单独加工，然后装在凸轮轴上时，通常可取基园半径rb=（0.8～1）ds（轴的半径）。基园半径也可按运动规律、许用压力角由诺模图中求出。3、对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计任务书设计一对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构，凸轮按逆时针方向转动，行程h=20mm，从动件的运动规律如下：δ0°~90°90°~150°150°~240°240°~360°运动规律等速上升停止等加速等减速下降停止（1）绘制从动件位移线图；（2）设计凸轮轮廓曲线；（3）选用材料和确定加工精度。任务分析在各种机器中，尤其是自动化机器中，为实现各种复杂的运动要求，常采用凸轮机构。其设计比较简便，只要将凸轮的轮廓曲线按照从动件的运规律设计出来，从动件就能较准确的实现预定的运动规律。对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计的内容为：根据工作要求初步确定凸轮的基圆半径，根据从动件位移图线进行凸轮轮廓的设计，选择凸轮副材料，制定凸轮的加工精度等。任务实施（展示方式：黑板演示）由任务书已知：凸轮按逆时针方向转动，行程h=20mm，凸轮轴直径为40mm，从动件的运动规律为：δ0°~90°90°~150°150°~240°240°~360°运动规律等速上升停止等加速等减速下降停止（1）按许用压力角的要求确定最小基园半径rbmin的两点，然后用直线将其相连交等速运动标尺与1处，即将h＝20mm带入上式，可得max=70°的两点，然后用直线将其相连交等加速等减速运动标尺与大于5处，即将h＝20mm带入上式，可得故rbmin＝20mm。（2）按轴的结构要求选取基园半径按许用压力角的要求，rbmin＝20mm，按轴的结构要求r取rb=40mm。（3）按作图法设计凸轮轮廓1）反转法原理凸轮机构工作时，凸轮在运，假想给整个凸轮机构加上一个与凸轮角速度大小相等、方向相反的角速度-ω,机构中各构件之间的相对运动关系并没有改变，而凸轮相对静止，从动件则随机架和导路以角速度-ω绕O点转动，同时又在导路中作往复移动。由于从动件尖顶始终与凸轮轮廓保持接触，所以反转后的从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓。这种设计方法称为“反转法”，它是绘制凸轮轮廓曲线的基本方法。2）设计凸轮轮廓，见图对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构①选取比例尺，作位移线图。选长度比例尺μs=2mm/mm,角度比例尺μδ=6°/mm，画从动件位移线图。并将推程运动角4等分，回程运动角6等分，得等分点1、2、3、…、10、11、12，过这些等分点作横坐标的垂直线。②画基圆并确定从动件尖顶的起始位置如图15所示，取相同的比例尺，以O为圆心、rb为半径作基圆。过O点画从动件导路中心线与基圆的交点A，则A点即为尖顶从动件的起始位置。③画反转运动中从动件的导路位置。自OA沿-ω的方向取角度δ0，δ1，δ2，δ3，并将它们各分成与图4.15a对应的等份，得到1、2、3、…、10、11、12点，过各等分点作一系列径向线01、02、03、…，则各径向线代表从动件在反转运动中依次占据的位置。④作从动件尖顶轨迹在位移曲线中量取各个位移量，11/、22/、33/、…，自各径向线与基圆的交点1、2、3、…起，截取同样的长度11/、22/、33/、…。⑤绘制凸轮轮廓将起始点和1′、2′、3′…依次连成一条光滑曲线，即为所设计的凸轮轮廓曲线。（4）检验凸轮轮廓由于按许用压力角拟定基圆半径，并按结构要求放大，所以不需检验αmax；该凸轮机构采用尖顶从动件，所以没有运动失真问题。（5）.以坐标数值表示凸轮轮廓由于用作图法设计出的凸轮轮廓不够精确，需附凸轮轮廓的坐标数值，即用转角和向径表示凸轮轮廓，以便于划线、加工和检验。凸轮转角以等分编号表示，位移以位移和行程的比值s/h表示。表4.1是运动角为90等分时的位移比。使用时，按所选的运动规律，查出凸轮转角各等分编号的位移比s/h，再由下式求出相应的向径。按rb=40mm、h=20mm及任务书所给的运动规律，由表1的数值，通过式计算出向径值，并列在凸轮工作图中。4、凸轮机构材料及结构设计①凸轮机构常用材料及热处理凸轮机构工作时，一般存在着冲击，从而使凸轮与从动件表面产生磨损。因此对凸轮材料的要求是表面要有一定的硬度，而芯部韧性要好；从动件尖端或滚子的表面硬度要高。低速轻载的盘形凸轮机构：凸轮可选HT250HT300QT800-2QT900-2等材料。从动件用中碳钢，高副端表面淬火至40-50HRC,也可采用尼龙。中速中载时，凸轮常用45、40Cr、20Cr、20CrMn等材料。从动件可用20Cr等低碳合金钢，经渗碳淬火，渗碳层深0.8-1.5mm，硬度达56-62HRC。高速重载时，凸轮用40Cr等中碳合金钢，表面高频淬火至56-60HRC。从动件可用T8、T10等碳素工具钢进行表面淬火处理。②凸轮机构的结构展示方式：图片凸轮尺寸小，且与轴的尺寸相近，则与轴做成一体,成为凸轮轴。凸轮尺寸大，且与轴的尺寸相差较大时，与轴分开制造。从动件末端的结构形式很多，常用的滚子结构，滚子相对从动件要能自由转动。③凸轮加工精度凸轮精度的要求主要包括凸轮公差及表面粗糙度，该凸轮机构的基圆半径rb=40mm，凸轮尺寸较大，故采用凸轮与轴分开的结构，如图4.16b；又因凸轮用于自动机中，属中载中速，所以选20Cr，渗碳淬火，渗碳深度1.2mm、表面硬度56～62HRC；取向径公差为±0.08、表面结构Ra=0.8μm；为防止装配时错位，在凸轮上打印0°标记。课后：进行网上答疑（三）教学拓展设计一对心滚子直动从动件盘形凸轮机构，凸轮按逆时针方向转动，行程h=20mm，滚子半径rT＝8mm，从动件的运动规律如下：δ0°~90°90°~150°150°~240°240°~360°运动规律等速上升停止等加速等减速下降停止设计此凸轮轮廓。（四）教学反思教学小结诊断改进一、教学设计授课内容间隙运动机构学时2学时（第12次课）授课教师XXXX授课班级XXXX授课地点多媒体教室课程类型☐理论□实践□理实一体教学目标知识目标1、掌握棘轮机构的结构与工作原理、棘轮机构的类型和应用；2、掌握槽轮机构的结构与工作原理、槽轮机构的类型和应用；3、掌握不完全齿轮机构的类型和工作原理、不完全齿轮机构的。能力目标会分析棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的工作原理素质目标通过棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的应用实例，培养学生对专业的热爱。课堂思政通过棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的应用实例，培养学生对专业的热爱。知识点1、棘轮机构的结构与工作原理、棘轮机构的类型和应用；2、槽轮机构的结构与工作原理、槽轮机构的类型和应用3、不完全齿轮机构的类型和工作原理、不完全齿轮机构的类型和应用技能点会分析棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的工作原理教学重点会分析棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的工作原理教学难点会分析棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的工作原理教学资源教材及参考资料教材：《机械设计基础》，李慧娟，华中科技大学出版社，十三五职业教育国家规划教材修订版参考资料：1.《机械设计基础》，张小娟，东北师范大学出版社；2.《机械设计基础》，王大康，高等教育出版社。媒体及平台《机械设计基础》职教云在线课程教学方法教法：讲授法；任务驱动法；案例教学法学法：小组讨论法，练习二、教学实施（一）本次课内容知识导图（二）教学内容课前：职教云上传学习视频，课件，发布上课内容。课中1、棘轮机构（1）棘轮机构的结构原理棘轮机构如图所示主要由棘轮1、棘爪2、止回棘爪3、主动件4、和机架等组成，棘轮1与轴6固定联接。工作原理：当主动件4逆时针方向摆动时，棘爪2在弹簧和自己重力作用下插入棘轮1齿槽内，推动棘轮转过一定角度；当主动件4顺时针方向摆动时，棘爪2在棘轮齿背上滑过，棘轮不动，此时止回棘爪3在弹簧片5的作用下插入棘轮的齿槽，阻止棘轮反转。主动件4连续往复摆动，棘轮就作单向间歇运动。棘轮机构（2）棘轮机构的类型和应用展示方式：图片棘轮机构的棘爪可以是直的，也可以是带钩头的，如图所示。在图所示的棘轮机构，改变主动件的结构形状，就变成了双动式棘轮机构。如图a所示,将棘轮齿制成左右对称的方形，当棘爪放在B位置时，棘轮作逆时针间歇运动，当棘爪放在B1位置时，棘轮作顺时针间歇运动，就成了双向棘轮机构。如图b所示,也是一种双向棘轮。图示位置棘轮作顺时针转动，当提起手柄将棘爪绕其轴线转过180°再落下，插入棘轮齿槽中，就可实现反向间歇运动。若将手柄提起并旋转90°,棘爪脱离棘轮被架起而不再起作用，此时当棘爪往复摆动，棘轮是静止不动的，这种棘轮机构常用于牛头刨床工作台的进给装置中，如图所示。双向棘轮摩擦棘轮机构，如图5所示，主要由驱动偏心楔块1、摩擦轮2、止动楔块3、摇杆4和机架组成。当摇杆逆时针摆动时，依靠驱动偏心楔块与摩擦轮之间的摩擦力，使摩擦轮沿逆时针方向转动；当摇杆顺时针摆动时，驱动偏心楔块在摩擦轮上滑过，此时，摩擦轮借助止动楔块与它的摩擦力静止不动，以实现间歇运动。棘轮机构可以实现间歇运动，还可以实现超越运动。自行车后轮轴上的棘轮机构，又称超越式棘轮机构。当脚蹬踏板时，链轮1和链条2带动内圈有棘齿的链轮3顺时针转动，再通过棘爪4的作用，使后轮轴5顺时针转动，自行车就前进。在自行车前进时，如果让脚踏板不动，轮轴5就会超越链轮3而转动，棘爪4在棘轮齿背上滑过，这就实现了不踩踏板自由滑行。在棘轮机构中，棘轮多为从动件，棘爪为主动件，在机床、印刷机等各种机械上作为一种间歇机构；棘轮机构还作为棘轮停止器广泛用于卷扬机、提升机、绞车和运输机等设备。（3）棘轮转角的调节方法棘轮转角的调节方法常有两种:展示方式：图片调节摇杆摆角的大小来控制棘轮的转角。棘轮机构是利用曲柄摇杆机构带动棘爪作往复运动的。当调节丝杠时，改变了曲柄的长度r，减小r，摇杆和棘爪的摆角也相应减小，因此棘轮的转角也减小；反之会增大。利用遮板来调节棘轮的转角。棘轮外表罩一遮板，遮板不随棘轮转动。改变遮板位置，可使棘爪行程的一部从遮板上滑过，，不与棘齿相接触，从而改变了棘轮转角的大小。2、槽轮机构（1）槽轮机构的结构和原理展示方式：图片槽轮机构又称马尔他机构，其结构如图所示，由带圆销A的拔盘1、具有径向槽的槽轮2和机架组成。拔盘1顺时针作匀速运动，当拔盘上圆销A进入槽轮径向槽时，圆销A驱使槽轮作逆时针转动，当圆销A脱离槽轮径向槽时，槽轮的一个内凹锁住弧被拔盘的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动；圆销A随拔盘继续转动，进入槽轮的第二个径向槽时，锁住弧被松开，圆销A又开始推动槽轮逆时针转动，就这样槽轮就作间歇运动。（2）槽轮机构的类型和应用如图所示为外啮合槽轮机构，其拔盘与槽轮的转向相反。如图13所示是内啮合槽轮机构，其拔盘与槽轮的转向相同。拔盘上圆销可以是一个,还可以是两个,如图14双圆销外啮合槽轮机构。除了内、外槽机构外，还有为了满足特殊工作要求的特殊槽轮机构，例如不等臂长的多销槽轮机构、球面槽轮机构等。双圆柱销外啮合槽轮机构电影放映机卷片机构槽轮机构构造简单，机械效率高，传动平稳，所以在机床自动转位机构、电影放映机卷片